(57)【要約】【課題】管路の内壁面へのバルーンの密着性を高めシール機能を向上させ得る流体遮断装置を提供する。【解決手段】この流体遮断装置１は、流体１０１が流れる管路１００内で、その管路１００の内壁面１００ａに接触するまで膨張可能な袋状のバルーン２と、そのバルーン２の膨張を、管路方向では抑制するとともに径方向では許容する膨張規制部材８と、を備えている。【選択図】図１
2006226371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる管路内で、その管路の内壁面に接触するまで膨張可能な袋状のバルーンと、該バルーンの膨張を、管路に沿った方向では抑制するとともに管路の径方向では許容する膨張規制部材と、を備えていることを特徴とする流体遮断装置。
【請求項２】
前記膨張規制部材は、前記バルーンに対し前記管路に沿った方向の両側になる位置にそれぞれ設けられるとともに相対向する一対の抑え板と、該各抑え板を相互に連結する補強棒と、を備えて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体遮断装置。
【請求項３】
前記バルーンは、耐熱材料から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体遮断装置。
【請求項４】
前記バルーンは、前記耐熱材料の表面に耐熱性のシリコーン皮膜を有することを特徴とする請求項３に記載の流体遮断装置。
【請求項５】
前記バルーンは、その周囲を巻回する耐熱性のチューブを、当該バルーンが管路の内壁面に接触する面に有することを特徴とする請求項３または４に記載の流体遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる管路内で、その流体の流れを遮断する流体遮断装置に係り、特に、各種の工業用炉での管路の一部を熱間補修する際に、補修が必要な箇所を熱ガスから遮蔽し、補修が必要でない部分の温度低下を極力防止する、工業用炉の熱間補修工程に好適に用い得る流体遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体が流れる管路内で、その流体の流れを遮断する流体遮断装置としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。
特許文献１に記載の技術では、管路の内壁面に接触するまで膨張可能な袋状のバルーンを備える流体遮断装置が開示されている。このバルーンは、流体が流れる管路内で、コンプレッサなどで発生させた圧力空気を圧送管を介して袋状の内部に封入することにより膨張可能になっている。なお、この例は、工業用炉の熱間補修作業で用いるものである。そのため、バルーンは耐熱クロスを縫製して形成されている。このような耐熱クロスは織り目を有するが、この流体遮断装置では、この織り目からの圧送した空気の漏れを抑制するために、空気と共に粉体をバルーン内に供給することで織り目を目詰まりさせるようにしている。
【０００３】
この流体遮断装置によれば、まず、遮断しようとする流体が流れる管路内の所定箇所にバルーンを挿入し、次いで、圧力空気をバルーン内に供給してバルーンを膨張させ、その膨張によってバルーンの外周面を管路の内壁面に接触させるとともに、両者間の摩擦力によって所定箇所に位置決めして前記流体の流れを遮断することができる。
特に、この流体遮断装置では、バルーンを膨張させる際に、空気と共に粉体を供給することで耐熱クロスの織り目を目詰まりさせている。そのため、織り目を目詰まりさせて隙間を塞ぐことによってバルーンの内圧低下を抑制して、バルーンを管路の内壁面に強い力で密着させてシール機能を発揮させることができる。したがって、流体の遮断効果を高めることができる。
【特許文献１】特開２００２−２１３８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術のようなバルーンを、管路内で膨張させる構成では、バルーンの外周面が管路の内壁面に接触した後は、バルーンが管路の径方向にそれ以上膨張できなくなる。そのため、バルーンの内圧は管路に沿った方向に逃げようとする。一方、バルーンの管路に沿った方向は、特許文献１に記載の技術では粉体をバルーン内に供給して耐熱クロスの織り目を目詰まりさせてはいるものの管路の径方向に比べて耐圧性は低い。そのため、バルーンを管路の内壁面に密着させる力は管路に沿った方向に逃げてしまうことになる。このように、特許文献１に記載の技術では、流体の遮断効果をより高める上で未だ検討の余地がある。
【０００５】
また、特許文献１に記載の流体遮断装置は、粉体で耐熱クロスを目詰まりさせてシール機能を向上させるものであるため、粉体の一部は、バルーン内から織り目の隙間を通り抜けて外側に出てしまう。そのため、例えば、クリーンな環境が必要な場合や、製品への付着が問題となるような場合には、適用することが難しい。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、例えばクリーンな環境が必要な場合でも適用可能としつつ、管路の内壁面へのバルーンの密着性を高めシール機能を向上させ得る流体遮断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、流体遮断装置であって、流体が流れる管路内で、その管路の内壁面に接触するまで膨張可能な袋状のバルーンと、該バルーンの膨張を、管路に沿った方向では抑制するとともに管路の径方向では許容する膨張規制部材と、を備えていることを特徴としている。
請求項１に記載の発明によれば、膨張規制部材は、バルーンを膨らませたとき、その膨張を、管路に沿った方向では抑制し、径方向では許容することができる。そのため、膨張したバルーンと管路の内壁面との間の押圧力をより効果的に作用させることができる。したがって、両者間の摩擦力をより高めるとともに、管路の内壁面にさらに強い力でバルーンを密着させてシール機能をより好適に発揮させることができる。なお、本発明は、上記のような粉体等を用いる構成を必要としないから、例えばクリーンな環境が必要な場合でも適用可能である。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流体遮断装置であって、前記膨張規制部材は、前記バルーンに対し前記管路に沿った方向の両側になる位置にそれぞれ設けられるとともに相対向する一対の抑え板と、該各抑え板を相互に連結する補強棒と、を備えて構成されていることを特徴としている。
請求項２に記載の発明によれば、膨張規制部材は、一対の抑え板をバルーンの両側になる位置に設けているから、管路内でのバルーンの姿勢を規制する上で好適である。すなわち、このように構成された膨張規制部材によれば、管路に対し予め設定されたバルーンの軸線方向と管路に沿った方向とを容易に位置合わせして、バルーンを管路に沿った方向に好適に向けられる。そのため、管路の内形形状に倣わせるようにバルーンを膨張させる上で好ましい。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流体遮断装置であって、前記バルーンは、耐熱材料から形成されていることを特徴としている。
請求項３に記載の発明によれば、前記流体として熱ガスに適用して、その熱ガスの流れを遮断する工程で好適に用いることができる。例えば、各種の工業用炉での管路の一部を熱間補修する際に、補修が必要な箇所を熱ガスから遮蔽し、補修が必要でない部分の温度低下を極力防止する、工業用炉の熱間補修工程に好適に用いることができる流体遮断装置として提供することができる。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の流体遮断装置であって、前記バルーンは、前記耐熱材料の表面に耐熱性のシリコーン皮膜を有することを特徴としている。
請求項４に記載の発明によれば、耐熱性のシリコーン皮膜をさらに備えているから、前記流体として熱ガスに適用して、その熱ガスの流れを遮断する工程でより好適に用いることができる。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の流体遮断装置であって、前記バルーンは、その周囲を巻回する耐熱性のチューブを、当該バルーンが管路の内壁面に接触する面に有することを特徴としている。
請求項５に記載の発明によれば、バルーンが膨張し、管路の内壁面に接触するとき、バルーンが管路の内壁面に接触する面に設けられたチューブは、さらに強い力で管路の内壁面に弾性的に密着して高いシール機能を発揮することができる。そのため、流体の遮断効果をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えばクリーンな環境が必要な場合でも適用可能としつつ、管路の内壁面へのバルーンの密着性を高めシール機能を向上させ得る流体遮断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
本実施形態は、本発明に係る流体遮断装置を、各種の工業用炉での熱風管等の管路の一部を熱間補修する際に、補修が必要な箇所を熱ガスから遮蔽し、補修が必要でない部分の温度低下を極力防止する、工業用炉の熱間補修工程に用いた例である。
図１は、本発明の一実施形態に係る流体遮断装置の概略構成を示す説明図である。なお、同図は、本発明に係る流体遮断装置を、熱風管等の管路の補修の必要な箇所の近くに設置し、補修箇所を輻射熱から遮蔽して熱間での補修作業を安全に実施可能にする例である。ここで、「工業用炉」及び「炉」の用語は、煙道や熱風管等の付属設備を含めた意味で用いる。
【００１３】
この流体遮断装置１は、同図に示すように、熱ガス等の流体１０１が流れる熱風管等の管路１００内で用いるものであり、袋状のバルーン２と、そのバルーンの膨張を規制する膨張規制部材８と、シリコーンチューブ３とを備えて構成されている。
膨張規制部材８は、適用する管路１００に沿った方向の両側になる位置に、管路１００に沿った方向で相対向する一対の抑え板４を有している。この一対の抑え板４は、金属製であり、管路１００内壁の内径Ｄ１００より小さい径の円盤状に形成されている。そして、各抑え板４は、上記バルーン２内を管路方向に貫通する金属製の補強棒５によって相互に連結されている。詳しくは、各抑え板４は、各抑え板４の面を管路１００に沿った方向に向けてその中心部がそれぞれ溶接で補強棒５の両端に取り付けられて一体になっており、いわばバルーン２を管路１００に沿った方向の両端から一対の抑え板４で挟み込んだ構成になっている。これにより、膨張規制部材８は、上記一対の抑え板４と補強棒５とによって、バルーン２が膨張する際に、その膨張を管路１００に沿った方向では抑制し、管路１００の径方向では許容可能になっている。
【００１４】
さらに、一対の抑え板４のうち流体供給方向の下流側（同図での右側）の抑え板４には、バルーン２内に空気を注入可能なようにカプラ１０ａやホース１０ｂ等が連結されており、送風機１０から袋状の内部に空気を注入して風船のように膨らませて、圧抜きバルブ２０と不図示の流量計とにより空気注入量を調節してバルーン２の膨らみ具合を適正な膨張状態に維持可能になっている。
【００１５】
また、この膨張規制部材８は、補強棒５の略中央部分に、袋状のバルーン２内に配置される補助リング６をさらに備えている。この補助リング６は、金属線材から溶接によって形成されており、円環状のリング本体６ｂと、そのリング本体６ｂを補強棒５に繋ぐ複数の支持棒６ｃとから構成されている。リング本体６ｂの径は、抑え板４の外径より大きく、適用する管路１００の内径Ｄ１００より小さい。各支持棒６ｃは、補強棒５を中心とし、リング本体６ｂに向けて放射状且つ周方向に向けて等間隔に配置されている。そして、その一端側を基端６ａとして、この基端６ａが補強棒５に溶接され、他端側がリング本体６ｂに溶接されている。これにより、この補助リング６は、袋状のバルーン２が折りたたまれた際の形態を規制するとともに、膨張する際にはその膨張姿勢を補助可能になっている。
【００１６】
バルーン２は、耐熱材料である耐熱クロスから袋状に形成され、その袋を折りたたんで管路１００内に設置可能なように縫製加工されている。さらに、この耐熱クロスの表面には、耐熱性のシリコーンを塗布することによりシリコーン皮膜が形成されている。そして、その耐熱クロスに対して上記一対の抑え板４がそれぞれ接着によって取り付けられている。なお、バルーン２を構成する耐熱クロスとしては、耐火繊維製のものであれば特に制限されないが、シリカやアルミナ製の耐熱クロスが好適に使用できる。また、耐熱クロスは１枚でも良いが、複数枚を重ねて用いることが好ましい。
【００１７】
そして、膨張状態でのバルーン２の形状は、同図に示すように、管路１００に沿った方向の略中央から流体供給方向の上流部２ａが、略円筒状に形成されており、その内径Ｄ２は、管路１００の内径Ｄ１００より大きい径に縫製されている。その大きさの程度は、適用する管路の大きさによって異なるが、少なくともその管路の内壁面に接触するまで膨張可能な径であればよい。また、管路１００に沿った方向の略中央から流体供給方向の下流側では、略円筒状の上流部２ａの端部２ｃから下流側に向かって外形が縮径する略円錐台状の筒になっており、下流部２ｂが上記下流側の抑え板４に繋がっている。
【００１８】
シリコーンチューブ３は、耐熱性のシリコーン素材からなり、横断面が円環状をなす中空のチューブである。そして、このシリコーンチューブ３は、同図に示すように、バルーン２が管路の内壁面に接触する面２ｆに、バルーン２の周囲をその軸方向（管路１００に沿った方向）に適当間隔を隔てて巻回して設けられている。なお、このシリコーンチューブ３としては、外径が３０ｍｍのものを使用した。また、バルーン２周囲への巻回数は３回巻きとした。
【００１９】
次に、この流体遮断装置１の作用・効果について説明する。
ところで、鉄鋼業をはじめとする各種産業分野において使用されている高炉、加熱炉、均熱炉、熱処理炉、及びその煙道や熱風管等の付属設備を含めた工業用炉には、耐火物やセラミックファイバー等の断熱材がライニングされている。しかし、これらの断熱材は使用中に部分的な損傷が生じるため、損傷箇所を補修する必要がある。そこで、従来は、例えば、熱風炉からの高温の空気、つまり熱ガス（流体）を高炉に送風するための熱風管（管路）を補修する際には、熱風弁を取り外して外壁を開口し、開口部を耐熱カーテンにより閉鎖するといった流体遮断方法によって熱風管内からの輻射熱を防御し、断熱カーテンの間からキャスタブルの吹き付け装置に連結したパイプを差込んで、キャスタブルを吹き付けて補修していた。なお、このような工業用炉の熱風管（管路）は、その内径が数メートルのものであり、管路内部に作業者が直接入って損傷箇所を補修する。
【００２０】
しかしながら、このような耐熱カーテンによる流体遮断方法では、作業者が輻射熱を完全に避ける上では不十分であった。そのため、輻射熱を避けるための装備を別途に必要としたり、そのための特段の手番を要するといった問題があった。また、このような流体遮断方法では、キャスタブルの吹き付け方向が熱風弁側からに限定されるため、補修の必要な箇所が熱風弁から遠い場合などにはキャスタブルが十分に届かない等、作業の効率の点で改良の余地があった。一方、熱風管を冷却して補修することも考えられるが、熱風管を冷却するためには炉の長期操業休止が必要となり、操業上及びエネルギー上からも極めて損失が大きいという問題がある。
【００２１】
これに対し、上記流体遮断装置１によれば、まず、袋を折りたたんだ状態で、空気を注入するためのカプラ１０ａを取り付け、ホース１０ｂを介して送風機１０に接続したバルーン２を熱風炉の管路１００（熱風管）内に配置する。次いで、送風機１０からバルーン２内に空気を注入し、空気注入量を圧抜きバルブ２０と流量計とにより調節しながら、バルーン２の膨らみ具合を調整して、図１に示すように、適正な膨張状態を維持する。そして、この適正な膨張状態のバルーン２を熱遮蔽壁とすることによって熱風炉からの熱ガスの流れを遮断して輻射熱を遮蔽することができる。これにより、管路１００内の補修箇所（不図示）に作業者が入り込んで、輻射熱を避けつつ、熱間補修作業を効率良く行なうことができる。
【００２２】
特に、この流体遮断装置１によれば、補強棒５と、その両端に設けられた一対の抑え板４とを有する膨張規制部材８を備えている。これにより、バルーン２の膨張を好ましい状態に規制することができる。すなわち、バルーン２内部に空気を注入して膨らませたとき、バルーン２の膨張する方向を、管路１００に沿った方向では抑制し、管路１００の径方向では許容することができる。そのため、膨張したバルーン２と管路１００の内壁面１００ａとの間に押圧力をより効果的に作用させることができる。したがって、両者間の摩擦力をより高め、管路１００の内壁面１００ａにさらに強い力でバルーン２を密着させてシール機能をより好適に発揮させることができる。
【００２３】
ここで、適用する管路形状が、例えば図２（ａ）に示すように、矩形断面あるいは鋭角をもつ四角形断面等の管路の場合には、バルーン２と管路１００の内壁面１００ａとの間の隙間、つまり、この例では各隅部１００ｃに遮断が不十分な領域が生じ、各隅部１００ｃのその隙間から流体１０１の漏れが生じるおそれがある。
しかし、この流体遮断装置１によれば、膨張規制部材８は、管路１００に沿った方向で相対向する一対の抑え板４をバルーン２に対しその両側になる位置に設けている。これにより、図３（ａ）に示すように、管路１００内でバルーン２の姿勢をより好適に規制することができる。すなわち、管路１００に対し予め設定されたバルーン２の軸線方向と管路１００に沿った方向とを容易に位置合わせして、バルーン２を管路１００に沿った方向に好適に向けられる。そのため、図３（ｂ）に示すように、管路１００の内形形状に倣わせるようにバルーン２を容易に膨張させることができる。
【００２４】
そして、この流体遮断装置１では、バルーン２が管路１００の内壁面１００ａに接触する面には、その周囲をその軸方向に適当間隔を隔てて巻回する耐熱性のシリコーンチューブ３をさらに備えた構成になっている。すなわち、このシリコーンチューブ３は、その横断面が円環状をなす中空のチューブである。そのため、図２（ｂ）に示すように、バルーン２の内圧によって管路１００の内壁面１００ａに強い力で押圧されている箇所では、中空のチューブが潰れることにより弾性的に変形し、内壁面１００ａに密着して高いシール機能を発揮することができる。さらに、各隅部１００ｃ等での遮断が不十分な領域では、同図に示すように、中空のチューブ３ｐがそれほど潰されないので管路の径方向に向けてシリコーンチューブ３の高さを維持する。そのため、各隅部１００ｃ等での流体の遮断効果を向上させることができる。したがって、図３（ｂ）に示すように、このシリコーンチューブ３によって、バルーン２による遮断が不十分な領域（この例では、図２での各隅部１００ｃ）での流体１０１の漏れを抑制することができる。
【００２５】
ここで、流体遮断装置通過後の熱ガスの流量を調べた。この調査は、バルーンのみをもつ従来の流体遮断装置と、バルーン２、膨張規制部材８およびシリコーンチューブ３を備えた本実施形態の流体遮断装置１とを比較することで行なった。なお、評価の指標として、従来の流体遮断装置を通過後の熱ガスの流量を１００とした。その結果、本実施形態の流体遮断装置１では、通過後の熱ガスの流量を、２０にまで減らすことができた。これにより、この流体遮断装置１によれば、遮断が不十分な領域での熱ガスの流れをさらに遮断して、より好適に輻射熱を遮蔽できることが確認された。
【００２６】
以上説明したように、この流体遮断装置１によれば、管路の内壁面へのバルーンの密着性を高めシール機能を向上させることができる。また、管路１００が矩形断面等の場合であっても、遮断が不十分な領域での流体１０１の流れを抑制することができる。
特に、この流体遮断装置１によれば、バルーン２を膨張させて形成した熱遮蔽壁によって熱風及び輻射熱を好適に遮断することができる。したがって、工業用炉の操業を停止することなく炉内の損傷部を効率良く熱間補修することができる。また、この流体遮断装置１によれば、効率良く熱間補修作業を行なうことができるだけでなく、補修完了後にはバルーン２を再びしぼませて簡単に撤去することが可能である。そのため、補修箇所以外の温度低下が少ないことと相俟って、より短時間で補修作業を完了して通常の炉操業状態に戻すことが可能となり、炉の操業上も極めて有利である。
【００２７】
なお、本発明に係る流体遮断装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明に係る流体遮断装置を、各種の工業用炉での熱風管等の管路の一部を熱間補修する際に、補修が必要な箇所を熱ガスから遮蔽し、補修が必要でない部分の温度低下を極力防止する、工業用炉の熱間補修工程に用いた例で説明したが、これに限定されず、流体が流れる管路内で、その流体の流れを遮断する用途であれば、本発明に係る流体遮断装置を好適に使用することができる。
【００２８】
また、上記実施形態では、耐熱クロスの表面には、耐熱性のシリコーンを塗布することによりシリコーン皮膜を形成した例で説明したが、これに限定されず、このようなシリコーン皮膜を形成しない構成とすることもできる。そして、耐熱クロスは、その織り目から空気が僅かに漏れるものであってもよい。例えば上記実施形態のように、バルーン２を熱遮蔽壁とする場合には、織り目から空気が漏れるものを意図的に用いて、上記圧抜きバルブ２０と不図示の流量計とにより空気注入量を調節するといった使い方も可能である。このような構成であれば、熱遮蔽壁を好適に冷却することができるという効果がある。
【００２９】
また、上記実施形態では、流体として熱ガスに適用した例で説明したが、これに限定されず、種々の流体に対し適用可能である。例えば、流体として、各種の液体、気体、粉体等であっても本発明に係る流体遮断装置を使用することができる。
また、上記実施形態では、バルーン２に対しシリコーンチューブ３を設ける例で説明したが、これに限定されず、シリコーンチューブ３を設けない構成としてもよい。しかし、バルーンが膨張し、管路の内壁面に接触するとき、シール機能をより高く発揮することができる構成とする上では、バルーン２に対し上記実施形態のようにシリコーンチューブ３を設けることが好ましい。
【００３０】
なお、上記実施形態では、シリコーンチューブ３は、外径が３０ｍｍのものを使用し、また、バルーン２周囲への巻回数は３回巻き付けた例で説明したが、これに限定されず、本実施形態のような用途において、外径は５〜３０ｍｍ程度のものを好適に使用することができる。また、バルーン２周囲への巻回数は、１〜３回程度巻き付ける構成とすることができる。このような構成であっても、バルーン２と管路１００の内壁面１００ａとの間に介装されるシリコーンチューブ３として内壁面１００ａへの密着性を良くし、熱ガス等の流体１０１を遮断する上で好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体遮断装置の概略構成を示す説明図であり、同図では、流体遮断装置を管路に沿った方向でその軸線を含む断面にて示している。
【図２】本発明の一実施形態に係る流体遮断装置の作用を説明する図である。なお、同図（ａ）は、矩形断面の管路形状の断面図を示している。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）での符号Ｚ部分（バルーンによる遮断が不十分な領域である隅部１００ｃ）を拡大して示している。
【図３】本発明の一実施形態に係る流体遮断装置の作用を説明する図である。なお、同図（ａ）は、バルーンが管路内で広がるイメージを示しており、また、同図（ｂ）は、適正な膨張状態のバルーンでの遮断が不十分な領域を、シリコーンチューブがさらに塞いで、流体の流れを抑制するイメージを示している。
【符号の説明】
【００３２】
１    流体遮断装置
２    バルーン
３    シリコーンチューブ
４    抑え板
５    補強棒
６    補助リング
８    膨張規制部材
１０    送風機
２０    圧抜きバルブ
１００    管路
１０１    流体
【図１】
2006226371.tif 000003
【図２】
2006226371.tif 000004
【図３】
2006226371.tif 000005