JP2017133758A - 熱交換器の洗浄方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管材料に損傷を与えず、簡易な装置と作業で、熱交換器の稼動を停止することなくスライムを除去する熱交換器の洗浄方法を提供する。【解決手段】熱交換器１において冷却水を流通させる伝熱管３に対し、当該熱交換器１において定められた流量で冷却水を流通させながら連続的にガスを導入し、上記伝熱管３内に、パルス状に交互に流れる気相流３２と液相流３３を発生させることにより、伝熱管３に体積したスライム等の汚れを効果的に除去する。薬剤を使わないため配管材料に損傷を与えない。ガス導入路１５があれば足りるため簡易な装置と作業で洗浄できる。熱交換器１の操業中に伝熱管３にガスを導入して洗浄できる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器の内部に蓄積する汚れを洗浄する熱交換器の洗浄方法および装置に関するものである。

熱交換の媒体として水を使用する熱交換器がひろく用いられている。このような熱交換器を継続的に使用すると、水に由来する汚れが熱交換器の内部に付着する。このような汚れは、柔らかい含水有機物がゲル状になった物質で、一般にスライムと呼ばれている。このスライムは、もともと水源中に存在するか大気中から混入した微生物が、増殖・成長し、付着・堆積するものである。このようなスライムの付着・堆積は、水を使用する熱交換器において避けることができない。

スライムが伝熱面に付着すると熱交換効率が低下するため、それを定期的に除去する洗浄が必要になる。

一般に、スライム状の汚れを除去するには、薬剤による化学洗浄が行われる。たとえば、熱交換器の内部に過酸化水素、ヒドラジン等の薬剤を注入し、スライムを剥離除去する。ところがこの方法では、各種薬剤の取り扱いに危険があり、処理後には中和作業が必要である。また、化学洗浄が長時間におよぶと、銅や鉄でできた配管などの損傷が激しくなる。したがって、化学洗浄は、薬液の濃度や洗浄時間に関する取り決めが多く作業が煩雑で、できれば廃止したいという傾向にある。

このような事情から、熱交換器の洗浄については、産業界でさまざまな取り組みが行われている。

〔文献の開示〕
熱交換器の洗浄に関する先行技術文献として、出願人は下記の特許文献１〜６を把握している。

特許文献１は、熱交換器細管の洗浄用ガンに関するものである。
この文献には、下記の記載がある。
［公報第２頁左欄第１行〜第１４行］従来、火力発電所、原子力発電所等に施設されている熱交換器である復水器には、冷却水として海水を取り入れている。その為、復水器細管内にスライム、貝類等が付着してプラントの熱効率を低下させるので、定期的に細管洗浄作業を行つているが、この作業は、高温、多湿等悪条件の復水器の前部室に作業者が入り込み、多くの人手と時間を費して行なわれている。その作業の現状は、外径が２２．４〜３１．７ｍｍ、長さが１２〜１５ｍ、本数が１プラント当り２００００〜６００００本程度ある復水器細管Ｐの個々の細管管口部からブラシ弾を込め、これを水圧が１０〜１２ｋｇ／ｃｍ^２程度の洗浄用ガンを用いて打抜くことで、細管内壁面に付着したスライム、貝類、ゴミ等を洗浄除去している。

特許文献２は、熱交換器及び熱交換管内スケールの除去方法に関するものである。
この文献には、下記の記載がある。
［要約］
［課題］液体が流される複数の熱交換管を有する熱交換器において、機器の運転中でも熱交換管内に付着したスケールを剥離させることができるようにした熱交換器及び、熱交換管内スケールの除去方法を提供すること。
［解決手段］潤滑油冷却器における水管４の入口部に圧縮空気ノズル１１と、そのノズル１１の前にカルマン渦発生用の丸棒１２が配設されている。圧縮空気ノズル１１から出た圧縮空気は噴流となって丸棒１２に当たり、丸棒１２の両側からカルマン渦が発生し、そのカルマン渦による振動と冷却水の乱流及び圧縮空気の気泡によって水管４内部の汚れスケールを剥離して除去する。

特許文献３は、熱交換器伝熱管の内面洗浄方法に関するものである。
この文献には、下記の記載がある。
［要約］
［課題］復水器等の多管式熱交換器における伝熱管の内面を効率的に洗浄することができる熱交換器伝熱管の内面洗浄方法を提供する。
［解決手段］真空度計２６によって計測された真空度が予め設定されている下限値未満になった場合に、制御装置２７が気泡吹込み流量調節弁２４を開放・調整して、気泡発生装置２１から適切な量の気泡２２を冷却水入口側水室１５内に発生させ、その気泡混合流で冷却管１４の内面洗浄を開始する。そして、真空値が予め設定されている上限値を超えると、制御装置２７が気泡吹込み流量調節弁２４を閉止して、気泡発生装置２１からの気泡の発生を停止し、冷却管１４の内面洗浄を終了する。

特許文献４は、熱交換器における伝熱管の内面洗浄方法に関するものである。
この文献には、下記の記載がある。
［特許請求の範囲］１．伝熱管内を液体が流れる多管式熱交換器において、前記伝熱管内を流れる前記液体中に水の比重とほぼ等しい比重の水中植物を素材とした粒子を流下し、前記伝熱管内を流下する固液二相流中に伝熱管入口端で気体を噴出して固気液三相流とすることにより、管内付着物の除去、及び塵埃やバクテリア等の付着の防止を図ることを特徴とする熱交換器における伝熱管の内面洗浄方法。

特許文献５は、配管洗浄方法に関するものである。
この文献には、下記の記載がある。
［要約］
［課題］より簡便な方法で洗浄効果を上げ、洗浄回数を減らすことのできる配管洗浄方法を提供することを目的とする。
［解決手段］配管洗浄方法は、送水ポンプを用い、純水タンクから接続流路を介して配管内へと純水を送水するとともに、気泡圧送手段を用い、間欠的または連続的に気泡を前記送水ポンプの下流側に位置する前記接続流路内へ供給する。気泡を接続経路内に供給することで、純水を流動変動させることができる。それによって、ゴミを巻き上げながら下流側へと押し流すことができるため、洗浄効率が向上する。

特許文献６は、冷却水配管の配管洗浄方法とその洗浄装置に関するものである。
この文献には、下記の記載がある。
［要約］
［課題］パルスエアーを投入することで、配管内部の水流を変化させ、また、配管内部に脈動流をランダムに発生させる等のことによるキャビテーション効果により、効率的な配管洗浄に対処する。また、スライム系の汚れに対しては、過酸化水素の低濃度希釈液に浸透させて循環洗浄することで、その洗浄効果を飛躍的に高める。
［解決手段］被洗浄配管への給水工程中にパルスエアーを給気した上で排水する給排水洗浄工程と、過酸化水素の希釈液を洗浄剤として、被洗浄配管に循環浸透させる浸透洗浄工程と、洗浄液を循環させる循環工程中にパルスエアーを給気する循環洗浄工程と、再び、給排水とパルスエアーにより被洗浄配管を濯ぎ洗浄した上で、最後に仕上げ洗浄する工程を備えている。

特公平５−２２８４０号公報 特開２０００−３５６４９８号公報 特開２００８−１１１６１９号公報 特開平４−１９１号公報 特開２０１２−１１５７３０号公報 特開２００３−２４８９２号公報

〔文献１の課題〕
特許文献１は、洗浄ガンやブラシ・スポンジなどを用いて、スライムを物理的にこそぎ落とす技術を開示する。
このような方法では、直線的な配管であれば洗浄できるとしても、Ｌ字配管やＵ字配管のような屈曲部を洗浄することができない。このため、ブラシ洗浄可能な配管とそれ以外の配管を接続部から分解して別々に洗浄する必要がある。洗浄後は、再び配管を接続しなければならない。このように、配管の分解と組立てに多大な手間と作業時間が費やされる。当然このような作業は熱交換器の稼動を停止して行う。したがって、熱交換器を停止してから再稼動させるまで場合によっては１週間以上もかかってしまい、スムーズな工場実務の運営を妨げる。

〔文献２の課題〕
特許文献２は、油冷却器や復水器など、内部を液体が流れる複数の熱交換管を有する熱交換器について、熱交換管内に付着したスケールを除去する方法を開示する。この方法は、圧縮空気ノズルから圧縮空気を噴出させて、互いに回転方向が逆な渦を交互に発生させ、規則正しい配置を保って流れ去る周期的な渦流出（いわゆるカルマン渦）を発生させることにより洗浄する。したがってこの方法では、圧縮空気を発生させるシステムと、カルマン渦発生用の支持部材を配する。
この方法では、最適なカルマン渦を発生させるために必要な圧縮空気を発生させる条件と、冷却水の流速条件の確定が必要である。しかしながら、この特許文献２にはそれら条件の記載がなく、この洗浄方法による具体的な洗浄結果についての記載もない。つまり特許文献２は、現実的に有効な解決手段を提示するものではない。

〔文献３の課題〕
特許文献３は、発電プラントなどの蒸気タービン用の復水器等の多管式熱交換器の伝熱管の内面洗浄する方法について開示する。この方法は、不活性ガスまたは空気等の気体を気泡状にして冷却水入口側水室内の冷却水中に放出し、その気泡と冷却水が混合した気泡混合流を冷却管入口から冷却管内に送り込み、その気泡混合流を冷却管内に通過させることによって冷却管の内面を洗浄する。この方法はまた、復水器の真空度や、多管式熱交換器の熱貫流率（熱交換効率）を常時監視し、真空度や熱貫流率が下回った場合にのみ、気泡発生装置を稼動させる。
しかしながら特許文献３には、実際の気泡発生や洗浄処理の条件の記載がなく、どのような状態であれば高効率の洗浄が可能なのか、という観点の記載もされていない。つまり特許文献３は、現実的に有効な解決手段を提示するものではない。

〔文献４の課題〕
特許文献４は、流体である水に水と比重がほぼ等しい水中植物の微粒子を混合して、さらに気体成分を混合した固気液三相流での除去方法である。
しかしながら、この方法は、水と比重がほぼ等しい水中植物の微粒子を用意しなければならない。また、そもそも系内には存在しない固形物を新たに加える必要がある。それによって機器トラブルを発生するリスクを否定できない。その点は、過酸化水素、ヒドラジン等の薬剤による化学洗浄による問題に近い問題がある。

〔文献５の課題〕
特許文献５は、気体成分を混合させることによる配管洗浄方法である。この方法は、陸用ボイラ、舶用ボイラ、及び化学プラントなどにおける建設中のプラントの配管内の洗浄を目的として、大粒の気泡の群、またはマイクロバブル、ナノバブルなどの微小気泡の群を用いて洗浄する。この文献には、例として５０ｍ^３／ｈで水張りする場合、風量５０ｍ^３／ｈ程度のエアポンプを用いて数秒〜数十秒の間隔をおきながら、間欠的に数十リットルの空気を供給する方法が開示されている。
しかしながら、この方法は、あくまで気泡の群で除去するため、気泡発生装置が必要である。また、除去対象は溶接粉・埃・内錆・油分などのゴミであるため、微生物などからなる軟質の含水有機物ゲルであるスライムを除去できるとは限らない。

〔文献６の課題〕
特許文献６は、火力発電所や各種プラント設備に配管された冷却管を対象として、パルスエアーを投入することで、配管内部の水流を変化させ、また、配管内部に脈動流をランダムに発生させる等によるキャビテーション効果により、配管内を洗浄する方法が開示されている。
この方法を採るためには、循環ポンプと消泡ポンプが必要で、洗浄対象の水を導入して処理するための専用の複雑な装置を据付けなければならない。したがってこの方法は、運転が煩雑なうえ、熱交換器に適用することが現実的ではない。

以上のように、従来は、配管材料に損傷を与えず、容易な作業でスライムを除去する方法は提案されていなかった。また、従来の方法は、装置の稼動を停止する定期メンテナンスのときに行う必要があるのがほとんどであり、熱交換器の稼動効率が低下するのは止むを得なかった。

〔目的〕
本発明は上記課題を解決するものであり、つぎの目的でなされたものである。
配管材料に損傷を与えず、簡易な装置と作業で、プラントや圧縮機などの設備を停止することなく、熱交換器に付着・堆積したスライムを除去することができる熱交換器の洗浄方法および装置を提供する。

〔請求項１〕
上記目的を達成するため、請求項１に記載の熱交換器の洗浄方法は、つぎの構成を採用した。
熱交換器において熱媒体としての液体を流通させる液体流路に対し、当該熱交換器において定められた液体流量で液体を流通させながら連続的にガスを導入し、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させる。

〔請求項２〕
請求項１に記載の熱交換器の洗浄方法は、請求項１に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記液体流路に対するガスの導入を、当該熱交換器の操業中に行う。

〔請求項３〕
請求項３に記載の熱交換器の洗浄方法は、請求項１または２に記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記液体流路に対するガスの導入を、上記液体流量の０．６〜１．３倍の流量で行う。

〔請求項４〕
上記目的を達成するため、請求項４に記載の熱交換器の洗浄装置は、つぎの構成を採用した。
熱交換器において熱媒体としての液体を流通させる液体流路に対し、当該熱交換器において定められた液体流量で液体を流通させながら連続的にガスを導入し、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させる、ガス導入路を備えている。

〔請求項１〕
請求項１の熱交換器の洗浄方法は、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させる。上記気相流と液相流がパルス状に交互に流れることにより、液体流路に体積したスライム等の汚れを効果的に除去できる。したがって、従来のような薬剤などを使わなくてすみ、配管材料に損傷を与えず、コストも節減できる。
また、液体流路に対して連続的にガスを導入するだけのガス導入路があれば足りる。したがって、従来のような専用の複雑な装置を必要とせず、簡易な装置と作業で洗浄できる。
また、液体流路に対するガスの導入を液体を流通させながら行えばよいことから、たとえば、当該熱交換器の操業中に液体流路に対してガスを導入して洗浄を行うことが可能になる。

〔請求項２〕
請求項２の熱交換器の洗浄方法は、上記液体流路に対するガスの導入を、当該熱交換器の操業中に行う。
このため、装置の稼動を止めなくてすむことから、洗浄メンテナンスに要するコストを大幅に節減できる。

〔請求項３〕
請求項３の熱交換器の洗浄方法は、上記液体流路に対するガスの導入を、上記液体流量の０．６〜１．３倍の流量で行い、連続的なガスの導入で気相流と液相流をパルス状に交互に発生させる。これにより、液体流路に体積したスライム等の汚れを効果的に除去できる。

〔請求項４〕
請求項４の熱交換器の洗浄装置は、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させる。上記気相流と液相流がパルス状に交互に流れることにより、液体流路に付着・堆積したスライム等の汚れを効果的に除去できる。したがって、従来のような薬剤などを使わなくてすみ、配管材料に損傷を与えず、コストも節減できる。
また、液体流路に対して連続的にガスを導入するだけのガス導入路があれば足りる。したがって、従来のような専用の複雑な装置を必要とせず、簡易な装置と作業で洗浄できる。
また、液体流路に対するガスの導入を液体を流通させながら行えばよいことから、たとえば、当該熱交換器の操業中に液体流路に対してガスを導入して洗浄を行うことが可能になる。

本発明の第１実施形態の熱交換器の洗浄方法および装置を説明する図である。 洗浄中の液体流路内の状態を説明する図である。 本発明の第２実施形態の熱交換器の洗浄方法および装置を説明する図である。 実験例の設備を示す図である。 Ａ／Ｗ比に対する模擬スライムの除去程度を観察した結果である。 模擬スライムの除去に要する時間を調査した結果である。 洗浄前後の伝熱管内部の写真である。 熱交換器を操業しながら洗浄したときの冷却流体の温度変化を測定した結果である。

図１は、本発明の第１実施形態を説明するもので、本発明が適用された熱交換器の洗浄方法と洗浄装置を説明する図である。

〔熱交換器〕
熱交換器１は、本発明が洗浄対象とするものである。第１実施形態で図示した熱交換器１は、熱媒体である液体として冷却水を用い、導入された熱流体を冷却して冷却流体として取り出すものである。冷却対象とする流体としては、たとえばガスやオイルなどを適用することができる。

上記熱交換器１は、円筒状の本体２に、冷却水導入路１３、排水路１４、熱流体導入路１１、冷却流体導出路１２が接続されている。上記冷却水導入路１３と排水路１４は、円筒状の本体２の第１端部に接続されている。上記熱流体導入路１１と冷却流体導出路１２は、円筒状の本体２の胴部に接続されている。

上記本体２の内部には、上記冷却水導入路１３と排水路１４が接続された第１端部に近いところに、第１隔壁４が設けられている。上記本体２の内部には、上記第１端部と反対側の第２端部に近いところに、第２隔壁５が設けられている。上記第１隔壁４と第２隔壁５に挟まれた領域が熱交換室１０になっている。上記熱交換室１０には、熱流体導入路１１と冷却流体導出路１２が連通している。

上記第１隔壁４から第２隔壁５にわたって多数の伝熱管３が設けられている。上記伝熱管３は、上記第１端部側の開口が第１隔壁４を貫け、上記第２端部側の開口が第２隔壁５を貫けている。

上記第１隔壁４よりも第１端部側の空間は、仕切板６で図における上下２つの空間に仕切られている。一方の空間には上記冷却水導入路１３が連通している。もう一方の空間には上記排水路１４が連通している。上記冷却水導入路１３が連通した空間は前室７であり、上記排水路１４が連通した空間は後室９である。上記第２隔壁４よりも第２端部側の空間は、冷却水が反転する反転室８である。

上記熱交換器１では、冷却水は、冷却水導入路１３から前室７に導入され、伝熱管３を通って反転室８に至り、ここで反転して後室９まで伝熱管３を流れ、排水路１４から排出される。また、上記熱交換器１では、熱流体は、熱流体導入路１１から熱交換室１０に導入され、熱交換室１０内を通過するときに伝熱管３と接触して熱交換が行われる。この過程で上記熱流体は冷却されて冷却流体となり、その冷却流体は冷却流体導出路１２から導出される。

〔ガス導入路〕
熱交換器１において熱媒体としての液体を流通させる液体流路に対し、当該熱交換器１において定められた液体流量で液体を流通させながら連続的にガスを導入し、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流３２と液相流３３を発生させる、ガス導入路１５を備えている。

この例では、上記液体流路は、伝熱管３内の流路である。

上記ガス導入路１５は、この例では上記冷却水導入路１３に接続され、上記冷却水導入路１３における冷却水の流れに対して連続的にガスを導入する。

上記ガス導入路１５には上流側から、第１開閉弁２１、圧力計１６、流量調節弁１７、流量計１８、ブロー弁１９、逆止弁２０、第２開閉弁２２が設けられている。

上記ガス導入路には、この例ではガスとして圧縮空気が導入される。上記圧縮空気はたとえば、図示しないコンプレッサによって得られるものを用いることもできるし、圧縮空気ボンベから得られるものを用いることもできる。

上記ブロー弁１９は、ガス導入前の準備段階および着脱時に系内のガスを抜くために使用するものである。上記圧縮空気に必要とされる圧力は、冷却水の圧力以上で所定の圧縮空気が流れる圧力が必要である。流量調節弁１７で所定の流量に調節された圧縮空気が、上記冷却水導入路１３における冷却水の流れに対して連続的に導入される。

上記流量調節弁１７および流量計１８は、上記冷却水導入路１３に導入する空気の流量を調整し、その流量を計測するためのものである。

第１実施形態では、上記液体流路に対するガスの導入を、上記液体流量の０．６〜１．３倍の流量で行う。つまり、上記熱交換器１において定められた冷却水の流量の０．６〜１．３倍の流量で、ガス導入路１５から空気を導入する。言い換えると、ガス導入路１５から導入する空気の流量は、当該熱交換器１の規格において定められた冷却水の流量の０．６〜１．３倍の流量である。当該熱交換器１の規格で定められた冷却水の流量は、すべての伝熱管３を通って流れる冷却水の流量である。

〔洗浄方法〕
第１実施形態の洗浄方法では、上記熱交換器１において熱媒体としての液体を流通させる液体流路に対し、当該熱交換器１において定められた液体流量で液体を流通させながら連続的にガスを導入し、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流３２と液相流３３を発生させる。

図２は、上記伝熱管３内の流体の状態を模式的に示す図である。伝熱管３内を流れる冷却水は液相流３３として存在し、ガス導入路１５から導入されたガスは気泡３１または気相流３２として存在する。図２（Ａ）〜（Ｄ）は、上記伝熱管３を流れる冷却水の流量（Ｗ）に対する伝熱管３に導入するガスの流量（Ａ）の比（Ａ／Ｗ）を変化させたときの状態である。（Ａ）⇒（Ｂ）⇒（Ｃ）⇒（Ｄ）の順に、徐々にＡ／Ｗ比が大きくなる、つまり液体流量に対してガス流量が増えている。

図２（Ａ）では、液相流３３の上側に細かな気泡３１が多数分散した状態で流れている。
図２（Ｂ）は、液相流３３の上側に大きな気泡３１が間隔をあけて流れている。
図２（Ｃ）は、気相流３２と液相流３３がパルス状に交互に流れている。
図２（Ｄ）は、下側の液相流３２と上側の気相流３３が上下に分離して流れている。

第１実施形態では、液体流路である伝熱管３に対し、当該熱交換器１で定められた流量で冷却水を流しながら、ガス導入路１５から連続的に空気を導入する。これにより、上記伝熱管３内に、パルス状に交互に流れる気相流３２と液相流３３を発生させる。このときガス導入路１５から導入する空気の流量は、当該熱交換器１の規格において定められた冷却水の流量の０．６〜１．３倍の流量である。ここで、当該熱交換器１で定められた流量とは、当該熱交換器における冷却水の設計流量である。

第１実施形態では、上記液体流路に対するガスの導入を、当該熱交換器の操業中に行うことが好ましい。上述したように、洗浄中の伝熱管３内には、液相流３３が気相流３２と交互にパルス状に流れている。このため、洗浄中であっても、交互に流れる液相流３３によって熱交換が行われ、熱交換性能は大幅に低下しない。また、交互にパルス状に流れる液相流３３と気相流３２によって、伝熱管３の内壁面に付着したスライム等の汚れは早期に除去され、伝熱管３自体の熱交換性能を回復させる。したがって、洗浄を開始してから終了するまでの時間、伝熱管３へのガス導入を行っても、熱交換性能の低下による操業への悪影響はほとんどない。このため、上記液体流路に対するガスの導入を、当該熱交換器の操業中に行うことができ、洗浄のために操業を停止するといったメンテナンスコストを大幅に節減できるのである。

〔第１実施形態の効果〕
第１実施形態の装置および方法は、つぎの作用効果を奏する。

第１実施形態は、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させる。上記気相流と液相流がパルス状に交互に流れることにより、液体流路に付着・堆積したスライム等の汚れを効果的に除去できる。したがって、従来のような薬剤などを使わなくてすみ、配管材料に損傷を与えず、コストも節減できる。
また、液体流路に対して連続的にガスを導入するだけのガス導入路があれば足りる。したがって、従来のような専用の複雑な装置を必要とせず、簡易な装置と作業で洗浄できる。
また、液体流路に対するガスの導入を液体を流通させながら行えばよいことから、たとえば、当該熱交換器の操業中に液体流路に対してガスを導入して洗浄を行うことが可能になる。

第１実施形態は、上記液体流路に対するガスの導入を、当該熱交換器の操業中に行う。
このため、装置の稼動を止めなくてすむことから、洗浄メンテナンスに要するコストを大幅に節減できる。

第１実施形態は、上記液体流路に対するガスの導入を、上記液体流量の０．６〜１．３倍の流量で行い、連続的なガスの導入で気相流と液相流をパルス状に交互に発生させる。これにより、液体流路に付着・堆積したスライム等の汚れを効果的に除去できる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態を説明する図である。この例では、熱交換器１は、第１実施形態とは逆に、伝熱管３内に熱流体を通し、熱交換室１０内に冷却水を通すものである。それ以外、この第２実施形態は、基本的には第１実施形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付して説明を省略している。

〔熱交換器〕
熱交換器１は、熱流体導入路１１と冷却流体導出路１２が、円筒状の本体２の第１端部に接続されている。つまり、熱流体導入路１１は前室７に連通し、冷却流体導出路１２は後室９に連通している。また、上記冷却水導入路１３と排水路１４は、円筒状の本体２の胴部に接続されている。つまり、上記熱交換室１０に、熱流体導入路１１と冷却流体導出路１２が連通している。

この熱交換器１では、冷却水は、冷却水導入路１３から熱交換室１０に導入され、熱交換室１０内を通過するときに伝熱管３と接触して熱交換が行われる。熱交換後の水は排水路１４から排出される。また、熱流体は、熱流体導入路１１から前室７に導入され、伝熱管３を通って反転室８に至り、ここで反転して後室９まで伝熱管３を流れる。この過程で上記熱流体は冷却されて冷却流体となり、その冷却流体は冷却流体導出路１２から導出される。

〔ガス導入路〕
ガス導入路１５は、冷却水導入路１３に接続されている。つまりこの例では、上記液体流路は、熱交換室１０内の流路である。

〔洗浄方法〕
第２実施形態の洗浄方法では、上記熱交換器１において熱媒体としての液体を流通させる液体流路に対し、当該熱交換器１において定められた液体流量で液体を流通させながら連続的にガスを導入し、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流３２と液相流３３を発生させる。

第２実施形態では、液体流路である熱交換室１０に対し、当該熱交換器１で定められた流量で冷却水を流しながら、ガス導入路１５から連続的に空気を導入する。これにより、上記熱交換室１０内に、パルス状に交互に流れる気相流３２と液相流３３を発生させる。このときガス導入路１５から導入する空気の流量は、当該熱交換器１の規格において定められた冷却水の流量の０．６〜１．３倍の流量である。

〔第２実施形態の効果〕
第２実施形態の装置および方法でも、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏する。

つぎに、実験例および実施例について説明する。

〔実験例〕
上述したように、本発明者らは、熱交換器を操業したままで、スライムと呼ばれる微生物などからなる軟質の含水有機物ゲル状の不純物を、配管への劣化などの負担を掛けることなく、出来るだけ簡素であり、作業が容易に除去する方法について検討した。

本発明者らはまず最初に、伝熱管に水が流れている中に、適当な量のガスを混合することで、液相流と気相流による混相流を生じさせ、付着した汚れが取れるかどうかの実験を行った。

図４は、本実験の装置を示す図である。この装置は、透明ホース４１を用い、空気と水の流量比によって、液相流と気相流の混相流がどのような挙動を示すか、明確に観察できるようにした。この装置は、透明ホース４１の上流端に空気導入路４３が接続され、下流端にアクリル管４５が配置されている。上記空気導入路４３には空気用の流量計４２が取り付けられ、水導入路４４には水用の流量計４６が取り付けられている。

水と空気の流量は、空気流量／水流量（Ａ／Ｗ比）が体積比で０〜１２となるよう変化させた。

Ａ／Ｗ比が０．６未満と小さいときには、水の中に泡が混じっている状況にある（図２（Ａ））。Ａ／Ｗ比が０．６以上になると、水が気泡を運んでいるような状況になる（図２（Ｂ））。Ａ／Ｗ比が１．２以上になると、気相流３２と液相流３３がパルス状に交互に流れる間欠流となる（図２（Ｃ））。Ａ／Ｗ比が大きくなると、気相流３２と液相流３３が大きくなる。Ａ／Ｗ比が１２以上になると、流れが激しくなり、上部に気相流３２、下部に液相流３３が分離する（図２（Ｄ））。この実験例により、上記Ａ／Ｗ比が１．２以上のときに間欠流が発生することが明らかになった。

一方、実機である熱交換器において液体流路内にパルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させるには、気体を導入すると液体流量が減少するため、この事象を考慮し、気体の導入量を決定する必要がある。基礎実験結果をベースに検討した結果、当該熱交換器において定められた液体流量に対し、その０．６〜１．３倍の流量で気体を導入することにより、ほぼ基礎実験と同様の結果が得られた。

つぎの実験は、間欠流を使って付着物を除去する実験である。
除去する付着物は、アクリル管４５の内面に付着させたマーガリンである。このマーガリンは、伝熱管３内に付着するスライムと硬度や付着力が近い模擬スライムである。

図５は、Ａ／Ｗ比を変化させながら、模擬スライムであるマーガリンがどの程度除去できるかを観察した結果である。
Ａ／Ｗ比＝１．０〜２．２の範囲では、除去率が９０％を下回ることはなかった。かなりの模擬スライムが、空気と水による間欠流によって除去できている。

図６は、Ａ／Ｗ比を１．０以上として、模擬スライムの除去に要する時間を調査した結果である。
Ａ／Ｗ比が１．０以上の間欠流を流せば、３分間という非常に短時間で９５％以上の模擬スライムが除去できている。

下記の実施例１〜３は、熱交換器の実機について洗浄を行ったものである。

〔実施例１〕
実施例１で対象とした熱交換器は、窒素圧縮機で圧縮窒素を冷却するものである。上記窒素圧縮機は、窒素処理量１００００Ｎｍ^３／ｈ、吐出圧１．８１ＭＰａＧ、１４００ｋＷ、４段圧縮の装置である。実施例１は、上記窒素圧縮機で１年間使い続けた熱交換器を洗浄したものである。

Ａ／Ｗ比を１．２として空気を導入し、液相流と気相流による間欠流を１０分間流した結果、洗浄前と比較して総括伝熱係数（Ｗ／ｍ^２・℃）が２０〜３０％向上した。

〔実施例２〕
実施例２が対象とした熱交換器は、空気圧縮機のオイルクーラーである。上記空気圧縮機は、空気処理量１２５０００Ｎｍ^３／ｈ、吐出圧０．４７ＭＰａＧ、１０７００ｋＷ、３段圧縮の装置である。実施例２は、上記空気圧縮機で５年間使い続けたオイルクーラーを洗浄したものである。

Ａ／Ｗ比を１．２として空気を導入し、液相流と気相流による間欠流を流した結果、洗浄前と比較して総括伝熱係数（Ｗ／ｍ^２・℃）が１７０％向上した。

〔実施例３〕
実施例３が対象とした熱交換器は、窒素圧縮機で圧縮窒素を冷却するものである。上記窒素圧縮機は、窒素処理量７２００Ｎｍ^３／ｈ、吐出圧０．６９ＭＰａＧ、１４００ｋＷ、３段圧縮の装置である。実施例３は、上記窒素圧縮機で６ヶ月間使い続けた熱交換器を洗浄したものである。

当該熱交換器において定められた量の１．０〜１．２倍の空気量で４０〜６０分連続洗浄した結果、総括伝熱係数が向上し、窒素圧縮機の電力使用量も１％低減できた。

図７は、洗浄前後の伝熱管３内部の写真である。洗浄前の管内にはデコボコのスライムが見られ、洗浄後の管内にはスライムが見られない。間欠流でスライムを除去できたことが目視でも確認できた。

図８は、熱交換器１を操業しながら、ガス導入路１５からガスの導入を６０分間続けたときの、冷却流体導出路１２から出てくる冷却流体の温度変化を測定した結果である。熱交換器１を操業しながらガス導入による洗浄を行っても、冷却流体の温度に大きな変動はない。本発明のガス導入による洗浄を、熱交換器１を操業しながら行うことができることを確認した。

〔まとめ〕
実機である熱交換器１の水の配管内に、当該熱交換器において定められた水量（冷媒量）に対し、その０．６〜１．３倍の流量で空気または不活性ガスを導入することで、間欠流が生まれ、スライムと呼ばれる微生物成分を容易に除去できることがわかった。ここで除去に掛かる時間は、数分から３０分程度であり、さらに熱交換器を通常の実務稼動させたまま洗浄処理することが可能になった。
熱交換器１の伝熱面の配管内に付着する微生物などからなる軟質の含水有機物ゲル状の不純物を、熱交換器１を通常可動させたまま、配管への劣化などの負担を掛けることなく、簡素で除去作業が容易になったため、メンテナンスの頻度と手間が軽減され、工場の実稼動に影響が少なく、操業させることができるようになった。
また、伝熱管３の熱交換効率を回復させることにより熱エネルギーを有効に利用し、設備全体として消費する動力や燃料を節減することができる。

〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。

たとえば、上記実施形態および実施例では、ガス導入路１５から空気を導入する例を示したがこれに限定するものではなく、導入するガスは、たとえば窒素やアルゴンなどの不活性ガスをはじめ、各種のガスを用いることができる。また、当然のことながら、例示した多管式熱交換器だけでなく、他の構造の熱交換器にも適用が可能である。

伝熱管３に対してガスを導入するときには、管の中心に向かって径方向に導入することもできるし、管の内周に沿って旋回流を起こすように導入することもできる。

１：熱交換器
２：本体
３：伝熱管
４：第１隔壁
５：第２隔壁
６：仕切板
７：前室
８：反転室
９：後室
１０：熱交換室
１１：熱流体導入路
１２：冷却流体導出路
１３：冷却水導入路
１４：排水路
１５：ガス導入路
１６：圧力計
１７：流量調節弁
１８：流量計
１９：ブロー弁
２０：逆止弁
２１：第１開閉弁
２２：第２開閉弁
３１：気泡
３２：気相流
３３：液相流
４１：透明ホース
４２：空気用の流量計
４３：空気導入路
４４：水導入路
４５：アクリル管
４６：水用の流量計

Claims (4)

1. 熱交換器において熱媒体としての液体を流通させる液体流路に対し、当該熱交換器において定められた液体流量で液体を流通させながら連続的にガスを導入し、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させる
   ことを特徴とする熱交換器の洗浄方法。
2. 上記液体流路に対するガスの導入を、当該熱交換器の操業中に行う
   請求項１記載の熱交換器の洗浄方法。
3. 上記液体流路に対するガスの導入を、上記液体流量の０．６〜１．３倍の流量で行う
   請求項１または２記載の熱交換器の洗浄方法。
4. 熱交換器において熱媒体としての液体を流通させる液体流路に対し、当該熱交換器において定められた液体流量で液体を流通させながら連続的にガスを導入し、上記液体流路内に、パルス状に交互に流れる気相流と液相流を発生させる、ガス導入路を備えている
   ことを特徴とする熱交換器の洗浄装置。