JPS6325497A - ガス流体用熱交換器の自動清浄方法およびその自動清浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱交換器の表面の間に形成された垂直管の中を
流れるガス流体を処理するための熱交換器の表面の定期
的清？１１１方法と自動清浄装置である。

〔従来の技術〕

熱交換器の熱交換面の汚れによって発生する問題は、そ
の運転において重大な障害となる。

ガス流体処理用の熱交換器においては、ガス流体が流れ
ているところの壁間の汚れが原因で交換熱量の減少が先
ず認められる。

さらに、相当な厚さに急速に達する恐れのある塵堆積物
が認められ、このことは、圧力損失の著しい増加を引き
起こす。

一般に、熱交換器はいく本かの並列管で構成されるため
、汚れがガスの流出横断面の−・部を閉塞させる恐れが
あり、このことば熱交換効率を下げる熱交換表面積の損
失をｉｉ味する。

実際、このような熱交換器の並列管全部にわたって完全
に均一な流量供給を維持することは非常に困難である。

従って、ある一定数の管が他の管より流量が少なくなる
ことが考えられる。

全ての管は一般的に幾何学的には同一であるので、いく
木かの管内の流速は他の管内部より下がることがある。

塵粒子の付着速度はガスの流速の逆に変化するので、結
果的に熱交換器のあまり供給を受けない部分の壁に沿っ
て固体粒子の付着が先行する。

詰った管の圧力損失特性は、粒径の減少と共に急速に増
大し、流速の新たな減速が引き起こされる。

このようにして、現象は維持され、いく木かの管を完全
に閉塞するまでに急速に進展する。

上述の問題点を防止するために、一般的に熱交換面の定
期保守を行う。

この保守は、定期的に人手を介して断続的に行われるこ
ともある。

しかし、このようなやり方は莫大は人件費を必要とする
のみか、設備の停止が必要なため、生産性の損失をも引
き起こすという問題点がある。

従って、この現象の発生源を絶つことで熱交換器の汚れ
を防止しようと考慮された。

そこで先ず、固体４１着物が全表面に同時に発生するよ
う、完全に均一な流れを形成することにより、熱交換器
の詰まりを防止しようと考えられた。

このとき付着物の厚さは、浸食速度が引着速度と釣り合
うような境界へと漸近的な傾向を示す。

このような付着物の厚さに対して安定した境界は、熱交
換器内のガス流出横断面の部分的閉塞を防止する。

フランス特許Ｎｏ、２，５２４，１３２は、ガス流量が
完全に均一になるよう構成されたこのような発明につい
て記述する。

しかし、閉塞の始まりを引き起こすと思われる偶発的な
供給のアンバランスを排除することはできない。

汚れや詰まりに対する他の防止手段は、管内部の清浄を
提供する。

このような目的の装置は、特に液体処理用に管形熱交換
器用に提供されていた。

例えば、水圧で管の全長に対して押圧され、管径より若
干寸法が大きい可撓性物質の使用が知られている。（ヨ
ーロッパ特許Ｎｏ、４１６９８参照） しかし、このような方法は、圧縮性ガス流体の場合には
適用できない。

いくつかのケースにおいて、特殊な付着物を取り除くた
めに、熱交換壁上の流体の摩擦力やその急激な変動を利
用することが勧められた。

例えば、ボイラーの流体管用のスチームまたは圧縮空気
式煙管掃除装置が知られている。（ヨーロッパ特許Ｎｏ
、２９，９３３参照） しかし、全ての固体付着物は、摩擦力のみの効果だけで
取り除かれず、管かき装置だけが熱交換表面の定期保守
を保証できるものと思われる。

液体を処理するための熱交換器については、液体の流れ
で作動する螺旋型弾力性金属線の使用が既に考えられた
。（フランス特許Ｎｏ、２４７９９このような方法では
、液体によって伝達される運動量は管の内側壁との反復
性接触に入る金属線の作動を誘導するのに十分であり、
こうして清浄が行われる。

ところが、ガス流体の場合は、このようなやり方は採用
されるわけにはいかないであろう。

というのは、ガスによって伝達される匣動薯−は通常の
使用条件では十分ではないからである。

望まれた効果を得るためにガス流体の流速を増大させる
ことは、あまりにも莫大な圧力損失を発生させるものと
思われる。

液体処理用熱交換器の場合にも適用されるフランス特許
Ｎｏ、２．４３５．２９２は、壁に沿ッテ付着する物質
を削り取る作用をする螺旋型スプリングを周期的に回収
するための機械装置を利用し、このようにして、局部加
熱による破損を防止する。

管の壁沿いに締りばめの使用が勧められる。

特に８００℃を超えることもある高温のガス流体、はこ
りっぽいガス流体、時として腐食性のガス流体を処理す
る目的の熱交換器に対するこのような機械装置の使用は
、デザインと信頼性の両面で著しい問題点を引き起こす
であろう。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、ガス流体を処理するための熱交換器に公知な
清浄装置を適用することで発生する問題点を解決するた
めに提案されたもので、熱交換器の管内に設置された弾
力性管かき部品を、圧縮ガスで作動する？ｉ純な手段に
よって振動させるガス流体用熱交換器の内側表面を定期
的に清浄する自動清浄方法と自動清浄装置を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１の本発明は、ガス流体用熱交換器表面の間に設けら
れた屯直な管内を流れるガス流体用の熱交換器の表面の
定期的自動清浄方法である。

該管内に常設され、該表面の清浄を行うために振動が加
えられる弾力性部品を使用する。

また、本発明によると、弾力性部品には、少なくとも熱
交換器の一つの管群に対して、連続して熱交換器から所
定流量のガス流体な該管群の中へ誘導するような位置に
、補充圧縮ガスを注入する方法て振動か加えられる。

補充ガスの注入操作は、手動で不規則に行われるか、自
動運転システムの制御下で熱交換器の各管群に対して決
定されるシーケンスに従って行われてもよい。

高圧補充ガスの注入は、管の軸に沿って、あるいは対称
平面に、または、用途に応じて傾けて行うことがてきる
。

圧縮補充ガスの注入は、熱交換器の各管路の入口の−１
−流側位置に設けられたノズルて行われることか好適で
ある。

さらに、第２の本発明は、第１の本発明方法の実施化を
可能にするガス流体用熱交換器の表面を定期的に清浄す
るための自動清浄装置である。

本発明装置の構成要素は、」−流側へ開１−１シ、管群
の入口の前に通しる補充圧縮ガス注入管と、各１に・群
に対して連続的に定期的に操作するために適用された注
入制御装置とであり、補充圧縮ガス注入は？を群の中へ
熱交換器からの所定流量ガス流体を誘導し、管群の中に
ある弾力性性部品の振動を引き起こす。

縦横同時に回転して発生するこの振動は、弾力性性部品
と熱交換器の管の内側壁間の多数の接触を中き起こし、
これらの壁をかき削るようになり、固体粒子−ははがれ
、重力作用を受けて垂直管内に落下し、ガスの流出に導
かれていく。

弾力性性部品は、その両端が管の両端付近に固定される
のが望ましい。

変形したものとして、弾力性性部品は開口付近の上端だ
けで固定され、弾力性性部品の下端はフリーとなる。

注入管は、補充圧縮ガスの流れを菅の上部開口へと導く
注入ノズルを備えていることが好適である。

これらのノズルは、さらに、弾力性性部品の上部に対し
て直接、またはノズルの必須構成補助部品かノズルに固
定された補助部品を介して、固定される。

弾力性部品は、熱交換器の垂直管内の内側壁のすぐ近く
に配置されるが、熱交換器の平常運転、すなわち清浄期
間外の時は該壁との接触をしない。

熱交換器の平常運転中において弾力性部品は、管の内側
壁の隣接境界層を混乱させる攪拌器の役割を果し、これ
によって、ガスの流れを好適には約８〜１２ｍ／秒、更
には約８〜１０ｍ／秒の低流速で循環させることができ
る。

好適な実施例では、弾力性部品は螺旋状に巻かれた金属
線で構成される。

異なった実施例では注入管からの補充圧縮ガスによって
誘導されるガス流量の作用で弾力性部品全体を振動させ
るよう、放射状に広がり、空気力学的に有利な形に形成
された複数の刃を備えた金属線を使用してもよい。

〔作用〕

本発明によれば、補充圧縮ガス注入は管群の中へ熱交換
器からの所定流量ガス流体を誘導し、管群の中にある弾
力性性部品の振動を引き起こす。

この振動は、弾力性性部品と熱交換器の管の内側壁間の
多数の接触を引き起こし、これらの壁をかき削るように
なり、固体粒子ははがれ、重力作用を受けて垂直管内に
落下し、ガスの流出に導かれていく。

〔実施例〕

本発明は制限されない例として取り上げられ、添付図面
によって示されたいくつかの実施例の詳細な記述を検討
すると、−層理解されるであろう。

第１図と第２図で図示される熱交換器のタイプは、高温
でほこりっぽいガスが垂直管内部ｌで、好適には」二か
ら下へ流れる流体交差管形タイプである。

冷却空気は、高温のほこりっぽいガスの方向へと横切っ
て管１の外側とそれら管の間を流れる。

本発明が著しい変更をしなくても冷却ガスが管に平行な
流れの管シェル型の熱交換器にも、更には他の型のもの
にも、特にはプレート式熱交換器にも応用できるであろ
うということは、もちろんよく理解されるであろう。

管ｌは、プレートの上端２ａと下端２ｂに、この型の熱
交換器製造の伝統的手法に従って、溶接で固定されてい
る。

従って、管１は、図面に表示されていない吸込み・排出
口を通過する高温でほこりっぽいガスの吸入または排出
に役立つ上部充満室３と、更に、同じく図示されていな
い損出・吸込口が設けられた下部充満室４に通じる。下
部充満室４は、第１図に示されているように好適には清
ｒＩ＋運転時に沈降する固体粒子の回収が容易になるよ
うホ・ンパーの形をしている。

ガスの流動横断面積の大きさは、約８〜１２ｍ／秒か、
好適には約８〜ｌｏｍ／秒の流速が確保できるように選
定される。

実際、過大な圧力損失が起きないようにあまりにも高速
な流速にしない方がよい。

一方、あまりにも低速な流速は、装置全体にわたって、
禁止された流動過剰を引き起すものであろう。

管の直径は、清節用弾力性部品を挿入しつつも、］二述
したような適切な流速でガスが流動できるような径を選
定する。

第１図と第２図に示される実施例の中の弾力性部品は、
螺旋状に巻き込まれてスプリングを形成する金属線５で
構成されている。

スプリング５は、管の上下端の両方をオーバーするよう
な、スプリング５の上端６と下端７で確実に固定される
。

図示されていない手段でそれ自身が固く取り付けられた
格子８にスプリング５の下端７は下部充満室４の中で固
定される。

図示例の格子８は、熱交換器の管ｌの軸の網目と同様の
網目を有する。

しかし、異なった固定部品でも全くよいことが理解され
るであろう。

スプリング５の下端７は、取りはすしを容易にするフッ
ク９でなされる。

１　に の場合、他の手段、特にナツトあるいは、ピ　。

ンが簡単な取り外しが可能であるという条件を満たす場
合使用できる。

熱交換器の高部や」二部充満室３の内部には、例えば、
圧縮空気あるいは高圧水蒸気といったような補充圧縮ガ
ス用の多数の注入ノズルｌＯが配置される。

ノズルｌＯが例えば約４〜１０ｍｍの小径の端部な有す
ることは、注入ノズルの直径選定が熱交換器の管ｌの直
径に依存しているからである。

ノズルｌＯは管ｌの軸−１−に集中し、管ｌの開口の上
で一定の距離を保って設置されている。

変形例ではノズルｌＯの軸は管ｌの軸に対して一定の傾
斜を有することもあるが、このことは、圧縮補充ガスの
噴流を弾力性部品５の周辺へと導き、異なった刺激を引
き起すことになろう。

注入ノズルｌＯは、圧縮ガス貯蔵容器１３に接続される
注入導管１２に接続される小型の垂直な導管ｌｌによっ
て接続される。

図示された例の中の各注入導管１２は複数の重直な導管
１１と、注入ノズル１０を備えており、−例の管ｌの中
にガス注入をしていることが示される。（第２図） 手動または自動的に制御される電磁弁によって作動する
制御バルブ１４によって管ｌの列に対して貯蔵容器１３
の中に貯蔵された補充圧縮ガスの定期的に制御された注
入が可能となる。

スプリング５の上端６は垂直な導管１１に直接固定され
てもよい。

第３図を参照するとこのような固定の第１の実施例が示
される。

この実施例においては注入導管ｌｌは、スプリング５の
−Ｌ端の通過と巻線が可能な穿孔１６が設けられた縦フ
ィン１５を備える。

第４図に示されている他の実施例においては、スプリン
グ５より小径の巻線１７でスプリング５が終っており、
巻線１７は注入導管１１の端部に入り込み、締めつけ部
品１８によって係止される。

スプリング５の上端を他の手段で固定することも全く可
能であり１例えば、直接に注入導管１２上に、あるいは
、上部充満室３の中に確実に固定された分離支持材に直
接固定することが全く可能であることがもちろん示され
る。

本発明装置は次のように動作する。

管１の内側壁を定期的に清浄するには、−列の管１の中
に約２〜６気圧の圧力に圧縮された補充ガスをノズルｌ
Ｏで注入する。

この注入は、例えば０．１秒〜数秒以内の相対的に短い
時間内に行われ、上部充満室３と、隣接する管１の数列
から流入した一定１ｆｔｍのガス流体流を瞬時に誘導す
る。

この誘導されたガス流体の流量は、ノズル１０によって
注入された補充圧縮ガス流量の約４〜６倍である。

このように管ｌ内部で作られた流速は、かなり速くなる
。

供給された運動清はスプリング５に伝達され、この結果
発生した動揺は、衝撃とかき削りによって、ガス流れの
中と管ｌの壁に沿って弱化し、熱交換器の管ｌの内側面
の清浄と良好な状態の保全が行われる。

従って、清？？１期間外の平常運転時の流速が先に述べ
たように、相対的に低い値で選定されることもあるため
、あまりにも大きな圧力損失を発生させることなく、熱
交換器の管の汚れを防止することができる。

さらに、境界層の削除効果が流速の減速を償うような攪
拌器の役割を演じるスプリング５を管内部に挿入するこ
とで、熱交換性能は改善されている。

手動または自動制御システムを使用することで、補充圧
縮ガスの注入頻度を完全に管理することができ、スプリ
ング５で構成された弾力性部品の損耗と交換頻度の効率
を最大限にすることができＺ３゜ 第５図に示される発明装置の他の実施例では、熱交換器
の４管１のト端は、管ｌの内部に部分的に入り込んでい
る口金１９を備えている。口金１９は、第５図で示され
るようなねじ切りか、りリップ、溶接、貼り付は等のよ
うな他の方法で、管ｌに固定されてもよい。

口金１９は、管１の入１１から前述したように所定距離
に設けられたノズル１０による補充圧縮ガスの注入効果
で、より大流量のガス流体を誘導するよう、収束ノズル
のように変形されている。

従って、定期清浄運転に必要な補充圧縮ガスの流量を更
に減少することが可能である。

第６図は、本発明の範囲内で使用できる異なった構造の
弾力性部品を概略的に示している。

この図では、管ｌが示されていて管ｌの中では弾力性部
品がやや波形を呈するケーブル２０から成る。

このケーブル２０は放射状に広がり、管１の軸に平行な
ガスの流れの中で渦巻き状に導かれるように空気力学的
輪郭を形成する複数の刃２１を備える。

ここでは、刃２１が前述のようにショックとかき削りに
よる清浄効果を引き起す。

あらゆる場合、弾力性部品はスプリング５、あるいは、
刃２１を備えたケーブル２０か、その他相当する手段に
よって構成されるが、内側壁のすぐ近くではあるが、清
浄期間外の熱交換器の平常運転時に該壁と接触しないよ
うに、熱交換器の管ｌあるいは垂直な管の中に設けられ
ることが重要であるということが示される。

このことから、管１の内側壁の近くに位置する弾力性部
品によって、境界層は実際かき乱され、圧縮ガスの注入
の際には清浄が一層確実になる。

図示例によると、弾力性部品はその上下端で確実に固定
される。

ところが、変形例において弾力性部品の下端を固定しな
いことも可能であることは理解されよう。

この弾力性部品は、下端７の近くにおいて自由であり、
ガス流体の中でいわば浮遊する形となる。

補充圧縮ガス注入と、誘導ガス流体によって発生する振
動特性はこのとき異なり、閉塞のいくつかの特殊な問題
に適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、熱交換器の管内に設置さ
れた弾力性管かき部品を、圧縮ガスで作動する単純な手
段によって振動させてガス流体用熱交換器の内側表面を
定期的に清浄するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動清浄装置を含む管形熱交換器
の部分断面図、第２図は第１図の熱交換器の部分側断面
図、第３図、第４図は１弾力性部品の上部固定装置の２
つの変形例説明図、第５図は熱交換器管の上端の変形例
の拡大断面図、第６図は本発明装置に使用できる弾力性
部品の変形例の断面図である。 ｌ・・・管 ３・・・上部充満室 ４・・・下部充満室 ５・・・スプリング ８・・・格子 １０・・・ノズル １１．１２・・・導管 １３・・・貯蔵容器 １４・・・制御バルブ １５・・・フィン ２０・・・ケーブル ２１・・・刃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　弾力性部品（５、２０、２１）が用いられ、該弾力
   性部品（５、２０、２１）は管 （１）内に常設され、表面の清浄を行うために振動が加
   えられるように構成されるガス流体用熱交換器の該表面
   の間に設けられた垂直な該管（１）内を流れる該ガス流
   体用の該熱交換器の該表面を定期的に清浄するガス流体
   用熱交換器の自動清浄方法において、 該熱交換器から所定流量の該ガス流体を該 熱交換器の該管群の中へ誘導できるような位置に、補充
   圧縮ガスを注入することにより、少なくとも該熱交換器
   の該管群の一つに対して連続して、該弾力性部品（５、
   ２０、 ２１）に振動を加えていくことを特徴とするガス流体用
   熱交換器の自動清浄方法。 ２　該補充ガス注入が手動で断続的に行われる特許請求
   の範囲第１項記載のガス流体用熱交換器の自動清浄方法
   。 ３　該補充ガス注入が自動運転システムで、該熱交換器
   の各管群に対して決定されるシーケンスに従って行われ
   る特許請求の範囲第１項記載のガス流体用熱交換器の自
   動清浄方法。 ４　該補充ガス注入が該管の軸に沿って、あるいは、均
   衡平面で行われる特許請求の範囲 第１項ないし第３項のいずれかに記載のガス流体用熱交
   換器の自動清浄方法。 ５　該補充ガス注入が該管の軸に沿って、あるいは、均
   衡平面に対して傾斜して行われる特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかに記載のガス流体用熱交換器の
   自動清浄方 法。 ６　該補充ガス注入が該各管（１）の開口より上流側位
   置に設けられたノズル（１０）で行われる特許請求の範
   囲第４項または第５項のいずれかに記載のガス流体用熱
   交換器の自動清浄方法。 ７　ガス流体用熱交換器の表面の清浄をするために振動
   が加えられる弾力性部品（５、 ２０、２１）が管（１）内に常設され、該表面の間に形
   成された垂直な該管（１）内を流れる該ガス流体用の該
   熱交換器の該表面を定期的に清浄するガス流体用熱交換
   器の自動清浄装置において、 該管（１）群の開口の前方に通じる補充圧 縮ガス注入用の導管（１０、１１、１２） と、該各管（１）群を連続的に定期的に制御する注入制
   御装置（１４）とを備え、該補充圧縮ガスの注入は、該
   熱交換器から所定流量の該ガス流体を該管（１）群の中
   へ誘導し、該管（１）群の該弾力性部品（５、２０、 ２１）に加える振動を発生させるガス流体用熱交換器の
   自動清浄装置。 ８　該弾力性部品が少なくとも該管上流側開口に近いそ
   の上端で固定される特許請求の範囲第７項記載のガス流
   体用熱交換器の自動清浄装置。 ９　該弾力性部品が該管先端に近い該弾力性部品の両端
   で固定される特許請求の範囲第７項または第８項に記載
   のガス流体用熱交換器の自動清浄装置。 １０　注入用の該導管は補充圧縮ガスの流れを該管（１
   ）の上部開口へと導く注入ノズル （１０）を備える特許請求の範囲第７ないし第９項のい
   ずれかに記載のガス流体用熱交換器の自動清浄装置。 １１　該弾力性部品（５）が該ノズル（１０、１１）に
   固定される特許請求の範囲第１０項記載のガス流体用熱
   交換器の自動清浄装置。 １２　該弾力性部品（１５、２０、２１）が内側壁のす
   ぐ近くの該管（１）内に配置されるが、清浄期間外の熱
   交換器の平常運転時に は、該壁と接触することがない特許請求の範囲第７ない
   し第１１項のいずれかに記載のガス流体用熱交換器の自
   動清浄装置。 １３　該弾力性部品が螺旋状に巻きつけられた金属線（
   ５）で構成される特許請求の範囲 第１２項記載のガス流体用熱交換器の自動清浄装置。 １４　該弾力性部品が放射状に広がる複数の刃（２１）
   を備えた金属線（２０）で構成される特許請求の範囲第
   １２項記載のガス流体用熱交換器の自動清浄装置。 １５　管形熱交換器に適用され、該各管が内側に該弾力
   性部品を備え、該高圧補充ガス用の該導管（１２）通じ
   る該注入ノズル（１０）と協動する特許請求の範囲第７
   ないし 第１４項のいずれかに記載のガス流体用熱交換器の自動
   清浄装置。 １６　該各管（１）の上端が、該補充圧縮ガスの注入で
   誘導される該ガス流体の流量を増大するために、該注入
   ノズル（１０）と協動する収束形口金（１９）を備える
   特許請求の範囲第１５項記載のガス流体用熱交換器の自
   動清浄装置。