JP3708969B2 - 冷却システム清掃用のボール捕集器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、発電所のコンデンサ、冷蔵空調設備などに使われ流体、好ましくは水、により動作する冷却システムの管を清掃する為のボールを循環する装置に用いるボール捕集器に関し、
ケースで構成され、
これはボールの入口を備えた上部室と、
ボールの出口を備えた下部室とに分割されており、
上部室と下部室との間に開口が設けられており、
この開口は可動式のフラップが閉位置にある時閉鎖され、可動式のフラップが開位置にある時開放され、
上部室は濾過用スクリーンを備えているとともに、ポンプを備えたバイパス管によって下部室に接続しており、このバイパス管を介して水が上部室から下部室に圧送可能である。
上述した形式のボール捕集器は本出願人に係るドイツ公開特許Ｇ９３０９３２０．９により知られている。この公知のボール捕集器の場合、上部室と下部室の間の開口はフラップにより開閉され、このフラップは開口平面で中心軸の周りを回動可能に搭載されているとともに、ケースに置かれたモータにより閉位置と開位置との間で調節される。フラップモータは熱交換器の管の付着因子に応じた周期で、或いは定期的に所定のクリーニングサイクルを維持する為、及びバイパス管に配置されたポンプモータとの必要な同期を取る為に、制御が必要となる。
クリーニングサイクルの開始時点で、フラップモータが投入され、フラップは閉位置から開位置に移動し、上部室と下部室の間の開口を開放する。上部室に捕獲されていたボールは下部室に沈降する。なぜならばボールの比重は水を僅かに超えるからである。ボールが下部室に沈降した後続いて、予め定めた時間差リレイの動作に従ってフラップは再びモータで閉じられる。
バイパス管に置かれたポンプはここで投入され、その送圧により排出管にある流体圧制御の遮断部材を開き、加えてシステムの動圧（管内速度損失）とシステムの静圧（コンデンサのΔｐ）に打ち勝たなければならない。ポンプは上部室から水を吸引し、これを下部室に送出することで、下部室にあるボールは排出管に運ばれ、更にここから熱交換器の入口部分に運ばれ、ここでボールは冷却水の主流に取り込まれる。熱交換器の管を通過した後、ボールは熱交換器の出口部分にある濾過器で捕獲され、供給管を介してボール捕集器ケースの上部室に導かれる。排出管及び供給管を介したボールの移送はバイパス管に置かれたポンプによって確実なものとされ、上部室内でバイパス管の入口の正面に濾過用スクリーンが置かれているのでボールはバイパス管を通ることはできない。加えて、熱交換器の入口部分と出口部分の間に生じる差圧が供給管と排出管を流れるボール移送用水に作用する。
全てのボールが循環を終了した時、ポンプは再び停止になり、装置は次のクリーニングサイクルに備えられる。
公知のボール捕集器では、フラップとポンプの駆動はシーケンス制御又は回路で行われていた。休止期間では、排出管にある流体圧力制御バルブが機能し、不要なバイパス流が熱交換器に起こらないようにしている。
公知のボール捕集器及びこのボール捕集器が置かれボールを回収する装置は、丁度二個の駆動源、即ちバイパス管に置かれたポンプとフラップを開閉するモータを必要としている。
本発明の課題は必要な駆動源及びこれに関連するボール捕集器の制御を単純化することである。
本発明によれば、この課題を解決する為、ボール捕集器のフラップを構成し且つ配置する際、水流によって開位置と閉位置の間を自由に回動可能に搭載し、バイパス管に置かれたポンプが投入された時にフラップは閉位置に置かれ、ポンプが停止になった時開位置に置かれる。本発明によれば、公知のボール捕集器と異なり、上部室と下部室との間の開口を開閉するフラップは電気モータ、水圧モータあるいは空気モータなどのモータによって動作するのではなく、その代わりにケース内の水流によって動作する。この目的の為、フラップは開位置と閉位置との間で自由に回動可能に搭載され、且つその構造と配置は水流によって動作するようになっており、この水流はポンプがスイッチオンになった時バイパス管から下部室に入り、フラップは閉位置になる。一方、バイパス管のポンプ動力源がスイッチオフになるとフラップは開位置に戻る。この時、ポンプはスイッチオフとなり従ってバイパス管から下部室への水流は停止する。
公知のボール捕集器とは異なり、本発明によれば、二回のクリーニングサイクルの間の休止期間では、フラップは閉位置ではなく、従ってクリーニングサイクルの終わりでは公知のボール捕集器の様にボールが上部室にあることはなく、その代わり本発明によれば、ポンプを切り離した後フラップが開位置に戻りボールが水よりも僅かに高い比重により上部室から開口を介して下部室に沈降した時、クリーニングサイクルの終点で休止状態が初めて得られることになる。
新しいクリーニングサイクルを始める為、ボール回収装置及びボール捕集器に設けたただ一つの動力源、即ちポンプ動力源がスイッチオンとなり、排出管にあるモータ駆動好ましくは流体駆動の遮断部材、好ましくは逆止弁がポンプによって作り出された送圧下で開く。バイパス管からの水流の作用により、ボール捕集器のフラップは閉位置に置かれ、ボールはバイパス管からの水流によって下部室から放出される。この排出管を介して、ボールは熱交換器の入口部分に導かれ、ここでボールは冷却水流に取り込まれる。
本発明のボール捕集器の基本的な利点は、公知のボール捕集器の様にフラップの動力源を必要としないということである。制御手段のコスト削減を含め、公知のボール捕集器に比べると駆動と制御の為のコストを相当部分節約することができる。結果としてフラップの駆動に関連した保守点検を省略することができる。駆動や制御のコスト削減は特に冷房空調或いはこれらに類する設備の様に小型のクリーニングシステムにとって特に重要である。なぜならば、小型の設備では、総コストに占める駆動や制御のコストの割合が比較的高いからである。
本発明に従ったボール捕集器の上述した動作シーケンスの結果、フラップを以下の様に構成し且つ配置すれば効果的である。即ち、フラップは、もしバイパス管のポンプがクリーニングサイクルの終点でスイッチオフになれば、閉位置から開位置に回動し、上部室と下部室の間の開口を開放することで、上部室に集められていたボールは下部室に沈降する一方、もしクリーニングサイクルの開始点でバイパス管のポンプがスイッチオンになった場合には開位置から閉位置に回動して戻り開口を閉じる。
又、本発明の利点として下部室に入るバイパス管の入口に対するフラップの位置や構成が工夫されており、開位置にある時ポンプが投入されると、バイパス管からの水流の作用によりフラップは強制的に閉位置に移動する。
本発明の発展形態によれば、フラップの安定的な作動の為、一方ではフラップのサイズと重量を選択し他方ではポンプの圧力を選択することで、バイパス管からの水流によってフラップに加わる力が十分高くなる様にし、フラップが安定して閉位置に止まる様にする。この意味するところは、ポンプが熱交換器の入口部分と出口部分との間の静圧損失に打ち勝ち、更にボール移送管の動圧損失にも打ち勝つ必要がある。
本発明によれば、フラップの回動を補助する為にバネを設けることが可能である。バネを用いることでフラップに作用する力が作り出される。バネの使用は、フラップのサイズや重量を決める際あるいは下部室におけるバイパス管に対するフラップの配置などとの兼ね合いで決められる。
バイパス管はケースの排出管に対して９０°ずれて置くことができる。
ボールを捕獲し、又捕獲されたボールを下部室に整然と沈降させる為に、以下のことが効果的である。即ち、少なくとも開口の近傍で上部室にある濾過用スクリーンは実質的に円筒形状を有し、少なくとも下端部で自由断面の形状及びサイズは開口の形状及びサイズと対応する様になっている。
二つの部屋の間でボールが自由に通過する断面を開口に設ける為、本発明の更なる発展形態によれば、フラップの回転軸受が開口を形成する環状の肩部又は板部の下面に取り付けられている。板部がケースに取り付けられているか或いは濾過器に取り付けられているかは重要ではない。
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１はボール捕集器の概略を示す断面図である。
図２は熱交換器の管を清掃する装置及びボールを循環する装置とともに、図１に示したボール捕集器を備えた熱交換器の模式図である。
図３は図２と対比して、入口部分と出口部分の異なった配置を伴うボール捕集器の斜視図である。
図４はボール捕集器の変形例の部分断面図である。
図５は図４の詳細図である。
図１に示したボール捕集器１は基本的に円筒型のケース２を備えている。これは例えば鉄鋼板あるいはこれに相当する特性を備えた材料からなり、環状の板部３により上部室と下部室に分かれており、環状の板部３は開口４を形成するとともにケース２に内部的に固定されている。
ポンプ１０を備えたバイパス管７は一端で上部室５の出口８に接続され、他端で下部室６の入口９に接続されている。
流体で動作する冷却システムの管の清掃に用いるボールを供給する為に、供給管１２が用いられており、これはボール捕集器１の上部室５の入口１１に接続可能である。ボール捕集器１からボールを取り出す為、排出管２０が用いられており、これはボール捕集器１の下部室６の出口１９に接続可能である。
ケース２の内部は上部室５の天井にある開口１３から覗くことができ、上部室５は蓋１４により塞ぐことができる。実質的に円筒型の濾過用スクリーン１５が取り付けられ、入口１１から供給されたボールが上部室５から出てバイパス管７に入ること防いでいる。この結果、ポンプ１０はボールを除き水のみを上部室５から下部室６に送り込む。濾過器１５は板部３の中央に置かれており、蓋１４を外した後上部室５から取り出すことができる。図４に示した実施例では、濾過器１５は蓋１４の下面に固定されており、従って蓋１４を外した時一緒にケース２から取り除かれる。板部３はケースの突起３ａ（図５の右半分）にネジ止めされているか、あるいは展開したリング部材としてケース２の内壁に押し付けられ強固に保持されている。
肩部あるいは板部３の下面に、回動自在にフラップ１６が軸受１７により取り付けられている。フラップ１６は入口９に対して位置合わせされており、ポンプ１０から送り込まれた水が入口９を介して下部室６に流れ込むと、もしボール捕集器１が水で満たされ且つポンプ１０の駆動がスイッチオンになると、水流の作用によりフラップ１６は図１に示す開位置から矢印１８の方向に向って上方の閉位置に回動する。閉位置でフラップは開口４を閉じる。フラップ１６と同様に、開口４は基本的に円形である。軸受１７から離れた端部で、フラップ１６は折り曲げ部１６ａを有しており、フラップ１６に作用する入口９からの水流の効果を高めている。
クリーニングサイクルの開始時点で、図１に示す様にフラップ１６は開位置にある。ボールは下部室６に置かれている。ポンプ１０の動力がスイッチオンになると直ちに、フラップ１６に向かうバイパス管７からの水流の作用により、フラップ１６は閉位置に向って上方に回動する。バイパス管７からの水流の作用により、ボールは矢印２２の方向に沿って下部室６の出口１９から排出管２０に運ばれ、ここで図１には示さない遮断部材がクリーニングサイクルの開始時点で開き、ボールはここから熱交換器など冷却されるべき装置を通って出口に至り、ここからボールは図１には示さない濾過用スクリーンにより回収され、矢印２１で示す様に供給管１２からボール捕集器１に戻される。ボールは上部室５の瀘過器１５で捕獲される。なぜならば、開口４はフラップ１６によって閉じられているからである。クリーニングサイクルの終点で、ポンプ１０の動力はスイッチオフとなる。バイパス管７からの水流は停止する。排出管２０は通常図示しない遮断弁で閉じられる。下部室６の水流が停止した後、重力の作用によりフラップ１６は閉位置から開位置に回動して戻る。ボールは上部室５から開口４を通って下部室６に沈降し、次のクリーニングサイクルの開始までそこに止まる。
図２に模式的に示した実施例では、図１に示した形式のボール捕集器１が冷却水で動作する熱交換器２３の管２４の清掃用装置に使うボールの回収に関連して装着されている。クリーニングサイクルの開始時点で、ポンプ１０の動力がスイッチオンとなり、フラップ１６は閉位置に保持され、下部室６に集めれていたボールは排出管２０を介して運ばれる。排出管２０では、流体圧力制御逆止弁２８がポンプの送圧によって開かれており、ボールは出口３２から冷却水管３０に運ばれ、ここでボールは冷却媒体の主流によって取り込まれる。冷却媒体の主流は主ポンプ３３を通っている。熱交換器２３の入口部分３１からボールは熱交換器２３の管２４を通り、最後に出口部分２５に到達する。ここで、ボールは瀘過器２６により冷却媒体流から取り出され、供給管１２を介してボール捕集器１に戻る。供給管１２内の遮断弁２７と排出管２０内の遮断弁２９は上述した系を遮断する為に用いられる。例えば、ボール捕集器１の蓋１４を開けてボールを交換する時である。逆止弁２８は二回のクリーニングサイクルの間の非作動期間に排出管２０を閉じ、この様な非作動期間中出口部分２５と入口部分３１との間の冷却水の好ましくないバイパス流を防いでいる。
図２に示した設備はボール捕集器１の好ましい使用例であるが、ボール捕集器は必ずしもこの使用例に限られるものではない。図３の実施例で表した様に、出口８及び入口９に対して入口１１は９０°ずれている。この関係は出口１９に対しても適用できる。
開口４の寸法を適切に設定して、ボールの沈降を乱さない様にし、且つ蓋１４を取り外した後、手で下部室６からボールを容易に取り出すことができるようにしている。
本ボール捕集器は連続的に冷却サイクルを実行する場合や間欠的に冷却サイクルを実行する両方の場合に使うことができる。
ポンプ１０のみが外部の動力源を必要とし、通常電気モータが用いられる。フラップ１６の形をした遮断部材及び逆止弁２８は流体制御型であり、別途動力源を必要としない。

Claims (12)

1. 例えば熱交換器（２３）、発電所のコンデンサ、冷房空調機などに使われ流体で動作する冷却システムの管（２４）の清掃に使うボールの回収用装置の為のボール捕集器であって、
   ボールの入口を備えた上部室（５）とボールの出口を備えた下部室（６）とに分割されたケース（２）で構成され、該上部室（５）と下部室（６）との間に開口（４）が設けてあり、
   該開口（４）は可動式のフラップ（１６）が閉位置にある時閉鎖され、開位置にある時開放され、
   濾過用スクリーン（１５）を備えた該上部室（５）はポンプ（Ｐ）を有するバイパス管（７）で該下部室（６）に接続されており、該バイパス管（７）を介して水を該上部室（５）から下部室（６）に給送するボール捕集器において、
   該ボール捕集器（１）の該フラップ（１６）を構成及び配置する際、開位置と閉位置の間で水流により回動自在に搭載されており、バイパス管（７）のポンプ（１０）がスイッチオンになった場合該フラップ（１６）は閉位置に保持され、該ポンプ（１０）がスイッチオフになった時開位置に保持されることを特徴とするボール捕集器。
2. バイパス管（７）のポンプ（１０）がクリーニングサイクルの終点でスイッチオフになった場合、該フラップ（１６）は閉位置から開位置に回動し該上部室（５）と該下部室（６）との間の該開口を開放し、該上部室（５）に捕獲されていたボールが該下部室（６）に沈降する一方、クリーニングサイクルの開始点でバイパス管（７）のポンプ（１０）がスイッチオンになった場合、該フラップ（１６）は開位置から閉位置に回動して戻り該開口（４）を閉じることを特徴とする請求項１記載のボール捕集器。
3. 該下部室（６）に入る該バイパス管（７）の入口（９）に対して該フラップ（１６）を適切に構成配置することで、開位置にあった該フラップ（１６）はポンプ（１０）がスイッチオンになった時該バイパス管（７）からの水流によって強制的に該閉位置に係止されることを特徴とする請求項１又は２記載のボール捕集器。
4. 排出管（２０）はクリーニングサイクルの終点で遮断可能であり、モータあるいは流体で作動する遮断部材特には逆止弁（２８）によって遮断されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のボール捕集器。
5. 該ポンプ（１０）はスイッチオンになった場合で且つ該排出管（１２）が開放された場合、該熱交換器（２３）などの入口部分（３１）と出口部分（２５）との間の差圧に打ち勝ち、加えて供給管（１２）及び排出管（２０）の動圧損失にも打ち勝つことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のボール捕集器。
6. 一方では該フラップ（１６）のサイズと重量を選択し、他方では該ポンプ（１０）の圧力を選択することで、該バイパス管（７）からの水流が該フラップ（１６）に及ぼす圧力は該フラップ（１６）を閉位置に移動させる為に十分であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のボール捕集器。
7. 該フラップ（１６）の回動を補助する為のバネが設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のボール捕集器。
8. 該バイパス管（７）の入口（９）は該下部室（６）内で該ケース（２）の出口（１９）と直接連通していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のボール捕集器（図１）。
9. 該バイパス管（７）は該ケース（２）の供給管（１２）及び排出管（２０）に対し９０°ずれていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のボール捕集器（図３）。
10. 該上部室（５）にある濾過用スクリーン（１５）は少なくとも該開口（４）の近傍で実質的に円筒型であり、その自由断面の形状及びサイズは少なくともその終端で該開口（４）の形状及びサイズに見合っていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のボール捕集器。
11. 該フラップ（１６）は回転軸受（１７）を含み、この回転軸受（１７）が、該開口（４）を形成し且つ該ケース（２）の内側に取り付けられた環状板材（３）の下面に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のボール捕集器。
12. 該濾過用スクリーン（１５）は該ケース（２）の蓋（１４）の下面に固定されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のボール捕集器。

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