JP2010223525A

JP2010223525A - 熱交換器の配管内に付着したスケールの除去方法および除去装置

Info

Publication number: JP2010223525A
Application number: JP2009073180A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Arai; 保孝新井; Naoya Ichimura; 直也市村; Tatsuro Hirase; 辰朗平瀬
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】熱交換器の配管内面が損傷せず、スケールの取り残しのない熱交換器の配管内に付着したスケールの除去方法および除去装置を提供する。
【解決手段】熱交換器１の配管１１内に、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を有する液体を流すまたは充填することにより、該配管内に付着したスケールを除去する方法。熱交換器１の配管１１に接続され該配管とで循環経路を形成する液体流路２と、液体流路２に設けられ液体を搬送するための搬送手段３と、液体流路２と熱交換器１の配管１１とを接続する接続手段４と、液体流路２を流れる液体に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段５と、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を発生させる微細気泡発生手段６と、を備えたスケールの除去装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器の配管内に付着したスケールの除去方法および除去装置に関するものである。

熱交換器の配管内には、水道水や地下水に溶解している炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の成分がスケールとして付着する。

配管内にスケールが付着すると、熱交換器の熱交換の効率が低下したり、流路が狭小となって流量が低下したり、ポンプ圧やポンプの消費電力の増大を招いてしまうため、定期的にスケールを除去する必要があった。

そこで従来では、熱交換器の配管内に掻取金具を挿入して、掻取金具にて配管内に付着したスケールを掻き取ったりしていた（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２４０１３３号公報

しかしながら、この従来の方法では、熱交換器の配管内面が掻取金具により掻かれて損傷してしまうと共に、掻取金具も摩耗して交換する必要があり、また、掻取金具が入らない曲がった部分等に付着しているスケールを掻き取ることができず、取り残してしまうものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器の配管内面が損傷せず、スケールの取り残しのない熱交換器の配管内に付着したスケールの除去方法および除去装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のような構成とする。

請求項１に係る熱交換器の配管内に付着したスケールの除去方法にあっては、熱交換器の配管内に、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を有する液体を流すまたは充填することにより、該配管内に付着したスケールを除去することを特徴とする。

請求項２に係る熱交換器の配管内に付着したスケールの除去装置にあっては、熱交換器の配管に接続され該配管とで循環経路を形成する液体流路と、液体流路に設けられ液体を搬送するための搬送手段と、液体流路と熱交換器の配管とを接続する接続手段と、液体流路を流れる液体に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を発生させる微細気泡発生手段と、を備えて成ることを特徴とする。

本発明にあっては、微細気泡によりスケールを除去する効果と、二酸化炭素によりスケールの主成分となる炭酸カルシウム等を溶解させる効果とにより、スケールを容易に取り残しなく除去することができる。また、熱交換器の配管内面を損傷せず、また掻取金具のような部材も必要がない。

実験装置の構成図である。実験１の炭酸カルシウム濃度−時間の図である。実験２の炭酸カルシウム濃度−時間の図である。（ａ）は本発明の除去装置の構成図であり、（ｂ）は熱交換器の正面図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

本発明の熱交換器の配管内に付着したスケールの除去方法は、配管内に、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を有する液体を流すまたは充填することにより、該配管内に付着したスケールを除去することに特徴を有するものである。本発明では熱交換器の配管を対象としているが、特に熱交換器に限定されず、他の配管にも適用可能である。

熱交換器の配管内では、配管を流れる液体中に含まれる炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等（まとめて炭酸カルシウム等という）が熱交換器で加熱されて結晶化し、配管内面に炭酸カルシウム等の結晶がスケールとして付着してしまう。なお、配管を流れる液体は、通常は水道水や地下水といった水であるが、特に限定されない。スケールを除去するに際し上記従来例のように掻取金具を用いると、熱交換器の配管内面が損傷すると共に、スケールの取り残しが生じてしまうため、本発明では、掻取金具を用いずにスケールを溶解または崩壊させて除去するものである。

炭酸カルシウム等からなるスケールの溶解または崩壊は、二酸化炭素を成分に含む微細気泡（１〜５０μｍのマイクロバブルおよび１μ未満のナノバブルで、以下では主にマイクロバブルをいうものとする）を含んだ液体を熱交換器の配管内に流すことにより行う。

水等の液体に含まれる微細気泡は、収縮して消滅する「圧壊」を起こす際に断熱圧縮されて高温高圧となり、この時の衝撃圧によりスケールを除去する、と考えられているが、詳しいメカニズムは解明されていないようである。しかし、微細気泡による、スケールの除去を促進する効果が認められており、以下、微細気泡により炭酸カルシウムを溶解させる実験について説明する。
＜実験１＞
図１に示すように、３２℃を維持する恒温槽７に、水道水Ｗを注入した水槽８を浸漬し、この水槽８に、水１Ｌあたり１００ｍｇの炭酸カルシウム結晶９を添加する。また、微細気泡を発生させる微細気泡発生手段６が設けてある。微細気泡発生手段６は、後述する微細気泡発生ノズル６１と、気体供給部６２と、循環流路６３とを備え、水中に空気を成分とする微細気泡を発生させることができる。そして、（Ａ）１日あたり５時間、空気を成分とする微細気泡を水中に発生させた場合、（Ｂ）微細気泡を発生させず炭酸カルシウム結晶９を水中に静置した場合、の二通りの場合について実験を行った。評価は、炭酸カルシウム結晶９の水への溶解量（水中の濃度）で行った。図２に実験結果となる濃度−時間のグラフを示す。

図２より、（Ｂ）微細気泡を発生させず炭酸カルシウム結晶９を水中に静置した場合には、実験を開始して３日経過しても濃度は殆ど上昇しなかったのに対し、（Ａ）微細気泡を発生させた場合には、実験を開始してから３日間濃度の上昇がみられた。この結果より、微細気泡により炭酸カルシウム結晶９の溶解が促進されることが分かる。

更に本発明では、微細気泡は二酸化炭素を成分に含むため、微細気泡が圧壊した時に二酸化炭素が水に溶解する。水に溶解した二酸化炭素は、炭酸カルシウムと下記の式（１）に示す反応をして炭酸カルシウムを水に溶解させ、炭酸カルシウムを成分とするスケールを除去する。

ＣａＣＯ_３＋ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ^２＋＋２ＨＣＯ_３ ⁻ ・・・（１）
またスケールの主な成分として炭酸カルシウムの他に、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムが挙げられるが、この炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムについても、反応式は示さないが炭酸カルシウムと同様に二酸化炭素と反応して溶解する。以下、二酸化炭素を成分とする微細気泡により炭酸カルシウムを溶解させる実験について説明する。
＜実験２＞
実験２は上述した実験１とほぼ同様で、図１に示すように、３２℃を維持する恒温槽に、水道水Ｗを注入した水槽８を浸漬し、この水槽８に、水１Ｌあたり１００ｍｇの炭酸カルシウム結晶９を添加する。また、微細気泡を発生させる微細気泡発生手段６が設けてあり、気体供給部６２に二酸化炭素ボンベ等（図示せず）を接続して、水中に二酸化炭素を成分とする微細気泡を発生させることができる。そして、（Ｃ）１日あたり５時間、二酸化炭素を成分とする微細気泡を水中に発生させた場合、について実験を行った。評価も上述した実験１とほぼ同様に、炭酸カルシウム結晶９の水への溶解量（水中の濃度）で行った。図３に実験結果となる濃度−時間のグラフを示し、併せて実験１の（Ａ）空気を成分とする微細気泡を水に発生させた場合の結果もグラフに示す。

図３より、（Ａ）空気を成分とする微細気泡を水中に発生させた場合と比べて、（Ｃ）二酸化炭素を成分とする微細気泡を水中に発生させた場合の方が、濃度の上昇が大きく、特に、実験を開始して１日経過した時点で上昇の大部分が達成されていて、二酸化炭素を成分とする微細気泡による炭酸カルシウム結晶９の溶解を促進する効果が著しいのが分かる。この結果より、二酸化炭素を成分とする微細気泡が炭酸カルシウム等からなるスケールを除去する効果が推定される。

本発明では、微細気泡によりスケールを除去する効果（すなわち微細気泡の圧壊時の衝撃圧により除去したり溶解を促進したりする効果）と、二酸化炭素によりスケールの主成分となる炭酸カルシウム等を溶解させる効果とにより、スケールを容易に取り残しなく除去することができ、これにあたり、熱交換器の配管内面を損傷せず、また掻取金具のような部材も必要がない。

以下、上述した除去方法によりスケールを除去するための除去装置の一実施形態について図４に基づいて説明する。

除去装置は、熱交換器１の配管１１に接続され該配管１１とで循環経路を形成する液体流路２と、液体流路２に設けられ液体を搬送するための搬送手段３と、液体流路２と熱交換器１の配管１１とを接続する接続手段４と、液体流路２を流れる液体に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段５と、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を発生させる微細気泡発生手段６と、で主体が構成される。

熱交換器１は、複数の配管１１が並設され、配管１１の一端にヘッダ１２が設けてあるとともに他端にヘッダ１３が設けてある。各ヘッダ１２、１３には、外部の配管と接続するための管接続口が形成してある。

液体流路２は、銅管等の配管２１で構成され、一端部に配管１１の流路の一端が接続されるとともに、他端部に配管１１の流路の他端が接続されて、循環経路が形成される。液体流路２の途中には、搬送手段３としてのポンプが設けてある。

接続手段４は本実施形態では、本体部４１と、熱交換器１の一端と他端とに当接し熱交換器１を挟持して本体部４１に固定するための挟持手段４２と、で構成される。本体部４１は、熱交換器１の両端のヘッダ１２、１３間の長さよりも長い二つの部材からなり、各部材の両端部にそれぞれ長手方向と直交するように突片４１ａが突設してある。挟持手段４２は、ボルト・ナット等からなり、自身の長さを変えることができる。そして、挟持手段４２の一端を熱交換器１のヘッダ１２、１３に当接させるとともに、挟持手段４２の他端を本体部４１の突片４１ａに当接させ、ヘッダ１２、１３と突片４１ａとの間で突っ張らせることで、熱交換器１を本体部４１に対して固定する。そして、液体流路２の一端部と他端部とにそれぞれ熱交換器１の配管１１の一端と他端が接続される。

二酸化炭素供給手段５は、二酸化炭素ボンベ５１と、二酸化炭素ボンベ５１からの二酸化炭素を微細気泡発生手段６に搬送するための配管５２と、からなる。

微細気泡発生手段６は、本実施形態では微細気泡発生ノズル６１で、液体流路２の一端に設けられ、熱交換器１のヘッダ１２の管接続口に設置される。微細気泡発生ノズル６１としては、詳細な説明は省略するが例えば本出願人の特願平１０−１２６１６０号（特開２０００−２４５７９８号公報）に係る微細気泡発生ノズル等が好適に用いられ、また他の形態の微細気泡発生ノズルであってもよく、特に限定されない。また、微細気泡発生手段６として、微細気泡発生ノズル６１を用いず、高圧で攪拌したりして液体に気体を溶解させ、液体を減圧部で減圧することで微細気泡として析出させる既知のものであってもよく、特に限定されない。

この除去装置にあっては、熱交換器１を本体部１１に固定して、配管１１を液体流路２に接続して循環経路を形成し、搬送手段３により液体（水）を循環経路に流すことができる。そして、二酸化炭素ボンベ５１から二酸化炭素を微細起泡発生ノズル６１に供給して、二酸化炭素を成分とする微細気泡を発生させることができる。この除去装置を用いることで、微細気泡によりスケールを除去する効果と、二酸化炭素によりスケールの主成分となる炭酸カルシウム等を溶解させる効果とにより、スケールを容易に取り残しなく除去することができる。また、熱交換器の配管内面を損傷せず、また掻取金具のような部材も必要がない。

１熱交換器
１１配管
１２，１３ヘッダ
２液体流路
２１配管
３搬送手段
４接続手段
４１本体部
４２挟持手段
５二酸化炭素供給手段
５１ボンベ
５２配管
６微細気泡発生手段
６１微細気泡発生ノズル

Claims

熱交換器の配管内に、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を有する液体を流すまたは充填することにより、該配管内に付着したスケールを除去することを特徴とする熱交換器の配管内に付着したスケールの除去方法。
熱交換器の配管に接続され該配管とで循環経路を形成する液体流路と、液体流路に設けられ液体を搬送するための搬送手段と、液体流路と熱交換器の配管とを接続する接続手段と、液体流路を流れる液体に二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給手段と、二酸化炭素を成分に含む微細気泡を発生させる微細気泡発生手段と、を備えて成ることを特徴とする熱交換器の配管内に付着したスケールの除去装置。