JP2008530510A - チューブを清掃する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、チューブを清掃するための装置、具体的には熱交換システムのチューブ内表面を清掃する装置を提供する。
【解決手段】装置は、任意に提供された中央貫通孔（１０）を有する塊（２）と、塊（２）の上において取り付けられている、および／または成型されている任意に提供された複数の突出部（２０、２１）とを有する塊（２）を備える。貫通孔（１０）は、円錐形状の構成であることが好ましい。複数の第１突出部（２０）が、塊（２）の上にフィン状の構成で配置される。複数の第２突出部（２１）が、塊（２）の上にらせん構成で配置され、第２突出部（２１）の長さは、第１突出部（２０）の長さより相対的に長い。塊は、様々な相対密度を装置に提供し、かつ回転運動量および無作為動的運動を装置に付与するように幾何学的操作として作用するために、異なる重量およびサイズの非対称に配置された加重芯（１５）からなることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には、チューブの清掃に使用される装置に関する。具体的には、本発明は、熱交換システムにおいて使用されるチューブの内表面を清掃するために使用される装置に関する。

熱交換器は、熱を得る、または除熱することを主な目的として、異なる産業の様々な設備にわたって使用されている。熱交換器の最も一般的な応用分野のいくつかは、空気調節システムおよび生産プラントの冷却器および蒸発装置において見られる。これらは、電力プラント、精錬所、脱塩プラント、および石油化学設備などの他の産業においても使用されている。

通常、熱交換システムは、システムのチューブの束を経て流体を循環させることによって伝熱の目的を達成する。チューブ内を流れる流体の性質は、例えば残骸の堆積、生物学的成長、スケールおよび腐食物の堆積など、付着物をもたらすことがある。その結果、熱交換システムの最適な性能を維持するために、管の周期的な清掃が必須である。チューブ清掃技法は、オンライン方法およびオフライン方法に大きく分類される。

オフライン清掃方法は、たとえばロッドおよびブラシ方法、化学清掃方法、ならびに高圧水噴射方法であり、清掃を開始することができるようになる前に、熱交換システム全体を停止することを必要とする外部清掃プロセスを含む。これらのオフライン清掃方法は、時間がかかり、労働集約的であり、短い処理時間を要求される設備には望ましくない。対照的に、オンライン清掃方法は、熱交換システムを連続的に動作させながら、熱交換器のチューブを清掃する清掃システムを使用する。オンライン清掃方法は、通常は自動的であり、延長された連続長が各定期的な保全停止間に実行されるようにする。したがって、オンライン清掃方法は、長時間動作する、または長いシステム停止時間に鋭敏である設備に実装するのに適している。

オンライン清掃方法の１つのタイプは、複数の泡沫ボールを熱交換システムに循環させ、それにより、泡沫ボールは、各チューブを通って進行する際に、各チューブの汚損付着物を除去して押し出す。米国特許第５５２０７１２号は、スポンジ・ゴム材料から作成され、長さの短い研磨材料によって構成される研磨清掃ボールを開示した。日本特許公告昭５８-２４４４２３号は、ファイバを含む楕円球形の他のタイプの清掃ボールを開示する。日本特許公告昭５８-０１６１２５号では、ファイバは、小さい穴を有する中空清掃ボールの上において固定される。このタイプの清掃ボールは、水および空気の変位に関して、従来のスポンジ・ボールよりはるかに良好であると主張された。上述された清掃ボールは、滑らかな内表面を有する従来の清掃チューブにおいて使用されるが、強化チューブを使用する発展的な熱交換システムの清掃について同程度には有効ではない可能性がある。

従来、熱交換システムにおいて使用されるチューブは、滑らかな内表面（滑らかなボア）を有して製造される。伝熱技術の向上により、熱交換システムの性能および効率を向上させるために、新しい特徴がチューブに組み込まれている。これらの新しい改良されたチューブは、強化チューブおよび超強化チューブとして知られている。従来の滑らかなボアチューブとは対照的に、強化チューブは、内部「施条（ｒｉｆｌｉｎｇ）」特徴を有し、これは、基本的に、チューブの内部にあるらせん溝である。らせん溝は、伝熱のためにより大きな表面積を提供し、チューブを通過する流体においてより大きな乱流を創出する。さらに、強化チューブは、全体的により効率的な伝熱を提供するように、従来のチューブと比較してより薄いチューブ壁を有する。

熱交換システムの効率は、チューブの伝熱表面の清浄度によって決定される。熱交換システムの効率および寿命を維持するために、チューブ内のあらゆる付着物を除去することが不可欠である。長年の間に、チューブを強化することによる伝熱率の向上により、熱交換システムの性能および効率は大きく向上した。しかし、これらの強化チューブの清掃は、内部らせん溝のためにより困難で複雑である。強化チューブは、付着物をより呈示しやすい。薄いチューブ壁も、微生物誘起腐食物（ＭＩＣ）および堆積物下の腐食物による、局所な孔食欠陥をより呈示しやすい。これらのタイプの腐食を防止するために、チューブの清掃は、付着物が生じる際に付着物を除去するために、定常的に一貫して実施されなければならない。

現在のところ、従来の泡沫ボールは、強化チューブにおける内部施条のらせん溝の上に形成された汚損付着物の除去について効果的ではない。従来の泡沫ボールは、単にチューブを通って平行移動するだけであり、チューブに堆積した汚損付着物を有効に除去するように、らせん溝に積極的な物理的接触を提供しない。オンライン清掃方法の利点を完全に生かすために、強化チューブのらせん溝を効率的かつ有効に清掃することができる装置を有することが絶対的に必要である。本発明は、チューブ、具体的には強化チューブを清掃する装置を開示することによって、この必要性を満足させる。本発明の他の利点が、詳細な記述を参照することにより明らかになるであろう。

本発明は、中心に位置する貫通孔が任意に提供された塊と、前記塊の上において取り付けられている、および／または成型されている複数の任意にで提供されたフィン形の突出部、ならびに任意に提供されたフィラメント状の突出部とを有する塊を備える、チューブの清掃に使用される装置に関する。塊は、一般的には球形状の構成であり、中心に位置する貫通孔、ならびに／あるいは複数のフィン形突出部および／または複数のフィラメント状突出部を有する、または有さないことが可能である。

本発明による貫通孔は、貫通孔の一端部の第１開口および貫通孔の他端部の第２開口をさらに備える。第２開口のサイズは、第１開口より相対的に大きく、らせんねじ山が、前記貫通孔の内部に位置する。好ましい実施形態の貫通孔は、円錐形状の構成であることが好ましい。

複数の突出部は、複数の第１突出部をさらに備え、第１突出部は、フィン形の構成において配置され、第１突出部は、半円スパンを有し、貫通孔の第１開口は、第１突出部の半円スパンの上において中心に位置する。複数の突出部は、複数の第２突出部をさらに備え、第２突出部は、塊の表面上においてらせん構成を有するフィラメント状延長部に配置され、第２突出部のらせん構成の中心軸は、塊の中心軸に対応する。第１突出部の長さは、第２突出部の長さより相対的に短い。

本発明によれば、塊は、非圧縮性加工材料および／または圧縮性エラストマ材料から作成される。塊は、加重芯をさらに備え、加重芯は、塊において非対称的に配置される。加重芯は、金属および／または高密度加工プラスチック材料で作成されることが好ましく、加重芯は、様々な相対密度を装置に提供する異なる重量およびサイズを有するように構成および設計される。随意選択として、回転運動量および無作為動的運動を装置に付与するために、塊の重量偏心率および重心を操作および修正するように幾何学的に設計され、かつ塊内において戦略的に有利に配置される中空部分を内部において提供して、非対称的に配置された加重芯と置き換えることができる。らせんねじ山は、塊の貫通孔の中央部分において内部に位置し、追加の回転運動を装置に付与する他の幾何学的操作として作用する。

より小さいサイズの第１開口およびより大きいサイズの第２開口は、装置を横断して差分動的流体圧力を付与するように幾何学的操作として作用する。第１突出部の半円スパンも、幾何学的操作として作用し、装置を配向させるように有利に配置される。第２突出部の構成は、塊の表面上における他の構成に操作することができることが有利であり、第２突出部は、様々な長さであるように操作することができることが有利である。第２突出部も、様々な断面形状および様々な断面積であるように有利に操作することができる。第１突出部の半円スパンおよび第２突出部は、装置を形成するために、塊とは異なる加工材料で塊の上に埋め込むことができる。第１突出部の半円スパンおよび第２突出部は、装置を形成するために、塊と同じ、または塊とは異なる加工材料で同一ユニットとして成型することができる。

ここで、同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照して、本発明による好ましい実施形態について記述する。

本発明は、本発明のある実施形態の以下の詳細な記述を参照することによって、より容易に理解することが可能である。

チューブを清掃するために、多くの新案が考案されている。産業界の一部において、チューブは、伝熱のために熱交換システムにおいて使用される。これらのチューブは、前述において議論されたように、従来の滑らかなポアチューブ、強化チューブ、および超強化チューブに分類することができる。本発明は、これらのタイプのチューブを清掃するために使用することができる装置を開示する。例示のために、以下の記述は、強化チューブの清掃における装置を説明する。

図１は、中央に位置する貫通孔１０を有する塊２を備える清掃装置１の斜視図を示し、塊は、上において埋め込まれたおよび／または成型された様々な突出部２０、２１を有する。図３は、清掃装置１の側面図を示し、突出部２０および２１は、以下において議論されるあるパターンで配置される。塊２は、中心軸ＡＡを有する球形であり、例えば加工プラスチック材料および／またはエラストマ材料など、非圧縮性材料および／または圧縮性材料から作成されることが好ましい。これらのタイプの加工プラスチック材料およびエラストマ材料は、広範な温度に耐えることができ、様々な化学物質に対して耐性がある。別の実施形態では、塊２は、中心配置貫通孔１０および／または突出部２０を有さないことが可能である。さらに別の実施形態では、塊２の形状は、例えば楕円形など、球形でなくてもよい。

図２は、清掃装置１の断面側面図を示し、清掃装置１の貫通孔１０は、流体がより大きい開口１２に流れ込み、より小さい開口１１から出ることを可能にするように円錐形であることが好ましい。貫通孔１０を通って流れる流体は、開口１１と１２との間において動的流体圧力差を創出し、より大きい開口１２の領域の付近における動的流体圧力は、より小さい開口１１の付近における動的流体圧力よりわずかに大きい。この差分動的流体圧力が、清掃装置１が強化チューブ３０の内部に沿って線形に移動することが容易になり、清掃装置１の移動は、流体流れ４１と同じ方向である（図４参照）。貫通孔１０は、貫通孔を通る流体の流れを操作するために、内部フィン状らせんねじ山１４を備える。らせんねじ山１４は、貫通孔１０に結合され、貫通孔を通って流れる流体からのエネルギーを、強化チューブ３０内において清掃装置１をらせん運動４０で駆動する起動力に変換する。

図３は、清掃装置１の一実施形態を示し、複数のより短い突出部２０がフィン形の構成で塊２の上において取り付けられている、および／または成型されている。このフィン形の構成は、半円スパンを有し、より小さい開口１１は、その上において中心に位置する。清掃装置１が任意のチューブに入るとき、より短い突出部２０に当たる流体は、図４に示されるように流体流れ４１の方向に清掃装置を配向させる。この配向において、清掃装置１のより小さい開口１１は、まず強化チューブ３０を通って移動し、それにより、貫通孔１０を通る流体流れ４１が、清掃装置１に対して差分動的流体圧力を創出することが可能になる。他の実施形態では、より短い突出部は、塊２と同じ材料から作成されることが好ましいいくつかのより小さいフィン形構成要素によって置き換えることが可能である。同様に、これらのフィン形構成要素は、半円スパンを形成し、より小さい開口１１は、その中央に位置する。より短い突出部２０の長さは、清掃装置１が強化チューブ３０の中を移動することをより短い突出部２０が阻止しないように、あらかじめ決定することができる。

複数のより長い突出部２１が、塊２の外表面上において取り付けられ、および／または成型され、より長い突出部２１の長さは、より短い突出２０の長さより相対的に長い。強化チューブ３０は、上記において議論されたように、内部施条を有して製造され、施条の高点および低点は、ランド３１および溝３２としてそれぞれ知られている（図４参照）。より長い突出部２１の長さは、強化チューブ３０の溝３２に到達して、それを有効に清掃することができるように、あらかじめ決定されることが有利である。１つの好ましい実施形態では、より長い突出部２１は、図３に示されるように、塊２の上においてらせん構成で取り付けられ、および／または成型され、このらせん構成の中心軸は、中心軸ＡＡに対応する。より長い突出部２１のこのらせん構成は、流体流れのエネルギーを、強化チューブ３０を通るらせん運動４０において清掃装置１を駆動する起動力に変換する機構がさらに得られる。他の実施形態において、より長い突出部２１は、塊２の外表面上における他の構成に有利に操作できる。

突出部２０、２１の両方のタイプとも、耐熱性および耐薬品性を有する加工材料から作成することができる。より短い突出部２０は、より長い突出部２１より剛性であるように事前処理されることが有利である。これにより、より小さい開口１１が強化チューブ３０を通ってまず移動することが実質的に可能であるように、流体流れ４１がより短い突出部２０に当たることができることが保証される。さらに、より長い突出部２１の柔軟性は、清掃中に強化チューブ３０の内表面を引っかく、またはそれに損傷を与えるあらゆる危険性を防止し、ランド３１および溝３２の上の堆積物を有効に除去することを保証するように加工される。

ここで、熱交換器システム６０における清掃装置１の動作について記述する。図５は、入口端部５２、放出端部５３、および熱交換ユニット５０からなる熱交換システム６０を示している。熱交換ユニット５０は、さらに強化チューブ３０の束および強化チューブの回りの空間３５からなる。通常、流体は、流体流れ４１の方向によって示されるように、入口端部５２から強化チューブ３０に入り、熱交換システム６０の放出端部５３の中に流れる。強化チューブ３０を通って流れる流体が、空間３５の他の流体媒体および熱交換ユニット５０の壁と熱エネルギーを交換するとき、伝熱が行われる。熱交換システムにおいて流体を循環させるために圧力差を生成するように、循環ポンプ（図示せず）が、熱交換システム６０内に組み込まれている。この圧力差は、熱交換システム６０において清掃装置１を駆動する主な起動力である。

一実施形態では、本発明において使用される塊２は、非対称に配置された加重芯１５からなることが可能であり（図４参照）、加重芯１５は、重量およびサイズについて可変である。非対称に配置された加重芯１５の重量およびサイズを変更することにより、清掃装置１の比重、重心、および重量偏心率を有利に修正することが可能になる。他の実施形態では、塊２は、回転運動量および無作為動的運動を塊２にさらに付与するために、清掃装置１の加重偏心率および重心をさらに操作および修正するように幾何学的に設計され、かつ塊２内において戦略的に配置されることが有利である中空部分で、非対称に配置された加重芯を置き換えることが可能である。熱交換システムのほとんどの構成において、複数のチューブは共に束にされる。図５は、熱交換システム６０を示し、強化チューブ３０の全長は、水平構成にある。異なる比重を有する清掃装置１は、流体の異なるレベルにおいて移動し、様々な強化チューブ３０に入る傾向がより大きい。これにより、熱交換システム６０において清掃装置１の一様な清掃分布が提供され、より多くのチューブが清掃装置１によって清掃される確率が増大する。したがって、清掃プロセスの全体的な効率を向上させることができる。さらに他の実施形態では、塊２は、清掃装置１の比重、重量偏心率、および物理的特性を操作および修正するために、異なる密度を有する加工材料を含んでもよい。

清掃装置１が特定の強化チューブ３０に入るとき、より短い突出部２０のセットのフィン形パターンに対して作用する流体流れ４１のエネルギーにより、清掃装置１は、塊２のより小さい開口１１が強化チューブ３０の内部にまず入ることを可能にする配向に操作される。清掃装置１のこの配向により強化チューブ３０の流体は、塊２の貫通孔１０のより大きい開口１２を通って流れ、より小さい開口１１から出ることが可能になり、それにより、清掃装置１が強化チューブ３０の端部に向かって移動することを容易にするわずかな局所的動的流体圧力差が生成される。図４は、強化チューブ３０において動作する清掃装置１の１つの例示的な実施形態を示す。清掃装置１が強化チューブ３０に入るとき、循環ポンプ（図示せず）が、強化チューブ３０を経て清掃装置１を駆動する主要起動力を提供する。さらに、強化チューブ３０の清掃装置１の貫通孔１０は、上記において議論されたように、塊２に対して差分動的流体圧力を創出する。

同時に、貫通孔１０の内部フィン状ねじ山１４およびより長い突出部２１の構成は、強化チューブ３０内の流体流れ４１のエネルギーを、強化チューブ３０内において清掃装置１をらせん運動４０で駆動する起動力に変換する機構として作用する。加重芯１５も、清掃装置が強化チューブ３０の内部に沿ってらせん運動４０で移動するとき、清掃装置１の回転を容易にするために、塊２において非対称に配置される。他の実施形態では、異なる密度の加工材料をからなる塊２は、清掃装置がらせん運動４０で移動するとき、清掃装置１の回転を容易にすることもできる。他の実施形態では、非対称に配置された加重芯は、回転運動量および無作為動的運動を塊２に付与するために、清掃装置１の重量偏心率および重心をさらに操作および修正するように幾何学的に設計され、かつ塊２内において戦略的に配置されることが有利である中空部分で置き換えることが可能である。

清掃装置１のらせん運動４０および強化チューブ３０の内表面に沿った無作為動的衝突中、溝３２の上のあらゆる汚損付着物が、より長い突出部２１によって除去され、流体流れ４１によって強化チューブ３０から運び出される。溝から除去された汚損付着物を抽出する方法は、当業者には既知であり、本明細書では議論されない。清掃装置１のサイズ、突出部２０、２１の長さ、幾何学的形状、および物理的寸法は、例えば石油やガス産業、下水処置プラント、脱塩プラント、船舶タンカ、航空機、冷却水ラインなど他の産業においてチューブまたはパイプのサイズに合うように加工することができる。

本発明の以上の記述は、ある好ましい実施形態を呈示したが、これらの記述は例示であり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者なら、以上とは異なるが、本明細書において記述および主張される本発明の精神および範囲から逸脱しない変形形態を理解するであろうことが予期される。本発明では、第１突出部（２０）および第２突出部（２１）は、様々な断面形状および様々な断面積であるように有利に操作することができる。

清掃装置の斜視図である。 清掃装置の断面側面図である。 清掃装置の側面図である。 強化チューブの内部において動作する清掃装置の縦断面図である。 熱交換システムの部分断面図である。

Claims (18)

1. チューブの清掃に使用される装置であって、中心に位置する貫通孔（１０）が任意に提供された塊（２）と、前記塊（２）の上に取り付けられている、および／または成型されている任意に提供された複数のフィン形突出部、ならびに任意に提供された複数のフィランメント状突出部とを備え、前記塊（２）が、前記中心に付置する貫通孔（１０）、ならびに／あるいは前記複数のフィン形突出部（２０）および／または前記複数のフィランメント状突出部（２１）を有する、または有さないことが可能であり、前記塊（２）が、ほぼ球形状の構成である、装置。
2. 前記貫通孔（１０）が、前記貫通孔（１０）の一端の第１開口（１１）と、前記貫通孔（１０）の他端の第２開口（１２）とをさらに備え、前記第２開口（１２）のサイズが、前記第１開口（１１）より相対的に大きく、らせんねじ山（１４）が、前記貫通孔（１０）において内部に位置する、請求項１に記載の装置。
3. 前記貫通孔（１０）が、円錐状の構成であることが好ましい、請求項２に記載の装置。
4. 前記複数の突出部が、複数の第１突出部（２０）を備え、前記第１突出部（２０）が、フィン形の構成において配置され、複数の前記第１突出部（２０）が、半円スパンを有し、前記貫通孔（１０）の前記第１開口（１１）が、前記第１突出部（２０）の前記半円スパンの中心に位置する、請求項１に記載の装置。
5. 前記複数の突出部が、複数の第２突出部（２１）をさらに備え、該第２突出部（２１）が、前記塊（２）の表面上においてらせん構成で配置され、前記第２突出部（２１）の前記らせん構成の中心軸が、前記塊（２）の中心軸に対応し、前記第１突出部（２０）の長さが、前記第２突出部（２１）の長さより相対的に短い、請求項１および４に記載の装置。
6. 前記塊（２）が、非圧縮性材料および／または圧縮性エラストマ材料から作成される、請求項１に記載の装置。
7. 前記塊（２）が、加重芯（１５）をさらに備え、前記加重芯（１５）が、回転運動量および無作為動的運動を装置に付与するために、前記塊（２）の重量偏心率および重心を操作および修正するように、前記塊（２）において非対称に配置される、請求項１に記載の装置。
8. 前記加重芯（１５）が、金属および／または高密度加工プラスチック材料で好ましくは作成され、前記加重芯（１５）が、様々な相対密度を装置に提供する異なる重量およびサイズを有するように構成および設計され、前記加重芯（１５）が、固体構造、または中空部分を有する構造、あるいは両方の組合わせとすることができる、請求項７に記載の装置。
9. 前記塊（２）が、様々な相対比重を装置に提供する異なる密度を有する加工プラスチックおよび／またはエラストマ材料で好ましくは作成される、請求項１に記載の装置。
10. 回転運動量および無作為動的運動を装置に付与するために、前記塊（２）の前記重量偏心率および重心を操作および修正するように幾何学的に設計され、かつ前記塊（２）内において戦略的に有利に配置される中空部分を内部において任意に提供して、前記非対称配置加重芯（１５）と置き換えることができる、請求項７に記載の装置。
11. 前記らせんねじ山（１４）が、前記塊（２）の前記貫通孔（１０）の中央部分において内部に配置され、回転運動量を装置に付与するように幾何学的操作として作用する、請求項２に記載の装置。
12. 前記第１開口（１１）のより小さいサイズおよび前記第２開口（１２）のより大きいサイズが、装置の両端に差分動的流体圧力を付与するように幾何学的操作として作用する、諸式項２に記載の装置。
13. 前記第１突出部（２０）の前記半円スパンが、幾何学的操作として作用し、装置を配向させるために有利に配置される、請求項４に記載の装置。
14. 前記第２突出部（２１）の構成が、前記塊（２）の前記表面上の他の構成に有利に操作することができ、前記第２突出部（２１）が、様々な長さであるように有利に操作することができる、請求項５に記載の装置。
15. 前記第１突出部（２０）が、様々な断面形状および様々な断面積であるように有利に操作することができる、請求項４および１３に記載の装置。
16. 前記第２突出部（２１）が、様々な断面形状および様々な断面積であるように有利に操作することができる、請求項５および１４に記載の装置。
17. 前記第１突出部（２０）の前記半円スパンおよび前記第２突出部（２１）が、装置を形成するために、前記塊（２）とは異なる加工材料で前記塊（２）の上に埋め込むことができる、請求項４および５に記載の装置。
18. 前記第１突出部（２０）の前記半円スパンおよび前記第２突出部（２１）が、装置を形成するために、前記塊（２）と同じまたは異なる加工材料で同一ユニットとして成型することができる、請求項４および５に記載の装置。

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