JP2005137697A

JP2005137697A - 熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシ

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Publication number: JP2005137697A
Application number: JP2003378949A
Authority: JP
Inventors: Takeo Hashimoto; 偉生橋本; Shizuo Ito; 倭夫伊藤; Kazuhisa Tanabe; 一寿田辺; Kanki Obe; 寛基尾部
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】スケール除去装置等の運転実行に有効な制御を行なうための熱交換用フィンのスケール除去技術において、スケール除去装置に適用して熱交換用フィンのスケール除去作業を効率良く行うことができるようにする。
【解決手段】回転ブラシ５０をフィン間隙に挿入して回転させることにより、フィンに付着したスケールを回転ブラシ５０の接触作用によって脱落除去させるものにおいて、回転胴６１とその周囲部に放射状に起立する多数本のＣｕまたはＣｕ合金製のブラシ線６２とにより構成されており、回転胴６１の外径が３０〜２００ｍｍ、ブラシ線６２の長さが１０〜４０ｍｍ、同線材の直径が０．３〜１ｍｍ、線材密度が１０〜２０本／ｃｍ^２となる設定とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば都心部などの地下変電所に設置される変圧器やリアクトルなどを冷却する密閉型冷却塔内の保守等に適用され、特に湿式冷却器とともに設けられる乾式冷却器の熱交換用フィンの外面に付着したスケールの除去等に好適な熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシに関する。

従来、都心部などに建設される変電所では、その立地上の制約から変圧器やリアクトルなどの設備が建屋内や地下などに設置されている。この場合、設備スペースを最小化するため、水を媒体とした冷却システムを用いることが多い。

図１１は、このような冷却システムを用いた変圧器冷却設備の構成を示している。図１１に示すように、建屋１の地下に設置された変圧器２に、水冷式熱交換器３が具備されている。変圧器２で発生したＳＦ_６ガスや絶縁油などの冷媒は水冷式熱交換器３に導かれ、水と熱交換が行われる。この熱交換により暖められた水はポンプ４により循環水配管５を介して、建屋１の屋上等に設置された複数の冷却塔６に供給され、大気との熱交換によって冷却された後、水冷式熱交換器３に還流して再び変圧器２の冷却に供される。

従来、このような冷却塔６として、開放型または密閉型等種々のタイプのものが知られている。このうち、密閉型の冷却塔は循環水系を密閉回路とし、循環水管部の外面に散布水を接触させその気化熱で冷却を行う方式のものであり、汚損の影響が少なく、かつ保守が容易である等の利点により、地下変電所用変圧器の冷却では一般的に多用されている。

このような密閉型の冷却塔６は、縦長なケーシング７内の上部に乾式冷却器８を有し、下部に湿式冷却器９を有している。乾式冷却器８は、循環水配管５の上流側に接続された水平な伝熱管１０に多数の縦板状のフィン１１を設けたもので、伝熱管１０内を流れる循環水がフィン１１を介して大気との熱交換により冷却される。また、湿式冷却器９は、乾式冷却器８の下流側に連続する水平な伝熱管１２に、多数の縦板状のフィン１３を設けるとともに、その上方に設けた散水ノズル１４から伝熱管１２に水を散布するようにし、気化熱によって循環水をさらに冷却するようになっている。なお、ケーシング７の底部側には散布水を貯留する水槽１５が設けられており、この水槽１５にはポンプ１６を有する散布水配管１７を介して散水ノズル１４が連結されている。これにより、散布水も蒸発しながら一部循環する。

ケーシング７の下部側壁には、空気取入孔１８が設けられ、ケーシング７の上端側にはファン１９および空気排出孔２０が設けられている。これにより、空気は湿式冷却器９の下方から流入して、まず湿式冷却器９のフィン１３間を上昇しながら熱交換に供された後、乾式冷却器８のフィン１１間を通過する際にさらに熱交換を行い、上方の空気排出孔２０から排出される。なお、湿式冷却器９の散水ノズル１４の上方で、かつ乾式冷却器８の下側には、エリミネータ２１が設けられ、湿式冷却器９で蒸発した蒸気を乾式冷却器８の下方位置で捕らえ、凝固することにより乾式冷却器のフィン１１への水分付着を防止するようになっている。

しかしながら、かかる従来の密閉型冷却塔６を備えた冷却設備においては、湿式冷却器９で散水された散布水の一部がファン１９の駆動により空気排出孔２０側に巻き上げられ、この一部が乾式冷却器８のフィン１１、特にその下部に付着する。散布水には、カルシウムやマグネシウム等の塩類が蒸発により濃縮化されているので、乾式冷却器８のフィン１１に付着すると、固化してスケールとなり、次第に蓄積して空気の流通を阻害し、熱交換効率を低下させるという問題がある。

なお、散水ノズル１４と乾式冷却器８との間にエリミネータ２１を設け、散水ノズル１４からの散布水が乾式冷却器８に飛散するのを規制する構成であっても、エリミネータ２１では細かな水滴の通過を完全に防止することはできず、乾式冷却器８のフィン１１に対するケールの付着を完全に防止することはできない。

このため、乾式冷却器８のフィン１１表面、特にその下部に付着したスケールは、保守等の際に除去することになるが、従来ではこの作業を手作業で行っていることから、付着が強固であるため、多大の労力を要する上に、粉塵が多量に発生したり、フィン１１を損傷したりする不具合の他、作業も危険性があり、作業者にとって非常に過酷な労働となる等の問題があった。

そこで、発明者等においてはこのような事情に鑑みて、熱交換用フィンのスケール除去作業が人手に依存する必要なく、自動的に効率よく、かつ安全に、しかも容易に行え、冷却塔の清掃あるいは保守等の際の作業性を従来に比して大幅に改善することができる熱交換用フィンのスケール除去装置を提案した（特許文献１参照）。

この提案においては、軸心回りに回転できる回転ブラシを熱交換用フィン間に挿入して移動させ、スケールを自動的に除去できる構成を開示している。そして、この回転ブラシのブラシ線の材質等に関し、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、銅またはその合金（ベリリウム銅、りん青銅等）、ナイロン樹脂等により構成され、ブラシ直径が１００ｍｍ等である旨等を開示している。
特開２００１−１５３５８９号公報（明細書［００３２］〜［００３５］）

しかしながら、上述した熱交換用フィンは脱酸銅等によって構成される場合が多く、回転ブラシのブラシ線を脱酸銅に比して硬度の高いステンレス鋼によって構成すると、スケール除去時にブラシ線が熱交換用フィンに接触し、熱交換用フィンの表面を傷つけたりする可能性がある。

一方、硬度の低いナイロン樹脂等でブラシ線を構成した場合には、必ずしも高いスケール除去性能が得られない等の問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、脱酸銅等によって構成される熱交換用フィンを適用する熱交換器のスケール除去用の回転ブラシについて、スケール除去作業をより一層効率良く、しかも熱交換用フィンを傷つけたりすることなく安全に行うことができる熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシを提供することを目的とする。

発明者においては、上述した都心部などのビルの屋上等に設けられる密閉型冷却塔内の乾式冷却器のフィン、特に脱酸銅等によって構成される熱交換用フィンに対応して、種々の材質、寸法のスケール除去用回転ブラシを作成し、多くの実験を繰返した。この場合、熱交換用フィンの１枚の厚さが０．３ｍｍ、フィン間隔が２〜３ｍｍ、フィン先端からパイプまでの高さが８ｍｍという、密閉型冷却塔内の乾式冷却器に多く採用されるフィンを対象とした。そして、スケール除去用回転ブラシのブラシ線を、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、銅（Ｃｕ）またはその合金（例えばベリリウム銅（Ｃｕ−Ｂｅ）、砥粒入りもしくは砥粒なしのナイロン樹脂等により作成し、それらについてのブラシ回転銅の径、長さおよび回転数、ブラシ線の長さ、直径、本数等について、スケール除去能力、熱交換用フィンに与える摩耗、およびブラシ線の寿命等、種々の検討結果を得た。

この結果、ブラシ線をステンレス鋼製とした場合には、極めて高いスケール除去能力を発揮できるが、一定回転数を超えると、熱交換用フィンを摩耗させたり、フィンに押動力が作用してフィンを倒れさせる傾向があることがわかった。また、長時間運用すると、ブラシ線が折損する傾向があることもわかった。

また、ブラシ線を砥粒入りナイロン樹脂製とした場合には、スケール除去に時間がかかり効率的でなく、摩耗試験によると、フィンを大きく摩耗させるとともに、ブラシの寿命も短いことが確認された。また、ブラシ線が回転胴から脱落する傾向が認められた。

さらに、ブラシ線を砥粒なしのナイロン樹脂製とした場合には、摩耗試験時にフィンの摩耗、損傷等は殆ど確認されず、線の折れ、抜けもなかったが、スケール除去に時間がかかり、効率的な除去が行えなかった。

これらに対し、上述したＣｕまたはＣｕ合金、特にＣｕ−Ｂｅ合金製ブラシ線を適用した場合には、高いスケール除去能力が発揮できる一方、通常運転状態では殆ど熱交換用フィンの摩耗が認められなかった。そして、高速回転において長時間運用すると、少数のブラシ線が折れる傾向が見られたが、熱交換用フィンが損傷したり、倒れることはなかった。このＣｕ合金製ブラシ線は、ステンレス鋼製のブラシ線に比してスケール除去能力は若干劣るが、フィンへの損傷も少なく、安定した除去能力が得られ、数時間の連続運転に対してもブラシ寿命が耐え得るものであった。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、熱交換用フィンの間隙に挿入して回転させることにより、前記フィンに付着したスケールを接触作用によって脱落除去するための熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシであって、回転胴とその周囲部に放射状に起立する多数本のＣｕまたはＣｕ合金製のブラシ線とを備え、前記回転胴の外径が３０〜２００ｍｍであり、前記ブラシ線の長さが１０〜４０ｍｍ、直径が０．３〜１ｍｍであることを特徴とする熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシを提供する。

ここで、回転胴の外径を３０〜２００ｍｍの範囲としたのは、回転胴の外径が３０ｍｍ未満では、この回転胴に植設するブラシ線を必要本数確保することができず、また回転胴の外径が２００ｍｍを超えると、大型になり過ぎて実用性が低下するためである。なお、望ましい回転胴の外径は、４０〜８０ｍｍである。

また、ブラシ線の長さを１０〜４０ｍｍの範囲に特定したのは、ブラシ線の長さが１０ｍｍ未満ではフィン先端からパイプまでの高さが８ｍｍという上述した熱交換用フィンに対してブラシ線が非接触となる場合が生じるからであり、逆にブラシ線の長さが４０ｍｍを超えると、ブラシ線の先端側における剛性が保持できず、スケール除去能力が低下するためである。なお、ブラシ線の望ましい長さは、２０〜３０ｍｍである。

また、ブラシ線の直径を０．３〜１ｍｍの範囲に特定したのは、ブラシ線の直径が０．３ｍｍ未満では十分な剛性を得られずスケール除去能力が発揮できなくなり、逆にブラシ線の直径が１ｍｍを超えると、ステンレス鋼製の線材と同様に剛性が大きくなり過ぎて、フィン表面の摩耗、損傷を招くことになるためである。なお、ブラシ線における望ましい直径の範囲は、０．４〜０．６ｍｍであり、最も望ましい直径は、０．５ｍｍである。

また、本発明では、前記ブラシ線をＣｕ−Ｂｅ合金製とした熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシを提供する。

Ｃｕ−Ｂｅ合金は時効硬化型銅合金であり、強度、ばね性など機械的性質に優れた材料である。そして、強度については、時効硬化型銅合金中でもＣｕ−Ｂｅ合金が最も高いと見られている。本発明では、例えばＢｅを２％程度含み、Ｃｏを０．２〜０．３％加えて粒界反応析出を抑制し、焼入れ後に冷間加工を施した一般的なＣｕ−Ｂｅ合金を適用することができる。なお、Ｎｉを加えたＣｕ−Ｂｅ合金、その他種々のＣｕ−Ｂｅ合金も適用することが可能である。このようなＣｕ−Ｂｅ合金を採用することにより、ブラシ線として、より優れた特性を発揮することができる。

本発明では、回転胴を周方向に４等分した各エリアに、１５０〜２００本のブラシ線を配装することが望ましい。これにより、上述した一般的な熱交換用フィンに対して安定したスケール除去能力を得ることができる。

また、発明では、各エリアにおける前記ブラシ線の密度が１０〜２０本／ｃｍ^２であることが望ましい。特に望ましい範囲は、１５〜１７本／ｃｍ^２であり、最も望ましくは、１６．７本／ｃｍ^２である。

なお、回転胴の軸方向の幅寸法は、種々設定することができるが、通常の熱交換用フィンに対しては、２０〜２００ｍｍとすることが望ましい。

また、ブラシ回転数は、５００〜３０００ｒｐｍに設定されていることが望ましい。ブラシ回転数が５００ｒｐｍ未満では十分なスケール除去効果を得ることができないことがあり、また、ブラシ回転数が３０００ｒｐｍを超えると、ブラシ線が折損したり、熱交換用フィンに倒れを生じさせたりすることがあるからである。特に望ましいブラシ回転数の範囲は、１５００〜２０００ｒｐｍである。

本発明によれば、回転ブラシを回転胴とその周囲部に放射状に起立する多数本のＣｕまたはＣｕ合金製のブラシ線とによって構成することにより、熱交換用フィンのスケール除去を効率よく行えるとともに、脱酸銅製のフィン等に対する硬度差が過度になくブラシ線の接触時にフィンを傷つけたりすることもなく、安全性にも優れた機能を有する回転ブラシを提供することができる。特に、ブラシ線をＣｕ−Ｂｅ合金製とした場合には、上記機能が一層向上する。そして、回転胴の外径を３０〜２００ｍｍ、線材の長さを１０〜４０ｍｍ、線材の直径を０．３〜１ｍｍとすることにより、上記機能を確実に発揮することができ、熱交換用フィンのスケール除去装置用として最適な回転ブラシを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。図１は、回転ブラシの構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示した回転ブラシを用いたスケール除去装置の構成を示す断面図である。

図２に示すように、本実施形態のスケール除去装置２３は、扁平枠状の四角形の基体フレーム２４と、この基体フレーム２４に略面一な状態で組付けられ、その基体フレーム２４の面上に沿って一方向（Ｘ方向）に移動できる移動機構としての移動フレーム２５とを備えている。

基体フレーム２４は、平行な２本の円柱状ロッド３５，３６を有し、略長方形枠状に構成されている。また、移動フレーム２５は、ワイヤ式牽引機構２８によってＸ方向に駆動されるようになっている。ワイヤ式牽引機構２８は、基体フレーム２４に取付けたＸ軸駆動モータ（ステッピングモータ）２９と、このＸ軸駆動モータ２９に設けたプーリ３０および対向位置に設けたプーリ３１と、これらに巻装したワイヤ３２とにより構成され、これにより、Ｘ軸駆動モータ２９の回転に従って移動フレーム２５が所定量、Ｘ方向にスライド移動できるようになっている。なお、プーリ３０，３１はスプロケットとしてもよく、ワイヤ３２はチェーンとしてもよい。

移動フレーム２５には基体フレーム２４の面上に沿い、かつ移動フレーム２５の移動方向と直行する方向（Ｙ方向）に沿って移動できる移動テーブル３３が搭載されている。この移動テーブル３３は全体として凹形状をなしており、その両側上部のアーム状部分に移動フレーム２５の円柱状ロッド３５，３６を挿通することによって支持されている。そして、この移動テーブル３３が、一方の円柱状ロッド３５を用いたラックアンドピニオン式のガイド兼駆動機構３４によって駆動されるようになっている。このガイド兼駆動機構３４は、移動フレーム２４の一方の円柱状ロッド３５の下面に形成されたラック３９と、移動テーブル３３の中央位置に配設したＹ軸駆動モータ（ステッピングモータ）４０によって回転されるピニオン４１との噛合により構成されている。そして、Ｙ軸駆動モータ４０の回転に従って、移動テーブル３３が所定量ｙ方向にスライド移動できるようになっている。

さらに、移動テーブル３３には、この移動テーブル３３および移動フレーム２５の移動軸（Ｘ，Ｙ軸）を含む面に対して直行する方向（ｚ方向）に移動できるブロック状の昇降体４２が搭載されている。

この昇降体４２は、移動テーブル３３に、ねじ式ジャッキ機構４３によって昇降可能とされ、Ｚ軸駆動モータ４４の回転量に従ったねじの回転により、昇降ナット部を介して昇降体４２が所定量ｚ方向に昇降動作できるようになっている。

そして、ねじ式ジャッキ機構４３は、移動テーブル３３に設けられたｚ軸駆動モータ（ステッピングモータ）４４と、このｚ軸駆動モータ４に取付けられたプーリ４５およびこのプーリ４５に巻装されたベルト４６と、このベルト４６に従動する１対のプーリ４７と、これらのプーリ４７とそれぞれ一体回転するねじ４８と、昇降体４２に設けられてねじ４８とそれぞれ螺合する固定ナット部４９とにより構成されている。これにより、昇降体４２は例えば左右の離間部位を１対の支持部分で支持された状態で安定するとともに、ｚ軸駆動モータ４４の回転量に従ったねじ４８の回転により、昇降体４２が所定量ｚ方向に昇降動作することができる。

本実施形態では、昇降体４２に、移動フレーム２５の移動軸（ｘ軸）と平行な軸心回りに回転できる回転ブラシ５０が支持されている。この回転ブラシ５０は、昇降体４２に設けたブラシモータ５１の回転軸５２に、ナット等の締付具５３によって着脱可能に取付けられている。

この回転ブラシ５０の回転方向を、除去すべきスケールが付着している熱交換用フィン１１の板面に沿う方向に設定して、その回転ブラシ５０が熱交換用フィン１１の表面部位に配置可能となっている。なお、熱交換用フィン１１の１枚の厚さは０．３ｍｍ、フィン間隔は２〜３ｍｍであり、フィン先端から伝熱管１０までの高さは例えば８ｍｍである。

次に、図１〜図９を参照して、熱交換用フィン１１のスケール除去用回転ブラシ５０の構成を説明する。図１に示すように、本実施形態の回転ブラシ５０は、上述した回転軸５２の外周面に嵌合して固定される可撓性繊維からなる筒状の回転胴６１と、この回転胴６１の周囲に植設された多数本のブラシ線６２とによって構成されている。

回転胴６１は、可撓性繊維で構成することにより、回転軸５２に対して一端側から容易に嵌合装着することができ、図示省略の保持具によって、この回転胴６１の外周面および端部を回転胴５２に固定保持することができる。また、可撓性繊維によって構成された回転胴６１には、ブラシ線６２を容易に植設することとが可能である。しかも、可撓性繊維によって構成された回転胴６１によると、植設したブラシ線６２がこの回転胴６１の周方向に傾動、揺動等した場合でも、これらの動作を随時許容する柔軟性をもって保持することができ、ブラシ線６２の折損等を有効に防止することが可能となる。

一方、ブラシ線６２は、ＣｕまたはＣｕ合金によって構成されている。本実施形態では、このブラシ線６２がＣｕ−Ｂｅ合金（以下、「ベリリウム銅」ともいう。）製の細線によって構成されている。Ｃｕ−Ｂｅ合金ワイヤは導電性と高弾性を兼備するため、モータ等のブラシ等として多く適用されており、本実施形態のブラシ線は、例えばＧＩＳ（Ｈ３２７０）に規定されている汎用のベリリウム銅により構成されている。

各ブラシ線６２は、例えばＵピン状のブラシ線材の連設端部側を回転胴６１に植設して構成されている。各ブラシ線６２は、それぞれ根元部から回転胴６１の外周側に向う先端までに亘って、放射方向に沿い直線状に起立している。また、これらのブラシ線６２は、例えば回転胴６１を周方向に４等分した各エリアに対し、それぞれ所定本数ずつグループをなして植設されている。

図３（表１）、図４（表２）および図５（表３）は、回転胴６１およびブラシ線６２の特性を示している。

図３（表１）は回転胴６１の直径（外径）を種々設定した場合についての試験結果を示している。本実施形態の回転ブラシ５０は上述したように、主として熱交換用フィン１１の先端から伝熱管１０までの高さが例えば８ｍｍとされている汎用的なフィン構造のスケール除去用として用い、かつ直線的なブラシ線６２を保持する機能を必要とするので、回転胴６１の外径として適合する範囲がある。

図３（表１）示すように、回転胴６１の外径が３０ｍｍ未満の場合には、ブラシ線を必要とする本数だけ確保することが困難であった。回転胴６１の外径が３０ｍｍを超えると実用可能となったが、４０ｍｍ未満では保持できるブラシ線数がやや不足傾向であった。回転胴６１の外径が４０〜８０ｍｍの場合には、保持できるブラシ線数に過不足がなく、ブラシ構成として最適な範囲であることが確認できた。回転胴６１の外径が８０ｍｍを超え、２００ｍｍ以下の範囲では実用可能であるが、やや大型化の傾向となった。２００ｍｍを超えると、ブラシ構成が過大となり、採用困難であった。

図４（表２）は、ブラシ線６２の長さを種々設定した場合の試験結果を示している。図４（表２）に示すように、ブラシ線６２の長さが１０ｍｍ未満では、熱交換用フィン１０のフィン奥までブラシ線６２が達せず、スケール除去不能な場合があった。ブラシ線６２の長さが１０ｍｍ以上の場合には、ブラシ線６２がフィン奥まで達し、十分にスケール除去が可能であった。特に２０〜３０ｍｍの長さが本実施形態では最も望ましく、最適なスケール除去機能が得られた。なお、３０ｍｍを超え、４０ｍｍ以下では、ブラシ線６２の剛性がやや低下するが、実用可能な範囲であった。ブラシ線６２の長さが４０ｍｍを超えると、スケール除去用ブラシとしての剛性確保が困難であった。

図５（表３）は、ブラシ線６２の直径を種々設定した場合の試験結果を示している。図５（表３）に示すように、ブラシ線６２の直径が０．３ｍｍ未満であると、ブラシとしての剛性が小さく、スケール除去機能が十分に得られなかった。ブラシ線６２の直径が０．３ｍｍ以上であると、スケール除去機能が得られるようになった。そして、０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲では、スケール除去機能が十分に得られるとともに、フィン損傷が少なく、最適な範囲であることが認められた。ブラシ線６２の直径が０．６ｍｍを超え、１ｍｍ以下の範囲でもスケール除去機能を得ることが認められた。ただし、ブラシ線６２の直径が１ｍｍを超えると剛性が過度に高くなり、フィンの表面を傷つけるなどの弊害が認められた。

なお、ブラシ線６２を回転胴６１の周方向全体に沿って均等に配装するよりも、回転胴６１を周方向に等分した各エリアにある密度をもって配装することが望ましいことが認められた。本実施形態では、図１に示したように、回転胴６１を周方向に４等分し、その等分された各エリアについて、１５０〜２００本のブラシ線６２を配装することにより、熱交換用フィンに対して安定したスケール除去能力を得ることができることが認められた。また、各エリア毎にブラシ線６２を植設する場合、その線材配装密度は、１０〜２０本／ｃｍ^２が最もスケール除去能力が高いことが認められた。なお、回転胴６１の軸方向の幅寸法は、２０〜２００ｍｍの範囲が実用的であった。

図６（表４）は、ブラシ線６２を種々の材料によって構成した場合の特性を比較して示している（Ｃｕ−Ｂｅ合金（実施例）、ステンレス鋼（比較例１）、砥粒入りナイロン樹脂（比較例２）および砥粒なしのナイロン樹脂（比較例３））。

この表４には、上欄から順に、各材料についてのスケールの除去効果、フィンに与える摩耗、ブラシ線の寿命、および総合的な検討結果を示している。

同表の最上欄に示すように、最も高いスケール除去能力を発揮するのは、ステンレス鋼製ブラシ線であり、Ｃｕ−Ｂｅ製合金製ブラシ線はステンレス製の次に高い除去能力を発揮する。砥粒入りナイロン樹脂のブラシ線は、前二者の金属製ブラシ線と比較すると、スケール除去に多くの時間を要し、能率的なスケール除去を行うことができない。砥粒を含まないナイロン樹脂製のブラシ線では、さらに能率が低い。

同表の上から２番目の欄にはスケール除去対象となる熱交換用フィン１１の受ける摩耗を示している。熱交換用フィン１１に最も大きい摩耗を生じさせるのは砥粒入りナイロン樹脂製ブラシ線であり、１０００ｒｐｍの運用によってもフィン表面を大きく摩耗させることが認められた。次に大きく摩耗を生じさせるのはステンレス鋼製ブラシ線であり、砥粒入りナイロン樹脂製ブラシ線ほど大きくはないが、摩耗が認められた。なお、ステンレス鋼製ブラシ線の剛性が高いため、２０００ｒｐｍを超えると、熱交換用フィン１１に大きな押圧力が与えられ、同フィンが倒れる傾向が認められた。Ｃｕ−Ｂｅ製合金製ブラシ線の場合には、通常運転ではフィンの摩耗がなく、高速回転時には摩耗が認められるがフィンが倒れることはなかった。砥粒なしナイロン樹脂製ブラシ線では、フィン摩耗は認められなかった。

同表の上から３番目の欄には各ブラシの寿命を示している。最も寿命が長いのは、砥粒なしナイロン樹脂製ブラシ線であり、ほとんど線の折れや抜けは確認されなかった。最も寿命が短いのは、砥粒なしナイロン樹脂製ブラシ線であり、比較的短時間で線の抜ける傾向が認められた。Ｃｕ−Ｂｅ製およびステンレス鋼製のブラシ線の寿命は略同程度であり、長時間の運用で少数の線の抜けが認められた。

最下欄には、上記事項を総合した検討結果を示している。実施例のＣｕ−Ｂｅ製ブラシ線は、比較例１のステンレス鋼製ブラシ線に比してスケール除去能力は若干劣るが、フィンへの損傷も少なく、安定したスケール除去能力が得られる。また数時間の連続運転にもブラシ寿命が耐え得ることが認められた。ステンレス鋼製ブラシ線は、Ｃｕ−Ｂｅ製ブラシ線に比してスケール除去能力は高いが、フィン摩耗が大きい。比較例２の砥粒入りナイロン樹脂製ブラシ線は、前二者の金属製ブラシ線と比較して、フィンに対する摩耗力が大きい一方で、スケール除去能力は必ずしも高くなく、ブラシ寿命も短い。比較例３の砥粒なしナイロン樹脂製ブラシ線は、効率的なスケール除去ができず、金属製ブラシと比較してフィンに与える損傷は極めて小さい。

図７（表５）は、Ｃｕ−Ｂｅ製ブラシ線（参考例および実施例１，２）およびステンレス鋼製ブラシ線（比較例１−１，１−２）について、ブラシ線の本数および回転数とフィンに対するスケール除去量とを比較して示す表である。図８は、図７に基づく特性図であり、回転数（横軸）とスケール除去能力（縦軸）との関係を示している。なお、採取したスケール除去量については、およそ１５ｇ以上スケールが除去された場合に「除去効果あり」と判断することができる。

図７（表５）および図８に示すように、参考例（ベリリウム銅製ブラシ線を１エリアに１００本植設した構成）の場合には、回転ブラシの回転数を５００〜１０００ｒｐｍとして作業したところ、スケール除去量が約１０ｇ以下であり、十分にスケールを除去することができなかった。２０００ｒｐｍでは、スケール除去量が約１５ｇ以上であり、力強くスケールを除去することができたが、フィン側面には若干スケールが残った。３０００ｒｐｍでは、フィンの奥深い場所までスケールを除去することができ、スケール除去量が１６ｇ以上であったが、２０００ｒｐｍのときと同様に、フィン側面に若干スケールが残った。

実施例１（ベリリウム銅製ブラシ線を１エリアに１６０本植設した構成）の場合には、５００ｒｐｍからスケール除去量が約１５ｇを超え、参考例に比してスケール除去能力が高いことが認められた。１０００ｒｐｍでは、スケール除去量が若干減少し、フィン側面には若干のスケールが残った。２０００ｒｐｍでは、スケール除去量が１８ｇ以上となり、力強くスケールを除去することができた。３０００ｒｐｍでは、フィンの奥深い場所までスケールを除去することができ、スケール除去量は約２０ｇを超えた。

実施例２（ベリリウム銅製ブラシ線を１エリアに２００本植設した構成）の場合には、５００〜１０００ｒｐｍではフィンの表目に引掻き傷が残ったり、フィン側面にスケールが残ったりしたが、スケール除去量は１０ｇを超えた。２０００ｒｐｍでは、スケール除去能力が高まり、スケール除去量が１２ｇ以上となってスケールをきれいに除去することができた。３０００ｒｐｍでは、スケール除去量が２８ｇ以上となり、フィン側面のスケールも十分に除去できることが認められた。

比較例１−１（ステンレス鋼製ブラシ線を１エリアに１００本植設した構成）の場合には、５００〜１０００ｒｐｍからスケール除去量が１７ｇ以上であった。しかし、フィン表面に、ブラシ跡や、傷跡が見られた。２０００ｒｐｍでは、きれいにスケールを除去することができたが、フィン側面にスケールが残った。３０００ｒｐｍでは、スケール除去量が３０ｇ以上となったが、スケールフィンのエッジ部が荒れる傾向が見られた。

比較例１−２（ステンレス鋼製ブラシ線を１エリアに１６０本植設した構成）の場合には、５００〜１０００ｒｐｍからスケール除去量が２０ｇ以上となり、十分にスケールを除去することができ、２０００ｒｐｍでは、力強くスケールを除去することができたが、大きい騒音が発生した。３０００ｒｐｍでは、送り量を５ｍｍとした時点でフィンの倒れが生じ、実運用には適用できないことが認められた。

以上のように、ステンレス鋼製ブラシ線（比較例１−１，１−２）の場合には、スケール除去能力が非常に優れている反面、２０００ｒｐｍ以上でフィンを倒したり損傷する傾向が見られ、実用上で問題があるのに対し、ベリリウム銅製ブラシ線（実施例１，２）については、高速回転させてもフィンが倒れることがなかった。そして、フィンへの損傷も少なく、２０００ｒｐｍ前後で１５ｇ以上のスケール除去が可能であり、安定したスケール除去能力を示した。

図９（表６）はブラシ線の回転数とフィンに対するスケール除去量との関係を示す表であり、上述した実施例２（Ｃｕ−Ｂｅ製ブラシ線）および比較例１−２（ステンレス鋼製ブラシ線）について試験を行った結果を示している。図１０は、図９に基づく特性図であり、回転数（横軸）とフィン摩耗量（縦軸）との関係を示している。

図９（表６）および図１０に示すように、実施例２（ベリリウム銅製ブラシ線を１エリアに２００本植設した構成）の場合には、１０００ｒｐｍで１時間の継続作業の結果、フィン表面に非常に軽微な傷が残るのみであり、摩耗量は殆ど計測できなほど少なかった。すなわち、フィンの色が若干変っていくように見えるだけで、傷とは判別することができなかった。２０００ｒｐｍで１０分間の作業をした場合には、試験開始後４５秒程度でフィン表面の傷を目視で確認することができた。その後、非常にゆっくりと傷が広がってゆき、摩耗量は０．０１ｇであった。３０００ｒｐｍで１０分間の作業をした場合には、試験後２０秒程度でフィン表面の傷が目視で確認された。その後、ゆっくりと傷が広がっていった。

比較例１−２（ステンレス鋼製ブラシ線を１エリアに１６０本植設した構成）の場合には、１０００ｒｐｍで１時間の継続作業の結果、フィン表面に傷が残った。この場合、フィンが倒れることはなく、摩耗量は０．０２ｇ程度であった。２０００ｒｐｍで１０分間の作業をした場合には、試験開始後４２秒程度でフィン表面の傷を目視により確認することができた。その後は、６分４０秒程度でフィンが倒れ、フィンが大きく損傷することが観察され。摩耗量は０．３３ｇであった。３０００ｒｐｍで１０分間の作業をした場合には、試験開始後１５秒程度でフィン表面の傷が目視により明確に確認された。その後は、１分４５秒ほどでフィンが倒れ、さらに６分１５秒ほどで、フィンが破片となって脱落を始めることが確認された。

本発明によれば、都心部などに設置される密閉型冷却塔内の乾式冷却器における熱交換用フィンの外面に付着したスケールの除去等に際し、回転ブラシを回転胴とその周囲部に放射状に起立する多数本のＣｕまたはＣｕ合金製のブラシ線とによって構成することにより、熱交換用フィンのスケール除去を効率よく行えるとともに、脱酸銅製のフィン等に対する硬度差が過度になくブラシ線の接触時にフィンを傷つけたりすることもなく、安全性にも優れた機能を有する回転ブラシを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る回転ブラシの構成を示す斜視図。本発明の一実施形態に係るスケール除去装置の構成を示す断面図。本発明の一実施形態の説明に用いた表１を示す図。本発明の一実施形態の説明に用いた表２を示す図。本発明の一実施形態の説明に用いた表３を示す図。本発明の一実施形態の説明に用いた表４を示す図。本発明の一実施形態の説明に用いた表５を示す図。本発明の一実施形態の説明に用いた表５に対応するグラフ。本発明の一実施形態の説明に用いた表６を示す図。本発明の一実施形態の説明に用いた表６に対応するグラフ。従来例を示す説明図。

符号の説明

１建屋
２変圧器
３水冷式熱交換器
４ポンプ
５循環水配管
６冷却塔
７ケーシング
８乾式冷却器
９湿式冷却器
１０伝熱管
１１フィン
１２伝熱管
１３フィン
１４散水ノズル
１５水槽
１６ポンプ
１７散布水配管
１８空気取入孔
１９ファン
２０空気排出孔
２１エリミネータ
２３スケール除去装置の装置本体
２４基体フレーム
２４ａ辺部
２５移動フレーム
２８ワイヤ式牽引機構
２９Ｘ軸駆動モータ（ステッピングモータ）
３０，３１プーリ
３２ワイヤ
３３移動テーブル
３４ガイド兼駆動機構
３５，３６円柱状ロッド
３９ラック
４０Ｙ軸駆動モータ（ステッピングモータ）
４１ピニオン
４２昇降体
４３ねじ式ジャッキ機構
４４Ｚ軸駆動モータ（ステッピングモータ）
５０回転ブラシ
５１ブラシモータ
５２回転軸
５３締付具
６１回転胴
６２ブラシ線

Claims

熱交換用フィンの間隙に挿入して回転させることにより、前記フィンに付着したスケールを接触作用によって脱落除去するための熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシであって、回転胴とその周囲部に放射状に起立する多数本のＣｕまたはＣｕ合金製のブラシ線とを備え、前記回転胴の外径が３０〜２００ｍｍであり、前記ブラシ線の長さが１０〜４０ｍｍ、直径が０．３〜１ｍｍであることを特徴とする熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシ。
熱交換用フィンの間隙に挿入して回転させることにより、前記フィンに付着したスケールを接触作用によって脱落除去するための熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシであって、回転胴とその周囲部に放射状に起立する多数本のＣｕ−Ｂｅ合金製のブラシ線とを備え、前記回転胴の外径が３０〜２００ｍｍであり、前記ブラシ線の長さが１０〜４０ｍｍ、直径が０．３〜１ｍｍであることを特徴とする熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシ。
前記回転胴を周方向に４等分した各エリアに、１５０〜２００本の前記ブラシ線を配装した請求項１または２記載の熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシ。
前記各エリアにおける前記ブラシ線の密度が１０〜２０本／ｃｍ^２である請求項３記載の熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシ。
前記回転胴の軸方向の幅寸法が、２０〜２００ｍｍである請求項１から４までのいずれかに記載の熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシ。
ブラシ回転数が、５００〜３０００ｒｐｍに設定されている請求項１から５までのいずれかに記載の熱交換用フィンのスケール除去用回転ブラシ。