(57)【要約】【課題】屈曲部を通って配管内を移動しても移動体に接続されたケーブルに生じる摩擦抵抗を低く抑えることができる管内移動装置を提供する。【解決手段】屈曲部２１を有すると共に内部に流体が流れる配管２０で用いる管内移動装置１は、配管内を移動する移動体２と、移動体に配置されると共に配管内において作業を行う作業装置３と、移動体に接続されて作業装置に電力の供給又は電気信号の伝達を行うケーブル４と、を具備する。ケーブルは帯状外形を有する。【選択図】図１
2014005853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲部を有すると共に内部に流体が流れる配管で用いる管内移動装置において、
前記配管内を移動する移動体と、
前記移動体に配置されると共に前記配管内において作業を行う作業装置と、
前記移動体に接続されたケーブルと、を具備し、
前記ケーブルは帯状外形を有する、管内移動装置。
【請求項２】
前記配管の外部に配置されると共に前記ケーブルを巻き上げ可能な巻き上げリールをさらに具備する、請求項１に記載の管内移動装置。
【請求項３】
前記ケーブルは、前記作業装置に電力の供給又は電気信号の伝達を行うと共に、複数の導電線と、これら導電線を互いに離間して包囲する絶縁体とを具備し、前記複数の導電線は前記ケーブルの幅方向に並んで配置される、請求項１又は２に記載の管内移動装置。
【請求項４】
屈曲部を有すると共に内部に流体が流れる配管内において請求項１〜３のいずれか１項に記載された管内移動装置の移動体を移動させる方法において、
前記配管に設けられた開口部を介して前記移動体を配管内に挿入する工程と、
前記移動体に接続されていない方のケーブルの端部が前記開口部を介して前記配管外にある状態で、前記移動体を前記配管内で屈曲部を通って移動させる工程とを含む、移動体の移動方法。
【請求項５】
前記ケーブルの幅及び可撓性は、前記配管内を流体が定常時における流速で前記屈曲部を通って流れるときに、該屈曲部において前記配管の内壁面から前記ケーブルが浮上するように設定される、請求項４に記載の移動体の移動方法。
【請求項６】
前記流体が液体である、請求項４又は５に記載の移動体の移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈曲部を有すると共に内部に流体が流れる配管内で用いる管内移動装置、及び斯かる配管内において管内移動装置の移動体を移動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体やガス等の流体移送用の配管では、その保全のために定期的に検査を行う必要がある。また、斯かる配管では、検査の結果、補修が必要になる場合もあり、また、配管内の清掃を行うことが必要になる場合もある。しかしながら、管径の小さい配管等では、配管内に人が直接入って内部点検を行うことができない。このため、斯かる配管については、検査装置、補修装置又は清掃装置等の作業装置を搭載した移動体を配管内に挿入し、配管内を移動させながら各種作業を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
液体やガス等の流体移送用の配管としては、多くの場合、Ｙ字管、Ｔ字管やＬ字管等のように、屈曲部を有する配管が用いられる。このため、作業装置を搭載した移動体はこれら屈曲部を通って移動することができるように構成されることが必要となる。このため、特許文献１に記載の移動体では、その駆動ユニットが、複数の駆動部と、複数の連結部と、駆動部及び連結部を通る２本の操縦用ケーブルと、操縦用ケーブルの張力を調整する張力調整部とを有するように構成されている。このように構成された移動体の駆動ユニットは、２本の操縦用ケーブルを互いに異なる張力で引っ張ることによって駆動ユニットをジグザグ状に屈折させ、これによって駆動部のそれぞれが配管の内壁に接触した状態で直進又は螺旋状に進むことができるようになり、その結果、屈曲部において移動体を所望の方向に移動させることができるようになる。
【０００４】
また、特許文献１に記載の移動体では、移動体の駆動ユニットに信号を伝送する信号線及び電力を供給する電力線等のケーブルが接続されている。斯かるケーブルは、移動体から、移動体が配管内に挿入された挿入用開口部まで延びると共に、この挿入用開口部を介して配管の外部へと延び、配管の外部に配置された制御装置や電源に接続される。
【０００５】
一方、移動体に設けられた管内清掃装置としては、例えば、ケーブルの先端に複数のスポンジ状の払拭子を設けたものが知られている（特許文献２参照）。特許文献２に記載の管内清掃装置では、管内に配置された払拭子をケーブルによって牽引することにより、管内の清掃が行われている。
【０００６】
また、このような移動体を備えた装置を用いたものではないが、管内補修方法として、例えば、蛇腹管に連結されたケーブルを配管内に挿通すると共に、このケーブルを引っ張ることによって配管内に別の蛇腹管を配置する方法が知られている（特許文献３参照）。特に、特許文献３に記載の方法では、蛇腹管の周りに潤滑剤として作用しうる接着剤を塗布して配管内での蛇腹管の移動をしやすくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−７６４７５号公報
【特許文献２】特開２００３−１３６０３１号公報
【特許文献３】特開２０１２−７６４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１、２等に記載されたようなケーブルを有する有線方式の管内移動装置は、ケーブルの先端に位置する移動体が、その後ろに続くケーブルを引き回す構成、或いはその後ろに続くケーブルに引き回される構成となっている。このため、配管内に配置されたケーブルが長くなるほど、ケーブルと配管の内壁面との間の摩擦抵抗が増大する。このように摩擦抵抗が増大すると、配管内での移動体の移動速度が低下する。
【０００９】
ケーブルと配管の内壁面との間の摩擦抵抗を増大させる大きな要因が、配管に設けられた屈曲部（エルボ）である。配管の屈曲部では、屈曲部内側において配管の内壁面にケーブルが圧接せしめられるため、その他の部分に比べてケーブルの摩擦抵抗が極端に大きくなる。このため、移動体が複数の屈曲部を通過して移動すると、ケーブルの摩擦抵抗によりそれ以上移動体を移動させることができなくなってしまう。斯かる摩擦抵抗を低減するために、特許文献３に記載されたようにケーブルの周りに潤滑剤を塗布することも考えられるが、この場合、配管内に不純物である潤滑油が混ざり込んでしまう上、管内移動装置の使用毎に潤滑油の塗布が必要となってしまう。
【００１０】
上記課題に鑑みて、本発明の目的は、屈曲部を通って配管内を移動しても移動体に接続されたケーブルに生じる摩擦抵抗を低く抑えることができる管内移動装置、及び移動体の推進方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１の発明では、屈曲部を有すると共に内部に流体が流れる配管で用いる管内移動装置において、前記配管内を移動する移動体と、前記移動体に配置されると共に前記配管内において作業を行う作業装置と、前記移動体に接続されたケーブルと、を具備し、前記ケーブルは帯状外形を有する。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、前記配管の外部に配置されると共に前記ケーブルを巻き上げ可能な巻き上げリールをさらに具備する。
【００１３】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記ケーブルは、前記作業装置に電力の供給又は電気信号の伝達を行うと共に、複数の導電線と、これら導電線を互いに離間して包囲する絶縁体とを具備し、前記複数の導電線は前記ケーブルの幅方向に並んで配置される。
【００１４】
第４の発明では、屈曲部を有すると共に内部に流体が流れる配管内において第１〜第３のいずれか一つに係る管内移動装置の移動体を移動させる方法において、前記配管に設けられた開口部を介して前記移動体を配管内に挿入する工程と、前記移動体に接続されていない方のケーブルの端部が前記開口部を介して前記配管外にある状態で、前記移動体を前記配管内で屈曲部を通って移動させる工程とを含む。
【００１５】
第５の発明では、第４の発明において、前記ケーブルの幅及び可撓性は、前記配管内を流体が定常時における流速で前記屈曲部を通って流れるときに、該屈曲部において前記配管の内壁面から前記ケーブルが浮上するように設定される。
【００１６】
第６の発明では、第４又は第５の発明において、前記流体が液体である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、屈曲部を通って配管内を移動しても、移動体に接続されたケーブルに生じる摩擦抵抗を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の管内移動装置を概略的に示す全体図である。
【図２】図２は、ケーブルの断面図である。
【図３】図３は、図１及び図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って見た屈曲部における配管の断面図である。
【図４】図４は、屈曲部近傍における配管の平面図である。
【図５】図５は、実施例において使用した装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００２０】
図１は、本発明の管内移動装置１を概略的に示す全体図である。特に、図１は、屈曲部２１を有すると共に内部に液体が流れる断面円形の配管２０で管内移動装置１を用いている様子を示している。なお、図１に示した配管２０は、水平面内で屈曲する一つの屈曲部２１のみを有しているが、実際には配管２０は様々な平面内で屈曲する複数の屈曲部を有する。
【００２１】
図１から分かるように、本発明の管内移動装置１は、配管２０内を移動する移動体２と、移動体２に配置された作業装置３と、移動体２に接続されたケーブル４と、ケーブル４を巻き上げ可能な巻上げリール５と、作業装置３への給電や作業装置３の制御等を行う電源・制御装置６を具備する。
【００２２】
移動体２は、配管２０の内径よりも小さい外径を有する略円形状の断面を有すると共に、屈曲部２１を通って移動することができるような外形を有するように形成される。特に、本実施形態では、移動体２は、配管２０内を流れる液体によって下流側へと押されることで、下流側に移動することができるように、或る程度大きい外径を有している。
【００２３】
なお、本実施形態では、移動体２は、車輪等を有しておらず、よって移動体２自身が能動的に配管２０内を移動することはできない。しかしながら、移動体２は、移動体２自身が能動的に配管２０内を移動することができるように、車輪等の駆動部材と、車輪等を駆動するモータ等の駆動装置とを有するように構成されてもよい。
【００２４】
移動体２に配置された作業装置３は、配管２０内の検査、配管２０の補修又は配管２０内の清掃等のうち少なくともいずれか一つの作業を行う装置である。例えば、作業装置３が配管２０内の検査を行う場合には、作業装置３としては配管２０の状態を検出するセンサ又は配管２０の内壁面を撮影するカメラ等が用いられる。
【００２５】
ケーブル４は、その一方の端部が移動体２に接続されると共に、その他方の端部が電源・制御装置６に接続される。ケーブル４は、作業装置３が配管２０の内壁面を撮影するカメラ等である場合には、電源・制御装置６から作業装置３へ電力の供給を行うと共に、作業装置３によって撮影された映像についての電気信号を電源・制御装置６へ伝達する。また、作業装置３が配管２０の状態を検出するセンサ等である場合には、ケーブル４はセンサからの電気信号を電源・制御装置６へ伝達する。
【００２６】
図２は、ケーブル４をケーブル４の長手方向に対して垂直な方向に切断した断面図である。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、それぞれ異なるケーブル４の例を示している。図２（ａ）〜図２（ｄ）に示したように、ケーブル４は、複数の導電線１０と、これら導電線１０を互いに離間して包囲する絶縁体１１とを具備する。導電線１０は、最終的に、作業装置３に接続されて電力の供給や、電気信号の伝達を行う。
【００２７】
また、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示したように、ケーブル４は、断面における幅Ｗがその最大厚さ（幅方向に厚さが変動する場合には最大となる厚さ）Ｔよりもかなり大きく形成され、したがってケーブル４全体として帯状外形を有するように形成される。具体的には、ケーブル４は、その断面における幅が最大厚さの少なくとも５倍以上となるように形成される。
【００２８】
また、ケーブル４はその全体的な外形が帯状となっていれば、如何なる断面形状を有していてもよい。例えば、図２（ａ）に示した例では、ケーブル４は矩形の断面を有すると共に、このような断面形状に合わせて複数の導電線１０がケーブル４の幅方向に並んで配置される。また、図２（ｂ）に示した例では、ケーブル４の幅方向に延びる表面４ａが凹状に湾曲しており、図２（ｃ）に示した例では、ケーブル４の幅方向に延びる表面４ａが凸状に湾曲している。
【００２９】
或いは、図２（ｄ）に示したように、絶縁体１１は中空であってもよい。この場合、各導電線１０は別の絶縁体１２によって被覆された状態で、絶縁体１１内にケーブル４の幅方向に並んで配置される。
【００３０】
巻上げリール５は、配管２０に設けられた開口部２２に取り付けることができるように形成され、手動で又は自動でケーブル４を巻き上げることができる。このため、開口部２２から配管２０内を進んでいった移動体２を、ケーブル４を巻き上げることによって開口部２２まで戻すことができる。
【００３１】
次に、このように構成された管内移動装置１における移動体２の移動方法について説明する。
【００３２】
通常、開口部２２は閉鎖部材（図示せず）によって閉じられている。また、開口部２２の上流側には配管２０内の液体の流れを遮断する遮断弁（図示せず）が設けられる。配管２０内に移動体２を挿入するためには、まず、遮断弁により配管２０内の液体の流れが遮断される。その後、開口部２２から閉鎖部材が外されると共に、この開口部２２に巻上げリール５が取り付けられる。開口部２２に巻上げリール５を取り付ける際には、移動体２が開口部２２を介して配管２０内に挿入される。
【００３３】
開口部２２に巻上げリール５が取り付けられると、遮断弁が開放され、配管２０内の液体が再び流れ始める。この配管２０内の液体の流れにより、移動体２は配管２０の下流へ向かう方向へ押される。このため、巻上げリール５を巻き出し方向に回転させることによって、移動体２を配管２０内において下流側へと移動させることができる。
【００３４】
移動体２を配管２０内において下流側へと移動させる際に、作業装置３による作業が行われる。例えば、作業装置３が配管２０の内壁面を撮影するカメラである場合には、移動体２が配管２０内を下流側へと移動している間、各地点において配管２０の内壁面の撮影が行われる。
【００３５】
特に、本発明では、配管２０に複数の屈曲部２１が設けられているため、移動体２は配管２０内を下流側へ移動する際に、これら複数の屈曲部２１を通過することになる。このため、移動体２に牽引されるケーブル４もこれら複数の屈曲部２１を通って延びることになる。
【００３６】
その後、作業装置３による作業が終わると、巻上げリール５によりケーブル４を巻き上げることで、移動体２が開口部２２まで戻される。その後、開口部２２の上流側に設けられた遮断弁により配管２０内の液体の流れが遮断される。遮断弁により遮断が行われた状態で、開口部２２から巻上げリール５が取り外され、これに伴って移動体２も配管２０の外部に出される。その後、開口部２２が閉鎖部材によって閉鎖されると共に、遮断弁が開放されて、配管２０内の液体が再び流れ始める。
【００３７】
次に、図３及び図４を参照して、本発明の管内移動装置及び移動体の移動方法における作用・効果について説明する。図３は、図１及び図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って見た屈曲部２１における配管２０の断面図であり、図４は、屈曲部２１近傍における配管２０の平面図である。
【００３８】
上述したように、本発明では、ケーブル４が帯状外形を有する。このため、ケーブル４が屈曲部２１を通過する際には、ケーブル４は、自然と通過しやすい姿勢、すなわちケーブル４の幅方向に延びる表面４ａが曲率半径方向を向く姿勢をとるようになる。
【００３９】
一方、配管２０内には図４に矢印で示したように液体が流れており、屈曲部２１においては慣性により屈曲部２１の内側から外側に向かう速度成分（図３、図４における白抜き矢印方向の成分）を持つ流れを形成している。
【００４０】
ここで、上述したように、ケーブル４は、屈曲部２１において幅方向に延びる表面４ａが曲率半径方向を向く姿勢をとっているため、屈曲部２１の内側から外側に向かう速度成分を有する液体の流れにより屈曲部２１の外側に向かう方向の力を受ける。これにより、ケーブル４は、図３、図４に示したように、屈曲部２１において、配管２０の内壁面から浮上することになる。なお、このとき、ケーブル４に加わる外向きの力は、ケーブル４に加わっている張力（すなわち、移動体２が液体から下流向きの力を受けることによってケーブル４に発生する張力）によってケーブル４を屈曲部２１において配管２０の内壁面に押しつけようとする力と釣り合っているといえる。
【００４１】
このように、ケーブル４が屈曲部２１において配管２０の内壁面から浮上すると、屈曲部２１においてケーブル４は配管２０の内壁面から摩擦抵抗をほとんど受けなくなる。このため、屈曲部２１が多数ある場合であっても、移動体を長距離に亘って移動させることができるようになる。
【００４２】
なお、本実施形態では、ケーブル４の幅や可撓性（剛性）等は、配管内を液体が定常時（すなわち、配管２０内に移動体２を挿入していない通常時）における流速で屈曲部を通って流れるときに、屈曲部２１において配管２０の内壁面からケーブル４を浮上させように、設定される。例えば、ケーブル４の幅は、小さくしすぎると液体の流れから屈曲部２１の外側に向かう方向の力を十分に受けることができなくなり、逆に、大きくしすぎるとケーブル４の幅方向両端部が配管２０と干渉して摩擦抵抗を発生させる。このため、ケーブル４の幅は、例えば、配管２０の内径の０．３〜０．８倍程度の大きさ、より好ましくは０．６５倍程度の大きさであるのが好ましい。
【００４３】
なお、上記実施形態では、ケーブル４内には導電線１０が設けられているが、ケーブル４内には必ずしも導電線１０が設けられていなくてもよい。この場合、ケーブル４は、移動体２の下流側への移動を制御したり、移動体２を開口部２２まで戻したりするために用いられる。また、この場合には、導電線１０がないため、例えば、図２（ｅ）に示したように、ケーブル４の厚さＴを極めて小さくすることができる。さらに、この場合には、ケーブル４内に導電線１０が設けられていないため、ケーブル４を絶縁体で形成する必要はなく、金属等、導電性の材料で形成することもできる。
【００４４】
また、上記実施形態では、配管２０は円形断面を有しているが、配管２０は楕円状断面、矩形状断面等、他の断面形状を有していてもよい。また、上記実施形態では、配管２０内は液体が流れるとされているが、必ずしも液体である必要はなく、気体であっても上記効果を得ることができる。したがって、これらをまとめると、配管２０内には流体が流れているということができる。
【実施例】
【００４５】
図５に示すように、屈曲部２１ａ、２１ｂを有する内径が７８ｍｍの配管２０の上端に、水量８０ｌが貯留されたタンク３０を連結し、その連結部に遮断弁３１を設けた。配管２０内には、鋼製のメタルシート４’（ケーブル４の代替品として用いた）を配管２０に沿って配置すると共に、その上端を固定し、その下端に１４０ｇの錘を取り付けた。２種類のメタルシート４’を用意した。メタルシート４’の幅は４５ｍｍであった。また、両メタルシート４’共に厚さは０．２ｍｍだった。
【００４６】
このような状態で、遮断弁３１を開いてタンク３０から配管２０に水を流し、その流れの中でメタルシート４’の挙動、特に屈曲部２１ａ、２１ｂにおいてメタルシート４’が管壁面から浮上するか否かを観察した。その結果、両屈曲部２１ａ、２１ｂのいずれにおいてもメタルシート４’が配管２０の内壁面から浮上し、その状態が維持されることが確認できた。なお、タンク３０内の水が流れきるまでの時間は７．５秒であった。したがって、タンク３０内の水量及び配管２０の内径から配管２０内を流れる水の平均流速は２．２ｍ／ｓであると推定される。
【符号の説明】
【００４７】
１    管内移動装置
２    移動体
３    作業装置
４    ケーブル
５    巻上げリール
６    電源・制御装置
１０    導電線
１１    絶縁体
１２    絶縁体
２０    配管
２１    屈曲部
２２    開口部
【図１】
2014005853.tif 000003
【図２】
2014005853.tif 000004
【図３】
2014005853.tif 000005
【図４】
2014005853.tif 000006
【図５】
2014005853.tif 000007