KR20030007888A - 열가소성 파이프 - Google Patents

Abstract

특히 지하 액체 및 가스 운송 시스템내에 사용되기 위한, 내부 발생 및/또는 인가 압력에 견딜 수 있는 신규한 열가소성 파이프가 제공된다. 이러한 파이프는 제조 비용, 운반 비용, 구현 비용, 지하 운동을 상쇄하는 가요성, 방청 특성, 균열 전파 가능성의 감소 및 제조의 용이성 등에 기인하여 표준 금속 파이프보다 개선된다. 이러한 파이프는 바람직하게는 고압 상태에 견디도록 일반적으로 요구되는 것보다 얇은 두께의 플라스틱이 사용될 수 있도록 하며 또한 열가소성 또는 열경화성 재료내에서 전개될 수 있는 임의의 균열의 전파를 방지하는 기능을 하는 특정한 직물 보강 재료로 보강된다. 이러한 파이프는 직물 보강재에 의해 제공되는 것과 관련되고 열가소성 또는 열경화성 성분에 대한 동일한 유형의 파단시의 신율과 관련되지 않은 파괴시의 신율을 나타낸다. 또한, 누출 및 파열 검출 시스템 및 이러한 파이프내에서 운송된 재료의 부동(不凍)성을 확실히 하는 가열 방법이 또한 본 발명내에서 기대될 수 있다.

Description

열가소성 파이프{NOVEL THERMOPLASTIC OR THERMOSET PIPES INCLUDING CONDUCTIVE TEXTILE REINFORCEMENTS FOR HEATING AND LEAK DETECTION PURPOSES}

액체 및 가스의 지하 운송은 수년 동안 이용되어 왔다. 이러한 지하 운송은 잠재적인 폭발성, 인화성 및/또는 유독성의 액체(예를 들면, 원유 등) 및 가스(예로서, 메탄 및 프로판 등)의 장거리 운송을 위해 가장 효율적이고 안전한 방법이라는 것이 입증되었다. 이러한 장거리 지하 운송을 제공하기 위해 수반되는 기본 방법은 금속 튜브 및 파이프를 통하여 이루어졌다. 종래에, 금속(예를 들면, 강철, 구리, 납 등)의 이용은 비용 및 원재료 공급 관점에서 효과적이었다. 그러나, 전세계에 걸쳐 증가한 인구와, 액체 및 가스를 보다 먼 위치로 운송할 필요성의 증가에 의해, 이러한 금속 제품의 연속적인 이용이 많은 이유 때문에 점점 어려워지고 있다. 초기에, 이러한 금속 튜브 및 파이프의 제조는 통상 소망의 장착 위치로부터 상당한 거리에 위치된 특정 주물 공장에서 고온 제조 방법을 통해 착수되어야 한다. 따라서, 이러한 원격 위치(off-site) 제조는 장착 위치로의 금속 제품의 성가신 운송 및 차후의 이미 파여진 채널내로의 배치를 필요로 한다. 이들 과정은 금속 제품이 다소 무겁고 소망의 파이프라인을 형성하기 위해 서로 연결되어야 하기 때문에 또한 어렵다. 또한, 각 파이프 사이의 연결부의 수를 감소시키기 위해, 보다 긴 금속 파이프가 형성될 수 있으며, 이것은 요구되는 용접된 연결부의 증가로 인해 복잡성을 추가한다. 금속 파이프 및 튜브와 연관된 다른 문제점은, 제한 없이, 녹(운송되는 액체 또는 가스를 오염시킬 수 있음) 발생의 잠재성, 파이프라인내의 파손을 야기할 수 있는 지각의 운동에 대한 낮은 문턱값, 및 금속 파이프의 중량, 금속 파이프의 길이 및 연결 용접으로 인해 낡은 금속 파이프의 부분적 교체의 어려움을 포함한다. 이들 파손의 문제점은 정상적인 기준에 대해 지진 및 진동에 민감한 특정 지리적 영역에서 매우 심각하다. 이러한 예상치 못한 지진이 과거에 발생한 경우에, 금속 가스 및 액체 파이프라인은 그에 인가된 전단력을 견디기에 충분한 가요성을 가지지 못하였으며, 이러한 영역에서 폭발, 누설 또는 단절된 공급이 초래되었다.

이들 금속 제품은 높은 내압성 때문에 계속 사용되어 왔다. 더욱이, 이러한 금속 파이프가 이러한 고압을 견디도록 설계되었지만, 일단 균열이 실제 금속 파이프 구조체내에 발생하면, 이러한 균열은 용이하게 전파하여, 크기가 커지고, 아마도 연속적인 고압 인가시에 약한 동일 영역으로 나누어진다. 이러한 경우에 있어서, 그에 따라 파이프의 파손은 폐쇄가 실시되어 보수 및 교체가 착수될 때까지 일어날 수 있다.

세계 도처의 외딴 위치에 새로운 파이프라인을 건설할 필요성도 있지만, 또한 이미 사용중에 열화한 파이프라인을 새로운 것으로 교체할 필요성이 있다. 최근에, 노화된 파이프라인은 이러한 오래된 제품의 사용에 대한 안전성에 관해 대단한 관심을 일으키고 있다. 예상되지 못한 폭발이 참담한 결과를 야기하고 있다. 그에 따라, 이러한 노화 금속 파이프의 철저한 검사 및 교체가 필요하지만, 교체가 필요한 이러한 파이프라인의 정확한 부분을 결정하는데 어려움이 있기 때문에, 정확한 경로를 추적하여 노화 파이프라인을 완전히 교체하는 것이 요구된다. 또한, 주지된 어려움 때문에, 보다 합당하고, 보다 안전하며, 보다 오래 지속되고, 보다 용이하게 장착되고, 녹이 방지되며, 균열이 전파되지 않으며, 보다 가요성이 있는 파이프라인 소재를 개발하는 것이 필요하다. 지금까지, 일부 새로운 열경화성 또는 열가소성 제품이 있었으며, 이러한 제품은 다소 저압 인가(즉, 20bar 이하)를 견디도록 설계되고, 특정 섬유 권선(fiber-wound) 보강 재료(유리 섬유, 폴리아라미드, 폴리에스테르, 폴리아미드, 탄소 섬유 등을 포함함)를 포함한다. 그러나, 결과적인 제품은 특정 직물 보강재(이들은 플라스틱 재료의 특정 층 주위에 감겨진 섬유임)를 포함하지 않으며, 그에 따라 제조가 어렵고 다소 고가이다. 더욱이, 이러한 섬유 권선 재료는 열가소성 또는 열경화성 층 제조에 이어서 섬유 권선 보강 제품을 형성하는 복잡성 때문에 파이프 장착 위치에서 용이하게 제조될 수 없다. 또한, 이러한 원격 위치 제조에 따르면, 운송 및 지하내 배치가 어려운 문제로 남는다. 따라서, 금속 파이프 및 튜브에 대하여 또한 그와 비교하여 종래에 일부 개선점이 제공되어 왔지만, 지하 액체 및 가스 운송 산업에서 이러한 고압 금속 제품을 교체하는 방식을 허용하는, 적절한 종래 기술에서 도출된 실행가능한 대안이 없었다.

본 발명의 목적

따라서, 본 발명의 목적은 고압용 지하 금속 파이프 및 튜브의 단점 및 어려움을 대체하거나 극복하는 이러한 실행가능한 대안적 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 내압성의 열가소성 파이프 제품을 제조하기 위해 비교적 작은 양의 열가소성 또는 열경화성 성분이 이용되게 하는 적합한 편물 보강 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 발명은 직물 보강 층이 외측 열가소성 또는 열경화성 층의 도입 동안 및 그 후에 제위치에 유지하는 것을 최상으로 보장하기 위한 인터로킹 메커니즘을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 이러한 직물 보강식 열가소성 파이프 제품을 제조하는 적절하고 단순한 방법을 제공하는 것이다.

발명의 요약

따라서, 본 발명은 열적으로 조작되는 폴리머 재료의 적어도 2개의 별도 층과, 직물 보강 재료의 적어도 하나의 층을 구비하는 파이프를 포함하며, 상기 직물 보강 재료는 상기 열적으로 조작되는 폴리머 재료의 2개의 별도 층 사이에 개재되며, 이러한 파이프가 나타내는 파괴시 신율은 상기 직물 보강 재료가 나타내는 파괴시 신율로만 제한되며, 상기 직물 보강 재료는 파괴시 신율이 20% 정도이며, 바람직하게는 15% 정도이며, 보다 바람직하게는 10% 정도이며, 가장 바람직하게는 6% 정도이다. 바람직하게, 상기 파이프는 파괴시 신율 한계를 초과하기 전에 내부 압력의 적어도 100bar를 견디도록 구성되어 있다. 또한, 대안적인 다른 바람직한 실시예는 파괴시 신율 한계를 초과하기 전에 내부 압력이 20bar 정도를 나타내는 파이프로서, 이 파이프는 상기 폴리머 재료의 두께가 상기 파이프의 직경의 1/11 정도, 바람직하게는 약 1/15 정도, 보다 바람직하게는 약 1/20 정도, 가장 바람직하게는 1/25 정도를 나타낸다. 또한, 파이프내에 도입된 직물 보강 재료가 제 1 측면 및 제 2 측면을 갖는 편평한 구조체인 주지된 바와 같은 파이프가 본 발명에서 고찰되며, 상기 편평한 구조체는 상기 제 1 및 제 2 측면을 중첩 접촉할 때 내측 폴리머 층 주위에 관형 구조체로 형성되며, 상기 중첩된 제 1 및 제 2 측면을 접착하거나 인터로킹하기 위한 수단을 구비한다.

용어 "열적으로 조작되는 폴리머 재료"는 ⓐ 열가소성 및 ⓑ 열경화성의 잘 공지된 폴리머 성분을 포함하도록 의도된다. 이러한 용어는 잘 공지되어 있고, ⓐ 충분한 고온에 노출시에 고체에서 액체로 물리적 상태가 변태하는 임의의 합성 폴리머 재료 및 ⓑ 충분한 고온에 노출시에 사전 선택된 구조로 배향하는 임의의 합성 폴리머 재료를 설명한다. 바람직한 열가소성 타입의 가장 주요한 재료는 폴리올레핀(즉, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등), 폴리에스테르(즉, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등), 폴리아미드(즉, 나일론-1, 나일론-12, 나일론-6 또는 나일론-66) 및 폴리비닐 할로겐화물(즉, 단지 예로서 폴리염화비닐 및 폴리비닐 디플루오르화물)이다. 본 발명에서는 폴리올레핀이 바람직하며, 폴리프로필렌이 가장 바람직하다. 그러한 재료는 일반적으로 석유 부산물이며, 전 세계적으로 용이하게 이용가능하다. 이들 재료는 유사하거나 상이한 모노머(monomer)의 중합반응을 통해 제조된 후에, 소망의 형상 또는 구조로 폴리머화된 재료를 펠릿 형태로 용융 압출한다. 냉각을 통해 고형화한 경우에, 이러한 재료는 매우 높은 내압성을 나타내며, 특히 핵생성제[밀리켄 앤드 캄파니(Milliken & Company)로부터 상품명 Millad(등록상표)로 구입가능한 치환형 또는 비치환형 디벤질리덴 소르비톨(dibenzylidene sorbitol) 및/또는 아사히 덴카(Asahi Denka)로부터 상품명 NA-11(등록상표)로 구입가능한 특정 유기 나트륨염(sodium organic salt) 등]를 도입한 경우에 그렇다. 이러한 핵생성제는 펠릿화된 폴리머내에 혼합 제공되거나 압출전에 용융된 폴리머 혼합물내에 혼합된다. 이들 혼합물은 강도 보강을 제공하며, 비교적 고온에서 냉각시에 최종 열가소성 생성물내에 결정성 망상조직을 형성함으로써 열가소성 제조를 가속화한다. 이론적으로, 보다 강한 최초 열가소성 생성물에 따르면, 최소한, 보다 큰 내구성 및 잠재적으로 보다 긴 기능 수명이 이러한 생성물에 의해 제공된다. 바람직한 열경화성 재료는 예를 들어 폴리우레탄, 폴리카보네이트 등의 재료를 포함한다.

광범위한 지하 운송 적용에 이용되는 파이프 직경이 일반적으로 인치 또는 밀리미터보다는 피트로 측정되기 때문에, 소망의 고압 특성을 제공하기 위해 요구되는 벽 두께는 열가소성재 또는 열경화성재 단독인 경우에는 매우 두껍다. 이러한 열가소성 및/또는 열경화성 재료가 특정 내압성을 제공하지만, 일반적으로 약 80bar의 압력을 견디기 위해 필요한 벽 두께는 11:1(예를 들면, 폴리에틸렌에 대해) 정도의 표준 직경에 대한 벽 두께의 비가 필요하다. 따라서, 파이프 형태(즉, 실질적으로 원통형)인 폴리머 재료의 파괴시 신율 한계를 초과하지 않고 이러한 고압 특성을 제공하기 위해, 파이프 직경이 예를 들어 약 232mm(약 9인치)인 경우에, 파이프의 벽 두께는 이러한 고압을 견디기 위해 적어도 약 21mm(또는 약 0.85인치)이어야 한다. 심지어 벽이 얇은 경우에, 폴리머 재료는 균열 전파에 대한 어떠한 저항성도 제공하지 못하여, 파이프의 약화된 영역이 이러한 파열점을 제공할 수 있다. 표준 폴리머 재료 단독인 경우와 비교하여 내압성의 손실없이 훨씬 더 얇은 벽 두께를 제공하거나 매우 고압 상황에 노출시에 보다 신뢰성있는 보다 내압성의 두꺼운 벽 두께의 파이프를 제공하기 위해, 목표 폴리머 파이프 재료의 내압성(및 그에 따른 파괴시 신율 특성)을 증가시키는 것이 강하게 요구된다. 이러한 소망의 이점은 전체 파이프 제품에 대한 내압성의 토대를 제공한 실제의 직물 보강 재료를 이용한 비교적 간단한 제조 방법의 실시를 통하여 얻어질 수 없었다.

명백하게, 이러한 비보강 열가소성 및/또는 열경화성 파이핑 재료내에 내부 압력을 인가한 경우에, 재료는 압력에 의해 강요되는 방향으로 팽창하여 파괴점(즉, 파괴시 신율 한계)까지 또는 압력이 차단될 때까지 벽 두께를 얇게 한다. 그러나, 압력을 차단한 후에, 파이프 벽은 원래의 두께로 복귀하지 않는다. 또한, 압력이 불균일하게 인가되거나, 또는 다른 영역보다 이미 얇아진 열가소성 또는 열경화성 파이프내에 별도 영역이 있다면, 파이프는 압력의 증가에 의해 또는 보다 얇은 벽 부분에서 보다 용이하게 파열한다. 이러한 해로운 팽창을 완화하여 열가소성 파이핑 재료내에서의 파열 가능성을 경감하기 위해, 보강 재료가 이러한 문제점을 보완하기위해 개발되어 왔다. 그러나, 종래에는 이러한 파이핑 재료가 매우 높은 압력을 견디는 능력이 필요치 않은 호스 및 짧은 튜브(즉, 자동차용 튜빙)에 주로 제한되었다.

특정 직물 보강 재료가 표준 열가소성 및/또는 열경화성 재료에 대한 직경대 벽 두께 비를 적어도 1.5 계수(임의의 적어도 80bar의 압력을 견디기 위해 임의의 열가소성재에 대해 1:17 정도의 비율) 정도 감소시킨다는 것을 알아냈다. 바람직하게, 본 발명의 파이프 벽의 두께는 파이프 직경의 약 1/17 이하, 보다 바람직하게는 파이프 직경의 약 1/20 이하, 가장 바람직하게는 파이프 직경의 약 1/25 이하이어야 한다. 용어 "압력을 견디다"는 전체 파이프 재료의 신율이 별도 영역에서의 파괴점 또는 약화점까지 이르는 것을 방지하는 능력을 포함하고자 한다. 이러한 압력을 견디는 능력은 내부적인 고압의 이용이 외부 압력과의 평형을 찾는 일관되고 연속적인 힘을 제공하기 때문에 필수적이다. 파이프 재료가 매우 얇아짐으로써, 평형 압력의 물리적 조건으로 인해 아마도 파이프의 파열을 초래한다. 그에 따라, 이러한 직물 보강 재료는 고압 인가시에 열가소성 또는 열경화성 파이프 구성요소의 신율의 감소를 돕는다. 주시된 바와 같이, 이러한 직물 보강재의 파괴시 신율은 열가소성 또는 열경화성 재료의 적어도 2개의 별도 층 사이에 이러한 보강 재료가 존재하는 경우에 목표 파이프 제품이 나타내는 파괴시 전체 신율을 제공하는 것으로 측정되어 왔다. 이러한 방식에 있어서, 보강된 열가소성 또는 열경화성 재료가 나타내는 소망의 파괴시 높은 신율 한계 및 낮은 균열 전파를 제공하기 위해 전체 제품은 적어도 하나의 직물 보강 층에 주로 의존한다. 더욱이, 이러한 직물 보강 재료는 외부 전단력 인가(즉, 지각 진동 등)의 결과로서 구조적 완전성(integrity)에 있어서의 파괴의 가능성을 감소시키는 전체 파이프 제품에 대해 증가된 내인열성을 제공하도록 돕는다. 직물 보강 층이 나타내고 제공하는 이러한 성질에 절대적 의존성이 있기 때문에, 열가소성 또는 열경화성 재료의 양은 가압된 상황하에서 신뢰성을 감소시키지 않고 실질적으로 저감될 수 있다. 또한, 바람직하다면, 사용자는 본 발명의 파이프 제품이 개선되고 신뢰성있는 내압성, 균열 전파 저항성 및 내인열성을 나타낼 것이라는 확신을 갖고 개재된 직물 보강 층 또는 층들과 조합하여 상당한 양의 열가소성 또는 열경화성 재료를 여전히 이용할 수 있다.

본 경우에서 매우 중요한 점은 외부 전단력, 예를 들어 지각 진동 등을 받는 경우에 본 발명의 파이프가 나타내는 가요성이다. 이러한 가요성은 파이프가 이러한 외부 사건에 의해 발생되는 전단력에 대하여 일부 이동을 나타내는 것을 허용한다. 종래에는, 주지된 바와 같이, 금속 파이프가 가요성이 결핍되어 있으므로, 금속 재료가 갖는 전단력 문턱값을 초과하는 이러한 외부 전단력에 의해 이러한 외부전단력의 인가가 특정 파이프의 파열을 초래하였다. 이러한 가요성은 전체 파이프 제품에 대한 내인열성으로 가장 적절하게 측정된다. 일반적으로, 금속 파이프는 약 6% 정도의 내인열성(구리가 가장 높은 내인열성을 나타냄)을 나타내며, 이것은 지하의 매우 강한 전단력에 대한 잠재성이 (특히 지각 진동, 지진 등이 일어나기 쉬운 영역의 특정 부분에서) 현저한 경우에 매우 낮다. 열가소성재 및/또는 열경화성재는 전술된 바와 같이 특히 개재된 직물 보강 재료의 결합시에, 약 100%를 초과하는 잠재적으로 높은 내인열성 값을 가지면서 적어도 20%를 초과하는 초기 내인열성 값을 제공한다. 따라서, 본 발명의 파이프는 나타내는 내인열성 및 그에 따른 가요성 특성 때문에 금속 파이프보다 적어도 큰 전단력을 견딜 수 있어야 한다.

주지된 바와 같이, 이러한 열가소성 및/또는 열경화성 재료의 적어도 2개의 층은 본 발명의 열가소성 및/또는 열경화성 파이프내에 존재한다. 이들 층은 직물 보강 재료에 의해 적어도 부분적으로 분리되어 있다. 주지된 바와 같이, 본 발명의 파이프의 전체 벽 두께는 생산자의 결정에 따라 달라지며, 직물 보강 층 자체에 의해 제공되는 성질에 대하여 의존한다. 얇은 벽 두께의 저압 파이프가 바람직하다면, 전형적인 벽 두께는 대략 약 4mm 내지 약 15mm 정도일 수 있다. 직물 보강재가 나타내는 보다 높은 파괴시 신율 특성은 보다 얇은 두께를 이용가능하게 한다. 이러한 파괴시 신율 특성은 이러한 직물 보강재가 견딜 수 있는 힘의 양으로 일반적으로 측정된다. 따라서, 파괴시 신율이 적어도 약 2% 내지 약 3%(즉, 강철이 나타내는 것과 유사하지만, 대부분의 열가소성 및/또는 열경화성 혼합물에 대한 것보다 큼)를 나타내는 직물이 바람직하다. 물론, 직물 재료가 생성물의 전체 강성에 악영향을 미칠 수 있어, 내인열성 문제를 잠재적으로 제공하지만 않는다면, 진정한 최대 레벨 없이, 이러한 파괴시 신율의 최소값을 훨씬 초과하는 직물 재료가 보다 바람직하다. 바람직한 직물 보강재에 대한 파괴시 신율 레벨은 직물내에서의 구성 섬유의 점착력(tenacity)[보다 큰 디텍스(dtex)가 전체적으로 보다 강한 직물을 제공함], 및 파이프의 방향에 대한 접촉 각도(40° 내지 70°의 각도가 바람직하지만, 45° 내지 65° 및 50° 내지 55°의 특정 각도가 보다 바람직함)를 포함하는 다수의 인자에 의해 결정된다. 특히 54°44'의 각도는 목표 파이프 제품에 가장 큰 전체 강도를 제공하는 것으로 알려졌다. 또한, 직물 보강 재료의 보다 두꺼운 층은 스크림(scrim) 및 인-레이드 직물(in-laid textile)을 제공하는 것과 같이 보다 강한 전체 생성물을 제공한다.

용어 "직물 보강 재료" 또는 "직물 보강재" 또는 "직물 보강 층"은 열적으로 조작된 폴리머 재료의 적어도 2개의 층 사이의 결합전에 통합된 2차원 제품인 형태로의 각각의 실(yarn) 또는 섬유의 조합을 단순히 필요로 한다. 따라서, 완성된 내측 층 위에 결합된 감겨진 스트립은 이러한 정의내에 포함되지 않는다. 또한, 형성된 폴리머 파이프 제품 주위에 감겨진 섬유 함유 테이프 제품도 포함되지 않는다. 특정 직물 보강 재료는 임의의 특별한 구성, 형상 및 조성을 가질 수 있다. 본 발명의 직물 보강재는 전체 결합 두께가 적어도 약 500미크론, 바람직하게는 적어도 약 400미크론, 보다 바람직하게는 약 300미크론, 가장 바람직하게는 약 300미크론 이하인 적어도 단일 층의 재료로서 존재한다. 이러한 직물은 열가소성 및/또는 열경화성 재료의 2개의 층 사이의 메시 구조를 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로, 단독 또는 금속 실과 결합된 합성 섬유가 보강 재료내에 이용되는 것이 매우 바람직하다. 이러한 합성 섬유는 파이프가 지하에 위치된 경우에 파이프 내부 및 주위의 박테리아, 습기, 염기 등의 잠재적인 존재로 인해 시간 경과에 따른 열화에 덜 민감하다. 그러나, 적절한 코팅, 마무리 처리 등의 적절한 예방 조치에 의해, 천연 섬유도 이러한 목적에 이용할 수 있다. 바람직한 직물 보강재는 니트(knit), 스크림, 직물, 부직물, 인-레이드 등의 형태일 수 있으며, 스크림 및 인-레이드 직물이 가장 바람직하다. 이러한 형태는 실제 파이프 제조 과정 동안에 가장 용이하게 제조 및 취급된다. 인-레이드 직물에 따르면, 적어도 2개의 층은 목표 열가소성 파이프의 방향에 대해 하나의 각도로 배향된 하나의 층과 그에 여각으로 배향된 다른 층을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 하나의 층은 모든 실 및/또는 섬유가 파이프 방향에 대해 약 54°44'의 각도로 배향되어 배치되며, 다른 층은 약 -54°44'의 각도로 배향되어 배치될 것이다. 이러한 인-레이드 섬유 층을 제위치에 보다 용이하게 유지하기 위해, 열가소성 필름이 하나 또는 양 층 사이 또는 이러한 층의 상부에 적용될 수도 있다. 이러한 필름은 매우 얇은 것(즉, 약 200미크론 미만, 바람직하게 약 100미크론 미만, 가장 바람직하게 약 50미크론 미만)이 바람직하며, 열가소성인 경우, 내측 층/편물 보강 복합물(composite) 주위를 가열하여 성형할 때 열가소성 외측 층과 용이하게 작용할 것이다. 대안적으로, 파이프 제조 전후 및 제조 동안에 이러한 다중 층을 제위치에 유지하기 위해 봉합 실이 이용될 수도 있다.

특정 직물 보강 재료내의 실은 다중 필라멘트 또는 모노 필라멘트일 수 있으며, 전체 파이프 제품에 소망의 점착력 및 강도를 제공하기 위해 비교적 높은 디텍스를 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 약 200 내지 약 24,000의 데시텍스(decitex)의 범위는 수용가능하다. 이러한 각각의 섬유의 혼합물은 완성된 직물 보강 재료의 파괴시 신율이 완성된 열가소성 및/또는 열경화성 제품에 대한 파괴시 신율을 결정하는 한 이용될 수도 있다. 다중 필라멘트 섬유는 직물에 대해 보다 양호한 접착 성질 및 보다 큰 전체 강도를 제공하기 때문에 바람직하다. 각각의 섬유는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아라미드, 폴리이미드, 카본, 유리 섬유(예를 들면, 실리콘계), 붕소 유도체(boron-derivative), 및 폴리올레핀으로 이루어질 수 있다. 또한, 무명, 모직, 삼 등의 천연 섬유가 이용될 수도 있지만, 전술된 합성 타입 만큼 신뢰할 수는 없다. 폴리머 파이프와 연관된 높은 처리 온도 때문에, 저 융점의 폴리올레핀 실의 사용만은 피하는 것이 매우 바람직하다. 그러나, 이러한 폴리올레핀(즉, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등)의 다수의 각 섬유는 열가소성 및/또는 열경화성 내측 및 외측 층에 직물 보강재의 접촉 동안에 존재하는 보다 높은 온도에 노출시에 이러한 실의 용융시의 접착성을 개량하기 위해 다른 합성 섬유와 조합하여 사용될 수 있다. 유리 섬유 및 붕소 유도체는 강도 특성 및 내알칼리성 때문에 바람직하다. 또한, 가장 주요한 것으로 폴리아라미드, 폴리이미드, 카본 섬유, 폴리에스테르를 포함하는 나머지 섬유도 수용가능하다. 폴리에스테르는 비용면에서 바람직한 반면에, 나머지 섬유는 강도의 관점에서 우수하다.

드메이어(DeMeyer)에게 허여된 미국 특허 제 5,691,030 호에 개시된 바와 같이, 코어-외피 타입의 실이 본 발명에 특히 바람직하며, 상기 특허는 본원에 전체적으로 참고로 인용된다. 이러한 특정 실은 코어 필라멘트의 강도에 영향을 미치지 않고 외피 구성요소의 파손을 허용한다. 이러한 코어 필라멘트는 모노 필라멘트 합성 섬유(예를 들면, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아라미드, 폴리올레핀 등)일 수 있지만, 하나의 잠재적으로 바람직한 실시예에 있어서, 이러한 코어 필라멘트의 적어도 일부는 전체 파이프라인에 걸쳐 전류 및/또는 열의 전도를 허용하도록 금속(예를 들면, 바람직하게 구리, 은, 금 등)이다. 이러한 금속 실, 섬유, 실 등은 이에 한정되지는 않지만 구리 필라멘트이며, 그에 따라 별도의 인-레이드, 직물, 니트, 부직물, 스크림 성분으로 존재할 수도 있다.

이러한 금속 성분은 편물 보강 재료내에 요구되는 것과 같은 큰 강도를 제공하지만, 이러한 금속 성분은 본 발명의 파이프 및 이러한 파이프를 포함하는 전체 파이프라인 모두에 다른 매우 바람직한 이점을 제공하도록 작용한다. 예를 들면, 이러한 도전성 성분은 (금속 성분의 연속적인 접속을 통해 또는 그것의 특정 세그먼트를 통해) 전체 파이프라인에 걸친 낮은 전류의 도입을 허용할 수 있다. 이러한 방식으로, 검출 시스템이 구현되어 파이프가 파열되거나 또는 누출이 존재하는 장소 및 시기를 결정할 수 있다. 소망 전기 신호(즉, 특정한 암페어의 전류)의 차단시, 밸브는 수리가 이루어질 때까지 파이프라인의 특정 부분을 차단하도록 작동될 수 있다. 이러한 시스템은 단지 파이프라인에 전류계를 연결할 것과 파이프라인 자체를 통해 흐르는 측정된 전류량에 대한 밸브를 합체할 것을 요구한다. 또한, 이러한 검출 시스템에 의해, 지상으로부터 이러한 문제를 검출하는 능력이 제공될 수 있으며, 또한 낮은 전류량 카운트에 대한 신호가 생성될 수 있어 문제의특정 위치를 나타낼 수 있다. 따라서, 이러한 방법은 열가소성 파이프의 검출 및 교체를 용이하게 한다.

부가적으로, 특정한 장소에서 동결 온도는 파이프를 가열하는 능력을 제공하지 않고 특정한 가스 및 액체를 운송하는데 어려움을 줄 수 있다. 금속 실 등의 존재는 금속 성분에 걸쳐 임의의 선택된 양의 전류 및/또는 열을 도입함으로써 소망 파이프내에 잠재적으로 열의 발생을 용이하게 한다. 이에 의해 발생된 열은 소망의 파이프를 동결되지 않도록 효과적으로 유지하는데 사용되어 그것을 통한 연속적인 운송을 가능하게 한다.

파이프 방향에 대해 전술된 양호한 각도(즉 40° 내지 70°, 가장 바람직하게는 55°)로 구성된 편물 보강 재료를 사용하는 경우에도, 파이프 방향에 대해 0°의 각도로 구성된, 각각의 반복하는 디자인, 스티치(stitch), 패턴내에서의 크로스-실(cross-yarn)의 부가가 매우 요망된다. 이러한 크로스-실은, 특히 특정한 굽은 장소에서, 나머지 편물 보강 재료의 강도에 악영향을 미치지 않거나 또는 전체 파이프 복합물의 전단 강도를 저하시키지 않고 곡률이 파이프라인내에 도입될 수 있도록 하기 위해, 별개의 장소에서의 전체 파이프 구조체의 용융을 허용한다. 이러한 개선점은 다시 열가소성 고압 파이프의 장점을 나타내는데, 이는 이러한 곡률이 필요에 따라 임의의 각도로 현장에서 만들어질 수 있기 때문이다. 전통적인 금속 파이프는 공장에서 필요한 곡률을 형성할 것을 요구하였으며, 곡률의 각도가 부정확한 경우, 이러한 오류를 보상하도록 새로운 부품이 제조되어야 하였다. 본 발명의 파이프는 필요시 현장에서의 보정을 허용한다.

편물 보강 재료가 메시 형태이며 따라서 그내의 구성 섬유 및/또는 실 사이에 개방된 공간을 나타내는 것이 바람직하다. 이러한 개방 공간은 가열된 액체 외측 열가소성 층의 일부가 그것을 통해 또한 외측 층의 냉각 후에 기형성된 내측 열가소성 층에 고착될 수 있도록 충분히 커야 한다. 이에 의해, 3층 파이프는 보가 강하게 될 뿐만 아니라 보강 재료는 제 위치에 보다 잘 유지된다. 구성 섬유 및/또는 실 사이의 개방 공간이 보다 큰 것이 바람직하지만, 외측 층의 적어도 일부가 편물 보강 재료와 접촉하는 내측 층의 표면에 고착하는 능력을 나타내기만 하면 된다. 따라서, 0.001㎟ 내지 1㎠ 면적의 개개의 구성 실 사이의 양호한 개방 공간 범위가 바람직하다.

별개의 폴리머 재료 층과 직물 보강 재료 층은, 항균제, 착색제, 정전기 방지의 화합물 등과 같은 표준적인 목적의 임의의 수의 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 항균제는 원하지 않은 잠재적으로 위험한 박테리아(이것은 적절한 영양원이 존재하는 경우 파이프내에 보다 큰 압력을 생성할 수 있음)의 번식으로부터 내측 라이닝을 잠재적으로 보호할 것이다. 바람직하게는, 이러한 항균제는 본질적으로 무기성이므로 파이프내의 열가소성 성분내에 도입되기에 비교적 쉬울 것이다. 은계 이온-교환 화합물[예컨대 밀리켄 앤드 캄파니로부터 입수가능한 ALPHASAN(등록상표) 및 실버 제올라이트 등과 같은 다른 유형]이 이러한 목적에 바람직하다. 착색제는 식별 목적을 위해 열가소성 층들을 용이하게 분리하는데 이용될 수 있다. 이러한 목적에 통상적으로 사용되는 안료, 폴리머 착색제, 염료 또는 색소가 본 발명의 이러한 관점에서 사용될 수 있다. 4차 암모늄 화합물 등과 같은 정전기 방지화합물은 이론적으로 운반되는 특정 가스 및/또는 액체를 점화시킬 수도 있는 순간 스파크 발생의 기회를 감소시키기 위해 소망의 열가소성 재료내에서의 정전기 전하 소산을 허용한다. 이러한 스파크 점화의 기회는 극히 낮지만, 본 관점에서 이러한 첨가제를 부가하는 것이 필요할 수 있다.

이러한 편물 보강 재료는 목표 열가소성 파이프 재료내의 매우 높은 내부 압력의 인가에 기인한 팽창, 부풀음 및/또는 파열에 대한 상기 저항성을 제공한다. 바람직하게는, 편물 보강 재료는 목표 파이프 자체의 방향에 대해 약 55°(54°44′)의 각도로 구성된다. 이렇게 하여, 편물은 파이프내의 내부 압력에 의해 발생된 전단력에 대한 저항성에 기인하여 우수한 전체 강도 및 내부 압력에 대한 저항성을 제공한다. 그러나, 사용된 편물의 양에 따라, 접촉 각도는 0°내지 90°일 수 있다. 각도가 파이프 자체와 동일한 방향으로 구성됨으로써, 편물에 의해 제공된 낮은 전단력 문턱값에 기인하여 파이프 파열의 위험이 보다 높게 된다. 편물의 두께를 보다 두껍게 함으로써 이러한 전단력 문제를 보상할 수 있지만, 실제의 접촉 각도는 약 40°내지 약 70°이어야 하며, 특정한 54°44′이 가장 바람직하다. 또한, 사용된 편물 층의 수는 보다 큰 보강 강도를 제공하도록 다수일 수 있다. 이러한 예에 있어서, 가능한 한 가장 강한 보강을 부여하도록, 편물의 접촉 층들은 파이프 방향에 대해 반대되는 접촉 각도로 구성되는 것이 매우 바람직하다. 0°또는 90°의 파이프 방향과의 접촉 각도로 배향된 보충 직물 보강 층을 사용함으로써, 전체 파이프 제품에 특정한 소망 특성을 부여한다. 가장 두드러지게는, 설치 장소로의 운반을 위해 크릴(creel)상에 감겨질 필요가 있는 기성 파이프(ready-made pipe)에 내붕괴성이 제공된다. 0°보강 각도는 압연 파이프에 의해 발생된 무게를 보상하도록 우수한 인성을 제공한다. 또한, 내측 층의 초기 제조가 롤 형태인 것이 요망된다면, 이러한 0°직물 보강 요소의 합체함으로써 저장 및 운송과 관련된 분쇄 문제를 경감할 수 있다. 90°배향은 완성 제품의 내인열성을 개선한다.

오직 두 특정 층의 열가소성 및/또는 열경화성 재료가 요구되지만, 둘 이상의 층이 본 발명내에서 허용가능함을 이해할 것이다. 이러한 추가 층들은, 제한적인 것은 아니지만, 금속, 세라믹, 유리-충전 플라스틱, 고무 등을 포함하는 임의의 유형(반드시 열가소성 및/또는 열경화성일 필요는 없음)일 수 있다.

본 발명의 다른 변형예는 후술되는 바와 같은 도면에 도시된 양호한 실시예를 검토할 때 명백하게 될 것이다.

본 발명은 주로 지하 액체 및 가스 운송 시스템내에 이용하기 위해 폭넓은 범위의 내부적으로 발생된 압력 및/또는 인가된 압력을 견딜 수 있는 신규한 열가소성 파이프에 관한 것이다. 이러한 파이프는 제조 비용, 운반 비용, 구현 비용(implementation cost)(특히 지하), 지하의 운동(즉, 지진 및 진동)을 상쇄하기 위한 모듈러스 강도의 허용, 방청 특성 및 제조의 용이성 때문에 표준 금속(즉, 강철, 납 등) 파이프 이상의 개선점을 제공한다. 이러한 파이프는 고압 상태를 견디는데 일반적으로 요구되는 것보다 두께가 얇은 플라스틱의 이용을 허용하는 특정 편물(fabric) 제품으로 보강되는 것이 바람직하다. 더욱이, 누출 또는 파열 감지 시스템 및 이러한 파이프내에서 운송되는 물질의 부동(不凍)성을 보장하기 위한 가열 방법이 본 발명내에서 기대될 수 있다.

본 발명의 상기 및 기타 특징, 관점 및 장점들은 다음의 상세한 설명, 첨부된 청구범위 및 도면과 관련하여 보다 잘 이해될 것이다.

도 1은 파이프(10)로 도시된 본 발명의 일 실시예를 도시하는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 파이프(10)의 단면도.

도 3은 도 1에 도시된 파이프를 형성하는 장치의 부분 단면도.

도 4a 내지 도 4h는 도 3에 도시된 장치 및 파이프의 단면도로서, 보강 편물을 내측 벽에 접합시키는 방법을 도시하는 도면.

도 5는 도 3에 도시된 장치에 의해 도 1에 도시된 파이프를 형성하는데 사용하는 직물의 부분도.

도 6은 도 3에 도시된 장치에 의해 도 1에 도시된 파이프를 형성하기 위한 보강 편물로 사용하기 위한 직물을 도시하는 도면.

도 7은 도 1에 도시된 파이프의 제 위치 형성 및 설치를 위한 장치를 도시하는 도면.

첨부된 도면에 그 예들이 도시되어 있는, 본 발명의 잠재적인 양호한 실시예에 대해 상세히 설명한다. 이들은 본 발명을 도시되고 기술된 예에 한정하려는 의도는 아님을 이해하여야 한다. 반대로, 첨부된 청구범위 및 그의 균등물에 의해 규정되는 바와 같은, 본 발명의 진정한 사상 및 범위내에 포함될 수 있는 모든 대안, 변형 및 균등물을 커버하는 것으로 의도된다.

도면, 특히 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 나타내는 파이프(10)가 도시되어 있다. 파이프(10)는 일반적으로 내측벽(110), 보강 직물(120) 및 외측벽(130)을 구비한다. 내측벽(110)은 바람직하게는 열가소성 재료로 형성되며, 내측 통로 표면(111) 및 내측벽 직물 계면 구역(113)을 갖는다. 내측 통로 표면(111)은 파이프(10)의 내부를 규정한다. 외측벽(130)은 바람직하게는 열가소성 재료로 형성되며, 외측 표면(133)과 외측벽 직물 계면 구역(131)을 갖는다. 보강 직물(120)은 내측벽(110) 주위를 감싸며 내측벽 직물 계면 표면(133)과 결합한다.보강 직물(120)은 내측벽(110)을 둘러싸기에 충분한 폭을 가지며 보강 재료의 에지가 내측벽 주위로 중첩되는 직물 중첩 섹션(121)을 갖는다. 직물 로킹 시스템(123)이 직물 중첩 섹션(121) 사이에 제공되어 보강 재료(120)의 단부가 분리되는 것을 방지한다. 외측벽 직물 계면(131)은 보강 직물(120)과 결합하며 외측벽은 보강 직물을 둘러싼다. 이러한 직물 로킹 시스템(123)은 대안적으로, 중첩 섹션(121) 사이에 확고한 장기간의 결합을 허용하여 파이프 제조시 및 높은 내부 압력에 의해 야기되는 잠재적 신장시 두 섹션의 분리를 방지하는 접착제 성분(단순한 예로서, 열-활성 또는 압력-활성 접착제 등)을 포함할 수도 있다.

도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 파이프(10)를 형성하는 장치(200)의 단면도가 도시되어 있다. 장치(200)는 일반적으로 내측벽 다이(210), 맨드릴(220), 보강 직물 가이드(230) 및 외측벽 다이(240)를 구비한다. 내측벽 다이(210)는 내측벽 다이 개구(211)를 갖는다. 맨드릴(220)은 내측벽 다이 개구(211)를 통해 연장하여 파이프(10)의 내측 통로(111)를 형성하며 파이프(10)의 형성동안 내측벽(110)에 대한 지지를 제공하는 외측 표면(221)을 구비한다.

여전히 도 3을 참조하면, 보강 직물 가이드(230)는 내측벽 다이(210) 뒤에 맨드릴 주위에 위치된다. 보강 직물 가이드(230)는 내측벽(110) 주위에 보강 직물(120)을 위치시키도록 보강 직물(120)의 에지를 가이드 하기 위한 내측 직물 가이드(231)와 외측 직물 가이드(232)를 구비한다. 본 장치(200)의 일 실시예에 있어서, 보강 직물 가이드(230)는 중첩된 직물 섹션(121) 사이에 재료를 삽입하도록 위치된 조인트 재료 인젝터(235)를 구비한다. 다른 양호한 실시예에 있어서,보강 직물 가이드(230)는 보강 직물(120)의 중첩 부분을 서로 가압하는 밀착 롤러(237)를 구비한다.

여전히 도 3을 참조하면, 외측벽 다이(240)는 맨드릴(220) 주위에 위치되며 내측 다이벽(241)과 외측 다이벽(245)을 구비한다. 외측벽 다이(240)의 내측 다이벽(241)은 내측벽(110)과 보강 직물(120)의 조합체를 수용하도록 내측 다이벽 개구(242)를 구비한다. 내측 다이벽 개구(242)는 내측벽(110)과 보강 직물(120)의 조합체가 외측벽 다이(240)내로 전이하는 것을 돕는 내측 다이벽 개구 테이퍼(243)를 갖는다. 외측벽 다이(240)는 또한 외측벽 다이 개구(246)를 갖는 외측 다이벽(245)을 갖는다. 맨드릴(220)내의 통로(223)는 외측벽 다이(240)가 파이프(10)의 외측벽(130)을 형성한 후 어느 시점에서 파이프(10)의 내측에 공기압을 제공한다. 파이프(10)내의 맨드릴(220)로부터의 압력을 유지하기 위해 연결 체인(225)이 파이프(10)내에 플러그(224)를 고정하여 맨드릴(220)에 대해 밀봉한다.

이제 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 작동시, 열가소성 재료가 내측벽 다이 개구(211)를 통해 맨드릴(220)의 외측 표면(221)상으로 압출되어 파이프(10)의 내측벽(110)을 형성한다. 맨드릴(220)의 외측 표면은 보강 직물(120) 및 외측벽(130)을 가하는 공정 동안 파이프(10)의 내측벽(110)에 대한 지지를 제공한다. 내측벽(110)이 맨드릴(220)상으로 압출된 후, 보강 직물 가이드(230)는 내측벽 직물 계면 구역(113)상에 보강 직물(120)을 위치시킨다.

이제 도 3 및 도 4a 내지 도 4h를 참조하면, 내측 직물 가이드(231)와 외측 직물 가이드(232)는 보강 직물(120)이 내측벽 직물 계면 구역(113)상에 위치될 때보강 직물(120)의 대향 단부를 가이드한다. 도 4a 내지 도 4h는 보강 직물 가이드(230)가 내측벽(110)의 내측벽 직물 계면 구역(113)상에 보강 직물(120)을 가하는 방식의 시퀀스를 순차적인 방식으로 도시한다. 내측 직물 가이드(231)는 먼저 보강 직물(120)의 일 에지를 파이프(10)의 내측벽(110)에 가한다. 파이프(10)의 내측벽(110)이 압출 장치(20)를 따라 전진함에 따라, 외측 직물 가이드(232)는 계속해서 내측벽(110)의 직물 계면 구역(113) 주위에 보강 직물(120)을 두른다. 이러한 방식으로, 보강 직물(120)은 보강 직물(120)내의 주름 또는 내측벽(110)과 보강 직물(120) 사이의 에어 포켓(air pocket)의 발생 가능성을 감소시키는 방식으로 내측 파이프(110)를 둘러싼다.

여전히 도 3 및 도 4a 내지 도 4h를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 조인트 재료(123a)의 형태인 직물 로킹 시스템(123)이 보강 직물(120)의 직물 중첩 섹션(121) 사이에 제공되어 완성된 파이프(10)가 내부 압력을 받을 때 보강 직물(120)이 중첩된 위치에 로킹된 상태로 유지되는 것을 돕는다. 조인트 재료(123a)는 외측 직물 가이드(232)가 직물 중첩 섹션(121)을 서로 접합시키는 위치 직전에 조인트 재료 인젝터(233)에 의해 직물 중첩 섹션(121) 사이에 주입된다. 조인트 재료(123a)는 내측벽(110) 및 외측벽(130)을 형성하는데 사용된 재료와 동일한 유형일 수 있거나 또는 직물 중첩 섹션(121)이 분리되지 않도록 고정시키는 것을 돕도록 선택된 상이한 재료일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 조인트 재료(123a)는 직물 가이드(230)가 직물 중첩 섹션(121)을 서로 접합시키기 전에 직물 중첩 섹션(121) 사이의 위치내에 설치되는 테이프, 리본 또는 스트랜드 등이다.

대안적인 양호한 실시예에 있어서, 직물 고정 시스템(123)은 후크, 파일(pile) 또는 다른 기계적 기구와 같은 기계적 장치를 사용하는 기계적 로킹 시스템이다. 후크 장치를 포함하는 직물 로킹 시스템의 실시예에 있어서, 다수의 후크 장치가 하측 직물 중첩 섹션(121)으로부터 상측 직물 섹션(121)내로 상방으로 연장하거나, 또는 상측 직물 중첩 섹션(121)으로부터 하측 직물 중첩 시스템내로 하방으로 연장하거나, 또는 양자가 모두 적용된다. 후크 장치를 사용하는 직물 로킹 시스템(123)은 후크 및 파일 폐쇄 시스템의 후크 장치와 유사한 후크 장치를 사용할 수 있다. 파일형 요소를 사용하는 직물 로킹 시스템(123)의 실시예에 있어서, 파일형 요소는 하측 직물 중첩 섹션(121)으로부터 상측 직물 중첩 섹션(121)내로 연장하거나, 또는 상측 직물 중첩 섹션(121)으로부터 하측 직물 중첩 섹션(121)내로 연장하거나, 또는 양자가 모두 적용될 수 있다. 파일형 요소를 사용하는 직물 로킹 시스템(123)은 보강 재료와 동일한 섬유 또는 실로 형성된 파일형 요소를 가질 수 있으며, 또한 보강 직물(120)의 중심을 향해 뒤로 소정 각도로 경사진 파일 요소를 가질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 기계적 장치를 적용하는 직물 로킹 시스템(123)은 직물 가이드(230)가 직물 중첩 섹션(121)을 서로 접합시키기 전에 직물 중첩 섹션(121) 사이의 위치내에 놓여진 리본, 스트립, 스트랜드상에 기계적 장치를 합체시킬 수 있다. 리본, 스트립, 스트랜드 등의 형태인 기계적 장치를 적용하는 직물 로킹 시스템(123)에 있어서, 로킹 시스템(123)은 또한 하측 직물 중첩 섹션(121) 아래에 위치될 수 있으며, 또한 양측 직물 중첩 섹션(121)내로 또는 상측 직물 중첩 섹션(121)을 지나 상방으로 연장할 수 있으며, 또한 양측 직물 중첩 섹션(121)내로 하방으로 연장할 수 있다. 부가적으로, 직물 로킹 시스템은 전술된 조인트 재료(123a)와 기계적 시스템을 모두 적용할 수 있다.

이제 도 3을 참조하면, 일단 직물 로킹 시스템(123)이 제 위치에 위치되면, 밀착 롤러(237)는 외측벽(130)의 인가에 대비하여 직물 중첩 섹션(121)을 서로 가압한다. 외측벽(130)은 외측벽 다이(240)에 의해 내측벽(110) 및 보강 직물(120)의 조합체 주위에 형성된다. 내측벽(110) 및 보강 직물(120)의 조합체는 외측벽 다이(240)의 내측벽 개구(242)를 통해 외측벽 다이(240)내로 유입된다. 내측벽 개구 테이퍼(243)는 내측벽(110) 및 보강 직물(120)의 조합체가 외측벽 다이(240)내로 전이되는 것을 돕는다. 열가소성 재료가 외측벽 다이(240)내로 압출되어 내측벽(110) 및 보강 직물(120)의 조합체를 둘러싼다. 내측벽(110), 보강 직물(120) 및 외측벽(130)은 외측 다이벽(245)내의 외측 다이벽 개구(246)를 통해 외측벽 다이(240)를 빠져나간다. 외측벽 다이(240)는 도 3에서 파이프(10)에 수직한 것으로 도시되어 있지만, 외측벽 다이(240)는 내측 다이벽(241) 및 외측 다이벽(245)이 외측 벽 다이(240)내로 유입되는 내측벽(110) 및 보강 직물(120)의 조합체에 대해 예각을 형성하도록 소정 각도로 될 수 있다. 이 예각은 파이프(10)상에 외측벽(130)을 형성하는 것을 용이하게 하며 내측 다이벽 개구(242)로부터 누출되는 열가소성 재료의 경향을 감소시키는 것을 돕는다.

여전히 도 3을 참조하면, 맨드릴(220)내의 통로(223)에 인가된 공기압은 외측벽(130)이 형성된 후 파이프(10)의 내부내로 빠져나간다. 파이프(10)내의 플러그(225)는 파이프(10)내의 압력을 유지하는 것을 돕는다. 연결 체인(227)은 플러그(225)를 맨드릴(220)에 인접하게 유지한다. 파이프(10)내에 인가된 압력은 3층 파이프(10)가 최종 형상으로 굳어질 때 전체 구조체의 붕괴를 방지한다. 굳어진 후, 플러그(225)가 제거되어 생성된 파이프 구조체(10)는 다른 파이프(도시안됨)와 협력하여 전체 고압 파이프라인(도시안됨)으로서 사용될 준비가 된다.

이제 도 5를 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 보강 직물(110)로 사용되기 위한 직물(300)의 부분도가 도시되어 있다. 직물(300)은 전극 요소(311, 312) 및 저항 요소(320)를 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 요소(311, 312)는 셀비지 실(selvage yarn)과 같은 직물(300)의 길이를 따라 평행하게 이어진 도전성 재료이다. 저항 요소(320)는 전극 요소(311, 312) 주위에 직조되며, 서로 끼워져서 편물을 형성한다. 예로서, 저항 요소(320)는 그 위에 나선식으로 감겨진 미세 저항 와이어 또는 테이프를 갖거나 또는 열가소성 또는 수지 바인더에 의해 그 위에 결합된 카본 입자의 층을 갖는 가요성 코어로 형성된 실일 수 있다. 전극 요소(311, 312)와 저항 요소(320)는 가요성으로 도 1 및 도 2에 도시된 보강 편물(120)과 같이 내측벽(110) 주위에 놓일 수 있는 편물을 형성한다.

이제 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 보강 편물(120)로서 도 5에 도시된 직물(300)을 사용함으로써, 파이프(10)내의 제 위치에 있을 때 전류가 편물(300)의 전극 요소(311, 312)에 인가될 수 있다. 전극 요소(311, 312)에 공급된 전류는 저항 요소(320)를 지나면서 열을 발생시킨다. 이에 의해, 파이프(10)는 파이프(10)의 내용물에 열을 가하도록 또는 파이프(10)의 내용물로부터 파이프의 외부로의 열에너지 손실을 보상하도록 사용될 수 있다.

이제 도 6을 참조하면, 도 1 및 도 2에 도시된 파이프(10)의 보강 직물(120)로서 사용되기 위한 직물(400)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 편물(400)은 일반적으로 셀비지 실(430), 전극 실(electrode yarn)(411, 412) 및 저항 실(resistive yarn)(420)을 포함한다. 전극 실(411, 412)은 저항 실(420)이 각각의 전극 실(411, 412)을 분리시키도록 셀비지 실(430) 주위에 직조된다. 전극 실(411, 412)의 각각의 교차점에서, 전극 실(411, 412)은 서로 전기적 접속을 형성하는 것으로부터 절연된다. 전극 실(411, 412)중 하나와 저항 실(420)의 각각의 교차점에서, 저항 실(420)은 각각의 전극 실(411, 412)과의 전기적 접속관계로 놓인다. 이에 의해, 전극(411, 412)이 저항 실(420)의 일련의 세그먼트에 의해 상호접속된 전기 회로가 형성되어, 병렬 저항 회로를 형성한다. 병렬 저항 회로는 전극 실(411, 412) 사이에 전류를 인가함으로써 직물(300)과 유사한 방식으로 열을 발생시킨다. 또한, 전극(411 또는 412)내의 임의의 파단은, 파단의 위치를 나타내는, 전극 실(411, 412)에 걸친 전위의 변화를 야기할 것이다. 따라서, 전극(411, 412) 중 하나의 파단을 야기하는 파이프(10)내의 파단이 전극 실(411, 412)에 걸친 전위를 측정함으로써 위치파악될 수 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 직물(300, 400)에 부가하여, 발열 요소를 갖는 전통적 직조된 또는 니트된 직물이 도 1 및 도 2에 도시된 보강 직물(120)로서 합체될 수 있다. 예를 들면, 셀비지 실, 픽 실(pick yarn), 충전 실(filling yarn)을 갖는 전통적 직편물이 직물(300, 400)의 열적 가열 특징을 포함할 수 있다. 전통적 직편물의 픽이 저항 요소로 될 수 있으며, 셀비지 실 및/또는 충전 실이 도전성 재료로 될 수 있다. 대안적으로 충전 실이 저항 재료로 형성될 수 있으며, 픽 실이 도전성 셀비지 실 및/또는 도전성 충전 실에 의해 전기적으로 공급된 도전성 실일 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서, 저항 실은 픽 실과 충전 실의 조합일 수 있다.

이제 도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 파이프의 일 실시예의 제 위치의 형성 및 설치를 위한 장치(500)가 도시되어 있다. 장치(500)는 트럭과 같은 운송 장치(510), 운송 장치(510)상에 위치된 트렌치(trench) 또는 도랑 파는 장치(520) 및 도 3에 도시된 파이프 형성 장치(20)와 같은 파이프(530)의 형성을 위한 장치를 구비한다. 운송 장치(510)에 의해 보강 직물의 공급원(540)[예컨대, 도 1에 도시된 보강 직물(120)의 롤]이 위치되어, 파이프 형성 장치(530)에 파이프(10)를 형성하는데 필요한 보강 재료(120)를 공급한다. 또한, 플라스틱 공급원(551)을 갖는 압출 장치(550)가 운송 장치(510)에 의해 위치되어 파이프 형성 장치(200)의 내측벽 다이(210)에 용융된 재료를 공급하여 파이프(10)의 내측벽(110)을 형성한다. 재료 공급원(561)을 갖는 제 2 압출 장치(560)는 재료를 압출하고 파이프 형성 장치(530)의 외측벽 다이(240)에 재료를 공급하여 파이프(10)의 외측벽(130)을 형성한다. 두 개의 압출 장치가 별개의 공급원으로 도시되어 있지만, 두 개의 압출 장치는 단일의 압출 장치일 수도 있음이 고려된다.

여전히 도 7을 참조하면, 도랑 또는 트렌치 파는 장치(510)는 파이프(10)를 설치하기 위해 땅을 파낸다. 압출 장치(520)는 파이프(10)의 내측벽(110), 보강 직물(120) 및 외측벽(130)을 형성하기 위해 각각 압출 장치(550)로부터의 압출된재료, 공급원으로부터의 보강 재료(20) 및 압축 장치(560)로부터의 압출된 재료를 수용한다. 파이프(10)는 트렌치 또는 도랑 파는 장치(520)에 의해 형성된 트렌치 또는 도랑내에 위치되며, 필요시 흙이 파이프(10)위에 덮여진다. 공정은 운송 장치(510)가 파이프(10)를 형성하여 제 위치에 설치하도록 계속된다.

본 발명이 상세히 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 범위로부터 일탈됨 없이 그에 대한 변경 및 변형을 행할 수 있음이 자명하다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims (5)

1. 내측벽 및 외측벽을 갖는 열가소성 파이프에 있어서,

   (a) 적어도 두 개의 열가소성 층으로서, 상기 두 개의 열가소성 층 중 적어도 하나는 상기 내측벽을 형성하고, 상기 적어도 두 개의 열가소성 층 중 다른 하나는 상기 외측벽을 형성하는, 적어도 두 개의 열가소성 층과,

   (b) 상기 적어도 두 개의 열가소성 층 사이에 존재하는 적어도 하나의 직물 보강 재료의 층으로서, 상기 직물 보강 층은 적어도 두 개의 전극 실(electrode yarn)과 적어도 하나의 저항 실(resistive yarn)을 포함하며, 상기 저항 실은 상기 적어도 두 개의 전극 실 사이에 전기적으로 접속된, 적어도 하나의 직물 보강 재료의 층을 포함하는

   열가소성 파이프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 직물 보강 재료는 메시 구조(mesh structure)인

   열가소성 파이프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 직물 보강 재료는 니트, 스크림, 직물, 부직물, 인-레이드(in-laid) 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 편물의 형태로 존재하는

   열가소성 파이프.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 직물 보강 재료는 스크림 편물의 형태로 존재하는

   열가소성 파이프.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 직물 보강 재료는 인-레이드 편물의 형태로 존재하는

   열가소성 파이프.