JP3890505B2 - 熱交換器伝熱管洗浄システムおよび関連した装置 - Google Patents

Description

本発明は、多管式熱交換器の伝熱管内を洗浄する伝熱管洗浄装置に係り、特に洗浄のシステムに関する。本発明はまた、こようなシステム内に包含される流体中で洗浄ボールを捕捉するための捕集装置に関する。本発明はさらにまた、回収したボールを伝熱管流体に再注入するためのボール回収装置を含めた装置に関する。本発明はさらにまた、複数の熱交換器の伝熱管洗浄を一括して運転管理できるシステムに関する。

従来より、多数の伝熱管を装備した熱交換器では、管内を流れる流体により、伝熱管の内面にスケールやスライムなどの付着物により伝熱性能が低下してくるので、これらを防止する対応がとられてきた。一般的には伝熱管内のスケールなどの付着物が初期の脆弱な軟らかい状態のうちに、スポンジボールを用い、これを流体と一緒に伝熱管内を貫流せしめながら、除去するボール洗浄装置が多用されるようになって来た。（例えば、特許文献１参照）以下図１、により従来の伝熱管洗浄システムについて説明する。ひとつの循環管路とこれにバイパス接続されたバイパス管路と組み合わせた管路構成とし、これらを一体のユニットとに組み込み、スポンジボールを熱交換器に連続的に流す事が出来る連続洗浄が可能な洗浄方法が提供されている。この方法はボールの捕集・回収・投入の循環サイクルを特殊なボール循環ポンプを使って行うシステムである
特開平４−１３０９５号公報（第５頁 第１図）

また、ボールの捕集・回収・投入の循環サイクルをボール循環ポンプを使用しないで行うシステムがある。（例えば、特許文献２参照）以下１図、３Ａ図から３Ｇ図までにより従来の伝熱管洗浄システムについて説明する。このシステムでは捕集・回収したボールを管の上流の流体管路に注入するに際して、圧縮器を設けこれに圧縮空気を導入して、ボールを随伴した流体を加圧してから注入する方法としている。またボールの捕集については、円柱状ふるいの内側でボールを捕集すためのいろいろの提案がなされている。
特許第３３０６８２９号公報（第９頁１Ａ図、第１１頁３Ａ図から第１２頁３Ｇ図）

従来の熱交換器の伝熱管洗浄装置のうち、ボールの捕集・回収・注入の循環サイクルをボール循環ポンプによって行う方式は、自動運転や複数の熱交換器を一括して洗浄運転を管理するに最適なシステムであるが、ボール循環ポンプが流体に随伴するボールを損傷させない特殊な構造のものが必要となる。
また、最近、高層ビルデングなどに使用される冷凍機用熱交換器では、伝熱管の流体圧力が高くなる傾向にあり、この圧力下で使用できる特殊構造のボール循環ポンプは割高で調達も難しくなってきた。またこの方式では、伝熱管を貫流した熱交換を行った温度の高い流体を、伝熱管の上流側に再注入する事になり熱交換器としては好ましくない運用方法となっている。

前述の、ボールの捕集・回収・投入の循環サイクルをボール循環ポンプを使用しないで行うシステムにおいては、捕集・回収したボールを伝熱管の上流の流体管路に注入するために、特殊な圧縮器や、圧縮空気の供給設備が必要となり、かつ複雑な運転操作を自動化すための制御装置が必要となる。また熱交換器ごとに伝熱管洗浄が必要なシステムであり、複数の熱交換器を一括して運転管理するのには適していない。また、ボール捕集装置は、円筒状ふるいの内部にボールを集めて捕集する構造としており、流体の動圧でボールが内壁に押し付けられのでボール排出が難しくなるため、これを防止するための色々な対応が必要となっている。

ボールの捕集・回収までは流体のエネルギーを利用して行い、ボールの注入は一般のポンプで行うシステムとした。このため伝熱管の下流の管路でボールを捕捉するボール捕集装置、ボール捕集装置の下流でボールの回収・注入を行うボール回収装置と、伝熱管の上流の流体管路へボールを注入するボール注入ポンプで構成されたシステムとなる。

ボール捕集装置に用いられるボール捕集器は、伝熱管の下流の流体管路に取り付けられ、流体に随伴して流下するボールを捕捉して集めるもので、下流のボール回収装置よりボールの回収条件が成立しない間、一時的にボールを停蓄でき、回収操作とともにボールが回収器に排出できる機能を有する。このためボール捕集器は円筒筐体とし、接線方向から流体を導入し、流体は筐体内面の円周方向に流動しながら円筒状ふるいに吸引され、ボールはふるい上流側に停蓄される。ボールの排出口は筐体に複数個設け、それぞれのボール取出管を任意の順序で開閉する事により容易に排出ができる作用を有する。

ボール回収装置に用いられるボール回収器は、ボール捕集装置からのボール回収と、一旦回収したボールを伝熱管上流の管路に注入するため、筐体内のふるいを境として上流と下流の流体取入口に、三方切替弁を直結してある。
ボール回収器の上流の流体取入口よりボールを回収している時は、ボール回収器の下流の流体取入口より流体を排出してボールを回収する。このボールを伝熱管上流の管路に注入ときには、ボール回収器の上流の流体取入口の方向に三方切替弁を切替えボール注入方向とし、ボール回収器の下流の流体取入口はボール注入ポンプより流体を導入する方向に三方弁を切替ることで達成できる。

熱交換器が複数ある場合には、ボール注入の管路の途中に三方切替弁などを設け、またボール装置からボール回収装置に至る管路の途中にも三方切替弁などを設けることにより、ボール回収装置、ボール注入ポンプは複数の熱交換器に共用させる事が出来る。それぞれの熱交換器のボール捕集装置やボール注入部分に、三方切り替弁より分岐した配管を接続することにより、多数の熱交換器を一括運転管理するシステムが構築できる。

本発明は、特に冷凍機伝熱管の洗浄分野に適している。冷凍機に於いては冷却水側の圧力が高くなりつつあり、従来のボール循環ポンプ方式では、ポンプ調達が高価で調達が難しくなってきたこと、冷凍機は集中配備されていることが多く、数多い冷凍機を一括運転管理する傾向が高まって来ていることなどに効果を発揮するものである．

ボール捕集装置の主体となるボール捕集器は、筐体内に導入された流体に随伴するボールを、筐体内で発生する円周方向の旋回流によって、円柱状ふるいの外表面に強固な付着せず、付着・剥離を繰り返しながら浮遊するため、それぞれのボール取出管を開閉操作することにより、ボールを容易に排できるものである。これは、ボール捕集器の筐体内の円柱状ふるいと、円周方向に旋回流を生じさせるため取入口を筐体円周の接線方向としたことにある。

ボール回収装置のうち、ボール回収器は付属する切替弁の連動操作によって、ボール回収は流体の持つエネルギーを利用して流体のみを系統外に排出し、ボールを筐体内部のふるいで回収できる。一旦回収されたボールはボール注入ポンプを駆動せしめ３７切替弁を操作して流体を回収器に導入する。３５切替弁を切り替えてボールを伝熱管上流の流体管路に注入することが出来る。このため、ボール注入ポンプ自体ははボールの流通と直接的な関与がないため、ポンプはボールの損傷などに配慮することのない一般構造のものとすることが出来る。

複数の熱交換器を一括して洗浄運転管理する場合には、図４の如く、１３注入ポンプ、３０ボール回収器を共有させ、１３注入ポンプは熱交換器の冷却水管路より分岐せず、５０冷却水貯りより直接くみ上げるシステムを構築する事が出来る。これにより、２Ａ，２Ｂ冷却水ポンプの運転状況に左右されないで取水ができるので、洗浄伝熱管装置の運転において、複数の熱交換器を一括運転管理するに適した洗浄システムを提供する事ができる。

実施例について図面を参照して説明すると、図１において、４熱交換器に５伝熱管がある。１冷却水吸込管の冷却水は２冷却水ポンプで吸引され、３冷却水入口管を通って４熱交換器の５伝熱管の内部を貫流し、７冷却水出口管から２０ボール捕集器を通り８冷却水出口管に至る。このような冷却水の流れが形成されている状態のとき、５伝熱管の内面を洗浄するボール（図示せず）は、伝熱管の上流にある３冷却水入口管の１１ボール投入口より注入される。５伝熱管内を貫流したボールは７冷却水出口管を通り２０ボール捕集器に流入する。冷却水中のボールは２０ボール捕集器内で捕捉・捕集され２４切替弁の操作により２３Ａ。２３Ｂ取出管から排出され９ボール取出管の管路に取出される。ボール回収装置の３０ボール回収器には、３５，３７切替弁が付属しおり、ボールの回収を行う時は、９ボール取出管の流れを３０ボール回収器に導入する．この３５切替弁と連動して３７切替弁を作動させ３８排水管の管路に冷却水のみを排出する。この動きによりボールのみが３０回収器の内部のふるいで、回収される。冷却水のこの一連の動きは、冷却水が保有するエネルギーを系外に排出する事により容易に達する事が出来るし、３０ボール回収器は任意に開閉して、磨耗したボールの補充や交換が可能な構造とする。３０ボール回収器の内部にあるボールを熱交換器に注入する時は、３冷却水入口管の１１注入水取入口に接続された１３注入ポンプの運転と連動して３７、３５切替弁を切替てボールを注入する経路を形成する。３７切替弁は注入水を回収器内に導入し３５切替弁は１０ボール注入管への流れに切り替わることにより、ボールは１１ボール注入口より３冷却水入口管に注入される。１３注入ポンプの楊程は１１ボール注入口の水圧条件を考慮して選定される、また１３注入ポンプはボールが直接通過することがないため、ボール損傷などに配慮した特殊構造のものとする必要性が無くなる。

図２Ａはボール捕集装置の縦断面、図２Ｂはボール捕集装置の縦断面を示し、冷却水は７冷却水出口管が２０ボール捕集器の円筒筐体と接線方向に導入されている実施例を示す。２０ボール捕集器の円筒筐体内には、円柱状の２１ふるいが７冷却水出口管と交差するように配備され、円柱状の２１ふるいと同軸線方向に８冷却水出口管が取り付けてある。７冷却水出口管から冷却水に随伴したボールが、２０ボール捕集器の円筒筐体の内壁に沿って、円周方向の旋回流を伴いながら円柱状の２１ふるいに流入する。円筒状の２１ふるいの外表面に付着したボールは、円筒筐体の旋回流よる剥離・付着を繰り返しながら円筒状２１ふるいの外表面を移動する。２３Ａ、２３Ｂ取出管を任意に２４切替弁を開閉操作することにより、ボール捕集器の円筒筐体内のボールが８ボール取出管に容易に排出することが出来る。

図３はボール回収装置を示し、３０ボール回収器の内部には３１ふるいが格納されており、６ボールを３１ふるいの面で回収する。３０ボール回収器には、３５、３７切替弁が接続されてあり、６ボールを回収する状態では、３５切替弁は３４ボール導Ｈッ排口を経由して３０ボール回収器に流入し３１ふるいで回収される。冷却水は３７切替弁で３８排水管の方向に切替られ冷却水のみが排出される。３１ふるいで回収された６ボールをボール注入管路に送出するため、３７切替弁を１４ボール注入管の方向に切替えて注入水を３６導排水口より３０ボール回収器に導入すると、連動して３５切替弁が１０ボール注入管の流入方向に切替りボール注入ラインが成立する。

図４は、独立した４Ａ、４Ｂ熱交換器が２台ある場合に３０ボール回収器、１３注入ポンプを共用とした洗浄システムを構築する方法の実施例である。３０ボール回収器に導入される９ボール取出管の管路に４０切替弁を設け、この４０切替弁に接続する配管９０Ａ，９０Ｂボール回収管を設けこの配管を２４Ａ、２４Ｂ切替弁に接続することにより、４Ａ，４Ｂ熱交換器２台に対し３５ボール回収器、注入ポンプがそれぞれ１台で共用するシステムが出来る。このため、４０切替弁を更に多段化することにより、複数の独立した運転系を持つ熱交換器に１台のボール回収器、注入ポンプで対処できるシステムを構築することも可能となる。
ボール注入についても、１０ボール注入管の管路に４１切替弁を配備し１００Ａ，１００Ｂボール注入管に分岐することによって２台の熱交換器に対応できる。この４１切替弁を多段化することにより、熱交換器が複数ある場合においても、３０ボール回収器および１３注入ポンプをそれぞれ１台で各熱交換器に共用できるシステムとなり、安価な一括運転管理が出来る自動洗浄システムが容易に構築できる。
独立した運転系を持つ複数台の熱交換器を一括洗浄する場合には２Ａ、２Ｂ冷却水ポンプを運転監視するシステムとなるため、２Ａ、２Ｂ冷却水ポンプの何れかが停止しいても、１３注入ポンプは５０冷却水溜より直接取水できるようにしてあるため、複数の熱交換器を一括して洗浄運転管理する事ができるし、この方法はとくに複数の冷凍機などの熱交換器用に有効となる。

熱交換器の伝熱管洗浄システムの系統図 ボール捕集装置の縦断面図 ボール捕集装置の横断面図 ボール回収装置の断面図 複数の多管式熱交換器を一括運転管理するシステムの系統図

符号の説明

１冷却水吸込管 ２．冷却水ポンプ ３、冷却水入口管 ４．熱交換器 ５．伝熱管 ６．ボール ７、８．冷却水出口管 ９．ボール取出管 １０．ボール注入管 １１．ボール注入口 １２．注入水取入口 １３．注入ポンプ １４．ボール注入管 ２０．ボール捕集器 ２１．ふるい ２２．ボール捕集器蓋 ２３．取出管 ２４．切替弁 ３０．ボール回収器 ３１．ふるい ３３．ボール回収器蓋 ３４．ボール導排口 ３５、３７．切替弁 ３６．導排水口 ３８．排出管 ４０，４１．切替弁 ９０Ａ、９０Ｂ．ボール取出管 １００Ａ、１００Ｂ。ボール注入管

Claims (3)

1. 熱交換器の伝熱管内部を洗浄するシステムであって、
   （ａ）システム中を流通する流体によって随伴される複数のボール
   （ｂ）伝熱管の下流の流体管路で前記ボールを捕捉するためのボール捕集装置
   （ｃ）前記ボール捕集装置の下流に前記ボールを回収するためのボール回収装置
   （ｄ）前記ボール回収装置の下流に設けた前期ボールを流体で加圧する注入ポンプ
   とを備え、
   （ｅ）前記ボールを伝熱管の上流に流体に随伴させて圧入するための前記注入ポンプと、前記注入ポンプは前記ボール回収装置に配管で連結され、前記注入ポンプの吸入側は伝熱管の上流部分に接続し、
   （ｆ）前記ボール回収装置に回収された前記ボールは前記注入ポンプで吸引された流体に随伴して伝熱管の上流の管路に圧送され、それぞれの伝熱管に分配されながら伝熱管内部を貫流し、
   （ｇ）前記ボール捕集装置の前記ボール捕集器は円筒筐体の接線方向に流体入口と、前記円筒筐体の軸方向に流体出口と、前記円筒筐体の内部には円柱状のふるいが前記流体出口と直結され、前記ボールは前記筐体内面と前記円柱状の前記ふるいの外表面との間隙部で捕集し、
   （ｈ）前記円筒筐体に前記ボール取出口を複数個設け、任意に前記ボール取出口の開閉を行うことが出来る
   熱交換器伝熱管洗浄システム。
2. 請求項１の熱交換器伝熱管洗浄システムにおいて、ボール捕集装置の下流でボールを回収するためのボール回収装置であって、
   （ａ）ボール回収器の筐体内部にふるいを設け、流体に随伴するボールをふるい部分で回収し、
   （ｂ）前記ボール回収器の前記ふるいを境にして上流と下流に流体取入口を設け、これに三方切替弁をそれぞれに直結し、
   （ｃ）前記ボール回収器の上流の前記流体取入口より、前記ボールを回収している時は下流の前記流体取入口から流体を系外に排出し、
   （ｄ）前記ボール回収器の上流の前記流体取入口より、前記ボールを注入する時は下流の前記流体取入口には前記注入ポンプからの流体を導入する
   ボール回収装置。
3. 複数の熱交換器を一括して洗浄する請求項１の熱交換器伝熱管洗浄システムであって、（ａ）複数の熱交換器のボール捕集器からのボール取出管の管路に設けた切替弁
   （ｂ）前記切替弁を経由して複数の熱交換器に共有のボール回収器に至る管路
   （ｃ）前記ボール回収器からボール注入管の管路に複数の熱交換器に前記ボールを注入するための前記切替弁
   （ｄ）前記ボール回収器に冷却水貯りから直接取水する注入ポンプとその管路
   （ｅ）前記ボール回収器と前記注入ポンプとその管路を共有とした複数の熱交換器伝熱管を洗浄することが出来ることを特徴とした
   熱交換器伝熱管洗浄システム。

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