JP2005030512A - 流体輸送管 - Google Patents

Abstract

【課題】 水素ガス、水素ガスを含む液体等の高圧流体を輸送するにあたり、水素ガスがプラスチック内管を径方向に透過するのを押えて長手方向のガス輸送損失の増大を防止すると共に、水素ガスの透過、漏洩により生じる流体輸送管の圧力上昇を速やかに、且つ、長手方向にむらなく検知することができる流体輸送管を提供する。
【解決手段】 プラスチック内管２０と、その外周に設けられた補強層２２及びプラスチックシース２３とを備えた流体輸送管２０において、前記プラスチック内管２１と補強層２２との間に金属プラスチックラミネートテープによる遮ガス層２４が設けられ、遮ガス層２４とプラスチックシース２３との間に、石英ガラス系の光ファイバ心線２９の外周に多孔質のプラスチックテープ巻層３０を設けた水素ガス検知光ファイバ２５が配設される。
【選択図】 図１

Description

本発明は水素ガス、水素ガスを含む液体等の高圧流体を輸送するのに好適な高圧可撓性を有する流体輸送管に関するものである。

この種の流体輸送管としては、図３に示すような構成の流体輸送管１が多く使用されている（例えば、特許文献１参照）。即ち、この流体輸送管１は、ポリエチレンやナイロン等を押出成形することにより、内部に水素ガス、水素ガスを含む液体等の高圧流体の流体通路が形成されたプラスチック内管２と、その外周に設けられた補強層３と、その外周にプラスチック内管２と同様なプラスチックを押出し被覆することにより設けられたプラスチックシース４とを備えている。

補強層３は、通常、高強度の鋼（ステンレススチールを含む。以下同様）等で出来た金属テープを単層又は複数層にショートピッチで螺旋状に巻き付けて形成され、プラスチック内管２が内圧で膨れたり、破裂したりしないように補強する内圧補強層５と、この内圧補強層５の外周に、高強度の鋼等で出来た断面円形を有する多数本の金属線又は断面矩形を有する金属条を、単層又は複数層（図示のものは金属線を２層）にロングピッチで螺旋状に巻き付けて形成され、プラスチック内管２が流体圧や引張り力で軸線方向に伸びたりしないように補強する軸力補強層６とから構成される。

なお、７はプラスチック内管２の外圧に対する座屈防止用としてプラスチック内管２の内側に設けられた鋼等よりなるインターロック管、８はインターロック管７とプラスチック内管２との間、プラスチック内管２と補強層３との間（図示省略）、軸力補強層６の内外金属条間及び補強層３とプラスチックシース４との間に設けられたクッション用の布テープ層、９は内圧補強層５と軸力補強層６との間に設けられたポリエチレン等からなるプラスチックテープ層である。

この流体輸送管１のプラスチック内管２は前記したようにポリエチレンやナイロン等のような押出成形し易いプラスチック材を押出成形加工することにより形成され、基本的には該管内部を気密、液密に保つことができるが、ミクロ的にはプラスチック内管２の素材であるポリマーが結晶質と非晶質からなり、ガスについては非晶質を透過する。特に水素ガスは分子量が小さいのでプラスチック内管２内を透過し易い上に、水素輸送においては送ガス圧が７０ＭＰａにも及ぶ高圧になることが多いことから、水素ガスがプラスチック内管２の径方向に透過して漏洩する。

そこで、図４に示すような流体輸送管１のプラスチック内管２を透過するガスを検知する透過ガス検知装置１０が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この検知装置１０は、図示するように、流体輸送管１の端末において、プラスチックシース４を露出させた箇所に、プラスチック内管２を透過してプラスチック内管２とプラスチックシース４との間の空間に滞留する透過ガスを受け入れるガス受入容器１１を気密に取り付け、この容器１１に前記透過ガスの圧力が所定値以上に上昇したことを検知する圧力センサ１２を設けてなり、前記圧力センサ１２が透過ガスの圧力上昇により変位する受圧変位体１３と、前記受圧変位体１３の近傍に設けられ、光路１４を形成する光ファイバ１５ａ、１５ｂと、前記光路１４を横切るように前記受圧変位体１３に設けられ、光路１４の光量を変化させる光路遮蔽体１６を備えた光センサで構成されるものである。

特開平６−２４１３５５号公報（段落番号００１０乃至００１１及び図１） 実開昭６３−５５１９１号全文明細書（実用新案登録請求の範囲、第５頁第４行目乃至第７頁第７行目及び図面）

水素ガスがプラスチック内管２を径方向に透過することにより、長手方向のガス輸送損失が増加するほか、流体輸送管１の使用に伴いプラスチック内管２とプラスチックシース４との間に多量の水素ガスが滞留して圧力が上昇し、プラスチックシース４が膨らんで破損する恐れがあるため危険である。

また、滞留する水素ガスの圧力が所定値以上に上昇したことを検知する透過ガス検知装置１０は、これを流体輸送管１の端末近傍に設ける必要があるため、水素ガスの圧力上昇が流体輸送管１の端末近傍で起きた場合には、これを速やかに検知することができるが、流体輸送管１の中間部分で起きた場合には、水素ガスの圧力上昇及びその位置を速やかに検知することが容易でなく、流体輸送管１の水素ガスの圧力上昇を長手方向にむらなく検知することができないという問題がある。

本発明は上記に鑑みて生まれたもので、水素ガス、水素ガスを含む液体等の高圧流体を輸送するにあたり、水素ガスがプラスチック内管を径方向に透過するのを押えて長手方向のガス輸送損失の増大を防止すると共に、水素ガスの透過、漏洩により生じる流体輸送管の圧力上昇を速やかに、且つ、長手方向にむらなく検知することができる流体輸送管を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に記載された発明は、プラスチック内管と、その外周に設けられた補強層及びプラスチックシースとを備えた流体輸送管において、前記プラスチック内管と補強層との間に金属プラスチックラミネートテープによる遮ガス層が設けられ、遮ガス層とプラスチックシースとの間に水素ガス検知光ファイバが配設されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された流体輸送管において、前記遮ガス層とプラスチックシースとの間に水素ガス検知光ファイバと金属被覆光ファイバとが配設されてなることを特徴とするものである。

本発明の請求項１に記載された流体輸送管によると、前記プラスチック内管と補強層との間に金属プラスチックラミネートテープによる遮ガス層が設けられるので、結晶性の金属の存在により水素ガスの透過が遮断され、水素ガス、水素ガスを含む液体等の高圧流体を輸送するにあたり、水素ガスがプラスチック内管を径方向に透過するのを長期間にわたり確実に押えて長手方向のガス輸送損失の増大を防止することができる。

また、電力ケーブルの遮水に使用されるアルミ被、鉛被のようなプラスチック内管を高熱で溶解させる恐れのある数百度の高温押出成形により形成される被覆構造を使用しないので、流体輸送管の構造が簡単になり、その製造も容易で安価に得ることができる。

更に、遮ガス層とプラスチックシースとの間に水素ガス検知光ファイバが配設されているので、万一、遮ガス層が破損して透過水素ガスが漏洩し、遮ガス層とプラスチックシース間に滞留して生じる流体輸送管の圧力上昇を速やかに、且つ、圧力上昇が生じた位置を長手方向にむらなく検知することが可能になる。従って、流体輸送管のプラスチックシースが膨らんで破損に至るような事態になるのを未然に防止することができる。

本発明の請求項２に記載された流体輸送管によると次のような効果を奏する。即ち、前記遮ガス層とプラスチックシースとの間に水素ガス検知光ファイバだけが配設されている場合には、遮ガス層が破損して透過水素ガスが漏洩し、遮ガス層とプラスチックシース間に滞留すると、水素ガスが水素ガス検知光ファイバ中に拡散（浸透）して水素ガスの圧力上昇に伴い光伝送損失が増加（光透過率が減少）するが、流体輸送管に極度曲げ、変形が加わり、その水素ガス検知光ファイバに曲げひずみが生じたときにも該ファイバの光伝送損失が増加する。このため、光伝送損失の増加が流体輸送管における水素ガスの漏洩によるものなのか、流体輸送管の極度曲げ、変形によるものなのか判別し難いことがある。

このような場合、本発明（請求項２記載の発明）のように、水素ガス検知光ファイバと金属被覆光ファイバとが配設されていると、水素ガス漏れによる場合には、前記したように水素ガス検知光ファイバの方の光伝送損失が増大するのに対して、金属被覆光ファイバの方は透過水素ガスが金属を透過せず、光ファイバ中に拡散し難いため、光伝送損失が殆ど増大しない。一方、流体輸送管の極度曲げ、変形による場合には、水素ガス検知光ファイバ及び金属被覆光ファイバの両方に曲げひずみが生じるため、両ファイバの光伝送損失が増大する。

そこで、両ファイバの光伝送損失の変化を比較することにより、光伝送損失の増加が流体輸送管における水素ガスの漏洩によるものなのか、流体輸送管の極度曲げ、変形によるものなのかを判別することが容易になり、透過水素ガスの漏洩状態及び漏洩位置、即ち、遮ガス層の破損状態、破損位置を速やかに、且つ、精度よく検知することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面により説明する。図１は本発明に係る流体輸送管の第１実施形態を示す横断面図である。本実施形態の流体輸送管２０は、ポリエチレンやナイロン等を押出成形することにより、内部に水素ガス、水素ガスを含む液体等の高圧流体の流体通路が形成されたプラスチック内管２１と、その外周に設けられた補強層２２と、その外周にプラスチック内管２１と同様なプラスチックを押出し被覆することにより設けられたプラスチックシース２３とを備え、前記プラスチック内管２１と補強層２２との間に金属プラスチックラミネートテープによる遮ガス層２４が設けられ、遮ガス層２４とプラスチックシース２３との間に水素ガス検知光ファイバ２５が配設されてなる。

補強層２２は、通常、高強度の鋼等で出来た金属テープを単層又は複数層にショートピッチで螺旋状に巻き付けて形成され、プラスチック内管２１が内圧で膨れたり、破裂したりしないように補強する内圧補強層２６と、この内圧補強層２６の外周に、高強度の鋼等で出来た断面円形を有する多数本の金属線２８又は断面矩形を有する金属条を、単層（１層）又は複数層（図示のものは金属線２８を単層）にロングピッチで螺旋状に巻き付けて形成され、プラスチック内管２が流体圧や引張り力で軸線方向に伸びたりしないように補強する軸力補強層２７とから構成される。

遮ガス層２４は、例えば、鉛、アルミニウム等で出来た金属箔の両面にポリエチレン、ポリ塩化ビニル等で出来たプラスチックテープを接着、熱融着等により積層させた金属プラスチックラミネートテープをその両側縁が重なるようにプラスチック内管２１の外周に円筒状に縦添え被覆し、補強層２２の軸力補強層２７の外周にプラスチックシース２３を押出し被覆するときの熱で、金属プラスチックラミネートテープの両側縁の重なり部分（ラップ部分）を熱融着することにより形成され、プラスチック内管２１と補強層２２の内圧補強層２６との間に設けられる。また、この遮ガス層２４は前記押出し被覆熱でプラスチック内管２１と融着一体化される。

遮ガス層２４はこれを構成する金属プラスチックラミネートテープの結晶性の金属箔により水素ガスの透過を遮断する機能を有し、流体輸送管２０で水素ガス、水素ガスを含む液体等の高圧流体を輸送するにあたり、水素ガスがプラスチック内管２１を径方向に透過するのを長期間にわたり確実に押えて長手方向のガス輸送損失の増大を防止する。

水素ガス検知光ファイバ２５は、石英ガラス系の光ファイバ心線２９の外周に、発泡ポリエチレン等で出来た多孔質のプラスチックテープを巻回することにより、水素ガスを透過し易く、緩衝性に優れ該心線２９を保護するプラスチックテープ巻層３０を設けて構成され、外径が補強層２２の軸力補強層２７を構成する金属線２８の外径と同じかそれよりも少し小さく形成される。

この水素ガス検知光ファイバ２５は、図１に示すものでは、４本が前記軸力補強層２７を構成する多数本の金属線２８間に円周方向へほぼ等間隔（９０度間隔）で配設される。具体的には、内圧補強層２６の外周に、軸力補強層２７を構成する多数本の金属線２８の間に４本の水素ガス検知光ファイバ２５を等間隔に配置させて、これら金属線２８と水素ガス検知光ファイバ２５を単層にロングピッチで螺旋状に巻き付けることにより、軸力補強層２７を形成する際に配設される。この水素ガス検知光ファイバ２５の個数は４本に限定されるものではなく、１本、又は４本以外の複数本でもよい。複数本の場合は流体輸送管２０の周方向に等間隔で配設されるのが望ましい。

この光ファイバ心線２９を構成する石英ガラスは科学的に安定した物質であるが、これに水素分子が侵入して拡散（浸透）すると、水素分子の振動による吸収損失と拡散した水素が水酸基となることによる吸収損失が生じ、水素ガスの圧力上昇（濃度上昇）に伴い、その吸収損失が大きくなり、光伝送損失が増加（光透過率が減少）してくる特性を持っている。従って、万一、遮ガス層２４が破損してプラスチック内管２１を透過してくる透過水素ガスが漏洩し、遮ガス層２４とプラスチックシース２３間に滞留して流体輸送管２０の圧力上昇が生じても、これを水素ガス検知光ファイバ２５により速やかに検知することが可能になる。

また、この水素ガス検知光ファイバ２５の光ファイバ心線２９に既存の光伝送損失測定器（ＯＴＤＲ）を接続することにより、水素ガス検知光ファイバ２５の長手方向、即ち、流体輸送管２０の長手方向に沿った光伝送損失の分布状態を容易に知ることができ、遮ガス層２４が破損して透過水素ガスが漏洩し、遮ガス層２４とプラスチックシース２３間において、水素ガスの圧力上昇が生じた位置を長手方向にむらなく検知することが可能になる。従って、流体輸送管２０のプラスチックシース２３が膨らんで破損に至るような事態になるのを未然に防止することができる。

なお、３１はプラスチック内管２１の外圧に対する座屈防止用としてプラスチック内管２1の内側に設けられた鋼等よりなるインターロック管、３２はインターロック管３１とプラスチック内管２１との間、遮ガス層２４と補強層２２の内圧補強層２６との間、軸力補強層２７とプラスチックシース２３との間に設けられたクッション用の布テープ層、３３は補強層２２の内圧補強層２６と軸力補強層２７との間に設けられたポリエチレン等からなるプラスチックテープ層である。

図２は本発明に係る流体輸送管の第２実施形態を示す横断面図である。本実施形態の流体輸送管３４は、遮ガス層２４とプラスチックシース２３との間に水素ガス検知光ファイバ２５と金属被覆光ファイバ３５とが配設されていることが前記第１実施形態の流体輸送管２０と構成を異にする。その他の構成は第１実施形態の流体輸送管２０のものと同一なので説明を省略する。

金属被覆光ファイバ３５は、例えば、補強層２２の軸力補強層２７を構成する金属線２８とほぼ同じ外径を有する鋼、アルミニウム等で出来た金属パイプ３６内に水素ガス検知光ファイバ２５を挿入し、必要に応じて金属パイプ３６をダイス等で縮径して水素ガス検知光ファイバ２５の外周面に密着することにより形成される。又は、水素ガス検知光ファイバ２５の外周に鋼、アルミニウム等の金属箔、テープを円形パイプ状に縦添え被覆し、両側縁突合せ部を溶接する等して金属パイプ３６を設けること等により形成される。

この水素ガス検知光ファイバ２５及び金属被覆光ファイバ３５は、図２に示すものでは、各４本が双方から１本ずつ対をなすように隣接させた状態で、前記軸力補強層２７を構成する多数本の金属線２８間に円周方向へほぼ等間隔（９０度間隔）で配設される。具体的には、内圧補強層２６の外周に、軸力補強層２７を構成する多数本の金属線２８の間に各４本の水素ガス検知光ファイバ２５及び金属被覆光ファイバ３５を各１本ずつ対をなすように隣接させた状態でほぼ等間隔（９０度間隔）に配置させて、これら金属線２８と水素ガス検知光ファイバ２５及び金属被覆光ファイバ３５とを単層にロングピッチで螺旋状に巻き付けることにより、軸力補強層２７を形成する際に配設される。

なお、この水素ガス検知光ファイバ２５及び金属被覆光ファイバ３５の個数は各４本に限定されるものではなく、各１本、又は各４本以外の複数本でもよい。複数本の場合は流体輸送管３４の周方向に等間隔で配設されるのが望ましい。また、水素ガス検知光ファイバ２５と金属被覆光ファイバ３５の個数は同数である必要がなく、また、これら両光ファイバ２６、３５が対をなすように隣接して配設される必要もないことはいうまでもない。

本実施形態の流体輸送管３４のように、遮ガス層２４とプラスチックシース２３との間に水素ガス検知光ファイバ２５と金属被覆光ファイバ３５とが配設されていると、遮ガス層２４から水素ガス漏れが生じた場合には、水素ガス検知光ファイバ２５の光伝送損失が増大するのに対して、金属被覆光ファイバ３５の方は透過水素ガスが金属を透過せず、光ファイバ心線２９中に拡散し難いため、光伝送損失が殆ど増大しない。一方、流体輸送管３４が極度曲げ、変形を起こした場合には、水素ガス検知光ファイバ２５及び金属被覆光ファイバ３５の両方に曲げひずみが生じるため、両ファイバ２６、３５の光伝送損失が増大する。

そこで、両ファイバ２６、３５の光伝送損失の変化を比較することにより、光伝送損失の増加が流体輸送管３４における水素ガスの漏洩によるものなのか、流体輸送管３４の極度曲げ、変形によるものなのかを判別することが容易になり、透過水素ガスの漏洩状態及び漏洩位置、即ち、遮ガス層２４の破損状態、破損位置を速やかに、且つ、精度よく検知することができる。

本発明に係る流体輸送管の第１実施形態を示す横断面図である。 本発明に係る流体輸送管の第２実施形態を示す横断面図である。 従来の流体輸送管を示す斜視図である。 従来の流体輸送管の透過ガス検知装置を示す断面図である。

符号の説明

２０ 流体輸送管
２１ プラスチック内管
２２ 補強層
２３ プラスチックシース
２４ 遮ガス層
２５ 水素ガス検知光ファイバ
２６ 内圧補強層
２７ 軸力補強層
２８ 金属線
２９ 光ファイバ心線
３０ プラスチックテープ巻層
３１ インターロック管
３２ 布テープ層
３３ プラスチックテープ層
３４ 流体輸送管
３５ 金属被覆光ファイバ
３６ 金属パイプ

Claims (2)

1. プラスチック内管と、その外周に設けられた補強層及びプラスチックシースとを備えた流体輸送管において、前記プラスチック内管と補強層との間に金属プラスチックラミネートテープによる遮ガス層が設けられ、遮ガス層とプラスチックシースとの間に水素ガス検知光ファイバが配設されてなることを特徴とする流体輸送管。
2. 前記遮ガス層とプラスチックシースとの間に水素ガス検知光ファイバと金属被覆光ファイバとが配設されてなることを特徴とする請求項１記載の流体輸送管。

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