(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維から成る複合材料の層（３）を含む撓み性ライナー（２）をダクト（１）内の構造部材に変換するライナー変換装置であって、
ライナー（２）に挿入するようにされた前方部分（６）、複合材料の層（３）の一側に加熱手段（８）を備えた中央部分（７）、及び構造部材を形成するために加圧下での固定及び冷却のためにダクト（１）に向って複合材料の被加熱層（３）を押圧する固定手段（１１）を備えた後方部分（１０）を有し、
加熱手段（８）は、加圧熱ガスを発生し、
中央部分（７）は、複合材料の層（３）に加熱ガスを圧力で通し該層を加熱し、そして加熱を行いながら複合材料の層の反対側に空隙（１４）を形成するように構成され配列されるライナー変換装置。
【請求項２】
熱ガスが、前方部分（６）でライナー（２）を予熱するために空隙（１４）から前方へ向けられる請求項１の装置。
【請求項３】
圧搾空気が固定手段（１１）として用いられる請求項１の装置。
【請求項４】
固定手段が圧搾空気により膨張可能な撓み性バッグ手段（１１、３６）を備える請求項３の装置。
【請求項５】
中央部分（７）は内側及び外側部材を備え、内側及び外側部材の一方が加熱手段（８）を備え、他方の部材が空隙（１４）を形成する支持手段（９）を備える請求項１の装置。
【請求項６】
前記内側部材は加熱手段（８）を備え、使用時に複合材料の層（３）が内側から加熱され、外側部材（９）が複合材料の層（３）の外側とダクト（１）との間に空隙を形成する請求項５の装置。
【請求項７】
外側部材（３０）は環状であり、内側部材を包囲ししかも内側部材から離間し、使用時に、複合材料の層（３）が内側及び外側部材（８、３０）の間に支持される請求項５の装置。
【請求項８】
外側部材（３４）の直径が前方部分（６）から後方部分（１０）へ向って増大し、使用時に、複合材料の層（３）が外側部材（３４）の外側において案内される請求項５の装置。
【請求項９】
外側部材は、内側部材（８）を包囲しかつ内側部材（８）から離間した支持キャリジ（１８）を備える請求項５の装置。
【請求項１０】
前記支持キャリジ（１８）は前方部分（６）の全部又は一部を包囲するように順方向にのびる請求項９の装置。
【請求項１１】
前記外側部材は加熱手段（８）を備え、使用時に複合材料の層（３）が外側から加熱され、また前記内側部材は複合材料の層（３）の内側と内側部材との間に空隙（１４）を設ける支持手段（２６）を備える請求項５の装置。
【請求項１２】
ダクトのライニング方法であって、
熱可塑性プラスチック材料と補強用繊維とから成る複合材料の層（３）を含む撓み性ライナー（２）をダクト（１）内に挿入する工程；
複合材料の層（３）の一側に熱ガスを発生し、そして層（３）の反対側に空隙（１４）を維持して複合材料の層（３）に加圧下で熱ガスを通して熱可塑性プラスチックを溶融させる工程；
加熱した層（３）に圧力を付加して加熱した層（３）を固定するためダクト（１）に向って押圧する工程；及び
ライナー（２）をダクト（１）に接触させて加圧下で冷却して複合材料の層（３）を構造部材に硬化する工程を含むダクトのライニング方法。
【請求項１３】
前記熱ガスは、空隙（１４）から供給され、ライナー（２）を予熱する請求項１２の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化熱可塑性プラスチック複合材料を用いてダクトをライニングする装置及び方法に関する。
【０００２】
本明細書で用いた用語“ダクト”は、流体輸送用又は他の目的用のパイプ、管及びコンジット（例えば上水管又は下水管）を包含する。
【０００３】
【従来技術】
ガス及び水の供給に用いられるダクトはしばしば鋳鉄製であり、また腐蝕による損傷は既存の系統の寿命に関して問題を増大させることになる。例えば英国における全ての水道管の半分以上が４０年以上使用されており、２０％が８０年以上使用されていると見込まれる。一般的にはレンガやコンクリート製である下水ダクトも材料の構造上の劣化のために損傷する。このようなダクトを交換せずにライニングを施すことにより再使用する場合には、一般的には安くて破裂はほとんどしない。既存のダクトにライニングを施す異なった技法は種々公知であるが、より効率的な再生技術が要求される。
【０００４】
特許文献１（ＷＯ９８／２６９１９）は、熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維の複合材料の層を備える撓み性ライナーを用いたダクトのライニング方法を示す。ライナーはダクト内に挿入され、加熱して熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維を溶融し、その後、加圧して、溶融した熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維を本質的に混合し、その後ライナーをダクトに接触させ、冷却して構造部材に結合する。加熱及び加圧はピグ（pig）として普通に知られたロボット装置によって行われる。ピグはライナーの内側に沿って進み、ライナーを開く。ピグは、ライナーを加熱する手段及び加熱したライナーをダクトに押圧し、そこで冷却して結合する結合手段を備える。ピグを設計する上での1つの問題点は、最終の構造ライナー部材の一様性を保証するようにライナーを十分に一様に加熱することを確実にすることである。
【０００５】
特許文献２（ＤＥ−Ａ−３９０４５２４、ドイツ国公開特許）は、熱可塑性プラスチック、この場合非架橋プラスチックのみから成るライナーを用いてダクトをライニングする方法を示す。ライナーはダクト内に挿入され、そしてダクトと接触するまで半径方向に膨張され、堅固で自己支持となる。膨張は好ましくはダクト内でロールするピグによって機械的に行われる。ライナーは、例えば温かい空気による膨張を促進させるように加熱され得、ライナーとダクトとの間に空隙が存在する。しかしながら、プラスチックの軟化温度が達成されないことが重要である。それ故、ライナーは熱可塑性プラスチックの構造から本質的に伝導により（by conduction）加熱され、それは温度を比較的容易に制御できることを意味する。
【０００６】
本発明者等は、熱可塑性プラスチック及び補強用繊維から成る複合材料の層を含む、特許文献１（ＷＯ９８／２６９１９）に開示されたライナーは伝導加熱が適さないことを見出した。複合材料は、その厚さ内に空気ポケットをもつので、伝導加熱により熱可塑性プラスチックの融点まで一様に加熱できない。
【０００７】
【特許文献１】
ＷＯ９８／２６９１９
【特許文献２】
ＤＥ−Ａ−３９０４５２４
【０００８】
【発明の概要】
本発明の第１の特徴によれば、熱可塑性プラスチック材料及び補強用繊維から成る複合材料の層を含む撓み性（flexible）ライナーをダクト内の構造部材に変換する装置は、ライナーに挿入するようにされた前方部分と、複合材料の層の一側に加熱手段を備えた中央部分と、構造部材を形成するために加圧下での圧縮及び冷却のためにダクトに向って複合材料の被加熱層を強制する圧縮手段を備えた後方部分とを有し、加熱手段が、複合材料の層を加熱するように該層に加圧下で通される熱ガスを発生し、また中央部分が、加熱を行いながら複合材料の層の反対側に空隙を形成するように構成され配列されることを特徴とする。
【０００９】
加熱手段の反対側における複合材料の層の側（内側又は外側）に空隙を設けることによってダクト又は加熱に悪影響を及ぼす装置の部分に接触しないので、層は一様に加熱できる。空隙は、複合層の厚さを通る加圧熱ガスの明確な出口通路を形成するように層の低圧側にある。層を横切っての圧力差により、熱ガスは一様な仕方で流される。熱ガスは複合材料の層におけるポケット内の空気と入れ替わり、これは、層の一様な加熱及び従って全体としてライナーの一様な加熱における主要な寄与ファクターであることが判った。
【００１０】
熱ガスは、空隙から順方向に向けられ、前方部分でライナーを予熱するようにされ得る。
【００１１】
熱ガスは、好ましくは、圧搾空気源を加熱することによって作られる。それで有利には、非加熱圧搾空気は、複合材料の被加熱層をダクトに接触させる固定手段（consolidation means）として用いられ得る。圧搾空気は、複合材料の層に作用する撓み性バッグ手段を膨らませる。撓み性バッグ手段は中央部分に取り付けられ得る。代りに、撓み性バッグ手段は別個に、後方から膨張され、膨張する際に展開する。これにより、層とバッグ手段との摩擦を軽減する利点が得られる。
【００１２】
好ましくは、中央部分は内側及び外側部材を備え、内側および外側部材の一方は、加熱手段を備え、他方の部材は空隙を形成する支持手段を備える。
【００１３】
有利には、内側部材は加熱手段を備え、それにより複合材料の層は内側から加熱され、外側部材は複合材料の層の外側とダクトとの間に空隙を形成する。
【００１４】
一実施の形態では、外側部材は環状であり、内側部材を包囲ししかも内側部材から離間し、また複合材料の層は内側及び外側部材の間に支持される。別の実施の形態では、外側部材の直径は前方部分から後方部分へ向って増大し、そして複合材料の層は外側部材の外側において案内される。外側部材は好ましくは切頭円錐形である。これにより、ライナーが加熱されるにつれて徐々に展開すると言う利点が得られる。
【００１５】
さらに別の実施の形態では、外側部材は、内側部材を包囲しかつ内側部材から離間した支持キャリジを備える。複合材料の層は内側及び外側部材の間に支持される。支持キャリジは、有利には外部ホィールを備え、この外部ホィールによって支持キャリジはダクトの内側でロールする。
【００１６】
代りに、外側部材は加熱手段を備え、それにより複合材料の層は外側から加熱され、また内側部材は複合材料の層の内側と内側部材との間に空隙を設ける支持手段を備える。この実施の形態において、外側部材はキャリジを備え、このキャリジは前方部分の全部又は一部を包囲するように順方向にのびる。ライナーは、ダクトと複合材料の層（３）との間に外側熱可塑性プラスチック層を備え得る。
【００１７】
装置は有利には、前方部分から巻き上げることによってダクトに沿って動かされる。加熱手段に対する圧搾空気及び動力は、装置に取付けたラインを介して供給される。可動ユニットは有利には装置を作動する圧搾空気及び動力例えば電力を発生する。
【００１８】
本発明の第２の特徴によれば、ダクトをライニングする方法は、
熱可塑性プラスチック材料と補強用繊維とから成る複合材料の層を含む撓み性ライナーをダクト（１）内に挿入する工程；
複合材料の層の一側に熱ガスを発生し、そして該層の反対側に空隙を維持して複合材料の層に加圧下で熱ガスを通して熱可塑性プラスチックを溶融させる工程；
加熱した層に圧力を付加して加熱した層を固定するためダクトに向って押圧する工程；及び
ライナーをダクト（１）に接触させて加圧下で冷却して複合材料の層を構造部材に硬化する工程、を含む。
【００１９】
従って、加熱される側と反対の層の側（内側又は外側）に空隙を維持することにより、層の一様な加熱に寄与する。熱ガスは複合層の低圧側において複合材料を介して空隙に入り、層のポケット内の空気と入れ替わり層を一様に加熱する。熱ガスは、空隙から供給され、ライナーを予熱するようにされ得る。ライナーは好ましくは潰れた形状でダクト内に挿入され、その後膨張される。
【００２０】
ダクト内にライナーを挿入した後、ダクトをライニングする構造部材を形成する可撓性ライナーと装置との組合わせにおいて、ライナーは熱可撓性プラスチック材料と補強用繊維との複合材料の層を備え、そしてダクト内に挿入するようにされ、また装置は、ライナーに挿入するようにされた前方部分と、複合材料の層の一側に加熱手段を備えた中央部分と、構造部材を形成するように加圧下で固定及び冷却させるために複合材料の加熱した層をダクトに向って押圧する固定手段を備えた後方部分とを有し、加熱手段が゛複合材料の層を加熱するように複合材料の層に加圧下で強制される熱ガスを発生し、加熱を行いながら複合材料の層の反対側に空隙を設けるように組合わせが構成され配列される。
【００２１】
本装置は、本発明の第１の特徴に従い得る。ライナーは好ましくは、複合材料の層と熱可塑性プラスチック材料の外側層とを備える。装置と可撓性ライナーとの任意の他の組合わせを用いてもよい。
【００２２】
本発明の最初の二つの特徴によると、複合材料の層の一様な加熱を助けてプロセスの有効性を改善する空隙と加圧熱ガスが設けられる。例として添付図面に本発明の種々の特徴を例示する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１には、地下ダクトこの場合には水道管１に、構造部材を形成する繊維強化複合材料のライナー２をライニングするのに用いた装置を例示する。
【００２４】
ライナー2は最初は撓み性であり、熱可塑性プラスチックのフィラメントと補強用繊維のフィラメントとから成る複合材料の内側層３及び熱可塑性プラスチック材料の外側層４を備える。各層は管として形成される。内側層３用の好ましい材料は、ポリプロピレンのような熱可塑性プラスチックの実質的に連続したフィラメント及び登録商品名ＴＷＩＮＴＥＸの下でVetrotex  Internationalより販売されるもののような同様に連続した補強用繊維から成るトウ（極めて多数のフィラメントを揃えた束）を編んだ、編組した、又は織った（或いは互いにマット状にした）ものである。また任意に適当な仕方で互いに結合した比較的短い繊維を用いてもよい。例えば短繊維は熱可塑性プラスチックバインダーを用いてマット状にされ、ステッチされ、ニードルパンチされ又はステープルされ得る。内側層３はフィラメント間に空気ポケットを備える。
【００２５】
本装置は、ロボット装置５（ピグとして普通に知られる）を備え、ロボット装置５は、前もって管１内に挿置されたライナー２の部分を通って動かされる。ロボット装置５は前方部分６、加熱手段８と支持手段９とを含む中央部分７及び固定手段１１を含む後方部分１０を備える。ロボット装置５はウインチ１２により管１を通って引かれ、ウインチ１２は前方部分６に取付けられたケーブル１３を操作する。加熱手段８は、圧搾空気を加熱して熱ガスを生成する電気的要素（又は任意の他の適当なヒーター）を備え、熱ガスは層３の内側に供給されて熱可塑性プラスチックフィラメントを溶融する。
【００２６】
支持部材９は、内側層３と外側層４との間で内側層３の外側に空隙１４を形成する。加熱要素8に対する電気及び圧搾空気は、地上に置かれる可動ユニット１５にそれぞれ形成した発電機及びコンプレッサーによって供給され、可動ユニット１５は電線及び空気ラインを含む導管２５によりロボット装置に接続される。圧搾空気はまた、固定手段にも用いられ、固定手段は、圧搾空気で膨らまされ、被加熱内側層３及び外側層４を管１の内壁に対して押圧する撓み性バッグ１１を備える。冷却することにより、ライナー２は管１内の構造部材を形成する。可動ユニット１５はまた、種々の部分の動作を制御するプログラム可能なプロセス制御ユニットを備える。図示装置は通常単一配列の約１００ｍの管をライニングする。
【００２７】
図２には、装置５及びライナー２を詳細に示す。管１内にライナー２を挿入する際、ライナー２は管の最下点で折り重なり易い。装置５の走行する際に、外側層４がまず管に対して押圧され、それに内側層３が続く。
【００２８】
装置５の前方部分６は、丸くなった鼻部１６を備え、鼻部１６は目部１７を備え、この目部にウインチケーブル１３が取付けられる。鼻部１６の動きは内側層３を展開させる。加熱要素８は鼻部１６の後部に取付けられ、その直径は比較的小さく、それで、加熱要素８と内側層３の内側との間に空隙が形成される。加熱要素８で生成された熱ガス（１８０℃まで）は加圧下にあり、そして内側層３を横切っての圧力差によって内側層３を通り、高圧内側表面と外側表面上の低圧空隙１４との間に強制される。熱ガスは空気ポケット内の空気を追い出し、従って層３を内側から加熱する。熱ガスは内側層３の外側の低圧空隙１４に達する。空隙１４は支持手段９によって設けられ、熱ガスを鼻部１６上を順方向に導くように働く。温かい状態のガスは、内側及び外側層３、４を予熱する働きをする。
【００２９】
支持手段９は、鼻部１６の一部及び加熱要素８を包囲しそして内側及び外側層間に配列された環状金属キャリッジ１８を備える。キャリッジ１８の半径方向外側の周囲にはホィール１９が取付けられ、管及び外側層４と係合して転がる。キャリッジ１８の半径方向内側表面２０は輪郭付けされる。鼻部１６の相応した輪郭には順方向の丸くなった環状突起部２１が嵌合し、それにより鼻部１６の動きによりキャリッジ１８を引く。内側層３を正しい位置に保つため加熱要素８に沿って別の突起部２２、２３、２４が離間して設けられる。
【００３０】
後方部分１０において、例えばシリコンゴム製の膨張性バッグ１１は加熱要素８の後部に取付けられる。適当な圧力で圧搾空気を充填すると、バッグ１１は熱くなった内側層３を外側層４及び管１に対して押圧し、加圧下で固定し冷却して構造部材を形成する。
【００３１】
こうして、使用時には、恐らくウインチ操作によりまず管１内にライナー２が挿入される。その後、装置５がライナー２内に挿入され、内側層３が確実に鼻部１６とキャリッジ１８との間に位置するようにし、また外側層４が確実にキャリッジ１８の半径方向外側に位置するようにする。その後、装置５が制御ユニットにより作動され、圧搾空気を加熱要素８に供給し、内側層３を加熱しかつバッグ１１を膨らませる加圧下の熱ガスを生成し、そしてウインチ１２を作動して管１に沿って装置５を引く。制御ユニットはガス温度、空気圧及び装置の速度を制御する。
【００３２】
装置５が初期位置にあるとき、鼻部１６に向けられた熱ガスは、ライナー２の最初の部分を予熱し、そして外側層４を管１に対して押圧する。熱ガスはまた、空隙１４の結果としての圧力差が層３の厚さを通して熱ガスを駆動し、空気ポケット内の空気を熱ガスに入れ替えるので、内側層３の熱可塑性プラスチックフィラメントを一様に加熱する。従って熱可塑性プラスチックフィラメントは溶融し、そして溶融したプラスチックが補強用繊維を包囲する。装置は予定の長さに沿って動き、バッグ１１は膨らまされ熱くなった内側層３及び暖かくなった外側層４を管１に押圧する。内側層３の溶融したプラスチックは層の固定の一部として補強用繊維と蜜に混合し、加圧下で冷却硬化して構造部材を形成する。バッグ１１がライナーの最初の部分を固定しながら、熱ガスは次の部分を加熱し、そしてプロセスが続けられる。
【００３３】
本装置は、管をライニングする有効な仕方を提供する。図３は変形装置を示し、相応した符号は相応した部分に付けられる。従って、図３の装置５は図２のものと同じ基本的要素を備えるが、加熱要素８は、鼻部１６とバッグ１１との間に取り付ける代りにキャリッジ１８に設けられる。従って、内側層３は内側からでなく外側から加熱される。支持手段９は鼻部１６とバッグ１１との間に取り付けた部材２６によって形成される。部材２６は長手方向フィン２７を備え、それにより必要な空隙１４は内側層３の内側に設けられる。熱ガスは内側層３を予熱するために鼻部１６を通って順方向に向けられる。その他は図３の実施の形態は図２の実施の形態と同様に作動する。
【００３４】
図４は図２の実施の形態の変形例を示す線図であり、対応した符号は対応した部分に付けられる。図４において、加熱要素８はライナー２の内側に設けられ、そして球形の鼻部１６とバッグ１１（膨張されていない状態で示す）との間に取付けられる。支持手段９はキャリッジ１８の代りに、鼻部１６及び加熱要素８を包囲する環状部材３０を備え、内側層３を案内し、加熱中空隙１４を維持する。環状部材３０は、球状鼻部１６のまわりの細長い順方向端部３１及び加熱要素８のまわりの管状後方向端部３２を備える。環状部材３０は、摩擦を低減するホィール又はローラー（図示していない）を備え得る。その他、図４の実施の形態の構造及び動作は図２のものと同じである。
【００３５】
図５は図４の実施の形態の変形例を示す。図５において、装置の前方部分６は、ウインチケーブル１３の取付けられる目部１７をもつトロイダル端キャップ３３を備える。加熱要素８は端キャップ３３とバッグ１１との間にのびる。支持手段９はキャップ３３とバッグ１１との間に取付けられた穴あき切頭円錐形部材３４を備える。部材３４の直径は前方から後方に向かって増大し、そして内側層３は部材３４の外側表面に沿って案内される。部材３４は内側層３のガイドを形成し、加熱中内側層３と管１との間に空隙１４を確実に維持することがわかった。また部材３４は、内側層３が加熱されにつれて徐々に内側層３を展開し、それにより固定は一層有効である。その他、図５の実施の形態の構造及び動作は図４のものと同じである。
【００３６】
図６は図５の実施の形態の変形例を示す。図６において、装置の前方部分６及び加熱要素８と円錐形部材３４をもつ中央部分は図５のものと同じであるが、円錐形部材３４は後方端キャップ３５を備える。固定手段１１を含む後方部分１０は変更され、中央部分７に取付けらない。固定手段は撓み性の膨張可能なバッグ３６を備えるが、バッグは後方端から膨らませられ、装置５が動くにつれてライナー２に対して展開するようにされる。ライナー２とバッグ３６との転がり接触は図２乃至図５の摺動接触より摩擦が少ない。従って、図６の装置５は図２乃至図５の場合のようにインデックスされた段階においてよりむしろ連続して動くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  複合材料の層を備えるライナーでダクトをライニングする装置の使用を示す概略線図。
【図２】  ライナーに対する内部加熱手段を備えた図１の装置の縦断面図。
【図３】  ライナーに対する外部加熱手段を備えた変形装置の縦断面図。
【図４】  ライナーに対する内部加熱手段を備えた変形装置の縦断面図。
【図５】  別の変形例を示す図４と同様な図。
【図６】  変形固定手段を示す図５と同様な図である。
【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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【図６】
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