JP4227095B2 - 改良型クリーニングシステム - Google Patents

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Description

本発明は、配管の内部を浄化するために可動クリーニングエレメントを使用するクリーニングシステムに関する。
一般的に、配熱システムは、流体を導通する配管を含むコンデンサユニットを有している。流体が配管を流れるにつれ配管内に形成される汚れや他の望ましくない付着物を防ぐために、このような配管の内部を浄化するさまざまな方法が提示されてきた。
提示された一つの方法として、配管より少し大きい直径のゴムあるいはスポンジ素材から成るクリーニングボールを使用するという方法があり、流体とともに配管内を流れるときにボールが圧縮されるものである。この方法では、壁を清潔に、実質的に付着物がない状態に保つように、ボールが配管の壁をこするように構成される。通常、ボールと流体は、流体が流れる方向に、配管の上流側から下流側へと、配管内を流れる。その後、ボールは、下流側において流体から分離され、配管の上流側へと再循環される。米国特許第6,070,652号に記載されているようなポンプは、一般的に、ボールを再循環する手段を提供する。
米国特許第6,070,652号
しかしながら、ボールを再循環させるのにポンプを使用するデメリットは、ポンプが故障しやすく、また、このようなシステムは、通常、メンテナンスや修理に相当な中断時間がかかるということである。
上述のデメリットを解決するために、米国特許第5,592,990号に例示されているように、ボールの再循環にポンプを使用しないクリーニングシステムが提示されてきた。この先行文献において、再循環手段は、配管の上流側と下流側との間に配置されたハウジングを含む。該ハウジングは、ハウジングを上部区画と下部区画とに分ける孔のある仕切りを含む。このハウジングによって、ボールを再循環し、収集する場合、該仕切りは、流体を下部区画に通過させ、一方、ボールを上部区画に留める。さらに、該ハウジングは、上部区画の一端を配管の下流側に接続する第一通路と、上部区画の他端を配管の上流側の第一セクションと第二セクションに接続する第二、第三通路とを含み、第二セクションの圧力が、第一セクションにおける圧力に比べてやや低く、配管の下流側の圧力よりは高くなっている。また、該ハウジングは、他の3つの通路のどの圧力よりも低い圧力のソースに下部区画を接続する第四通路を含む。また、この先行文献に開示されるクリーニングシステムは、前記のそれぞれの通路に沿って流体の流れを調節するため、複数のバルブを有している。ボールを再循環するために複数のバルブを開閉するという一連の動作が必要となるという、複雑な設計である。さらに、ハウジングにボールを引き入れるには、第四通路に配置されたバルブを開かなければならず、これによって、流体が排出される。結果として、ボールが再循環するたびに流体が無駄になり、相対的に、このようなシステムの維持コストが高くなる。
米国特許第5,592,990号
本発明の目的は、先行文献のデメリットのうち少なくとも一つを解決するクリーニングシステムを提供することである。
本発明は、概括すると、二つのバルブの開閉を調節することによって再循環される、クリーニングボール等のクリーニングエレメントを使用して、吸込管と引出管とに接続された配管を浄化するシステムを提供する。
本発明の第一のものは、流体が内部に流れる配管のクリーニングシステムにおいて、該配管は吸込管及び引出管に接続され、該システムは、該配管を通過する流体とともに循環する多数のクリーニングボール;該引出管に配置され、該流体から該クリーニングボールを分離するように構成され、流体は通過するがクリーニングボールは通過することができないせん孔を含む分離器;該クリーニングボールを収集するように構成されたハウジングを含む再循環手段であり、該ハウジングは、孔のある仕切りによって分けられた第一区画及び第二区画を有し、該孔のある仕切りは、流体は該第二区画に通過するが、クリーニングボールは通過することができないように構成された再循環手段;該ハウジングの該第一区画にある第一開口に連結する入口と、該吸込管の第一開口に連結する出口とを有するボール供給管;該吸込管の第二開口に連結する入口と、該ハウジングの該第一区画にある第二開口に連結する出口とを有する流体供給管;該ハウジングの該第二区画にある開口に連結する入口と、該引出管の拡張部に配置された該分離器の後であり、該引出管にある開口に連結する出口とを有する流体戻り管;該分離器の開口に連結する入口と、該ハウジングの該第一区画にある第三開口に連結する出口とを有するボール戻り管;該流体供給管の入口では高圧が発生し、該ボール供給管の出口では低圧が発生し、この圧力の差によって、該クリーニングボールが該ハウジングから該吸込管へと移動する、該吸込管へのクリーニングボールの供給手段;及び、該ボール戻り管の入口では高圧が発生し、該流体戻り管の出口では低圧が発生し、この圧力の差によって、該クリーニングボールが該分離器から該ハウジングへと戻る、該ハウジングへのクリーニングボールの戻り手段を有し、該再循環手段、該クリーニングボールの供給手段、及び、該クリーニングボールの戻り手段は、多数のクリーニングボールを、該吸込管から該引出管へと選択的に移動するように構成され、該分離器は、流体を通過させるが、該クリーニングボールを通過させない長方形のせん孔が形成された長方形スロットを含み、さらに、該システムは、該分離器手前の該引出管において流体とクリーニングボールとを回転させる回転手段を含み、クリーニングボール同士が衝突する回数を増加し、クリーニングボールが配管を通過した後に、その表面に蓄積された汚れを除去するために、該長方形スロットと連携すると共に、該分離器は漏斗の形状であり、該長方形スロットの形状であるせん孔は、該漏斗の頂点に向かう径方向に平行ではない長さ方向を有し、かつ、該長方形スロットは、流体の流れの方向にみた場合に、時計方向/反時計方向に傾く長さ方向を有し、さらに、該分離器の手前の該引出管における該回転手段の回転方向は、該長方形スロットの長さ方向と反対であることを特徴とする
クリーニングシステムの再循環手段はさらに、流体供給管に沿って配置された第一バルブ、流体戻り管に沿って配置された第二バルブ、ボール供給管に沿って配置された第一の一方向バルブ、及び、ボール戻り管に沿って配置された第二の一方向バルブを含み、該第一の一方向バルブは、クリーニングボールをハウジングから吸込管へと移動させる働きをし、該第二の一方向バルブは、クリーニングボールを分離器からハウジングへと移動させる働きをすることが好ましい。
クリーニングシステムの再循環手段は、さらに、ボール戻り管に沿って配置された第三バルブとボール供給管に沿って配置された第四バルブとを含むことが好ましい。
クリーニングシステムは、配管の手前の吸込管において、クリーニングボールが配管にランダムに分配されて入るように、流体とクリーニングボールとを回転させる第一の手段を含むことが好ましい。
上述の本発明の実施例の利点は、吸込管と引出管とにおける異なる圧力が吸水力を発生し、該吸水力により配管を浄化するためにクリーニングボールを循環する簡便で安価な方法を提供することである。また、このようなシステムは、流体を無駄にしないため環境にも優しい。
本発明は、特に、熱交換器あるいはコンデンサ(condenser)の流体案内管の浄化に役立つ。そのため、本発明は、以下において、このような応用について説明される。
図1は、コンデンサ7内の配管8の浄化に使用するクリーニングシステムの図である。該配管8は、吸込管5と引出管9とに接続された、複数の平行に空間配置された配管の形状をしている。水などの冷却流体は、配管8を通過し、入口25から配管8の空間を通り出口29へと循環する、蒸気や冷媒ガス等のもう一つの流体を凝縮する。
(W1に示される方向の)冷却流体は、吸込管5によってコンデンサの配管8の上流側に接続される吸込ダクト1から、該配管8の中を通って、引出管9によって該配管8の下流側に接続されている引出ダクト15へと循環する。
クリーニングシステムは、複数のクリーニングエレメントを含むが、この例においては、クリーニングボール20が使用されている。このクリーニングボール20は、主として、スポンジ素材から成り、配管8の直径より少し大きい直径を有している。このため、ボール20は、配管8内に粒子が滞留、付着しないよう、配管内を押し流される際に、圧縮されている。このようにして、熱交換の効率を低め、さらには腐食を招く不要な付着物が、配管8内に蓄積するのを防ぐ。
さらに、クリーニングシステムは、分離器12と、引出管9から吸込管5へとクリーニングボール20を移動させる再循環手段とを含む。
分離器12の機能は、引出管9において冷却流体からクリーニングボール20を分離することであり、本実施例においては、分離器12は漏斗状である。分離器12は、引出管9と、流体を放出する引出ダクト15との間に配置されている。分離器12は、流体が引出ダクト15を通過するが、クリーニングボール20は通過することができないように構成されたせん孔を含む。
好ましくは、該せん孔は、特定の方向に傾いた、例えば、流体の流れの方向に見たときに反時計方向に傾いた、長さ方向を有する長方形スロット32の形状であることが好ましい。本実施例による分離器12、及び、長方形スロット32の詳細な図を、それぞれ図5、6に示す。分離器12は、引出管9から吸込管5にクリーニングボール20を移動する再循環手段に接続されている。
本実施例において、再循環手段は、クリーニングボール20を収集するハウジング21を含む。ハウジング21は、孔のある仕切り28を有し、ハウジング21の内部を、仕切り28の両側にある第一区画19と第二区画27とに分けている。流体は仕切り28を通過することができるが、クリーニングボール20は通過することができず、その結果、クリーニングボール20は、第一区画19内に蓄積する。さらに、ハウジング21は、第一区画19を覆い、クリーニングボール20を追加又は除去するために取外し可能としたカバー18を含んでもよい。
さらに、再循環手段は、流体戻り管16とボール戻り管17とを含む。ハウジング21から引出ダクト15へと流体を移動させる(クリーニングボール20は移動させない)ために、流体戻り管16は、ハウジング21を引出ダクト15に接続するのに使用される。流体戻り管16は、ハウジング21の第二区画27にある入口30と、引出ダクト15にある出口14とを有する。引出管9からハウジング21へとクリーニングボール20を移動させるために、ボール戻り管17は、分離器12をハウジング21へと接続するのに使用される。ボール戻り管17は、分離器12にある入口13と、ハウジング21の第一区画19にある出口31とを有する。ボール戻り管17の入口開口部13は、引出管9の流体の流れW3の方向と反対に形成されており、そのためボール戻り管17の入口13における圧力が流体戻り管16の出口14における圧力より高くなっている。ボール戻り管17は、クリーニングボール20を交換、又は追加する時を除いて、常に開いている手動バルブHV2を含んでもよい。
また、再循環手段は、ボール供給管24と流体供給管23とを含む。クリーニングボール20をハウジング21から吸込管5へと戻って供給するために、ボール供給管24は、ハウジング21を吸込管5に接続するのに使用される。
ボール供給管24は、ハウジング21の第一区画19にある入口26と、吸込管5にある出口3とを有する。ボール供給管24は、クリーニングボール20を交換する時を除いて、常に開いている手動バルブHV1を含んでもよい。吸込管5からハウジング21へと流体を供給するために、流体供給管23は、吸込管5をハウジング21へ接続するのに使用される。流体供給管23は、吸込管5にある入口2と、ハウジング21の第一区画19にある出口22とを有する。流体供給管23の入口2は、吸込管5の流体の流れW1と反対の方向に形成されており、流体供給管23の入口2における圧力がボール供給管24の出口3における圧力より高くなっている。
コンデンサ配管8の下流側からハウジング21を通って該コンデンサ配管の上流側への、クリーニングボール20の流れを調整するために、クリーニングボールの供給手段及びクリーニングボールの戻り手段は、流体供給管23と流体戻り管16とに沿って配置された二つのバルブV1とV2とを有する。クリーニングボール20の供給手段は、クリーニングボール20がハウジング21から吸込管5へと吸い込まれるように、第一バルブV1を開き、第二バルブV2を閉じた状態に保つことで動作する。クリーニングボール20の戻り手段は、クリーニングボール20が分離器12からハウジング21へと吸い込まれて戻るように、第二バルブV2を開き、第一バルブV1を閉じた状態に保つことで動作する。
また、ハウジング21は、ボール供給管24及びボール戻り管17に沿って配置された、二つの逆止バルブあるいは一方向バルブを含む。
第一の逆止バルブCV1は、流体とクリーニングボール20とが、ハウジング21から吸込管5の方向へのみ流れるのを許可し、その逆はない。第二の逆止バルブCV2は、流体とクリーニングボール20とが、分離器12からハウジング21の方向へのみ流れるのを許可し、その逆はない。
さらに、クリーニングシステムは、吸込管5及び引出管9に配置された回転手段(rotation means)を含んでもよい。本実施例においては、プロペラが使用されている。
第一プロペラ4は、符号6に示されるように、クリーニングボール20を回転させて、クリーニングボール20がランダムパターンで配管8に入り込むように、配管8の手前で吸込管5に配置されている。回転手段は、クリーニングボール20がコンデンサ7に入り込むときに、遠心力によりランダム分布となることを保証している。第二プロペラ10は、流体とクリーニングボール20とが回転し、分離器12の口部11においてクリーニングボール20同士がぶつかり合うように、分離器12の手前で引出管9に配置されている。これは、クリーニングボール20が配管8を通過した後に、その表面に蓄積した汚れを除去するために、クリーニングボール間の衝突の数を増やすものである。
クリーニングシステムの様々な要素を述べたため、図1,2,3及び4を参考にクリーニングシステムの動作について説明する。
図1に示した、最初の状態を仮定する。最初の状態では、バルブV1及びV2は閉じられ、クリーニングボール20は、ハウジング21の第一区画19に蓄積されている状態である。ボール供給管24の出口3における圧力が、ボール戻り管17の入口13における圧力より高いため、そして、二つの逆止バルブCV1及びCV2の機能により、ボール供給管24及びボール戻り管17内では、流体は流れていない。
コンデンサ7が動作しているとき、冷却流体は吸込管5を通過する。流体力学の原理によると、流体供給管23の入口2が吸込管5の流体の流れW1と反対方向に形成されているため、流体供給管23の入口2における静水圧は、ボール供給管24の出口3の静水圧よりも高くなる。
この圧力の差は、流体供給管23を通じて吸込管5からハウジング21へと、流体を引き込み、あるいは吸い込み、そして、ボール戻り管24を通じてハウジング21から吸込管5へと、流体及びクリーニングボール20を引き込む、あるいは吸い込む吸水力を生じる。
ハウジング21から吸込管5へと、クリーニングボール20を吸い込むのを許可するため、第一バルブV1を開いて、第二バルブを閉じる。それにより、吸込管5からハウジング21へと吸い込まれた流体と、クリーニングボール20とが、ハウジング21から吸込管5へと吸い出され、配管8に循環し、配管8の内壁を浄化する。この状況は、図2に示す。流体供給管23からハウジング21への流体の流れ、及び、一方向逆止バルブCV1を通るハウジング21からのクリーニングボール20の流れの方向は、太字の矢印で図2に示す。
クリーニングボール20の移動を起点とするクリーニングボール20の供給手段は、第一バルブV1を開き、第二バルブV2を閉じることで動作する。このように、流体供給管23の入口2の圧力とボール供給管24の出口3の圧力との差によって、ハウジング21からのクリーニングボール20は、ハウジング21から配管8の上流側へと引き込まれ、あるいは吸い込まれる。
全てのクリーニングボール20が吸込管5に引き込まれた後に、バルブV1は閉じられ、V2は閉じたままである。図3に示すように、第一バルブV1が閉じた際に、クリーニングボール20の供給が止まる。
第一バルブV1が開いている時に、第一プロペラ4もまた、流体の流れW2とクリーニングボール20とが回転し、その結果、クリーニングボール20が配管8にランダムに入り込むように作動する。
クリーニング工程の後、第二プロペラ10は、クリーニングボール20をもう一度回転させ、クリーニングボール20が、お互いに、また汚れた粒子とぶつかり合って、クリーニングボール20によって配管8から除去され、クリーニングボール20に付着している汚れた粒子をこすり落とす。汚れた粒子は、その後、流体の流れW3によって運ばれ、引出ダクト15から排出される。注目すべきは、第二プロペラ10、ひいてはクリーニングボール20の回転方向は、分離器12の傾きスロット32に比べて、反対の方向にあることが好ましいことである。例えば、傾きスロット32の長さ方向が反時計方向である場合、プロペラ10によるクリーニングボール20の回転は、好ましくは、時計方向になる。これは、クリーニングボール20同士の衝突を増加させる。
図3に示すように、回転の後、クリーニングボール20は、分離器12の口部11に蓄積される。
流体力学の原理によると、ボール戻り管17の入口13が引出管9の流体の流れW3と反対方向に形成されているために、ボール戻り管17の入口13における静水圧は、流体戻り管16に出口14の静水圧よりも高くなる。
この圧力の差によって、ボール戻り管17を通り分離器12からハウジング21へと、流体(及びクリーニングボール20)を引き込む、あるいは吸い込む、そして、流体戻り管16を通ってハウジング21から引出ダクト15へと、流体を引き込む、あるいは吸い込む(ハウジング21の孔のある仕切り28によりクリーニングボール20は引き込まれない、あるいは吸い込まれない)ように、吸水力が発生する。
分離器12からハウジング21へのクリーニングボール20の戻り手段は、第二バルブV2を開き、第一バルブV1を閉じた状態に保つことで動作する。それにより、クリーニングボール20は分離器12からハウジング21へと吸い込まれ、流体はハウジング21から引出ダクト15へと引き込まれる(ハウジング21の孔のある仕切り28により、クリーニングボール20は引き込まれない)。この状況は、図4に示す。
ボール戻り管17からハウジング21への流体とクリーニングボール20との流れ、及び、第一区画17から第二区画27へ、そして流体戻り管16への流体の流れの方向を、太字の矢印によって示す。
最後に、全てのクリーニングボール20が、ハウジング21の第一区画19に帰着し、そこに蓄積すると、図1に示すようにバルブV1及びV2の両方が閉じられる。クリーニングボール20の戻り操作は、第二バルブV2が閉じられた時に止まる。
ハウジング21へのクリーニングボール20の戻り手段は、第二バルブV2を開き、第一バルブV1を閉じた状態に保つことにより動作することがわかる。ハウジング21からクリーニングシステムへのクリーニングボール20の供給手段は、第一バルブV1を開き、第二バルブV2を閉じた状態に保つことで動作する。両方の操作において、クリーニングボール20は、クリーニングボールの供給手段の操作、及び、クリーニングボールの戻り手段の操作により再循環手段を循環する。両方の操作において、ボール戻り管17の入口13と流体戻り管16の出口14との間の圧力差、及び、流体供給管23の入口2とボール供給管24の出口3との間の圧力差は、二つのバルブV1、V2を開閉、あるいはその逆を行うだけで発生する。それ故、全クリーニングシステムの操作は、二つのバルブV1及びV2によって簡単に調節することが可能であり、手動でも、機械によっても操作することができる。
必要であれば、クリーニングボール20を交換する必要がある場合に、手動バルブHV1及びHV2を閉じ、カバー18を開き、クリーニングボール20を交換することができる。
本発明を好適例を用いて説明したが、当然のことながら、これはほんの一例の説明に過ぎず、添付のクレームに記載の発明の範囲に逸脱しない程度に当業者が本発明を変更、修正、応用することもあり得る。
上述の実施例から、全クリーニングシステムの操作は、二つのバルブV1及びV2によって簡単に調節することが可能であり、手動によっても、自動的に操作する手段によっても操作することができる。さらに、全クリーニングシステムは可動部が限定され、それ故、より信頼性があり、整備も少なくなる。
また、クリーニングシステムは、冷却流体がクリーニングボール20とともに容易に再循環し、冷却流体を無駄にしない。
休止しているクリーニングボールを収容するハウジングと分離器とを含む本 発明のクリーニングシステムを示す図である。 クリーニングボールがハウジングを起点に配管を循環する、図1のクリーニングシステムを示す図である。 クリーニングボールが配管を通り、図1の分離器に捕捉される状況を示す図である。 クリーニングボールが図1のハウジングに循環して戻される状況を示す図である。 クリーニングボールが配管を通った後に、該クリーニングボールを捕捉する図3の分離器の断面図を示す。 図5の分離器の詳細図である。

Claims (4)

  1. 流体が内部に流れる配管のクリーニングシステムにおいて、該配管は吸込管(5)及び引出管(9)に接続され、
    該システムは:
    該配管を通過する流体とともに循環する多数のクリーニングボール(20);
    引出管に配置され、流体からクリーニングボール20を分離するように構成され、流体は通過するがクリーニングボール(20)は通過することができないせん孔を含む分離器(12);
    クリーニングボール(20)を収集するように構成されたハウジング(21)を含む再循環手段であり、ハウジング(21)は、孔のある仕切り(28)によって分けられた第一区画(19)及び第二区画(27)を有し、該孔のある仕切り(28)は、流体は第二区画(27)に通過するが、クリーニングボール(20)は通過することができないように構成された再循環手段;
    ハウジング(21)の第一区画(19)にある第一開口に連結する入口(26)と、吸込管(5)の第一開口に連結する出口(3)とを有するボール供給管(24);
    吸込管(5)の第二開口に連結する入口(2)と、ハウジング(21)の第一区画(19)にある第二開口に連結する出口(22)とを有する流体供給管(23);
    ハウジング(21)の第二区画(27)にある開口に連結する入口(30)と、該引出管の拡張部に配置された該分離器の後であり、該引出管(15)にある開口に連結する出口(14)とを有する流体戻り管(16);
    分離器(12)の開口に連結する入口(13)と、ハウジング(21)の第一区画(19)にある第三開口に連結する出口(31)とを有するボール戻り管(17);
    流体供給管(23)の入口(2)では高圧が発生し、ボール供給管(24)の出口(3)では低圧が発生し、この圧力の差によって、クリーニングボール(20)がハウジング(21)から吸込管(5)へと移動する、吸込管(5)へのクリーニングボールの供給手段;及び、
    ボール戻り管(17)の入口(13)では高圧が発生し、流体戻り管(16)の出口(14)では低圧が発生し、この圧力の差によって、クリーニングボール(20)が分離器(12)からハウジング(21)へと戻る、ハウジング(21)へのクリーニングボール(20)の戻り手段を有し、
    該再循環手段、該クリーニングボールの供給手段、及び、該クリーニングボールの戻り手段は、多数のクリーニングボール(20)を、吸込管(5)から引出管(9)へと選択的に移動するように構成され、
    分離器(12)は、流体を通過させるが、クリーニングボール(20)を通過させない長方形のせん孔が形成された長方形スロット(32)を含み、さらに、該システムは、分離器(12)手前の引出管(9)において流体とクリーニングボール(20)とを回転させる回転手段(10)を含み、クリーニングボール同士が衝突する回数を増加し、クリーニングボール(20)が配管(8)を通過した後に、その表面に蓄積された汚れを除去するために、長方形スロット(32)と連携すると共に、
    該分離器(12)は漏斗の形状であり、
    該長方形スロット(32)の形状であるせん孔は、該漏斗の頂点に向かう径方向に平行ではない長さ方向を有し、かつ、該長方形スロット(32)は、流体の流れの方向にみた場合に、時計方向/反時計方向に傾く長さ方向を有し、
    さらに、該分離器(12)の手前の引出管(9)における該回転手段(10)の回転方向は、長方形スロット(32)の長さ方向と反対であることを特徴とするクリーニングシステム。
  2. 請求項1に記載のクリーニングシステムにおいて、該再循環手段は、さらに、流体供給管(23)に沿って配置された第一バルブ(V1)、流体戻り管(16)に沿って配置された第二バルブ(V2)、ボール供給管(24)に沿って配置された第一の一方向バルブ(CV1)、及び、ボール戻り管(12)に沿って配置された第二の一方向バルブ(CV2)を含み、該第一の一方向バルブ(CV1)は、クリーニングボール(20)をハウジング(21)から吸込管(5)へと移動させる働きをし、該第二の一方向バルブ(CW2)は、クリーニングボール(20)を分離器(12)からハウジング(21)へと移動させる働きをすることを特徴とするクリーニングシステム。
  3. 請求項1又は2に記載のクリーニングシステムにおいて、該再循環手段はさらに、ボール戻り管(17)に沿って配置された第三バルブ(HV2)とボール供給管(24)に沿って配置された第四バルブ(HV1)とを含むことを特徴とするクリーニングシステム。
  4. 請求項1乃至のいずれかに記載のクリーニングシステムにおいて、さらに、配管(8)の手前の吸込管(5)に、流体とクリーニングボール(20)とを回転させる手段(4)を含むことを特徴とするクリーニングシステム。
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