JPH0584437B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 複数の個々の換熱管を有し、これらの換熱管
は排出出口にて管シートに支持され、シエル内に
担持され、シエル内は熱伝達媒体が換熱管の外側
表面と熱接触しながら通過し、換熱管を通過する
微細な粒子を支持する搬送ガスから熱伝達媒体に
熱を伝達し、微細粒子が換熱管の内側表面に附着
する空気換熱装置において、 プレート内に形成れ、複数の個々の換熱管の排
出出口端に隣接するよう配置された複数の孔を有
するシヤツタープレートを含み、前記排出出口端
の各々は、粒子支持搬送ガスを阻止せずに通過し
て流すことができるよう前記複数の孔の一つに整
合されており、 各々のかかる排出出口端を閉塞して換熱管の内
側表面に附着した微細な粒子をゆるめるよう前記
複数の個々の換熱管の排出出口端を横断するよう
前記シヤツタープレートを急激に摺動するための
手段を更に含む装置。

２ 前記シタツタープレートはプレートの摺動運
動を制御するためプレート内に形成された複数の
案内スロツトを含む請求の範囲第１項記載の装
置。

３ 換熱管から支持され、前記支持プレート内に
形成された前記スロツトと係合するよう配置され
た複数の案内ピンを更に含む請求の範囲第２項記
載の装置。

４ 前記シヤツタープレートは換熱管の排出出口
に接触する請求の範囲第３項記載の装置。

５ 微細な粒子を支持する搬送ガスが通過する熱
交換器の管の内側表面上に附着した微細粒子の堆
積物を除去するための装置であつて、 微細粒子支持搬送ガスおよび粒子が孔を通過で
きるよう微細粒子支持搬送ガスが通過する熱交換
器の管の数に対応するよう内部に形成された複数
の孔を有するシヤツタープレートを含み、 前記複数の孔が粒子支持搬送ガスを通過するよ
う熱交換器の管の下流側端部に整合した状態で前
記シヤツタープレートは熱交換器の管の下流側端
部に隣接して位置し、 管を通る粒子支持搬送ガスの流れを阻止する位
置にシヤツタープレートを移動したり、その位置
から移動したりするようシヤツタープレートの運
動を案内するための切替手段を更に含む装置。

６ 前記シヤツタープレートは、複数の熱交換器
の管の排出端に接触するよう位置する請求の範囲
第５項記載の装置。

７ 複数の熱交換器の管の排出端に隣接して支持
される複数の支持プレートを更に含み、 前記支持プレートは、粒子支持搬送ガスの流れ
を阻止したり、しなかつたりする前記シヤツター
プレートの移動を案内するよう前記シヤツタープ
レートと係合するための複数の垂直方向に延長す
る案内ピンを含む請求の範囲第６項記載の装置。

８ 前記シヤツタープレートの位置を複数の熱交
換器の管に隣接し続けるよう前記案内ピンの一端
に固定された係止手段を更に含む請求の範囲第７
項記載の装置。

９ 微細粒子が搬送ガス中で搬送されて通過され
る換熱管の内側表面に附着した微細固体粒子の堆
積附着物を除去する方法において、 微細粒子が内側表面に附着する換熱管に微細粒
子支持搬送ガスを通し、 換熱管の下流側排出端にて粒子支持搬送ガスの
流れを定期的に阻止し、次いで再開し、換熱管内
に圧力波を発生させ、或いは、換熱管を瞬間的に
冷却し、或いは、粒子に附与された電荷を消散さ
せ、換熱管の排出端からの搬送ガス流れを中断し
たときに固体粒子堆積物をゆるめ、換熱管を通過
する搬送ガスの流れを再開したときに、前記ゆる
められた固体粒子の堆積物を除去する方法。

明細書 本発明は一般に空気換熱装置を掃除するための
方法および装置に関し、特に空気換熱装置を掃除
するためのオンライン方法および装置に関する。

図示しかつ説明する特定の用途に限定するわけ
ではないが、より詳細に説明すれば、本発明はガ
スとガスの間で熱交換をする管およびシエル型換
熱装置から微細なカーボンブラツク粉体の附着物
をオンラインで掃除するための方法および装置に
関する。

発熱プロセスによつて形成されるカーボンブラ
ツクまたは他の高度に分散された表面活性度の高
い固体を製造する際、これら固体はガス流により
搬送され、最後に可撓性管フイルタまたは類似の
装置に附着する。このような固体材料がフイルタ
上またはフイルタ内に附着する前に搬送ガスから
熱を除去しシステム内で再利用することが好まし
い。従つて、このような搬送ガスからの熱は、一
般に熱交換器により除去される。熱交換器は管束
を含み、これら管を搬送ガスおよびカーボンブラ
ツク固体材料が通過するようになつている。カー
ボンブラツクが搬送ガスにより管を通過するよう
搬送されるとき、管の内壁にカーボンブラツク粒
子の附着物が形成される。これら附着物は、管を
通過する搬送ガスの流れおよびガスからの熱の効
率的な伝達の双方を低下させる。特に悪化した状
況下では、個々の管が完全に閉塞することも起こ
り得るが、このような閉塞は熱交換器の損傷を引
き起こすことがある。管の端部は管シート内に固
定されているので、カーボンの付着によつて閉塞
が生じている管は、高温の搬送ガスが通過してい
る隣接管よりもより低温となる。この結果、低温
の管は管シートに収縮応力を生じさせ、この収縮
応力は閉塞された管を破壊し、管シート内のマウ
ントから管を離間させることがある。

この問題を解決するための試みとして熱交換器
の表面積を増加してプロセスのニーズのため装置
を大型化することによつて熱伝導効率の低下を補
償しようしたいくつかの熱交換器が設計されてい
る。しかしながらこのような大型化は問題の一時
的解決にすぎない。このような大型ユニツトを使
用すれば、附着およびその後の詰まりが結局生
じ、システムの効率を低下するので、その結果プ
ロセスの必要条件より低下することになる。

これまでに管の内側からカーボンブラツクの附
着物を除去するのに、機械的スクラビングを伴な
つたまたは伴なわない化学処理のような種々の方
法および装置が利用されている。しかしながら科
学的方法は、ユニツトをオフラインにし、生産を
中断させるだけでなく、熱交換器の金属部品への
損傷を防止するため薬品を扱う専門家を必要とす
る。これまで利用されている種々の機械的掃除法
は手による多くの労力、例えば管ごとに長いらせ
ん管またはワイヤブラシを押し込むかまたは砂吹
きすることが必要である。

従つて、米国特許第2069574号、第3364983号、
第4141754号、第4366003号に開示されているよう
な掃除用ジエツトノズルを利用することによつ
て、かかる過度の累積を防止する種々の試みがな
されている。これら特許に開示されたシステムの
各々は、入口開口上に位置するジエツトノズルか
ら管に高圧空気を放出し、修理管へ掃除ガスを短
時間瞬間的に吹込んでいる。このようなシステム
は多少満足できるが、システム全体の機械的複雑
度を増し、更に増加した制御装置および保守コス
トを必要とする。

発明の要約 よつて本発明の目的は、搬送ガスから熱を抽出
するときにカーボンブラツク粒子が通過する搬送
管の内側表面から累積カーボンの附着物を除去す
ることによつて空気換熱装置を掃除するための方
法および装置を改善することにある。

本発明の別の目的は、搬送管を通つてガス流中
を搬送される微細に分散された表面活性度の高い
固体の累積に起因する過度の累積または閉塞を防
止することにある。

本発明の更に別の目的は、過度のカーボンブラ
ツク粒子の累積を防止するため熱交換器をオフラ
インにする必要がないオンラインシステム中を通
る熱交換器の搬送管の内壁にカーボンブラツク粒
子が過度に累積するのを防止することにある。

本発明の更に別の目的は、熱交換器の作動を中
断せず、または化学的掃除プロセス若しくは高価
な保守を必要とする機械式掃除システムを利用す
ることなくガスとガスの間で熱交換するチユーブ
およびシエル型換熱装置から微細な無機粉末附着
物を掃除することにある。

上記およびそれ以外の目的は、短時間の間換熱
装置の管を通過するカーボンブラツク粒子搬送ガ
スの流れを中断し、次に搬送ガス流れを再開する
ことによつて管の内壁に累積し、附着しているカ
ーボンブラツク材料を内壁より除去する方法およ
び装置を提供する本発明によつて達成される。

図面の説明 本発明の別の目的、目的に寄与する別の特徴お
よびこれらから生じる利点は、添付図面に示した
本発明の好ましい実施態様の次の説明から明らか
となろう。図中同一参照番号は対応する部品を示
す。

第１図は、本発明を利用したガスとガスの間で
熱交換するシエルおよび管型換熱装置の前方から
の斜視図；第２図は本発明の部品を示すよう一部
を破断した第１図に示すような換熱装置の頂部の
水平平面図；第３図は３−３線に沿つた第２図に
示した装置の部分断面図；第４図は４−４線に沿
つた第２図に示した装置の部分断面図；第５図は
本発明の装置の一部の水平平面図；第６図は本発
明の構成部品を良好に示す本発明の一部の水平平
面図；第７図は７−７線に沿つた第６図に示した
構造の横断面図；第８図は、本発明の細部を良好
に示す本発明の一部の拡大図である。

好ましい実施態様の説明 次に第１図を参照すると、本図にはガスとガス
の間で熱交換するシエルおよびチユーブ型換熱装
置１００が示されおり、この換熱装置は管シート
１２内に固定された複数の個々の換熱管１０を有
し、これら管内をカーボンブラツク粒子搬送ガス
が通過される。管１０はシエル２０で囲まれてお
り、このシエル内には入口２１を通して熱交換媒
体はすなわち伝達ガスが導入されており、搬送ガ
スから熱を除去し伝達し、更に使用するようにな
つている。熱伝達ガスはシエル２０内を通過し、
図示していない排出出口を通して排出され、管１
０を通過する伝達ガスから熱を除去するようにな
つている。

先に述べたようにカーボンブラツク粒子が管１
０を通つて搬送される間、管の内側表面にはカー
ボンブラツク粒子が堆積する。このような堆積
は、搬送ガスから換熱装置のシエル２０を通つて
循環されている熱伝達媒体への熱の効果的な伝達
を阻害し、最終的に管の内部を詰まらせることが
ある。このような管の詰まりが生じると、管を固
定している管シートから管１０がゆるんで抜けて
しまうことがある。従つて、管１０の排出端１１
に隣接してシヤツタすなわち流れ中断アセンブリ
５０が配置され、管の内部に累積されたカーボン
ブラツクを除去するためのシステムを設けてい
る。

シヤツターアセンブリ５０は、３つの部分５１
Ａ，５１Ｂおよび５１Ｃから形成されたシヤツタ
ーすなわちスライドプレート５１から成り、これ
ら３つの部分はすべて同じように機能し、形状の
違いを別にすれば構造的に同じである。従つて、
図解の便宜上これらシヤツターには一般的な参照
番号５１を付けることにする。

第２図に示すようにシヤツタープレート５１
は、換熱管１０の排出端１１に隣接して支持さ
れ、これらプレートには管１０の隣接排出開口１
１に数および寸法が対応する一連の孔すなわち開
口５２が形成されている。このようにカーボンブ
ラツク粒子搬送ガスはシヤツタープレート５１内
に形成された孔５２を通過し、更に処理される。
第５図に平面図が示されているシヤツターすなわ
ちスライドプレート５１は複数の案内スロツト５
３も有し、これらスロツト５３は開口５２の隣接
した列の間でシヤツタープレート５１内に長手方
向に形成され、シヤツタープレートの摺動運動の
案内を助けるようになつている。

シヤツターすなわちスライドプレート５１の
各々の一端はプツシユロツド６０に固定され、こ
のプツシユロツド６０は、換熱装置のシエル２０
のフランジ部分２２内に適当に軸支され、換熱管
１０の長手方向軸に対して横方向にシヤツタープ
レート５１を摺動できるようになつている。プツ
シユロツド６０の走行長さおよびガイドスロツト
５３の長さは、摺動プレートの運動を制限するよ
う機能できる。ブツシユロツド６０は、元の押圧
されていない位置へバネ押圧でき、この元の位置
ではスライドすなわちシヤツタープレート５１に
形成された開口５２は換熱管１０の排出開口１１
と同軸上に整合し、カーボンブラツク粒子搬送ガ
スの流れを妨害しない。更にピン６０はシヤツタ
ープレート５１に迅速な摺動運動を与えシヤツタ
ープレートが換熱管１０を通る搬送ガス流れの内
外に移動してこの流れを所望通り妨害したり、妨
害しなかつたりさせる適当な装置（図示せず）に
接続できる。

第３〜８図に最良に示すように、シヤツタープ
レート５１は、換熱管１０の排出端１１を塞ぐ位
置に摺動できるよう換熱管１０の排出端に隣接す
なわち摺動自在に接触するように支持されてい
る。支持プレート５５は、換熱管１０の外周の表
面に合うように切断され、管を通過する搬送ガス
の流れを妨害しない排出端１１の近くに溶接され
ている。この支持プレート５５の面には、複数の
垂直方向に延長する案内ピン５６が溶接されてお
り、これら案内ピン５６は、シヤツタープレート
５１の案内スロツト５３を貫通するのに充分な長
さだけ外側に延長している。シヤツタープレート
内に形成された案内スロツトを貫通する案内ピン
５６にシヤツタープレートを位置決めする際は、
プレートを横方向に移動させて換熱管１０を通過
する搬送ガスの流れを阻止したり、しなかつたり
させたときスライドすなわちシヤツタープレート
５１が正しい整合状態に保持するよう対応する複
数のワツシヤー５７を案内ピン５６の突出端に仮
着け溶接する。換熱管１０からの排出を阻止した
り、しなかつたりさせるシヤツタープレート５１
の横方向の摺動運動は、このように案内されて制
御される。換熱管１０の排出端１１を横断するス
ライドすなわちシヤツタープレート５１の運動
は、短時間、例えば１秒の長さで極めて迅速かつ
急に行うことが好ましい。換熱管の排出端１１の
閉塞をより急にかつ完全にすればするほど、累積
していたカーボン粒子が管の内部から除去される
効果の効率が高くなる。許容できる換熱装置の性
能を維持するための搬送ガス流れの阻止頻度は、
発生する微細な粉体の種類によつて異なるが、一
般に毎時１〜６回であると信じられている。この
ような除去を生じさせるものは何であるかは、確
信をもつては判つていないが、被膜の除去は、３
つの基本的メカニズムによつて生じると信じられ
る。

１ ウオータハンマー効果およびそれに附随する
圧力波。この圧力波は換熱管を下方に進行し、
換熱管中の搬送ガスを急激に圧縮および膨張さ
せ、これにより管に附着したカーボンのいくら
かを機械的に破壊し、すなわち管から除去す
る。

２ 管の急激な閉塞。このような閉塞によつて換
熱管が瞬間的に冷却され、これによつて生じる
処理管と内部カーボンブラツク粒子被膜との膨
張差によつて管の内側に対するカーボンブラツ
ク粒子の結合力が低下する。

３ 搬送ガス流れの急激な停止。このような流れ
の停止は、搬送ガス流れにより搬送されていた
微細粒子の移動によつて発生されている電流を
消滅する。このような粒子移動によつて発生さ
れていた電荷は個々のカーボンブラツク粒子に
与えられ、このため粒子は管の内壁に附着す
る。搬送ガスの流れの中断は電荷の蓄積速度よ
りも速く管の金属製壁を通して電荷を消散する
ので、部分的にカーボンブラツク粒子の累積を
生じさせていると信じられている静電附着力の
いくつかを低減またはなくする。

以上で好ましい実施態様を参照しながら本発明
を明細書で述べかつ図面に示したが、当業者であ
れば本発明の範囲から逸脱することなく種々の変
更をし、発明の要素を均等物と置換できると解さ
れる。更に、本発明の本質的範囲から逸脱するこ
となく、本発明の要旨に特定の状況および材料を
合わせるため種々の変更を行うことができる。従
つて、本発明を実施するため現在予想される最良
の態様として図面に示し、かつ明細書に記載した
特定の実施態様だけに本発明は限定されるもので
なく、本発明は添付した特許請求の範囲内に入る
実施態様を含むと考えられる。