JP2011524834A - 組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】微生物による付着物に抗するシーチェスト冷却器をその構造形式において、所定総数の熱交換器管を連続的に過熱することにより自動で実際の冷却稼動時にも停止時にもできるだけ冷却水廃熱を利用しながら冷却機能の中断を伴うことなく簡単な装置により該シーチェスト冷却器が防護可能であるようにする。
【解決手段】本発明に従い前記提案は、熱交換器管の円形状の配置構成によりシーチェスト冷却器（１６）の特定のセクションにおいて達成され、それにより管束の個々の円形セグメントには機械的な装置により冷却稼動中又は冷却稼動外において熱水が供給される。このＴＡＳ装置（１３）は、角度増分をもって回転するＴＡＳノズル（１）を有し、該ＴＡＳノズルはシーチェスト冷却器（１６）の熱交換器管（２０）を冷却稼動から分離する。本発明の長所は、冷却と付着物防護との同時的な機能に適合された冷却器構造形式にあると共に、シーチェスト冷却器の付着物防護が組込式ＴＡＳを用いて継続海洋稼動時に冷却水廃熱を利用しながら冷却機能の中断を伴うことなく可能であることにある。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、船舶及び海洋作業台におけるシーチェスト冷却器（ないしシーボックスクーラ）に関し、前記船舶及び海洋作業台では組込式付着物防護システムによりフジツボや貝類や他の付着生物が定期的に反復可能な過熱（ないし加熱）によって死滅される。

（背景技術とその問題点）
船舶や船舶部品や配管システムにおける付着物、並びに該付着物の成分は、とりわけ水質汚染が増すことにより急激に増加する。これらの付着物を減少ないし回避するために国際的に様々な方式が試行されている。

特許文献１には、シーチェスト（ないし海水吸入口のケーシングないしボックス）内で一時的に又は継続的に海水と接触状態にある配管、フィルタ、熱交換器、バルブ、ポンプ、シーチェスト冷却器等において生物付着を抑制及び回避するための効果的で且つ環境に優しい方法及び装置を船舶や海洋作業台等のために開発することを課題の基礎とする方法及び装置が記載されている。

前記方法は、シーチェスト内の海水が周辺環境から隔離され、シーチェスト冷却器が冷却稼動から外され、防護すべきシーチェスト冷却器への高温回路の機械的な切換えにより該シーチェスト冷却器自体が、閉じ込められた海水の加熱であって局所的に限定されて短期的であり且つ定期的に反復可能な加熱のために利用されることにより特徴付けられている。

前記方法を実行するための装置は、海水システムの個々のシーチェストと、該シーチェストを接続する配管及び流路と、該海水システム内に取り付けられたシーチェスト冷却器やポンプやバルブのようなコンポーネントとが別個の部分システムを形成することにあり、それにより、閉じ込められた海水の過熱であって短期的で局所的に限定された定期的な過熱が行われ、従って全海水システムが区画毎に付着物から防護される。更なる特徴は、前記部分システムが能動的部分システムと受動的部分システムに分割されることにある。この際、海洋稼動（ないし通常稼動）時には能動的シーチェスト内のシャッターが開かれ、遮断バルブが閉じられ、受動的部分システムがシャッターの閉じられた洗浄稼動にあり、その結果、受動的シーチェスト内のコンポーネントが、局所的に限定されて短期的であり且つ定期的に反復可能に過熱される。

上記発明の短所は、例えばシーチェストの排出スリットを閉じるためのフラップを取り付けることが必要不可欠であるように、船舶構造における修正が必要不可欠であるということにある。場合により必要となる閉鎖機構の整備作業は、多くの場合はドック内でのみ可能であり、船舶稼動の非計画的な中断を導いてしまう。

特許文献２では、熱交換器の稼動を中断することなく、該熱交換器を付着物から持続的に且つ効果的に防護することを課題とした装置が開示されている。

前記問題点は、多数の個別熱交換器から成る熱交換器において、該個別熱交換器の流入開口部及び戻流開口部を介して位置決めされる可動ホッパーにより、少なくとも１つの個別熱交換器の液体が実際の冷却循環回路から分離されることにより解決される。ポンプを用いて該液体は、分離された循環回路内へ運ばれ、熱源を通流し、該熱源においてより高い温度レベルへもたらされる。その後、加熱された液体は、冷却循環回路から分離された個別熱交換器を再循環する。この加熱サイクルの完了後、前記ホッパーは他の個別熱交換器上で密閉ポジションへ運ばれ、それにより前記手順が全個別熱交換器のために繰り返される。

DE 19921433 C1 DE 102005029988 B3

特許文献２の装置の短所は、個別熱交換器を冷却循環回路から外し、従って別個の加熱循環回路内で付着物から防護可能とするために、同じ個別熱交換器において流入部上に流入用ホッパーをそして流出部上に流出用ホッパーを位置決めすることができるよう、流入用ホッパーと流出用ホッパーを冷却器蓋の異なる室内で互いに機械的に接続しなくてはならないということにある。両方のホッパーを互いに機械的に連結するための技術的な構造は極めて複雑であり且つ故障しやすいものである。更に特許文献２に記載の装置は、加熱のために別個の電気ヒータを使用し、該電気ヒータは、推定で６０ＫＷに至るまでの追加的なエネルギー需要を招き、従って持続性及び環境保護の理由から必ずや回避されるべきものである。

本発明の課題は、フジツボや貝類や藻類等の微生物による付着物に抗するシーチェスト冷却器を既にその構造形式において、できるだけ簡単な装置を用い、所定総数の管列を連続的に過熱することにより完全自動で実際の冷却稼動時にも停止時にも該シーチェスト冷却器が防護可能であるように構想することである。このことはシステム分離を伴うことなく行われるべきである。必要な加熱エネルギーはエネルギー的に例えば主機関又は補助ディーゼルの熱い高温循環回路から効率的に取り出されるべきである。

前記課題は、本発明に従い、特許請求の範囲（の各請求項）の特徴に応じて解決される。

発明の実施の形態

組込式サーマル・アンチファウリング・システム（以下「ＴＡＳ」と言う）を備えたシーチェスト冷却器では、熱交換器管（ないしヒートエクスチェンジャチューブ）のほぼ円形又は正方形の（横断面の）配置構成という管束の新たなデザインにより、シーチェスト冷却器の管束の個々の円形セグメント（ないし円形構成部分）（の熱交換器管）に対して機械的なＴＡＳ装置により冷却稼動中又は冷却稼動外において熱水を供給することを可能にする特定のセクションが作られる。該ＴＡＳ装置は、例えば、管板（ないしチューブシート）内の熱交換器管の円形状の（横断面の）配置構成を追従するように角度増分をもって回転するノズルを有し、それにより各々のセクションについて、付着生物が、シーチェスト冷却器の個々の熱交換器管又は個々のセクションへ定期的に加熱水を供給する結果、管外壁及び／又は管束の近周辺部において死滅される。

この際、好ましくは熱い機関冷却水循環回路（ＭＥ-ＨＡＴ）から追加的にシステム内へ取り入れられる熱を放出可能とするために、特にシーチェスト冷却器の冷却面を適切に拡大する必要がある。しかしこのことは、極めて清潔な冷却器に基づくファウリングマージンの減少により、多くの場合は十分に補償されうる。

本発明の長所は、シーチェスト冷却器の付着物防護が組込式ＴＡＳを用いて継続的海洋稼動時に該シーキャスト冷却器を停止することなく可能であることにある。停泊期間が比較的長期の場合、付着物防護は、港湾稼動時に例えば補助コンデンサ又はオーバープロダクションコンデンサのようなＴＡＳ回路内の別個の予熱器を介して同様に実行することができる。更なる有利な副次的効果は、本装置を介して低温循環回路（ＭＥ-ＬＴ）を港湾稼動時に予熱することができ、それにより主機械が常に稼動準備状態に保持されるということである。従って伝統的な予熱ユニットを排除することができ、このことは経常的なエネルギーコストと購入コストを節約させる。

以下、本発明に基づく実施例について詳細に説明する。

付着物防護用のＴＡＳ装置１３を備えたシーチェスト冷却器を示す図である。 円形セグメント１５を備えた管板１４を示す図である。 管板１４の俯瞰図である。 ＴＡＳノズル１が下降された状態における加熱水の経路を示す図である。 ＴＡＳノズル１が下降されたＴＡＳ装置１３の側方断面図である。 ＴＡＳノズル１が上昇されたＴＡＳ装置１３を示す図である。 ＴＡＳ稼動時のＴＡＳノズル１の移動経路を示す図である。 ＴＡＳの組み込まれたシーチェスト冷却器のフローチャートを示す図である。

図１ａは、管束（ないしチューブバンドル）９、蓋部１２、組込式ＴＡＳ装置１３のようなメインコンポーネントを備えたシーチェスト冷却器（ないしシーボックスクーラ）１６を示している。機関冷却水は、流入接続管２を通り、蓋部１２及び管板（管取付板ないしチューブプレート）１４により形成されるシーチェスト冷却器１６の空間内へ流入する。

図１ｂ及び図１ｃは、複数のＵ字状管が（横断面で見て）円形状に配置された管板１４の構造態様、並びにノズル室２１（図２）の中央の管板範囲を示している。該管板範囲に対し、ＴＡＳ装置１３（図２）上で（上昇下降可能な）ＴＡＳノズル（ないし回転ノズル）１（図２）が目標を定めて適切に作動し、それにより熱交換器管２０（図２）が付着物に対して防護される。

図２に図示されているように、加熱水は、遮断弁１０を備えたＴＡＳ流入部８を介し、回転実行部６を介してＴＡＳノズル１に向かい、管束９の熱交換器管２０のうちの少数の熱交換器管２０へこれらを加熱するために流れてゆく。回転実行部６はＴＡＳ装置１３を蓋部１２に対して外方に向かって（対して）密閉し、同時にＴＡＳ水（ないし加熱水）をＴＡＳノズル１へ送り、更にはＴＡＳノズル１の回転運動及び軸方向上下運動を可能にしている。

図３及び図４は、蓋部１２の断面図であり、ＴＡＳノズル１を下降ポジション（図３）及び上昇ポジション（図４）で示している。図３及び図４は、本発明に従い、リフトユニット４（図２）を備えた組込式ＴＡＳ装置１３を図示している。リフトユニット４は、回転実行部６のシャフトを押圧し、ＴＡＳノズル１の上昇をもたらし、次のポジションへの更なる回転中にＴＡＳノズル１を上昇したポジションにおいて保持し、次のポジションの到達後にＴＡＳノズル１を下降させ、そして管板１４に対するＴＡＳノズル１の押し付けを確保し、それにより熱交換器管２０の次の円形セグメント（ないし円形構成部分）が加熱されることになる。回転駆動部５は、本実施例に従い、トルクをベルト７により回転実行部６（ないし回転ノズル１）のシャフトへ伝達する。

図５は（横断面で見た）複数の熱交換器管２０の円形状の配置構成を示している。ＴＡＳノズル１は、角度増分をもって管板１４内の熱交換器管２０の円形状の配置構成を追従するように回転し、それにより熱交換器管２０を実際の冷却水から分離する特別のセクションを作り出す。ＴＡＳノズル１は、個々の熱交換器管２０のうち隔離（ないし仕切り区分）された（所定）管束９の円形セグメント１５に熱水を供給する。しかし６流路系統以上のシーチェスト冷却器１６では、各ノズル室２１において又は少なくとも各２番目のノズル室２１において別個のＴＡＳ装置１３が取り付けられる。またＴＡＳノズル１は、図５に図示されているように半径方向にも、更に全直径に亘っても、又は円形セグメント形状の形式においても実施することができる。

図６は、機関冷却水の部分流を加熱し且つシーチェスト冷却器１６内へ遮断弁１０を備えたＴＡＳ流入部８を介して導入するための、機関冷却水の低温循環回路（ＭＥ-ＬＴ）内のコンポーネントの基本的な配置構成を示している。水は温度制御弁１９を介して少なくとも７５℃の温度レベルへ加熱される。弁２２及び２３は温度に依存して制御装置を介して開かれる。それ以前にＴＡＳノズル１は下降され、そして加熱されたＴＡＳ水が、ＴＡＳノズル１により仕切られたセクション内へ流入し、該セクション内の熱交換器管２０を加熱する。全ＴＡＳサイクルの経過は角度増分をもって行われ、即ちＴＡＳノズル１が少なくとも３６０°の完全円運動を実行し終えるに至るまでである。

１ ＴＡＳノズル（ないし（上昇下降可能な）回転ノズル）
２ 接続管−冷却水流入用
３ 接続管−冷却水流出用
４ リフトユニット
５ 回転駆動部 ノズル用
６ 回転実行部(Drehdurchfuehrung)
７ ベルト
８ ＴＡＳ流入部 加熱水用
９ 管束（ないしチューブバンドル）
１０ 遮断弁
１１ 温度センサ
１２ 冷却器蓋部
１３ ＴＡＳ装置
１４ 管板（ないしチューブプレート）
１５ 円形セグメント（ないし円形構成部分）
１６ シーチェスト冷却器（ないしシーボックスクーラ）
１７ ＴＡＳ循環ポンプ
１８ ＴＡＳ熱交換器
１９ ＴＡＳ温度制御弁
２０ 熱交換器管（ないしヒートエクスチェンジャチューブ）
２１ ノズル室
２２ 弁−流出部 ＴＡＳ水用

Claims (14)

1. 定期的に反復可能な過熱によりフジツボや貝類や他の付着生物を死滅させるための組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器であって、
   管板（１４）のほぼ円形又は正方形の少なくとも１つの部分面を形成するように管束（９）の複数の熱交換器管（２０）がシーチェスト冷却器（１６）内に配置されていて、
   ノズル室（２１）内に機械的なＴＡＳ装置（１３）のＴＡＳノズル（１）を装着することにより、前記管束（９）の複数の熱交換器管（２０）から成る個々の円形セグメント（１５）が覆われ、
   次いで、周囲に対して密閉されて隔離された前記熱交換器管（２０）が、別個に供給される加熱水により、通常の冷却稼動中又は通常の冷却稼動外において海水側の付着物に対して防護されること
   を特徴とするシーチェスト冷却器。
2. 前記熱交換器管（２０）は、構造化された表面を有し、それにより熱伝達の改善並びに付着物に対する付着抵抗の増加が成されること
   を特徴とする、請求項１に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
3. 前記ＴＡＳ装置（１３）は、個々の熱交換器管（２０）から成る新たな円形セグメント（１５）を更なる回転により覆い、そして加熱するための回転式の装置であること
   を特徴とする、請求項１又は２に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
4. 前記ＴＡＳ装置（１３）の一部としての回転実行部（６）が、冷却器蓋部（１２）内の水空間を外方に向かって密閉すること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
5. 前記水空間内の前記回転実行部（６）にＴＡＳノズル（１）が取り付けられていて、該ＴＡＳノズル（１）の外側形状が、１つの又は複数の円形セグメント（１５）に適合されていること
   を特徴とする、請求項４に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
6. 追加的にリフトユニット（４）が取り付けられていて、該リフトユニット（４）は、前記ＴＡＳ装置（１３）における更なる各回転の前に前記ＴＡＳノズル（１）を上昇させ、該更なる回転の後に再び下降させ、そして前記ＴＡＳ装置（１３）を目標を定めて前記管板（１４）上へ押し付けること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
7. 前記ＴＡＳ装置（１３）における上昇、下降、及び前記管板（１４）上への押し付けが、前記ＴＡＳノズル（１）内に組み込まれたピストンによりテレスコピック式（シリンダーピストン式）で液圧的に行われること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
8. 前記ＴＡＳ装置（１３）のＴＡＳノズル（１）の回転数が、歯車モータにより特有に適合されること
   を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
9. 前記ＴＡＳ装置（１３）における回転が、水流内へ取り付けられた水タービンにより行われること
   を特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
10. 複数のＴＡＳ装置（１３）が取り付けられていて、該ＴＡＳ装置（１３）は各々につき固有の又は共同の駆動部（５）により時間的に個別に又は同時に稼動されること
    を特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
11. 前記ＴＡＳ装置（１３）は、特定の低摩擦材料から製造されていること
    を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
12. 組込式の測定システム及び制御システム並びに調節装置を用い、局所的で短期的な過熱が、自動で定期的に実行され、並びに自動監視されること
    を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
13. ６流路系統以上のシーチェスト冷却器（１６）では、各ノズル室（２１）において又は少なくとも各２番目のノズル室（２１）において別個のＴＡＳ装置（１３）が配置されていること
    を特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。
14. 前記ＴＡＳノズル（１）は、個々の半径方向円形セグメント（１５）として、又は全直径に亘る円形セグメント（１５）として、又は他の円形セグメント形状を用いて形成されていること
    を特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の組込式付着物防護システムを備えたシーチェスト冷却器。

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