JP2013506800A - 管接合装置 - Google Patents

Abstract

加圧され、修復された管内で一次管（２）と分岐管（３）の間の接合部を形成するための管接合装置（１）であって、管接合装置（１）が少なくとも部分的に熱可塑性物質の実質的に剛体の本体（１０）を備え、本体（１０）が、一次管（２）との封止を形成するように適合された一次管封止部分（１４）および分岐管（３）との封止を形成するように適合された分岐管封止部分（１５）を有する管接合装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、加圧管内で一次管と分岐管の間の接合部を形成するための管接合装置に関する。具体的には、本発明は、加圧水道システム内で熱可塑性物質構成要素を有する修復済み本管の壁に分岐管を接合するための、修復済み管接合を形成する熱可塑性物質製装置に関する。本発明は、圧力を受けるシステム中で管接合装置を使用して、分岐管と熱可塑性物質の層で裏張されている修復済み一次管との間の接合部を形成する方法にも関する。

本明細書で使用される「管（ｐｉｐｅ）」という用語には、流体、具体的には本管加圧水道水を運搬するための管（ｐｉｐｅｓ）、チューブ（ｔｕｂｅｓ）、送水管（ｄｕｃｔｓ）および導管（ｃｏｎｄｕｉｔｓ）が含まれる。分岐管は別の管と交差する管である。当業者にとっては他の用語も知られているであろうが、一般に分岐管は「取付管（ｌａｔｅｒａｌｓ）」とも言及される。主送水管が、ある割合の水道水を例えば個人の住宅などに送給するためのいくつかの分岐管をその壁に有する場合、分岐管は水道水分配網で一般的である。

給水本管に使用される管はしばしば鋳鉄から作製され、腐食による破損が、既存システムの寿命のようなますます増加する問題となっている。そのような管が、除去され、取り換えられるよりもむしろ裏張によって修復されるならば、一般により安価であり、破損を起こすことが少ない。既存の管に裏張するための様々な技術が知られてはいるが、より効率的な修復技術に対する要求がある。本発明は、修復済み水道本管から直接家庭につながる分岐水栓（すなわち外側直径が、約３５ｍｍまたはそれより小さい口径、典型的には約２０〜３５ｍｍ口径の管）に関連する具体的な応用を有する。

各本管は、分岐管との複数の接合部を有することができる。管、特に本管と分岐管との間の管に修理を施すために地下の管まで掘り下げることは非常に費用がかかり、時間がかかる。

複数の先行技術の特許が熱硬化性プラスチック製の管裏張および分岐管の裏張を使用する管の修復に言及している。例えば米国特許第５，９２７，３４１号は、管内の裏張接合向け方法を開示する。米国特許第４，４３４，１１５号および国際公開第２００９／１０５，８２２号もまた取付管向け裏張を開示する。国際公開第２００１／１９６，０９２号は分岐管裏張を据えるための技術を開示する。加えて、米国特許第２００９／１８３，７９４号、米国特許第７，５０３，３４９号および米国特許第６，０６８，７２５号もまた、分岐管裏張技術を開示する。これらすべての文献は熱硬化性材料の使用を開示する。これらの材料は、艶消し材料および樹脂を備える。樹脂には、特に周囲の高温環境で有限の寿命がある。樹脂が艶消しに加えられるとき、構造上の規準を保証するために樹脂は艶消し全体に均一に拡散しなければならないが、それは必ずしも確実ではない。

米国特許出願番号第２００６／１８２，５００号は熱可塑性物質を使用して地下の管に裏張する技術を開示する。この特許は、成形済み熱可塑性物質のスタブをやはり熱可塑性材料でできた本管の裏張区域に溶接することにより、分岐管路を本管路に封止する手段を開示する。次いでフランジがそのスタブ端部に形成される。次いでスタブは金属スリーブ管内に覆われる。この手順は、接合の周りに締めつけるべき多くのナットおよびボルトを必要とする複雑な多段階工程である。この手順はまた、本管路の外側から分岐管路の開始部まで接近することが必要であり、それには通常、管路の周りに費用のかかる掘削作業が必要になるであろう。

本発明の第１の態様によって、加圧管内で一次管と分岐管の間の接合部を形成するための管接合装置が提供され、管接合装置は、熱可塑性物質の実質的に剛体の本体を備え、本体が一次管との封止を形成するように適合された一次管封止部分および分岐管との封止を形成するように適合された分岐管封止部分を有する。

管接合装置が迅速に、容易に分岐管に挿入されることができ、封止が本管および分岐管に効果的に作成され得るので、このことは有利である。したがって管接合装置は、水密性封止を提供することにより、２つの個別の管間の漏水している管接合部を効果的に修理し、または２つの個別の管を結合する。水道本管のように圧力を受ける管の中で信頼性のある接合部を形成することは困難であるが、本発明により強固な結合部を形成することができる。加えて、熱可塑性物質の管接合装置は、−３０℃から６０℃までのような幅広い範囲の環境温度に亘り、確実に作動することができる。熱可塑性物質が、実質的に材料がまったく劣化することがなく、数回再溶融が可能であることもまた見出されている。

管接合装置は、本管または一次管内部から分岐管内に挿入されるように適合されていることが好ましい。
一次管封止部分は一次管の内壁との封止を形成するように適合されていることが好ましい。一次管封止部分が一次管に溶接されて、一次管との封止を形成するように適合されていることが好ましい。したがって管接合装置が、熱可塑性物質の一次管、熱可塑性合成物（ファイバを含む熱可塑性合成物など）または少なくとも熱可塑性物質の内壁を含む一次管、すなわち熱可塑性構成要素を含む一次管と共に使用されるように適合されることができる。修復済み管は熱可塑性物質の層で裏張される傾向があり、したがって本発明はそのような修復済み管と共に使用するのに特に適している。加えて、一次管の熱可塑性物質および管接合装置の熱可塑性物質は溶接によって容易に「溶融される（ｍｅｌｔｅｄ）」ことができ、次いで接合されて封止を形成する。

分岐管封止部分が、本体に取り付けられた封止要素を備えることが好ましい。具体的には、分岐管封止部分が、その中に取り付けられた封止要素を有する本体に溝を備えることができる。Ｏ−リング封止または他の断面の封止などの封止要素が溝内に取り付け可能であり、それは信頼性があり、費用効果が高いので、このことは有利である。別法として、封止要素が、水に接触すると膨張して管接合装置と分岐管との間の封止を確立するように適合されているシリコーンビードを備えることができる。管接合装置は、水道本管（一次管）を、家庭に圧力下の飲料水を送給する分岐水栓（分岐管）に結合するための使用向けに開発されたので、このことは特に有利である。分岐水栓の典型的な直径は約３５ｍｍであり、したがってＯ−リングまたはシリコーンビードが、そのような比較的小さい口径の管との信頼性のある封止を得る、簡単で容易な方法を提供する。

分岐管封止部分が、分岐管に押し込まれると、分岐管と共に封止を形成するように適合されていることが好ましい。管接合装置は、実質的に剛体であり、取り付けが簡単な部材であるので、取り付けることが容易で、管との接触に実質的な膨張が不要であるためにこのことは有利である。加えて、膨張され、配置される必要のある可撓性区分を備える管接合装置は、加圧水道水供給システムの本管のような圧力下で確実に作動するための強度を有さない。

本体が、実質的に放射状に外側に延在するフランジ部分を有する管状部分を備え、管状部分が分岐管封止部分を含み、フランジ部分が一次管封止部分を含むことが好ましい。
管状部分が、管状部分の外側直径の実質的に１０％から５０％の壁厚を有することが好ましいが、２０％から３５％の壁厚を有することが最も好ましい。これにより、管状部分は本管水道システムの圧力に確実に対処することができる。フランジ部分の直径は管状部分の外側直径の実質的に２倍であることが好ましい。これらの寸法により、確実な接合が形成され得ることが見出されている。フランジ部分の厚さはフランジの外側直径の約１０％から１５％であることが好ましい。

フランジ部分が、管状部分から外側に延在するにつれて厚さが薄くなっていることが好ましい。先薄部が一次管と一次管封止部分との間に緊密な接触を保証するので、一次管封止部分と一次管との間の溶接の質を改善するため、このことは有利である。

フランジ部分が、一次管の円筒形に湾曲した内側面と相互補完するように円筒形に湾曲した面を有する輪形の部材を備えることが好ましい。それにより一次管封止部分と一次管との間の溶接の品質が改善されるので、このことは有利である。

一次管封止部分が環状であり、約５ｍｍの幅であることが好ましい。
本発明の第２の態様により、圧力を受けるシステム内で管接合装置を使用して、分岐管と熱可塑性物質の層で裏張されている修復済み一次管との間の接合を形成する方法が提供され、管接合装置が熱可塑性物質の本体を備え、本体が一次管封止部分および分岐管封止部分を含み、その方法が、
ａ）分岐管封止部分を本管から分岐管内に挿入するステップと、
ｂ）分岐管封止部分と分岐管との間に封止を確立するステップと、
ｃ）一次管封止部分を一次管の熱可塑性物質の層に当接させるステップと、
ｄ）一次管封止部分と一次管との間の封止を確立するステップと
を含む。

この方法は、容易な設置および信頼性のある接合部をもたらすので有利である。
ステップｄが、一次管封止部分を、一次管の内壁を裏張する熱可塑性物質の層に溶接することによって達成されることが好ましい。

ステップｂが、分岐管封止部分に取り付けられた封止要素によって達成されることが好ましい。分岐管封止部分が管封止部分と分岐管の内壁との間の干渉によって分岐管内に挿入されるとき、封止要素が、ステップｂが封止を確立するステップを含むように配置されていることが好ましい。

その方法が、分岐管の寸法を決定し、管接合装置が分岐管内に挿入されるときに分岐管と共に封止を形成するような寸法になっている管接合装置を選択するステップを含むことが好ましい。したがって管接合装置は、一次管および分岐管と相互補完するように予備成形されることになる。

その方法が、熱可塑性物質の層を通る穴を切り取って分岐管へのアクセスをもたらすステップを含むことが好ましい。
その方法が、管接合装置によって形成された接合部を含むシステムを、できれば水道水で加圧するステップを含むことができる。これは、本管からの飲料水供給圧力を有するシステムを加圧するステップを含むことができ、その圧力は約１から５バール（１００から５００ｋＰａ）の圧力を有し、潜在的に３０バール（３０００ｋｐａ）の圧力を有することができる。

次に本発明の詳細な説明が添付の図面を参照して、例としてのみ以下に記載される。

一次管に交差する２つの分岐管を有する一次管の図である。 図１の本管および分岐管の間の接合部の横断面図である。 管接合装置の第１の実施形態の等角図である。 本管と分岐管の間の接合部内に取り付けられた図３の管接合装置の断面図である。 管接合装置の追加の実施形態の図である。

管接合装置１の第１の実施形態が図３に示され、本管水道水供給システム内で一次管２の分岐水栓（分岐管）３との接合部で使用するように適合されている。管接合装置１は、内側面に熱可塑性物質の層を含む修復済み一次管と分岐管との間の接合部を形成するように適合されている。図１は、地下に延在する一般的な水道水供給システムの一部を示す。図が見やすいように、地面は示されていない。そのシステムは、本管または一次管２を備え、一次管２から住宅４に水道水を送給する２つの分岐管３を含む。分岐管３は一次管２に交差し、一次管２の壁５を通って延在して、一次管２内に存在する水道水と連通するようになっている。水道水供給システムはまた、２つの点検口６を含む。この水道水供給システムは加圧されており、したがって配管工事および管接合装置は１から５バール（１００から５００ｋＰａ）の範囲の圧力および潜在的には３０バール（３０００ｋＰａ）まで耐える能力が必要である。

図２は、水道水供給システムが最初に建設されたとき、本管２と分岐管３との間の典型的な接合部を示す。本管２および分岐管３はねじ継ぎ手７によって結合されている。したがって、ねじ山が分岐管３の外側面８上に形成され、相互補完するねじ山が一次管の壁５内の穴９に形成される。次いで、分岐管３が一次管２の壁５内にねじ込まれることができる。この接合部は経時的に劣化する可能性があり、漏れが起こり得る。

図３および４は管接合装置１の第１の実施形態を示す。管接合装置１は、管状部分１１およびフランジ部分１２を有する熱可塑性物質の本体１０を備える。フランジ部分１２は管状部分１１の一端部１３から放射状に外側に延在する。フランジ部分１２は一次管封止部分１４を含む。管状部分１１は分岐管封止部分１５を含む。管状部分は、それを通って延在する穴２５を有する。

フランジ部分１２は外側縁部１６、第１の面１７および第２の面１８を有する。第１の面１７は一次管２に接触するように適合されており、したがって一次管封止部分１４を含む。第１の面は先が薄くなり、円錐形リングを形成する。したがってフランジ部分は先が薄くなり、外側縁部１６に向かって厚さが減少する。

分岐管封止部分１５は、管状部分１１に取り付けられた封止要素２０を備える。この実施形態では、封止要素２０はエラストマ材料の２つのＯ−リング封止２０を備える。各封止要素２０がそれぞれの溝１９内に取り付けられる。溝１９は管状部分１１内部に放射状に延在する。管接合装置１が受ける圧力に応じて、１つの封止要素２０でも十分であり得ることが理解されよう。１つの封止要素２０が使用されるならば、１つの溝のみが必要である。また、横断面が正方形などの他の横断面の封止要素２０が使用されてもよい。

図４は、裏張によって修復された後の図２の一次管２を示す。したがって鋳鉄製の管２は、熱可塑性物質の裏張２１によって被覆された内側面２４を有する。したがって一次管２は壁５および裏張２１を備える。一次管２の壁５内の任意の割れ目または穴が裏張２１によって封止され、水道水は裏張２１の内部を流れる。管が裏張されることができる方法は当業者に知られているので、したがってこの工程は本明細書では詳細に説明しない。

開口２２が裏張２１内に切り取られて、一次管２から分岐管３へのアクセスを提供する。管接合装置１は開口２２を通って、一次管２の分岐管３との接合部内に取り付けられる。管状部分１１は分岐管３の内部に延在し、分岐管封止部分１５が分岐管３の内側面に接触する。Ｏ−リング封止要素２０が分岐管３に接触し、管接合装置１と分岐管３との間に封止を形成する。フランジ部分１２は依然として一次管２の内部にあり、一次管封止部分１４が一次管２の内側面２４、すなわちこの実施形態では裏張２１に当接する。フランジ部分１２の先薄部により、先薄部が管２の湾曲に一致するので、先薄部は一次管２と緊密に接触することが理解されよう。しかし、一次管２が依然としてまっすぐである（すなわち一次管に関して軸方向に）場所では、管状部分１１近傍の部分が、一次管２の内側に接触し、第１の面１７の一部分と、第１の面１７の反対側の領域にある裏張２１との間に間隙２３を最初に残す。

一次管封止部分１４は、裏張２１に溶接されて管接合装置１と一次管２との間に封止を形成するように適合されている。この実施形態では、溶接は誘導溶接によって形成される。しかし、摩擦溶接、熱板溶接または他の溶接技術が使用可能であることが理解されよう。一旦溶接されると、間隙２３は、間隙を充填するために、溶融し、再形成した熱可塑性物質で充填される。一次管封止部分１４の溶融された熱可塑性物質は、裏張２１の熱可塑性物質に接合し、封止し、それによって水密性封止を形成する。

フランジ部分１２の一次管封止部分１４は、溶接中に管２に接触する広い面領域を提供する。第１の面１７の円錐形輪郭が裏張２１の湾曲と相互補完する。フランジ部分１２は、金属ワイヤを組み入れて、誘導溶接の際にそのフランジの加熱を促進することもできる。

一旦取り付けられると、システムが再加圧されるとき、一次管２からの水道水が穴２５を通って分岐管３内に流れ込むことができる。管接合装置１が、いずれの側も最初の接合である、一次管２の内壁および分岐管３の内壁を形成する裏張に対して封止するので水漏れを防止する。このことは、接合部に水密性封止をもたらす。

図５は、管接合装置１の第２の実施形態を示す。同じ参照符号は同じ部品用に使用されている。この実施形態では、２つのＯ−リング封止要素２０および溝１９が、管状部分１２の外側の周りに配置されているシリコーン材料ビード３０に取り換えられた。この材料は、水道水と接触するように延在して、管接合装置１の管状部分１１と分岐管３との間に封止を形成する。修理が完了するとすぐに、このような水道水との接触は、管２および３が再充填されるときに生じるであろう。

管接合装置１の追加の修正形態が作成され得ることが理解されよう。具体的には、熱可塑性材料が様々な材料の繊維で強化され得る。分岐管３は熱可塑性材料であってもよく、または裏張されることもできる。実際に、新規な熱可塑性物質の一次管が配置された場合、この管接合装置および方法により、分岐管路を一次管路に取り付ける迅速で簡単な方法が可能になる。封止要素２０は、単一または複数の溝１９が存在しない管状部分１１に取り付けられてもよい。

Claims (20)

1. 加圧された管内で一次管（２）と分岐管（３）の間の接合部を形成するための管接合装置（１）であって、少なくとも部分的に熱可塑性物質の実質的に剛体の本体（１０）を備え、前記本体（１０）が前記一次管（２）と共に封止を形成するように適合された一次管封止部分（１４）および前記分岐管（３）と共に封止を形成するように適合された分岐管封止部分（１５）を有する、管接合装置。
2. 本管である前記一次管（２）内部から前記分岐管（３）内に挿入されるように適合されている、請求項１に記載の管接合装置。
3. 前記一次管封止部分（１４）が、前記一次管（２）の内壁を裏張する熱可塑性物質の裏張と共に封止を形成するように適合されている、請求項１または２に記載の管接合装置。
4. 前記一次管封止部分（１４）が、本管である前記一次管（２）に溶接されて、前記一次管と共に封止を形成するように適合されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の管接合装置。
5. 熱可塑性物質の構成要素を有する一次管（２）と共に使用されるように適合されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の管接合装置。
6. 前記分岐管封止部分（１５）が、前記本体（１０）に取り付けられた封止要素（２０）を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の管接合装置。
7. 前記分岐管封止部分が、前記本体内に取り付けられた前記封止要素（２０）を有する前記本体内の溝（１９）を備える、請求項６に記載の管接合装置。
8. 前記封止要素（２０）が、水に接触すると膨張して、前記管接合装置（１）と前記分岐管（３）との間の封止を確立するように適合されているシリコーンビードを備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の管接合装置。
9. 前記分岐管封止部分（１５）が、前記分岐管（３）に押し込まれると、前記分岐管（３）と共に封止を形成するように適合されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の管接合装置。
10. 前記本体（１０）が、実質的に放射状に外側に延在するフランジ部分（１２）を有する管状部分（１１）を備え、前記管状部分（１１）が前記分岐管封止部分（１５）を含み、前記フランジ部分（１２）が前記一次管封止部分（１４）を含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の管接合装置。
11. 前記フランジ部分（１２）が、前記管状部分（１１）から外側に延在するにつれて厚さが薄くなっている、請求項１０に記載の管接合装置。
12. 前記フランジ部分（１２）が、前記一次管（２）の円筒形に湾曲した内側面と相互補完するように円筒形に湾曲した面を有する輪形の部材を備える、請求項１０または１１に記載の管接合装置。
13. 前記一次管封止部分（１４）が環状であり、約５ｍｍの幅である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の管接合装置。
14. 圧力を受けるシステム内で管接合装置（１）を使用して、分岐管（３）と熱可塑性物質の層（２１）で裏張されている修復済み一次管（２）との間の接合部を形成する方法であって、前記管接合装置（１）が少なくとも部分的に熱可塑性物質の本体（１０）を備え、前記本体（１０）が一次管封止部分（１４）および分岐管封止部分（１５）を含み、前記方法が、
    ａ）前記分岐管封止部分（１５）を前記本管（２）から前記分岐管（３）内に挿入するステップと、
    ｂ）前記分岐管封止部分（１５）と前記分岐管（３）との間に封止を確立するステップと、
    ｃ）前記一次管封止部分（１４）を前記一次管（２）の熱可塑性物質の前記層（２１）に当接させるステップと、
    ｄ）前記一次管封止部分（１４）と前記一次管（２）との間の封止を確立するステップと
    を含む方法。
15. ステップｄが、前記一次管封止部分（１４）を、前記一次管（２）の内壁を裏張する熱可塑性物質の前記層（２１）に溶接することによって達成される、請求項１４に記載の方法。
16. ステップｂが、前記分岐管封止部分（１５）に取り付けられた封止要素（２０）によって達成される、請求項１４に記載の方法。
17. 前記分岐管封止部分（１５）が前記管封止部分と前記分岐管の内壁との間の干渉によって前記分岐管（３）内に挿入されるとき、前記封止要素（２０）が、ステップｂが封止を確立するステップを含むように配置されている、請求項１６に記載の方法。
18. 前記分岐管（３）の寸法を決定し、管接合装置（１）が前記分岐管（３）内に挿入されるときに前記分岐管と共に封止を形成するような寸法になっている管接合装置（１）を選択するステップを含む、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 熱可塑性物質の前記層を通る穴（２２）を切り取って前記分岐管へのアクセスをもたらすステップを含む、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記管接合装置によって形成された前記接合部を含む前記システムを加圧するステップを含む、請求項１４から１９のいずれか一項に記載の方法。

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