(57)【要約】【課題】  配管用のパイプが炭素鋼製の鋼管である場合でも、その鋼管の品質を著しく低下させることなく管内流体物を凍結させることができる管内流体の凍結装置の提供を課題とする。【解決手段】  既設の配管用のパイプ１が貫通している断熱容器２には、冷却媒体液１０が収納されている。１１は液温を均一化するための攪拌機、１２は液温計である。浸漬容器２０内の冷却媒体液１０と断熱容器２内の冷却媒体液１０は、循環用配管３０，循環ポンプ３１により循環している。液体冷却材収納容器４０内には液体冷却材４１が収納されている。浸漬容器２０を液体冷却材４１に浸すことにより、断熱容器２内の冷却媒体液１０の液温が下がって、パイプ１内の管内流体物が凍結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設の配管用のパイプの内を流れている管内流体物を凍結させる管内流体の凍結装置であって、
上部が開放され且つ前記パイプが貫通している断熱容器と、
該断熱容器内の前記パイプが完全に浸るように満たされた前記管内流体物の融点温度よりも低い融点温度を有する冷却媒体液と、
前記断熱容器内の前記冷却媒体液の液温を検出して表示する液温検出表示手段と、
前記断熱容器内の前記冷却媒体液を冷却する冷却手段とを具えることを特徴とする管内流体の凍結装置。
【請求項２】
前記断熱容器内の前記冷却媒体液を攪拌する攪拌手段をさらに具えることを特徴とする請求項１に記載の管内流体の凍結装置。
【請求項３】
前記冷却媒体液は、エタノールまたはエチレングリコールであることを特徴とする請求項１に記載の管内流体の凍結装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、前記断熱容器内の前記冷却媒体液中にその冷却部が投入されている投込みクーラーであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの項に記載の管内流体の凍結装置。
【請求項５】
前記冷却手段は、
上部が開放され且つ前記管内流体物の融点温度よりも低い融点温度を有する液体冷却材が収納されている液体冷却材収納容器と、
該液体冷却材収納容器の上方から当該液体冷却材収納容器内に挿入自在で、前記液体冷却材への浸漬および前記液体冷却材からの離脱が自在な浸漬容器と、
該浸漬容器に収納された前記冷却媒体液と、
当該浸漬容器内の前記冷却媒体液と前記断熱容器内の前記冷却媒体液とを循環させる循環用配管と、当該循環用配管を用いて前記断熱容器内の前記冷却媒体液と前記浸漬容器内の前記冷却媒体液とを循環させる循環ポンプとからなる冷却媒体液循環手段とによって構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかの項に記載の管内流体の凍結装置。
【請求項６】
前記浸漬容器内の前記冷却媒体液を攪拌する攪拌手段をさらに具えることを特徴とする請求項５に記載の管内流体の凍結装置。
【請求項７】
前記液体冷却材は、液体窒素であることを特徴とする請求項５に記載の管内流体の凍結装置。
【請求項８】
既設の配管用のパイプの内を流れている管内流体物を凍結させる管内流体の凍結装置であって、
上部が開放され且つ前記パイプが貫通している断熱容器と、
該断熱容器内の前記パイプが完全に浸るように満たされた冷却媒体液と、
前記断熱容器内の前記冷却媒体液を冷却する当該冷却媒体液中にその冷却部が投入されている投込みクーラーと、
前記断熱容器内の前記冷却媒体液の液温および凍結して固体化した前記冷却媒体液の温度を検出する温度センサと、
該温度センサの出力に基づいて、前記冷却媒体液の液温および凍結して固体化した前記冷却媒体液の温度が予め定められた温度となるように前記投込みクーラーを制御する温度制御装置とを具えることを特徴とする管内流体の凍結装置。
【請求項９】
前記冷却媒体液は水（Ｈ２Ｏ）であることを特徴とする請求項８に記載の管内流体の凍結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設の配管内を移動している水などの管内流体物を凍結させる管内流体の凍結装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工場等に配管されているパイプ内の水などの管内流体物を凍結させて、その凍結場所付近のパイプや継手などの修理や改良の工事を行う所謂「凍結工法」が広く用いられている。
【０００３】
例えば、特開２０１１−１５３６７３号公報には以下のような工法が開示されている。
【０００４】
すなわち、図５に示したように、既に使用されている配管用のパイプ１が貫通し且つその貫通部分が密閉されるように加工した上部が開放されている断熱容器２をあらかじめ用意しておき、その断熱容器２内のパイプ１が完全に浸漬状態となるように断熱容器２内に液体窒素のような液化ガス３を注ぎ込んで、パイプ１内の管内流体物を凍結させる工法が開示されている。
【０００５】
そして、もし修理や改良の工事の途中で、断熱容器２内の液化ガス３の量が気化により減少した場合には、断熱容器２の上方から液化ガスを補充する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１５３６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したように、このような従来の管内流体の凍結工法では、通常、液体窒素を用いて管内流体を凍結させている。
【０００８】
ここで、液体窒素を用いて管内流体を凍結させる場合、液体窒素の温度は−１９６℃であるので、配管用のパイプ１がステンレス製である場合には問題はないが、パイプ１が炭素鋼製の鋼管である場合には、その鋼管が液体窒素によって冷温脆化を起こしてしまう、すなわち、鋼管の品質が著しく低下してしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の問題を解消するために、本発明の第１の手段は、既設の配管用のパイプの内を流れている管内流体物を凍結させる管内流体の凍結装置であって、上部が開放され且つ前記パイプが貫通している断熱容器と、該断熱容器内の前記パイプが完全に浸るように満たされた前記管内流体物の融点温度よりも低い融点温度を有する冷却媒体液と、前記断熱容器内の前記冷却媒体液の液温を検出して表示する液温検出表示手段と、前記断熱容器内の前記冷却媒体液を冷却する冷却手段とを具えることを特徴とするものである。ここで、前記断熱容器内の前記冷却媒体液を攪拌する攪拌手段をさらに具えていてもよいし、前記冷却媒体液は、エタノールまたはエチレングリコールであってもよい。
【００１０】
また、前記冷却手段は、前記断熱容器内の前記冷却媒体液中にその冷却部が投入されている投込みクーラーであってもよい。
【００１１】
また、前記冷却手段は、上部が開放され且つ前記管内流体物の融点温度よりも低い融点温度を有する液体冷却材が収納されている液体冷却材収納容器と、該液体冷却材収納容器の上方から当該液体冷却材収納容器内に挿入自在で、前記液体冷却材への浸漬および前記液体冷却材からの離脱が自在な浸漬容器と、該浸漬容器に収納された前記冷却媒体液と、当該浸漬容器内の前記冷却媒体液と前記断熱容器内の前記冷却媒体液とを循環させる循環用配管と、当該循環用配管を用いて前記断熱容器内の前記冷却媒体液と前記浸漬容器内の前記冷却媒体液とを循環させる循環ポンプとからなる冷却媒体液循環手段とによって構成されていてもよい。この場合、前記浸漬容器内の前記冷却媒体液を攪拌する攪拌手段をさらに具えていてもよいし、前記液体冷却材は、液体窒素であってもよい。
【００１２】
さらに、以上の問題を解消するために、本発明の第２の手段は、既設の配管用のパイプの内を流れている管内流体物を凍結させる管内流体の凍結装置であって、上部が開放され且つ前記パイプが貫通している断熱容器と、該断熱容器内の前記パイプが完全に浸るように満たされた冷却媒体液と、前記断熱容器内の前記冷却媒体液を冷却する当該冷却媒体液中にその冷却部が投入されている投込みクーラーと、前記断熱容器内の前記冷却媒体液の液温および凍結して固体化した前記冷却媒体液の温度を検出する温度センサと、該温度センサの出力に基づいて、前記冷却媒体液の液温および凍結して固体化した前記冷却媒体液の温度が予め定められた温度となるように前記投込みクーラーをＯＮ／ＯＦＦ制御する温度制御装置とを具えることを特徴とするものである。ここで、前記冷却媒体液は水（Ｈ２Ｏ）であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配管用のパイプが炭素鋼製の鋼管である場合でも、その鋼管の品質を著しく低下させることなく管内流体物を凍結させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１の構成を示した構成図である。
【図２】本発明の実施例２の構成を示した構成図である。
【図３】本発明の実施例３の構成を示した構成図である。
【図４】本発明の実施例３の動作の説明図である。
【図５】従来の管内流体の凍結工法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１の構成を示した構成図である。
【００１７】
図１において、既設の配管用のパイプ１が貫通している断熱容器２の構成は、従来から管内流体の凍結工法で広く用いられている発泡スチロール製の断熱容器と同様の構成のものである。
【００１８】
この断熱容器２内のパイプ１が完全に浸るように断熱容器内に収納されている液体は、パイプ１内の管内流体物の融点温度よりも低い融点温度を有する冷却媒体液である。本実施例１においては、この冷却媒体液１０として融点温度が−１１４℃程度のエタノールを用いている。この冷却媒体液１０としては、管内流体物の融点温度よりも低い融点温度を有している液体であれば、エタノールに限られるものではなく、例えば管内流体物が融点が０℃の水である場合には、融点温度が−１００℃程度のエチレングリコールとしてもよい。
【００１９】
１１は、断熱容器２内の冷却媒体液１０の液温の均一化を図るための攪拌機であり、１２は、冷却媒体液１０の液温を検出して表示する液温計である。
【００２０】
また、４０は、液体冷却材４１が収納され、上部が開放されている液体冷却材収納容器である。ここで、液体冷却材４１としては、管内流体物の融点よりも低い温度の液体が選ばれており、本実施例１においては、この液体冷却材４１として液体窒素を用いている。
【００２１】
液体冷却材収納容器４０は、断熱容器２と同様の発泡スチロール製の容器でもよく、また、この液体冷却材収納容器４０はデュワー瓶としてもよい。
【００２２】
２０は、液体冷却材収納容器４０の上方から挿入可能な大きさのステンレス製の浸漬容器である。この浸漬容器２０内には冷却媒体液１０が収納されており、浸漬容器２０を液体冷却材４１に浸漬させることにより、その内部の冷却媒体液１０の液温を下げることができる。
【００２３】
１１は攪拌機、１２は液温計である。
【００２４】
３０は、浸漬容器２０内の冷却媒体液１０と断熱容器２内の冷却媒体液１０とを循環させるための循環用配管であり、３１は、この循環用配管３０を用いて冷却媒体液１０を循環させる循環ポンプである。この循環ポンプとして、本実施例１においては、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ製のぺリスタルティックポンプ（型式：１３−８７６−３）を使用した。
【００２５】
次に、以上のように構成された本実施例の使用方法について説明する。
【００２６】
配管用のパイプ１や継手の修理等を行う作業員は、その修理場所の付近のパイプ１が、図１の断熱容器２内に位置するように、本実施例１に係る凍結装置を組み立てる。そして、断熱容器２内と浸漬容器２０内に冷却媒体液１０を注ぎ込み、循環ポンプ３１を作動させる。
【００２７】
次に、液体冷却材収納容器４０内に液体冷却材４１を注ぎ込み、この液体冷却材４１に浸漬容器２０を浸して、浸漬容器２０内の冷却媒体液１０の液温を低下させる。この浸漬容器２０内の冷却媒体液１０の液温の低下に伴って、断熱容器２内の冷却媒体液１０の液温も低下する。
【００２８】
ここで、例えばパイプ１内の管内流体物が融点温度が０℃の水である場合には、作業員は、断熱容器２内の液温を検出する液温計１２を見て、液温が−２５℃になったら浸漬容器２０を液体冷却材４１から離脱させる。そして液温が−１５℃になったら浸漬容器２０を再び液体冷却材４１に浸して再び液温が−２５℃になるまでその状態を保つ。
【００２９】
以後、修理や改良等の工事が終了するまで、この動作を繰り返す。
【００３０】
修理や改良等の工事が終了したら、作業員は、循環ポンプ３１を停止させて、液体冷却材４１および冷却媒体液１０を他の容器に移し、断熱容器２をパイプ１から外して一連の作業を終了する。
【００３１】
以上のようにして本実施例１を用いて管内流体物の凍結作業を行えば、パイプ１が炭素鋼製の鋼管であったとしても、従来例に比して、著しく品質を低下させることなく凍結工法を用いてパイプや継手の修理作業を行うことができる。
【実施例２】
【００３２】
図２は、本発明の実施例２の構成を示した構成図である。
【００３３】
ここで、図２において、図１と同一符号のものは同一のものを示しているので、その説明は省略する。
【００３４】
図２に示した構成の本実施例２においては、断熱容器２内の冷却媒体液１０を、投込みクーラー５０の冷却部５１によって直接冷却するのように構成してある。
【００３５】
この投込みクーラー５０としては、東京理化器械社製のもの（型式：ＥＣＳ−５０ＳＳ）や、トーマス科学機械社製のもの（型式：ＴＲＬ−１１７ＳＴ）などの投込みクーラーを用いることができる。これらの投込みクーラーは、電源をＯＮにすると冷却部５１の温度が低下し、電源をＯＦＦにすると冷却部５１の温度の低下が停止する。
【００３６】
以上のように構成された本実施例２においては、作業員は、断熱容器２内の冷却媒体液１０の液温を液温計１２で見ながら、その液温が所定の範囲内の温度となるように、投込みクーラー５０の電源をＯＮ／ＯＦＦして制御する。
【実施例３】
【００３７】
図３は、本発明の実施例３の構成を示した構成図である。
【００３８】
本実施例３の構成が、図２に示した実施例２の構成と異なるところは、実施例２の液温計１２を冷却媒体液１０の温度を検出する温度センサ１３に代えて、その温度センサ１３の検出信号に基づいて冷却媒体液１０の温度が予め定めた温度となるように投込みクーラー５０をＯＮ／ＯＦＦ制御する温度制御装置１４が設けられていることである。その他の構成は、図２に示した実施例２の構成と同様であるのでその説明は省略する。
【００３９】
なお、本実施例３においては、投込みクーラー５０によって冷却媒体液１０の温度を低下させてゆき、冷却媒体液１０の温度が冷却媒体液の融点以下の温度になって冷却媒体液が凍結した後もその凍結して固体化した冷却媒体（液）の温度をさらに投込みクーラー５０で低下させてパイプ１内の管内流体物を凍結させる構成となっている。従って本実施例３においては、実施例２で用いていた撹拌機１１は使用しない。
【００４０】
このような構成にすることによって、管内流体物の融点よりも高い温度の融点を有する冷却媒体液１０を用いても管内流体物を凍結させてその温度を予め定めた温度に維持することができる。
【００４１】
すなわち、本実施例３によれば、冷却媒体液１０の融点を考慮することなく冷却媒体液１０を選ぶことができるので、入手が容易で作業員が触れても安全で且つ施工現場で断熱容器２外に零れてもあまり問題とはならない水（Ｈ２Ｏ）を冷却媒体液１０として使用することが可能になる。
【００４２】
以上のように構成された本実施例３において、管内流体物の融点よりも高い温度の融点を有する冷却媒体液１０を用いて、温度制御装置１４に管内流体物の融点温度よりも低い温度を予め設定した場合には、図４（ａ）に示したように、投込みクーラー５０の冷却部５１によって冷却媒体液１０の温度を下げてゆくと、先ず冷却部５１付近の冷却媒体液１０がその融点以下の温度となって凍結して固体化（１０´）する（図４（ｂ）参照）。その固体化（１０´）した冷却媒体液１０の温度を投込みクーラー５０の冷却部５１によってさらに低下させると、その固体化（１０´）した冷却媒体液１０の周囲の冷却媒体液１０の温度が低下して融点以下の温度となり、図４（ｃ）に示したように、固体化（１０´）する冷却媒体液１０の領域が広がる。このような状態においても、固体化（１０´）した冷却媒体液１０の温度は投込みクーラー５０の冷却部５１によって予め定められた温度まで低下し続ける。
【００４３】
この固体化（１０´）した冷却媒体液１０が、パイプ１に達して、その達した部分の温度がパイプ１内の管内流体物の融点以下の温度になると、その部分の管内流体物が凍結し始める。
【００４４】
そして、最終的には、固体化（１０´）した冷却媒体液１０の温度は、温度制御装置１４（図３参照）によって予め定められた温度に維持され、図４（ｄ）に示したように断熱容器２内に存在するパイプ１内の管内流体物は凍結してその状態が維持される。
【００４５】
以上のような本実施例３を使用して、本願の発明者は、冷却媒体液１０を水（Ｈ２Ｏ）として、パイプ１内の亜硝酸水（濃度１％、融点ほぼ０℃）の凍結実験を行い、管内流体物である亜硝酸水の凍結を確認した。なお、この凍結実験に際しては、温度センサ１３として東京理化器械社製の液体膨張式センサを用い、温度制御装置１４の設定温度は−４０℃とした。
【００４６】
なお、本実施例３において温度制御装置１４は、投込みクーラー５０の入力をＯＮ／ＯＦＦ制御して、冷却部５１の温度が設定温度を含む一定の範囲内の温度となるように制御する構成のものになっているが、温度制御装置１４の構成はこの構成に限られるものではなく、冷却部５１の温度を制御することができるものであれば、どのような構成のものであってもよい。例えば、投込みクーラー５０の入力を短時間にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すパルス状の入力にして冷却部５１の温度を設定温度に保つチョッパー制御方式の構成のものにしてもよいし、さらに、投込みクーラー５０自体を制御して冷却部５１の温度を連続的に変化させることができる構成のものにしてもよい。
【００４７】
以上、実施例１，実施例２，実施例３を用いて説明したように、本発明に係る凍結装置を用いれば、パイプ１がステンレス管の場合は勿論、炭素鋼製の鋼管の場合でもその鋼管の低温脆化を従来に比して抑えた状態で、所謂「凍結工法」の作業中の管内流体物の凍結状態を維持することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  配管用のパイプ
２  断熱容器
３  液化ガス
１０  冷却媒体液
１１  攪拌機
１２  液温計
１３  温度センサ
１４  温度制御装置
２０  浸漬容器
３０  循環用配管
３１  循環ポンプ
４０  液体冷却材収納容器
４１  液体冷却材
５０  投込みクーラー
５１  冷却部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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