KR100228757B1 - 경질 침전물용 튜브 크리너 - Google Patents

경질 침전물용 튜브 크리너 Download PDF

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Abstract

튜브의 내표면으로부터 얇은 경질 침전물을 제거하기 위한 튜브 크리너는 돌출부 및 말단부를 갖는 샤프트, 및 샤프트를 따라 배치된 2개 또는 3개의 스크레이퍼 요소들을 지닌다. 각각의 스크레이퍼 요소는, 기부 및 블레이드부로 종결되는 다수의 외향 바이어스 후방 연장 핑거를 갖는 일편 요소이다. 인접 핑거들의 길이는 다르며, 블레이드부들은 스크레이퍼 요소가 튜브를 통해 강제될 때 튜브내 벽표면과 점대점(point-to-point) 접촉을 이룬다.

Description

경질 침전물용 튜브 크리너
제1도는 본 발명의 튜브 크리너의 일실시예의 측면도.
제2도는 제1도에 예시된 튜브 크리너의 전방 단부도.
제3도는 핑거와 블레이드부를 굽히기 이전의 평탄 상태의 스크레이퍼의 평면도.
제4도는 핑거 및 블레이트부를 원하는 상태로 배치시키도록 굽힌 후의 스크레이퍼들을 보여주는 제3도와 유사한 도면.
제5도는 튜브로부터 경질의 물때를 제거하도록 스크레이퍼의 블레이드부의 접촉을 보여주는 개략도.
제6도는 경질 물때(scale)를 제거하도록 튜브를 통해 본 발명의 튜브 크리너가 통과한 후의 튜브의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 튜브 크리너 2 : 샤프트
3 : 돌출부 4 : 말단부
5 : 스커트 6 : 스크레이퍼
7 : 기부 8 : 핑거
9 : 블레이드부 16 : 홈
[발명의 분야]
본 발명은, 튜브벽의 내표면으로부터 침전물 특히 매우 경질의 침전물(hard deposits)을 제거하도록 튜브를 통해 유체구동되는 스크레이퍼(scraper) 또는 튜브 크리너(tube cleaner)에 관한 것이다.
[발명의 배경]
튜브를 냉각시키기 위한 냉각 매체가 통과되지만 고온의 또 다른 매체가 튜브의 외측과 접촉하여 튜브벽을 통해 열전달이 달성되는 일련의 튜브들이 다양한 열교환기에 사용된다. 예컨대, 대형 발전소의 복수기에는, 열전달을 위해 일련의 작은 튜브들이 제공된다. 일정기간후, 튜브를 통해 유동하는 물의 불순물 또는 광물이 튜브벽의 내표면상에 퇴적되어, 튜브 통로의 횡단 유동 면적을 좁게하며, 그같은 침전물들이 단열층을 형성하여 튜브의 열전달 성능을 저하시킨다.
튜브내의 침전물 또는 외피를 제거하기 위하여, 스크레이퍼가 튜브의 일단부에 삽입되어, 복수기가 수리되지 않고도, 스크레이퍼가 튜브를 통해, 유체압력, 일반적으로 가압수에 의해 구동됨으로써, 스크레이퍼는 튜브벽의 내표면으로부터 침전물을 스치어 긁어 벗기고 가압 유체는 분해된 침전물들을 튜브로부터 유출시킨다. 침전물의 물리적 성질 및 화학적 조성에 따라, 다양한 형태의 스크레이퍼가 제안되어왔다. 종래의 스크레이퍼들의 예로는, 씨. 엠. 그리핀 명의의 미국특허 제2,170,997호, 제2,418,509호 및 제2,734,208호와 가요성 고무 스커트를 지닌 개선된 튜브 크리너를 개시하고 있는 조오지 이. 색손 명의의 미국특허 제4,281,432호가 있다. 이같은 형태의 스크레이퍼들은 일반적인 더럽고 낮은 점착성의 침전물을 튜브로부터 제거하는데 사용된다. 조오지 제이. 색슨 및 다니엘 씨. 릴리 명의의 미국특허 제5,153,963호에서, 튜브 크리너는 두꺼운 경질 침전물, 또는 칼슘이나 실리콘을 포함하는 물때(scale)와 같은 비교적 큰 단편으로 벗겨지는 두꺼운 물때를 제거하는데 사용되도록 개시되어 있는데, 상기 크리너는 물때를 절단하며 튜브로부터의 제거를 위해 물때를 분쇄하는 자유 구동 절단 휠(freewheeling cutting wheels)을 지닌다.
전술된 튜브 크리너는 그것의 목적에는 적합하지만, 이러한 종래의 튜브 크리너에 의해 용이하게 제거되지 않는 침전물이 존재한다. 그러한 제거하기 어려운 침전물에는 매우 작은 미립편(granular pieces)으로 분쇄되는 결정질 구조의 매우 얇고 취약한 물때(scale)가 있다.
[발명의 개요]
튜브의 내측으로부터 경질 침전물을 제거하기 위한 튜브 크리너는 돌출부(nose portion)를 갖는 샤프트, 외향 및 후방으로 뻗어있는 가요성 스커트를 갖는 말단부, 및 샤프트를 따라 배치된 2개 또는 3개의 이격 스크레이퍼들을 지닌다. 스크레이퍼들은 각각 단편(single piece)의 스프링강으로 형성되며 기부 및 다수의 후방으로 뻗은 외향으로 편향된 핑거를 지니는데, 상기 인접 핑거들의 길이는 서로 다르다. 각각의 핑거의 끝은 블레이드가 형성되도록 하여, 튜브 크리너가 튜브를 강제로 통과할 때 상기 블레이드의 최소단면이 튜브의 내측벽에 형성된 경질 침전물을 긁어 내리도록 한다.
본 발명이, 단지 실시예로서 첨부도면에 도시된 바람직한 실시예에 대한 후술 설명으로부터 더 용이하게 이해될 것이다.
[본 발명의 상세한 설명]
경질 침전물용 튜브 크리너는 샤프트를 따라 이격된 2개 또는 3개의 스크레이퍼들을 지니는데, 상기 스크레이퍼들은 그 끝이 블레이드(blade)인 핑거(finger)를 지니며, 상기 블레이드들은 튜브벽과 사실상 점접촉을 이룬다. 본 튜브 크리너는 0.005 내지 0.010 인치의 망간 또는 철 산화물 녹과 같은 얇은 경질 침전물들을 튜브벽의 내표면으로부터 제거하는데 특히 적합한데, 상기 침전물은 튜브를 통하 열전달 유체의 실질적으로 제한하지는 않지만, 단열 물질로 작용할 수 있으며 또한 튜브 벽의 열전달 성능의 저하를 초래할 수 있다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 본 발명의 경질 침전물용 튜브 크리너(1)는 일단부 즉 돌출부(3) 및 제2단부 즉 말단부(4)가 있는 샤프트(2)를 지니는 것으로 도시되어 있는데, 상기 말단부(4)에는 외향 후방으로 뻗은 스커트(5)가 고정된다. 돌출부(3)와 말단부(4) 사이에는, 3개의 스크레이퍼(6, 6', 6")로 도시된 2개 또는 3개의 스크레이퍼(6)들이 샤프트(2)를 따라 축방향으로 이격 배치되어 있다. 각각의 스크레이퍼(6)는, 바람직하게는 SAE 1050 탄소어닐 처리된 스프링 강과같은 단편의 금속으로 형성된다. 각각의 스크레이퍼(6)는 반경방향 외향으로 뻗은 기부(7) 및 다수의 바람직하게는 6개인 후방으로 뻗은 핑거(8)를 지니는데, 각각의 핑거(8)는 외향으로 뻗은 블레이드부(9)로 종결된다. 스크레이퍼(6)들은, 스크레이퍼(6)의 인접 핑거(8)들이 제3도에 도시된 바와같은 다른 길이로 되도록 구성된다.
스크레이퍼들은, 블레이드부(9)가 휴지상태에서는 청소될 튜브의 내경보다 큰 거리로 샤프트(2)로부터 반경방향으로 밖으로 뻗을 수 있는 크기로 된다. 따라서, 외향으로 편향된 스크레이퍼(6)들은, 튜브 크리너(1)를 청소될 튜브내로 삽입시키기 위해 샤프트(2)에 더 근접한 위치로 약간 강제되어야 한다. 따라서, 스크레이퍼(6)의 핑거(8)의 외측 방향으로의 편향은, 튜브를 통한 튜브 크리너의 이동중 튜브의 내표면과 블레이드부(9)와의 접촉을 보장한다.
제3도에는 핑거(8) 및 블레이드부(9)를 원하는 형태로 굽히기 전에 스프링 강으로부터 펀칭된 상태의 스크레이퍼(6)가 평탄 형태로 도시되어 있다. 도시된 스크레이퍼(6)는 6개의 핑거(8; a, b, c, d, e, f)를 지닌다. 스프링 강으로부터 펀칭된 6개의 핑거가 평탄상태에서 동일 길이를 지니지만, 인접 핑거(8)들은 스크레이퍼의 형상의 완성시, 다른 길이의 인접 블레이드부(9)들을 제공하도록 다른 지점에서 굽혀진다. 예컨대, 핑거(a, d)는 기부(7)로부터의 간격(L1)에서 라인(B1)을 따라 굽혀져 길이가 긴 굽혀진 핑거를 제공하며; 핑거(b, e)는 기부(7)로부터의 간격(L2)에서 라인(B2)을 따라 굽혀진 핑거(a, d)보다 짧은 굽혀진 핑거를 제공하며; 핑거(c, f)는 기부(7)로부터의 간격(L3)에서 라인(B3)을 따라 굽혀진 핑거(b, e)보다 짧은 굽혀진 핑거를 제공한다. 그같은 구조는, 비록 핑거(a, d)가 동일 길이로 되고, 핑거(b, e)가 동일 길이로 되고 또한 핑거(c, f)가 동일 길이로 되더라도 다른 길이의 스크레이퍼의 인접 핑거(8)들을 지니는 원하는 형상(제4도)으로 굽혀진후, 스크레이퍼를 제공한다. 굽혀진 핑거(8)들이 다른 길이를 지니지만, 블레이드부(9)들은 스크레이퍼(6)로 청소될 튜브의 내경보다 약간 큰 직경(D)을 지니는 원을 형성하도록 배열된다. 따라서, 샤프트(2)로부터 블레이드부(9)의 아치형 에지(10)까지의 거리는 모든 핑거(8)들로부터 동일하지만, 인접 블레이드부(9)로부터 밖으로 뻗은 기부(7)까지의 거리는 변할 것이다. 본 발명의 스크레이퍼(6)의 핑거(8)의 길이가 서로 다른 것은 본 발명의 중요한 특징이다. 핑거(8)들이 모두 동일 길이라면, 튜브내로의 전체적인 삽입에 소요되는 힘은 너무 크게되어 손으로 극복하지 못할 것이다. 그러나, 핑거길이가 서로 엇갈릴때의 삽입을 위한 힘은, 각각의 스크레이퍼(6)를 단일 단계로 삽입할 필요가 없고, 오히려 3개의 삽입 단계로 삽입하기 때문에 감소된다.
하나의 예로써, 스크레이퍼와 튜브의 크기가 같을 경우, 전술된 그리핀 특허에 개시된 것과 같은 종래의 스크레이퍼들을 삽입하는데 필요한 힘은 약 11 lb인 반면, 본 발명의 스크레이퍼를 튜브의 개방 단부내로 삽입하는데 필요한 힘은 약 45 lb이다. 따라서, 본 발명의 스크레이퍼는 길이가 동일한 경우 비교되는 크기의 종래의 스크레이퍼를 튜브내로 삽입할 때 소요되는 힘보다 약 4 내지 5배 필요하다. 핑거의 길이를 엇갈리게 함으로써, 튜브벽에 수직방향으로 보다 큰힘을 갖게 할 수 있으며, 또 손으로도 튜브내로 스크레이퍼를 삽입할 수 있다. 일예로써, 스크레이퍼(6)들을 지니는 튜브 크리너(1)는 본 발명에 따라 준비된 것으로, 스크레이퍼(6)들의 기부(7)로부터 스크레이퍼들의 블레이드부(9)까지 측정된 핑거의 길이는 다음과 같다. 즉, 핑거(a, d)=0.670 inch, 핑거(b, e)=0.635 inch 및 핑거(c, f)=0.600 inch이다. 여기서 스크레이퍼(6)는 NO. 2 마무리된 SAE 1050 탄소 어닐 처리된 두께 0.030 inch의 스프링강으로 제조된 것이다. 종래에는 여러개의 부품을 조립해서 스크레이퍼의 블레이드를 형성하였으나, 본 발명에서는, 1개의 금속판으로 스크레이퍼를 제조하기 때문에 생산단가가 낮아질 뿐 아니라, 종래보다 큰 탄성력을 얻을 수 있다.
스크레이퍼(6)의 블레이드부(9)와 튜브의 내표면과의 접촉이 제5도에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 튜브(11)는 하나의 벽(12)을 지니는데, 벽(12)의 내표면(14) 상에는 얇은 경질 물때(13)가 존재한다. 블레이드부(9)는 아치형으로되어, 벽(12)의 내표면(14)과 접촉하는 블레이드부(9)의 단면(15)에 의해 단지 최소의 접촉이 달성되어 거의 점대점(point-to-point) 접촉이 달성됨으로써, 블레이드부가 얇은 경질 물때(13)을 긁어내고 나가 홈(16)을 형성한다. 종래의 스크레이퍼들은 일반적으로 스크레이퍼 블레이드 에지와 튜브벽의 내표면간의 접촉을 최대로 하도록 설계된다. 그러나, 얇은 경질 물때를 제거하는데 그러한 설계는 적합치 않다. 물때를 분쇄하는데 필요한 힘이 표면 접촉이 최대화됨과 동시에 발생된다면, 스크레이퍼의 블레이드와 튜브벽 사이의 마찰은 튜브를 통한 튜브 크리너의 유압에 의한 이동을 방해할 만큼 크게 될 것이다. 본 발명에서 접촉을 최소화함으로써, 실제적인 점대점 접촉이 제공되며, 현저히 높은 압력이 스크레이퍼 블레이드(9)에 의해 튜브의 벽(12)에 가해질 수 있으며, 튜브 크리너(1)는 적합한 유압에 의해 튜브(11)를 통해 추진될 수 있다. 스크레이퍼 블레이드와 내측 튜브벽과의 접촉이, 얇은 경질 침전물에 관통 홈(16)을 제공하도록 튜브벽 내표면(14)과 블레이드 표면의 원호와 약 0.003 내지 0.009 inch의 접촉면으로 달성되는 것으로 밝혀졌다. 블레이드부는 또한 절단력이 침전물을 통해 가해지도록 예리한 에지를 지닌다.
각각의 스크레이퍼상에서 6개의 핑거를 사용하는 본 튜브 크리너는, 경질의 얇은 물때를 제거하고 튜브벽을 청소하여 깨끗한 금속을 이루도록 각각의 스크레이퍼에 의해 튜브벽의 내표면상에 6개의 이격 접촉 지점들을 제공할 것이다. 상호축방향으로 오프셋되는 2개 또는 3개의, 6개의 핑거로 된 스크레이퍼들을 사용하면, 12개 또는 18개의 긁힌 홈이 제공되어 경질의 얇은 물때를 우수하게 제거하여 튜브의 열전달을 크게 향상시킬 것이다. 제6도에는, 본 발명의 3개의 스크레이퍼 튜브 크리너가 튜브를 통과한 후 홈(16)이 경질의 얇은 물때(13)에 형성된 것을 보여주는 튜브(11)가 도시되어 있다. 홈(16)들이 경질의 얇은 물때(13)의 침전물을 통해 형성됨으로써, 튜브의 벽(12)의 열전달 능력이 일정범위까지 현저히 증가함으로써 물때의 완전한 제거가 필요없다.
물때는 매우 느리게 성장하기 때문에, 크리너를 여러번 통과시켜 소제를 하고 나면 거의 새로운 튜브와 같은 조건을 구비한 튜브를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 샤프트(2), 상기 샤프트(2) 상에 배치된 적어도 하나의 스크레이퍼(6)를 포함하는, 튜브(11)의 내표면(14)으로부터 얇은 경질 물때(13)를 제거하는 튜브 크리너(1)로서, 상기 스크레이퍼(6) 각각은 단편의 재료로 형성되며, 일반적으로 샤프트(2)의 축방향 후방으로 뻗어있고 튜브 크리너(1)가 사용중인 경우에 방사 외향으로 편향되는 다수의 탄성 핑거(8)를 포함하며, 각각의 핑거(8)는 방사 외향으로 뻗은 블레이드부(9)로 종결되는 튜브 크리너(1)에 있어서, 임의의 한 스크레이퍼(6) 상의 인접 핑거(8)는 서로 다른 길이를 가지며, 각각의 블레이드부(9)는 아치형 블레이드 에지(10)를 지님으로써 튜브(11)의 내표면(14)과 단지 최소한으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 튜브 크리너(1).
  2. 제1항에 있어서, 2개의 이격 스크레이퍼(6)가 상기 샤프트(2)를 따라 축방향으로 배치되는, 튜브(11)의 내표면(14) 상의 경질 물때(13)를 제거하는 튜브 크리너(1).
  3. 제1항에 있어서, 3개의 이격 스크레이퍼(6)가 상기 샤프트(2)를 따라 축방향으로 배치되는, 튜브(11)의 내표면(14) 상의 경질 물때(13)를 제거하는 튜브 크리너(1).
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 6개의 후방으로 뻗은 외향 편향된 핑거(8)가 상기 각각의 스크레이퍼(6) 상에 제공되는, 튜브(11)의 내표면(14) 상의 경질 물때(13)를 제거하는 튜브 크리너(1).
  5. 제1항에 있어서, 상기 각각의 블레이드부(9)는 아치형 블레이드 에지(10)를 지니며 상기 블레이드 에지(10)의 원호의 0.0762-0.2286(0.003-0.009 인치)를 따라 상기 내표면(14)과 접촉시키도록 배치되는, 튜브(11)의 내표면(14)상의 경질 물때(13)를 제거하는 튜브 크리너(1).
  6. 제1항에 있어서, 상기 각각의 스크레이퍼(6)는 스프링 강으로부터 펀칭되는 튜브 크리너.
  7. 제6항에 있어서, 상기 블레이드부(9)가 청소될 튜브의 내경보다 더 큰 간격만큼 샤프트로부터 방사 외향으로 뻗은 상태로, 스크레이퍼(6)의 핑거(8)들은 이들이 원을 형성하도록 구부러지는 튜브 크리너.
  8. 제1항에 기술된 튜브 크리너를 튜브 내로 삽입하여 핑거(8)의 블레이드부(9)가 외향 편향되어 튜브의 내측표면과 접촉되도록 하는 단계 및 이와같이 튜브내에 삽입된 튜브 크리너를 튜브를 통해서 이동시키는 단계로 구성된 튜브벽의 내부표면으로부터 침전물을 제거하여 튜브를 청소하는 방법.
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