(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する抜取対象部材に少なくとも一方が近接し、前記抜取対象部材に対して絶縁状態に配置可能な第１および第２導電体と、前記第１および第２導電体と前記抜取対象部材とを前記抜取対象部材の同一周面における異なる２箇所においてそれぞれ導通する第１および第２導通部材と、前記第１導電体、前記第１導通部材、前記抜取対象部材、前記第２導通部材、および前記第２導電体で形成される電気回路に高周波電流を供給する電源装置と、前記抜取対象部材を冷却するための流体を供給する流体供給手段とを備え、前記抜取対象部材に流れる高周波電流の向きと、前記第１および第２導電体のうち前記抜取対象部材に近接している導電体に流れる電流の向きが互いに逆になるように、前記第１および第２導電体を配置したことを特徴とする部材膨縮装置。
【請求項２】
前記電源装置が周波数１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの高周波電流を供給可能である請求項１記載の部材膨縮装置。
【請求項３】
前記流体供給手段として、前記抜取対象部材に対して冷却用流体を吐出可能な流体吐出ノズルを設けた請求項１記載の部材膨縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラ、熱交換器、復水器などを構成するチューブなどのように拡管、拡径あるいはカシメ加工などによって所定の固定部材に取付けられた各種部材の取り替え作業を行う際に使用される部材膨縮装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ、熱交換器、復水器などを構成するチューブなどを取り替える場合、既設のチューブを固定部材から抜き取る必要があるが、抜取対象部材であるチューブを加熱、急冷することによって当該チューブが膨張収縮する現象を利用して、固定部材から抜き取り作業を行う技術が開発されている。
【０００３】
このような抜き取り作業において、抜取対象部材を加熱する手段としては、高周波誘導加熱方式あるいはガス燃焼加熱方式などが一般的である。高周波誘導加熱方式は、抜取対象部材に近接配置された誘導加熱コイルに電流を供給したとき抜取対象部材に発生する渦電流によって抜取対象部材自体を発熱させる方式である。ガス燃焼加熱方式は、ガスバーナなどのガス燃焼炎で抜取対象部材を炙ることによって抜取対象部材を昇温させる方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高周波誘導加熱方式は、加熱コイルに流れる高周波電流で磁束を発生させ、この磁束によって抜取対象部材に渦電流を発生させることによって抜取対象部材を発熱させるものであるため、加熱コイルと抜取対象部材との間隔が離れている場合、磁束の影響が弱くなり、加熱コイルに供給する高周波電流に比べ、抜取対象部材に発生する渦電流が小さくなりがちであり、電流効率が悪い。
【０００５】
また、抜取対象部材が非磁性体である場合、磁束による結合度が低くなり、加熱が困難となるほか、内面加熱は通常の外面加熱に比べて約３倍の出力が必要となる。さらに、高周波誘導加熱方式の場合、加熱出力が大きくなるとコイル冷却水の流路の確保が困難となる。
【０００６】
一方、ガス燃焼加熱方式の場合、簡素な設備で加熱作業を行うことができる点では優れているが、加熱作業に高度の熟練を要するだけでなく、温度管理が困難であって、抜取対象部材の温度分布が不均一になったり、不必要な部分まで加熱したりすることがある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、高い電流効率を維持しながら、抜取対象部材を比較的短時間で加熱膨張、冷却収縮させることができる部材膨縮装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
１本の導電体に高周波電流を流した場合、表皮効果により、電流は導電体外周に集中して流れるが、図５（ｂ）に示すように、１本の導電体６０をＵ字状にして往復回路を形成し、電源装置６１から導電体６０に高周波電流を流すと、表皮効果の一種である近接効果により、導電体６０が互いに対向した部分に電流が集中して流れる。すなわち、図５（ａ），（ｂ）に示すように、導電体６０同士が互いに対向した部分に電流集中部６２が発生する。この場合、対向部分の距離が小さいほど、また、高周波電流の周波数が高いほど、電流の集中度が増す性質がある。
【０００９】
本発明の部材膨縮装置は、このような高周波電流特有の性質を応用して抜取対象部材を加熱膨張させた後、流体を利用して抜取対象部材を冷却収縮させるものであり、本発明の部材膨縮装置は、導電性を有する抜取対象部材に近接し絶縁状態に配置可能な導電体と、前記導電体と前記抜取対象部材とを部分的に導通する導通部材と、前記導電体、前記導通部材および前記抜取対象部材で形成される電気回路に高周波電流を供給する電源装置と、前記抜取対象部材を冷却するための流体を供給する流体供給手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
所定の固定部材によって外周部分などを拘束して取付けられた管状体などの抜取対象部材に対し、導電体を絶縁状態に保って近接配置し、導電体と抜取対象部材とを導通部材を介して部分的に導通し、前記導電体、前記導通部材および前記抜取対象部材で形成される電気回路に電源装置から高周波電流を供給すると、この電気回路に高周波電流が流れる。このとき、前述した近接効果が生じ、当該抜取対象部材における導電体との近接部分に高周波電流が集中して流れるため、この近接部分はジュール熱によって急速に発熱し、その熱によって当該抜取対象部材全体が昇温して熱膨張する。抜取対象部材が適切な温度まで昇温したら給電を停止し、冷却用流体供給手段から流体を供給して当該抜取対象部材を冷却すれば、当該抜取対象部材は急速に収縮するので、固定部材の拘束から開放され容易に抜き取ることができる。
【００１１】
このように、高周波電流を直接、抜取対象部材に通電して発熱させるので、当該抜取対象部材を短時間で加熱膨張させることができ、高周波誘導加熱方式では不可避である結合損失がないので電流効率も高い。また、高周波電流の近接効果により、高周波電流は抜取対象部材と導電体との近接部分に集中して流れるため、必要部分を集中加熱することができる。さらに、導電体の配置場所あるいは導通部材の設置場所を変更することによって、高周波電流を集中させる部分の増減、変更が可能であり、過大電流も防止することができる。
【００１２】
また、抜取対象部材に対し近接配置した導電体は、当該抜取対象部材と絶縁状態に保たれているので、導通部材以外の位置で導電体と当該抜取対象部材との間に高周波電流が流れたり、電流の集中状態が変動したりすることがない。
【００１３】
ここで、前記電源装置としては、周波数１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの高周波電流を供給可能であるものを用いることが望ましい。前述したように、高周波電流の近接効果は高周波電流の周波数が高いほど顕著となり、電流の集中度も増す傾向があるため、周波数１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの高周波電流を供給することにより、抜取対象部材の必要部分を短時間で集中的に発熱させることが可能となり、電流効率も良好となる。
【００１４】
この場合、高周波電流の適正周波数は、電源装置と導電体とを電気的に連結するケーブルにおける電流損失の大小、あるいは必要とする近接効果の大小などに応じて設定することが望ましいが、高周波電流の場合、ケーブル損失が大きく、周波数が大となるほど近接効果も顕著となる傾向があり、また、実際に昇温させるべき部分は抜取対象部材全体であるため、これらの点も考慮して周波数を設定する必要がある。
【００１５】
なお、供給する高周波電流の周波数が１ｋＨｚより小である場合は近接効果が低下して抜取対象部材全体を電流が流れる状態となり、大電流を必要とするようになり、ケーブル損失も増大する傾向があり、９０ｋＨｚより大である場合は近接効果が顕著化し、抜取対象部材における導電体との近接部分が高温となりやすく、過熱のおそれがある。
【００１６】
一方、供給する高周波電流の電圧に関しては１０Ｖ〜６０Ｖ程度であることが望ましい。この場合、適正電圧は、人体に対する安全性、ケーブルの長さ、ケーブルコストなどの諸条件に応じて設定する。なお、供給する高周波電流の電圧が１０Ｖより小さい場合は加熱に必要な電力を供給するための大電流が必要となるので、ケーブル径の増大に伴う重量増加を招き、６０Ｖより大である場合は、接触や漏電などによる感電のおそれがある。
【００１７】
一方、前記冷却用流体供給手段として、前記抜取対象部材に対して冷却用流体を吐出可能な流体吐出ノズルを設けることにより、この流体吐出ノズルに冷却用流体を供給して吐出させるという比較的簡単な操作で、高温の抜取対象部材を急速に冷却、収縮させることが可能となるので、作業性が向上する。なお、冷却用流体としては、水などの液体のほか、空気や不燃性気体などが好適であるが、水などの液体は比熱が比較的大であるため冷却能が高いという点で優れており、空気や不燃性気体は抜取対象部材を濡らすことがなく、突出後は大気中に放散されるので排液設備などが不要である点で優れている。
【００１８】
また、前記導通部材を前記抜取対象部材に着脱可能に係止するための拡縮可能な係止器具を設ければ、当該係止器具を拡縮させることにより、管状体などの抜取対象部材に対する導電体の近接配置作業および撤収作業を短時間で容易に行うことができるようになるため、作業効率が向上し、工期の短縮を図ることができる。
【００１９】
拡縮可能な係止器具としては、所定の支持部材を中心に放射方向に伸展、収縮する機能を有するものなどが望ましく、例えば、抜取対象部材が管状体の場合は、バネ性を有する素材で形成された筒状体に６〜８分割のスリットを入れ、この筒状体内に円錐形の押圧拡径具を軸方向に移動可能に配置し、この押圧拡径具を軸方向に移動させることで前記筒状体を放射状に拡径、縮径させて抜取対象部材の内周面に接触、離脱させる機構などが好適であり、抜取対象部材が角管である場合は前記スリットを有する筒状体に角錐形の押圧拡径具を同様に配置した機構などが好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施形態である部材膨縮装置を抜取対象部材に配置した状態を示す部分断面図、図２は図１に示す部材膨縮装置の部分拡大図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の部材膨縮装置１は、固定部材２に形成された貫通孔３内に機械的接合により取付けられた導電性を有する円管状の抜取対象部材４の内周面に近接するとともに絶縁状態に配置された第１導電体５と、抜取対象部材４の開口部付近に絶縁状態に配置された第２導電体６と、抜取対象部材４の異なる複数位置において第１導電体５および第２導電体６と抜取対象部材４とを部分的に導通する第１導通部材７および第２導通部材８と、第１導電体５、第１導通部材７、抜取対象部材４、第２導通部材８および第２導電体６で形成される電気回路に高周波電流を供給する電源装置９と、抜取対象部材４を急冷するための流体を供給する流体供給手段である流体供給源１０、流体搬送ホース１１および流体吐出ノズル１２とを備えている。電源装置９は電源ケーブル１４によって商用電源１３に接続されている。
【００２２】
部材膨縮装置１を図１に示すようにセットした後、電源装置９から高周波電流を供給すると、前記電気回路を構成する第１導電体５が最も近接した状態にある、抜取対象部材４の内周部分４ａにおいて、前述した近接効果が生じ、抜取対象部材４の内周部分４ａに高周波電流が集中して流れるため、この内周部分４ａはジュール熱によって急速に発熱し、その熱によって抜取対象部材４全体が昇温して熱膨張する。
【００２３】
抜取対象部材４が適切な温度まで昇温したら電源装置９からの給電を停止し、流体供給源１０から供給される冷却用流体を流体吐出ノズル１２から抜取対象部材４に対して吐出させて抜取対象部材４を急冷すれば、この抜取対象部材４は急速に収縮して固定部材２の貫通孔３との間に隙間が生じ、固定部材２の拘束から開放されるので、抜取対象部材４を貫通孔３から容易に抜き取ることができる。
【００２４】
このように、電源装置９から供給される高周波電流を直接、抜取対象部材４に通電して発熱させるので、抜取対象部材４を短時間で昇温膨張させることが可能であり、高周波誘導加熱方式のような結合損失がないので電流効率も高い。また、高周波電流の近接効果により、高周波電流は抜取対象部材４と第１導電体５との近接部分に集中して流れるため、必要部分を集中加熱することができる。さらに、抜取対象部材４に対する第１導電体５および第２導電体６の配置場所あるいは第１導通部材７および第２導通部材８の設置場所を変更することによって、高周波電流を集中させる部分の増減、変更が可能であり、過大電流も防止することができる。
【００２５】
また、抜取対象部材４に対し近接配置した第１導電体５、抜取対象部材４の開口部付近に配置した第２導電体６はいずれも抜取対象部材４と絶縁状態に保たれているので、第１導通部材７および第２通電部材８以外の位置で第１導電体５および第２導電体６と抜取対象部材４との間に高周波電流が流れたり、電流の集中状態が変動したりすることがないので安定した作業を確保することができる。なお、第１導電体５および第２導電体６は高周波電流を効率的に導通する銅製の板材や棒材などであれば良いので、従来の高周波誘導加熱方式で用いられる複雑な構造の加熱コイルは不要である。
【００２６】
一方、電源装置９が供給する高周波電流の周波数は１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの範囲、電圧は１０Ｖ〜６０Ｖの範囲で調節可能であるが、本実施形態において、高周波電流の周波数を２０ｋＨｚ、電圧を３０Ｖに設定したところ、抜取対象部材４を短時間で発熱させることができた。また、本実施形態において、流体吐出ノズル１２から吐出させる冷却用流体として、比熱が比較的大きな水を用いたところ、昇温膨張した抜取対象部材４を急速冷却、急速収縮させることができた。冷却用流体としては水などの液体のほかに空気や不燃性ガスなどの気体を用いることも可能であり、主冷却用として空気（気体）、補助冷却用として水（液体）を使用するなど、気液併用冷却方式も採用することができる。
【００２７】
なお、第１導通部材７、第２導通部材８および流体吐出ノズル１２などを抜取対象部材４の内周部分４ａに着脱可能に係止する手段は特に限定するものではないが、例えば、バネ性を有する素材で形成された筒状体に軸方向６〜８分割のスリットを入れ、この筒状体内に円錐形の押圧拡径具を軸方向に移動可能に配置し、この押圧拡径具を軸方向に移動させることで前記筒状体を放射状に拡径、縮径させて抜取対象部材４の内周面に接触、離脱させる機構を有する拡縮可能な係止器具などを設けることができる。このような係止器具を用いることにより、円管状をした抜取対象部材４に対する第１導電体５および第２導電体６などの配置作業および撤収作業を短時間で容易に行うことが可能であり、作業効率の向上、工期の短縮を図ることができる。
【００２８】
次に、図３，図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図３は本発明の第２実施形態である部材膨縮装置を抜取対象部材に配置した状態を示す部分断面図、図４は図３に示す部材膨縮装置の部分拡大図である。なお、図３，図４において、図１，図２に示す部材と同じ記号を付した部材は第１実施形態の部材膨縮装置１の場合と同じ機能、効果を発揮する部材であるため説明を省略する。
【００２９】
本実施形態の部材膨縮装置２１においては、固定部材２２に形成された有底穴２３の底部に嵌め込まれた抜取対象部材２４に対し、第１導電体２５および第２導電体２６を絶縁状態で近接配置し、第１導通部材２７および第２導通部材２８を介して、第１導電体２５および第２導電体２６と抜取対象部材２４の周縁部とを部分的に導通している。また、抜取対象部材２４の上方に、冷却用空気を吐出するエアノズル３２が配置され、このエアノズル３２に空気を供給するためのエアポンプ３０およびエアホース３１が設けられ、有底穴２３の開口部分には、全体が脱落しないように係止するための支持手段であって、カム機構により有底穴２３の軸心から放射方向に拡径、縮径する機能を有する固定補助具２９が配置されている。
【００３０】
部材膨縮装置２１を図３に示すようにセットした後、電源装置９から高周波電流を供給すると、図４に示すように、第１導電体２５および第２導電体２６が最も近接した状態にある、抜取対象部材２４の上面部分２４ａにおいて、前述した近接効果が生じ、抜取対象部材２４の上面部分２４ａに高周波電流が集中して流れるため、この上面部分２４ａはジュール熱によって急速に発熱し、その熱によって抜取対象部材２４全体が昇温して熱膨張する。
【００３１】
抜取対象部材２４が適切な温度まで昇温したら電源装置９からの給電を停止し、エアポンプ３０から供給されるエアをエアノズル３２から抜取対象部材２４に対して吐出させて抜取対象部材２４を急冷すれば、この抜取対象部材２４は急速に収縮して固定部材２２の有底穴２３との間に隙間が生じ、固定部材２２の拘束から開放されるので、抜取対象部材２４を有底穴２３から容易に抜き取ることができる。
【００３２】
このように部材膨縮装置２１を用いれば、固定部材２２を貫通していない形状の有底穴２３に嵌め込まれた抜取対象部材２４であっても容易に抜き取ることが可能である。また、部材膨縮装置２１では、抜取対象部材２４の冷却用流体として空気を使用しているので、エアノズル３２から吐出した空気は抜取対象部材２４に当った後、有底穴２３の開口部から大気中へ排出され有底穴２３内に溜まることがなく、作業性に優れており、冷却用液体を吐出させた場合に必要な排液設備なども不要である。その他の部分の構造、機能などは第１実施形態の部材膨縮装置１と同様である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果を奏する。
【００３４】
（１）導電性を有する抜取対象部材に近接し絶縁状態に配置可能な導電体と、前記導電体と前記抜取対象部材とを部分的に導通する導通部材と、前記導電体、前記導通部材および前記抜取対象部材で形成される電気回路に高周波電流を供給する電源装置と、前記抜取対象部材を冷却するための流体を供給する流体供給手段とを備えたことにより、高い電流効率を維持しながら、抜取対象部材を比較的短時間で加熱膨張、冷却収縮させることができるようになる。
【００３５】
（２）前記電源装置が周波数１ｋＨｚ〜９０ｋＨｚの高周波電流を供給可能であることにより、抜取対象部材の必要部分を短時間で集中的に発熱させることが可能となり、電流効率も良好となる。
【００３６】
（３）前記流体供給手段として、前記抜取対象部材に対し冷却用流体を吐出可能な流体吐出ノズルを設けることにより、この流体吐出ノズルに冷却用流体を供給して吐出させるという比較的簡単な操作で、高温の抜取対象部材を急速に冷却、収縮させることが可能となるので、作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態である部材膨縮装置を抜取対象部材に配置した状態を示す部分断面図である。
【図２】  図１に示す部材膨縮装置の部分拡大図である。
【図３】  本発明の第２実施形態である部材膨縮装置を抜取対象部材に配置した状態を示す部分断面図である。
【図４】  図３に示す部材膨縮装置の部分拡大図である。
【図５】  高周波電流の近接効果を示す図であり、（ａ）はＵ字状導電体の平面図、（ｂ）はＵ字状導電体の正面図である。
【符号の説明】
１，２１  部材膨縮装置
２，２２  固定部材
３  貫通孔
４，２４  抜取対象部材
４ａ  内周部分
５，２５  第１導電体
６，２６  第２導電体
７，２７  第１導通部材
８，２８  第２導通部材
９  電源装置
１０  流体供給源
１１  流体搬送ホース
１２  流体吐出ノズル
１３  商用電源
１４  電源ケーブル
２３  有底穴
２４ａ  上面部分
２９  固定補助具
３０  エアポンプ
３１  エアホース
３２  エアノズル
【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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