TWM521717U - 管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統 - Google Patents

Description

管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統

本創作係關於一種管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，應用在冷卻水為管內側，以海綿球做短路循環，於操作中不須停機隨之作線上清洗之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統。

產業中需熱交換的製程或機制相當多，依不同條件及設計需求而有多種熱交換器，如管殼式、U型管殼式、板式及鰭片式(如汽車水箱)等，其中以管殼式最為被廣用。

在管殼式熱交換中最常發生的問題為冷卻水走管內側而產生的水垢(硬質碳酸鈣)及軟性沉積淤泥(來自空氣中落塵、水中微生物及光合作用產生的青苔等)，上述之問題是不可避免的化學自然反應變化。

另因熱交換器管材質的因素，配合流速(如銅管每秒8至10英尺間)，以致往往產生較低的流速更容易產生淤積。

在熱交換中以水為冷卻介質最多，因水最容易取得且其特性、輸送之技術最為成熟，但水垢及沉積淤泥，以及腐蝕問題最為困擾，其影響熱傳導佔30%以上，如忽視不做處理，終將導致停機並損及設備，自然地在形成水垢之期間，亦使額外電力增加。

一般水的問題，處理方式有化學藥品處理、停機做酸洗及人工通管等，化學藥品之處理往往不能兼顧因物理性而產生的問題，此仍為其盲點所在，酸洗及人工通管是已到不得已的情況之處理方式。

基於上述缺點，創作人著重於本創作之研發，以實際方法做最有效之處理，其效益也最大，更可達省電之目的，緣因於此，本於積極創作之精神，本創作人亟思一種可以解決上述問題之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，幾經研究實驗終至完成本創作。

本創作之主要目的係在提供一種管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，利用海綿球隨著冷卻水循環於熱交換器內部進行清潔，本創作者思及以下方式。

為達成上述目的，本創作之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，設置於一具有一冷卻水入口、熱交換管及一冷卻水出口之熱交換器上，包括有：複數海綿球、一海綿球回收過濾器、一第一管路、一集球器、一第二管路及一第三管路。

海綿球回收過濾器設置於冷卻水出口上，第一管路與海綿球回收過濾器連結，包括有一海綿球循環泵及一第一球型閥，集球器包括有一第一入口、一第一出口及一第二出口，第一入口與第一管路連結，第二管路與第一出口及冷卻水入口連結，包括有一三通控制球型閥及一第二球型閥，第三管路與第二出口及三通控制球型閥連結，複數海綿球循環流動於冷卻水入口、熱交換管、冷卻水出口、海綿球回收過濾器、第一管路、集球器及第二管路之間。

集球器更可包括一設置於第一入口處之逆止片，在海綿球循環泵停止作用時，熱交換器之冷卻水入口壓力大於冷卻水出口壓力，使第一管路及集球器不再相通。

每一海綿球之直徑可大於或等於每一熱交換管之內徑，且每一海綿球可為橡膠材質之海綿球，具耐磨，在水中其比重與水相近，隨著冷卻水作隨機流入管內，因海綿球之直徑略大於管內徑而達到完全清出管內雜物，使熱交換管之內壁可得到充分清潔，

而複數海綿球之數量約為熱交換管數量之5%至20%，以確保清洗效果，且清洗時間頻率可依水質及環境做調整，海綿球數量為熱交換管數量10%時可達最佳清洗效果，以海綿球數量為熱交換管之數量的10%為例：假設海綿球流經管路(路程)總長約20~25公尺，冷卻水流速2.0~2.5公尺/秒(一般標準設計)，每2小時清洗10分鐘(120分鐘/日)，熱交換管數量300支，海綿球數量等於300x10%為30個。

承上，則每日每支熱交換管估計可通過之海綿球為：以下式(1)代入(20~25公尺)/( 2.0~2.5公尺/秒) 可得到每次循環時間為10秒，以式(2) 代入(120分鐘/日)x(60秒/分鐘)/(10秒/循環) 得到每日循環次數為720次，再以式(3)代入(720循環/日)x30個/300支可得到每日每支循環次數為72次，也就是說，當設定上述之時間及相對海綿球數量，即可達到每日每支熱交換管有72次之機會通過海綿球，雖然無法平均(因流體在系統內有渦流形成)，但其機率已超過並可確認每支熱交換管皆能清洗之效果。  每次循環時間 = 海綿球流經管路總長/冷卻水流速                               (1)  每日循環次數 = (120分鐘/日)x(60秒/分鐘)/ 每次循環時間                    (2)  每日每支循環次數 = 每日循環次數x海綿球數量/熱交換管數量          (3)

海綿球循環泵可提供一大於冷卻水入口之水壓，使複數海綿球在進入第一管路後，得以至集球器及第二管路，進入冷卻水入口內。

上述集球器更可包括一設置於鄰近第二出口處之過濾網、一排氣閥及一排水閥，如此，在將複數海綿球收集至集球器後，可用排氣閥及排水閥排出多餘空氣及冷卻水，進行海綿球的更換。

本創作更可包括一自動控制箱，與海綿球循環泵及三通控制球型閥電路連結，控制複數海綿球流動或停止，海綿球循環泵可提供一大於冷卻水入口之水壓，使複數海綿球得以循環流動。

本創作更可包括一具有一第一分管、一第二分管及一第三分管之Ｙ型三通分配器，在多個(兩個或以上)熱交換器配置時，配置一組集球器，在各個熱交換器冷卻水出口管路上分別裝設海綿球回收過濾器，再以並聯及串聯配管連絡方式(以Ｙ型三通分配器連結)，配管到海綿球循環泵入口，再經集球器打入熱交換器冷卻水入口管路，隨冷卻水進入系統做循環清洗。

上述第一分管與第二分管之夾角可為90度，第一分管與第三分管及第二分管與第三分管之夾角各為135度，使海綿球流動更為順暢，而Ｙ型三通分配器之頂表面及底表面可分別設置一透明玻璃板，藉以觀察海綿球流動狀態。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本創作的申請專利範圍，而有關本創作的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

請參閱圖1，其為本創作之第一實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統之運作示意圖，第一實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，設置於一具有一冷卻水入口91、複數熱交換管92及一冷卻水出口93之熱交換器9上，包括有：複數海綿球1、一海綿球回收過濾器2、一第一管路3、一集球器4、一第二管路5、一第三管路6及一自動控制箱7，在此，圖1之海綿球1數量及熱交換管92數量僅為示意，並非實際數量。

海綿球回收過濾器2設置於冷卻水出口93內，第一管路3與海綿球回收過濾器2連結，包括有一海綿球循環泵31及一第一球型閥32，集球器4包括有一第一入口41、一第一出口42、一第二出口43、一過濾網44、一逆止片45及一排氣閥46，第一入口41與第一管路3連結，第二管路5與第一出口42及冷卻水入口91連結，包括有一三通控制球型閥51及一第二球型閥52，第三管路6與第二出口43及三通控制球型閥51連結並具有一排水閥61，自動控制箱7與海綿球循環泵31及三通控制球型閥51連結並具有控制電路。

藉此，海綿球1可循環流動於冷卻水入口91、熱交換管92、冷卻水出口93、海綿球回收過濾器2、第一管路3、集球器4及第二管路5之間，進行熱交換管92之內管壁清潔作業。

第一實施例之詳細運作過程如後所述：首先，由於冷卻水入口91處之水壓大於冷卻水出口93處之水壓，海綿球1會從冷卻水入口91，流經熱交換管92及冷卻水出口93後，由海綿球回收過濾器2收集並導入至第一管路3，再經由第一管路3之海綿球循環泵31加壓之後，海綿球1流入集球器4。

此時，位於第二管路5上之三通控制球型閥51，會使連結集球器4之第二出口43及第二管路5之三通控制球型閥51之第三管路6處於關閉狀態，因此，海綿球1會流入第二管路5後進入冷卻水入口91，並重複上述循環流動進行熱交換管92之內壁清潔作業，海綿球1為具耐磨性橡膠材質之海綿球，海綿球1之直徑略大於熱交換管92之內徑，且海綿球1之數量等於熱交換管之數量之5%至20%，藉以達到較佳的清洗效果，而海綿球1數量為熱交換管92數量10%時，可達最佳清洗效果。

若要停止運轉，則以自動控制箱7操作第一管路3之海綿球循環泵31，使海綿球循環泵31停止運轉，此時，由於冷卻水入口91處之水壓大於冷卻水出口93處之水壓，冷卻水會經由第二管路5流至集球器4，而集球器4之逆止片45會因水壓而關閉集球器4之第一入口41，使第一管路3及集球器4不再相通，讓冷卻水以流經冷卻水入口91、熱交換管92及冷卻水出口93方式循環。

而在要更換海綿球1時，則是在運作狀態時，以自動控制箱7控制第二管路5之三通控制球型閥51，使連結集球器4之第二出口43及三通控制球型閥51之第三管路6處於開啟狀態，連結集球器4之第一出口42及三通控制球型閥51間之第二管路5處於關閉狀態，此時，冷卻水會在收集器4中往第二出口43處流動，海綿球1會由設置於鄰近第二出口43處之過濾網44所收集，經過2到5分鐘後即可收集所有海綿球1。

承上，再關閉第一管路3之海綿球循環泵31、第一球型閥32及第二管路5之三通控制球型閥51，使集球器4、第一球型閥32與集球器4之第一入口41間之第一管路3、三通控制球型閥51與集球器4之第一出口42間之第二管路5，以及第三管路6形成一封閉狀態，再以集球器4之排氣閥46及第三管路6之排水閥61分別進行氣體及冷卻水的排出後，即可開啟集球器4進行海綿球1的更換或清潔。

本創作也可應用於兩個熱交換器進行管路清洗作業，請參閱圖2及圖3，其分別為本創作之第二實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統之運作示意圖及另一運作示意圖，由於第二實施例為第一實施例之延伸應用，在此省略與第一實施例相同元件的說明，僅對增添之必要元件進行說明。

第二實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，分別與一具有一第一冷卻水入口94、一第一熱交換管95及一第一冷卻水出口96之第一熱交換器及一具有一第二冷卻水入口97、一第二熱交換管98及一第二冷卻水出口99之第二熱交換器相互連結，包括有：複數海綿球(圖未示)、一第一管路3、一集球器4、一第二管路5、一第三管路6、一自動控制箱7、一第一Ｙ型三通分配器81、一第二Ｙ型三通分配器82、一第四管路83、一第五管路84、一第六管路85、一第七管路86、一第一海綿球回收過濾器10及一第二海綿球回收過濾器11，圖2及圖3之第一熱交換管95及第二熱交換管98僅為示意，並非指實際熱交換管數量。

在此先說明第一Ｙ型三通分配器81及第二Ｙ型三通分配器82之構造，請參閱圖4，其為本創作之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統之Ｙ型三通分配器俯視示意圖，Ｙ型三通分配器12具有第一分管121、第二分管122及第三分管123，並於頂表面及底表面(圖4未示出)分別設置一透明玻璃板124，第一分管121與第二分管122之夾角可為90度，第一分管121與第三分管123及第二分管122與第三分管123之夾角為135度，此角度設計使海綿球流動更為順暢，並可以透明玻璃板124觀察海綿球流動狀態。

也就是說，在Ｙ型三通分配器12處於第一Ｙ型三通分配器81位置之情況下，第二管路5之海綿球及冷卻水從Ｙ型三通分配器12之第三分管123處流入，並流入第一分管121及第二分管122，再分別流入與第一熱交換管95相連之第四管路83及與第二熱交換管98相連之第六管路85，而在Ｙ型三通分配器12處於第二Ｙ型三通分配器82位置之情況下，與第一熱交換管95相連之第五管路84之海綿球及冷卻水從第一分管121處流入，與第二熱交換管98相連之第七管路86之海綿球及冷卻水從第二分管122處流入，再匯流至第一管路3。

而第四管路83具有一與自動控制箱7電路連結之第一海綿球入系統管球型氣動閥831(未示出連結)，第五管路84具有一與自動控制箱7電路連結之第一海綿球回收管球型氣動閥841(未示出連結)，第六管路85具有一與自動控制箱7電路連結之第二海綿球入系統管球型氣動閥851(未示出連結)，第七管路86具有一與自動控制箱7電路連結之第二海綿球回收管球型氣動閥861(未示出連結)，第一海綿球回收過濾器10設置於第一冷卻水出口96內並與第五管路84連結，第二海綿球回收過濾器11設置於第二冷卻水出口99內並與第七管路86連結。

圖2示出第一熱交換器之清洗運作過程，先以自動控制箱7關閉第二海綿球入系統管球型氣動閥851及第二海綿球回收管球型氣動閥861，接著啟動第一管路3之海綿球循環泵31，使海綿球從集球器4開始流動，依序流經第二管路5、第一Ｙ型三通分配器81、第四管路83、第一冷卻水入口94、第一熱交換管95、第一冷卻水出口96、第五管路84、第二Ｙ型三通分配器82及第一管路3後，回到集球器4並重複上述路徑循環，進行第一熱交換器之第一熱交換管95之內壁清潔作業。

而要清洗第二熱交換器時(參閱圖3)，於運作時先以自動控制箱7控制第二管路5之三通控制球型閥51，使連結集球器4之第二出口43及三通控制球型閥51之第三管路6處於開啟狀態，連結集球器4之第一出口42及三通控制球型閥51間之第二管路5處於關閉狀態，此時，冷卻水會在收集器4中往第二出口43處流動，海綿球會由設置於鄰近第二出口43處之過濾網44所收集，經過2到5分鐘後即可收集所有海綿球。

接下來，以自動控制箱7開啟第二海綿球入系統管球型氣動閥851及第二海綿球回收管球型氣動閥861，並關閉第一海綿球入系統管球型氣動閥831及第一海綿球回收管球型氣動閥841，再控制第二管路5之三通控制球型閥51，使連結集球器4之第二出口43及三通控制球型閥51之第三管路6處於關閉狀態，連結集球器4之第一出口42及三通控制球型閥51間之第二管路5處於開啟狀態，如此，海綿球從集球器4開始流動，依序流經第二管路5、第一Ｙ型三通分配器81、第六管路85、第二冷卻水入口97、第二熱交換管98、第二冷卻水出口99、第七管路86、第二Ｙ型三通分配器82及第一管路3後，回到集球器4並重複上述路徑循環，進行第二熱交換器之第二熱交換管98之內壁清潔作業。

由上述內容可知，本實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，利用海綿球1、海綿球回收過濾器2、第一管路3、集球器4、第二管路5、第三管路6及自動控制箱7之設置，達到清洗熱交換器管路內壁之目的，更可利用Ｙ型三通分配器12進行管路之並聯及串聯，延伸應用至兩個以上熱交換器，再透過自動控制箱7之設定，可設定例如清洗10分鐘、收集海綿球2至5分鐘後閒置100分鐘之清洗行程，有效率地清洗多個熱交換器之管路內壁，除去水垢或軟性淤泥等髒污，避免酸洗可能造成的設備損害，提升熱交換器管路之熱傳導效果，進而達到節能省電之目的。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

1‧‧‧海綿球
2‧‧‧海綿球回收過濾器
3‧‧‧第一管路
31‧‧‧海綿球循環泵
32‧‧‧第一球型閥
4‧‧‧集球器
41‧‧‧第一入口
42‧‧‧第一出口
43‧‧‧第二出口
44‧‧‧過濾網
45‧‧‧逆止片
46‧‧‧排氣閥
5‧‧‧第二管路
51‧‧‧三通控制球型閥
52‧‧‧第二球型閥
6‧‧‧第三管路
61‧‧‧排水閥
7‧‧‧自動控制箱
81‧‧‧第一Ｙ型三通分配器
82‧‧‧第二Ｙ型三通分配器
83‧‧‧第四管路
831‧‧‧第一海綿球入系統管球型氣動閥
84‧‧‧第五管路
841‧‧‧第一海綿球回收管球型氣動閥
85‧‧‧第六管路
851‧‧‧第二海綿球入系統管球型氣動閥
86‧‧‧第七管路
861‧‧‧第二海綿球回收管球型氣動閥
9‧‧‧熱交換器
91‧‧‧冷卻水入口
92‧‧‧熱交換管
93‧‧‧冷卻水出口
94‧‧‧第一冷卻水入口
95‧‧‧第一熱交換管
96‧‧‧第一冷卻水出口
97‧‧‧第二冷卻水入口
98‧‧‧第二熱交換管
99‧‧‧第二冷卻水出口
10‧‧‧第一海綿球回收過濾器
11‧‧‧第二海綿球回收過濾器
12‧‧‧Ｙ型三通分配器
121‧‧‧第一分管
122‧‧‧第二分管
123‧‧‧第三分管
124‧‧‧透明玻璃板

圖1係本創作之第一實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統之運作示意圖。 圖2係本創作之第二實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統之運作示意圖。 圖3係本創作之第二實施例之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統之另一運作示意圖。 圖4係本創作之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統之Ｙ型三通分配器俯視示意圖。

1‧‧‧海綿球

2‧‧‧海綿球回收過濾器

3‧‧‧第一管路

31‧‧‧海綿球循環泵

32‧‧‧第一球型閥

4‧‧‧集球器

41‧‧‧第一入口

42‧‧‧第一出口

43‧‧‧第二出口

44‧‧‧過濾網

45‧‧‧逆止片

46‧‧‧排氣閥

5‧‧‧第二管路

51‧‧‧三通控制球型閥

52‧‧‧第二球型閥

6‧‧‧第三管路

61‧‧‧排水閥

7‧‧‧自動控制箱

9‧‧‧熱交換器

91‧‧‧冷卻水入口

92‧‧‧熱交換管

93‧‧‧冷卻水出口

Claims (13)

1. 一種管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，設置於一具有一冷卻水入口、複數熱交換管及一冷卻水出口之熱交換器上，包括有： 一海綿球回收過濾器，係設置於該冷卻水出口上； 一第一管路，係與該海綿球回收過濾器連結，包括有一海綿球循環泵及一第一球型閥； 一集球器，包括有一第一入口、一第一出口及一第二出口，該第一入口係與該第一管路連結； 一第二管路，係與該第一出口及該冷卻水入口連結，包括有一三通控制球型閥及一第二球型閥； 一第三管路，係與該第二出口及該三通控制球型閥連結；以及 複數海綿球，係循環流入於該冷卻水入口、該複數熱交換管、該冷卻水出口、該海綿球回收過濾器、該第一管路、該集球器及該第二管路之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該集球器更包括一設置於該第一入口處之逆止片。
3. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其更包括一自動控制箱，係與該海綿球循環泵及該三通控制球型閥電路連結。
4. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該每一海綿球之直徑係大於或等於該每一熱交換管之內徑。
5. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該每一海綿球係為橡膠材質之海綿球。
6. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該海綿球循環泵係提供一大於該冷卻水入口之水壓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該複數海綿球數量係等於該複數熱交換管數量之5%至20%。
8. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該集球器更包括一設置於鄰近該第二出口處之過濾網。
9. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該集球器更包括一排氣閥。
10. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該第三管路更包括一排水閥。
11. 如申請專利範圍第1項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其更包括一具有一第一分管、一第二分管及一第三分管之Ｙ型三通分配器。
12. 如申請專利範圍第11項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該第一分管與該第二分管之夾角係為90度，該第一分管與該第三分管及該第二分管與該第三分管之夾角係分別為135度。
13. 如申請專利範圍第11項所述之管殼式熱交換器管路海綿球線上自動清洗系統，其中，該Ｙ型三通分配器之頂表面及底表面係分別設置一透明玻璃板。