(57)【要約】  空気式バイブレータ（２２）によって生成される振動エネルギーは、振幅および振動数を独立して調整するように制御される。機械的共振器（１４）を用いて振動数が調整される。制御された振動エネルギーを、ファウリングを軽減するために熱交換器等の機器に適用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気式バイブレータから出力されるエネルギーを制御する方法であって、
加圧流体の入口および前記加圧流体に応答して振動エネルギーを発生するアクチュエータを有する空気式バイブレータにより、振動エネルギーを生成する工程であって、前記加圧流体の流れを調整して前記振動エネルギーの振幅を制御することができる工程；および
前記振動エネルギーに共振振動数で応答する共振器により、前記振動エネルギーを変更する工程であって、
前記共振器は、共振振動数を有するハウジングおよび振動数調整部材を備え、
前記振動数調整部材により前記ハウジングの剛性を調整して、前記共振器から出力される前記振動エネルギーの振動数を制御することができる工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
所定の共振振動数を有するように前記ハウジングを設計する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記振動数調整部材が、前記ハウジングに結合した補強棒を有し、
前記振動数の制御が、前記補強棒が前記ハウジングに結合する力の調整および前記補強棒が前記ハウジングに結合する位置の調整のうちの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記振動エネルギーを変更する間に、反復衝撃振動を与える工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記出力振動エネルギーを有する音波を生成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記変更された振動エネルギーを伝達して、制御された機械的力を機器に加える工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記機器が熱交換器であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記熱交換器が精製動作においてオンラインであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
熱交換器におけるファウリングを低減する方法であって、
液体流に隣接する熱交換面を備えた熱交換器を提供する工程；
前記熱交換器に振動を引き起こす空気力を生成する工程であって、前記振動が、前記熱交換面に隣接して流れる前記液体にせん断運動をもたらし、前記熱交換器のファウリングを低減する工程；
共振振動数および振動数制御範囲を有する機械的共振器を使用することにより、生成した前記振動の振動数を制御する工程であって、前記機械的共振器の前記振動数を、前記振動数制御範囲内で調整することを含む工程；および
前記振動の振動数を制御する工程とは独立に、前記振動の前記振幅を制御する工程
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記機械的共振器の前記振動数を調整する工程が、前記機械的共振器の剛性を調整する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記振幅を制御する工程が、前記空気力を生成する時に流体圧を変化させることを含む工程を特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記機械的共振器が、補強棒が結合したハウジングを含み、
前記振動数の調整が、前記補強棒が前記ハウジングに結合する力の調整および前記補強棒が前記ハウジングに結合する位置の調整のうちの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記空気力を生成する間に反復衝撃振動を加える工程を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記空気力を生成する工程が、音波を生成する工程を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記熱交換器を提供する工程が、精製システムにおいてオンラインである熱交換器を提供する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
振動力を生成する空気式バイブレータ；および
前記空気式バイブレータによって生成される前記振動力を変更する、前記空気式バイブレータに結合された共振器
を備え、
前記共振器は、共振振動数を有するハウジングおよび前記ハウジングの剛性を調整するように前記ハウジングに結合され、前記共振器の前記共振振動数を変化させる振動数調整器を有する
ことを特徴とする空気式バイブレータ組立体。
【請求項１７】
前記空気式バイブレータに振幅調整器を更に備え、前記振幅調整器は、前記変更された振動力の前記振幅を、前記振動数とは独立に制御することを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項１８】
前記空気式バイブレータが、圧縮ガス源に連結可能であり、前記振幅調整器が、前記空気式バイブレータに供給される前記圧縮ガスの圧力を調整する調節器であることを特徴とする請求項１７に記載の組立体。
【請求項１９】
前記振動数調整器が、前記振動数調整器を前記ハウジングに結合するために使用される力を変更して前記共振振動数を変化させるのを可能にする保持具を有することを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項２０】
前記振動数調整器が棒を有し、
前記保持具が係止ナットであり、それにより、前記係止ナットに加えられるトルクが、前記ハウジングに前記棒を締め付けるように変更される
ことを特徴とする請求項１９に記載の組立体。
【請求項２１】
前記振動数調整器が棒および保持具を有し、
前記保持具が、前記棒を前記ハウジングに対して選択された位置で固定して、前記共振振動数を変化させる
ことを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項２２】
前記棒がねじ切りされており、前記保持具が、前記棒を前記ハウジングに締め付けるナットであることを特徴とする請求項２１に記載の組立体。
【請求項２３】
前記ハウジングが壁を有し、
前記壁のうちの１つが溝穴を有し、
別の対向する壁が溝を有し、
前記棒が、前記溝および前記溝穴に摺動可能に保持され、かつ前記壁に対して、前記ナットにより、前記共振器の剛性を調整するように適所に固定される
ことを特徴とする請求項２２に記載の組立体。
【請求項２４】
前記振動数調整器が２つの棒および２つの保持具を有し、
前記各保持具が、前記棒のうちの一方を前記ハウジングに対して選択された位置に固定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項２５】
前記振動数調整器が２つの棒および２つの保持具を有し、
前記保持具が、前記棒のうちの一方を他方の棒に対して選択された位置に固定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項２６】
前記ハウジングが、少なくとも２つの対向する側壁および前記対向する側壁を連結する少なくとも１つの端壁を有し、
前記壁のうちの少なくとも１つが細長い溝穴を有し、
前記振動数調整器が、前記溝穴の長さに沿って選択的に配置される
ことを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項２７】
前記空気式バイブレータが、前記側壁のうちの一方に取り付けられ、
前記振動数調整器が、前記側壁の間の選択された位置に結合された棒を有し、前記棒と前記端壁の間の距離を変更することができる
ことを特徴とする請求項２６に記載の組立体。
【請求項２８】
前記空気式バイブレータが前記側壁のうちの一方に取り付けられ、
前記振動数調整器が、前記端壁の選択された位置に結合された棒を有し、前記棒と各側壁の間の距離を変更することができる
ことを特徴とする請求項２６に記載の組立体。
【請求項２９】
前記空気式バイブレータが前記側壁のうちの一方に取り付けられ、
前記振動数調整器が、前記側壁の間の選択された位置に結合された一対の棒を有し、前記棒の間の距離を変更することができる
ことを特徴とする請求項２６に記載の組立体。
【請求項３０】
反復衝撃振動を生成する、前記共振器に結合された衝撃振動生成器を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項３１】
前記衝撃振動生成器が、前記ハウジングの振動移動を制限する、前記ハウジングに結合されたストッパであることを特徴とする請求項３０に記載の組立体。
【請求項３２】
前記衝撃振動生成器が、前記空気式バイブレータと前記ハウジングの間に結合されたストッパを備えたばね式取付具であることを特徴とする請求項３０に記載の組立体。
【請求項３３】
前記振動力が音響であるように前記空気式バイブレータに結合された音響発生器を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項３４】
熱交換器と組み合わされることを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【請求項３５】
精製動作と組み合わされることを特徴とする請求項１６に記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動エネルギーを生成する装置およびそのエネルギーの制御に関する。本発明は、更に、制御された振動エネルギーの使用、特に、製油所および石油化学工場で使用される熱伝達部品（限定されないが熱交換器を含み、特に熱交換器）においてファウリングを軽減するために制御された振動エネルギーを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動は、製造業、粒子流制御、実装および試験を含む種々のプロセスで使用されている。振動はまた、粒子が特定の表面に沈降または蓄積しないようにするためにも使用されてきた。こうした応用の１つは、機器の正常な動作を妨げる、表面に物質が蓄積することによる機器のファウリングを軽減することを目的としている。
【０００３】
ファウリングは、一般に、処理装置の表面の不要な物質の蓄積として定義される。石油処理において、ファウリングは、熱交換器表面の不要な炭化水素ベースの堆積物の蓄積である。それは、精製処理システムおよび石油化学処理システムの設計および動作において概して普遍的な問題として認識されており、２つの点で装置の動作に影響を与える。第１に、ファウリング層は熱伝導率が低い。これにより、熱伝達に対する抵抗が増大し、熱交換器の有効性が低減し、そのためシステムの温度が上昇する。第２に、堆積が発生すると、断面積が低減し、それにより装置全体に亙って圧力降下が増大し、熱交換器における圧力および流れが非効率になる。
【０００４】
石油タイプの流れに関連する熱伝達部品（熱交換器を含む）におけるファウリングは、化学反応、腐食、不溶性物質の堆積、および流体と熱交換壁との温度差によって不溶性となった物質の堆積を含む、多数のメカニズムからもたらされる可能性がある。
【０００５】
急速なファウリングのより一般的な根本原因のうちの１つは、特に、原油アスファルテンがヒータ管表面温度に過度に晒される場合に発生するコークスの形成である。熱伝達部品の反対側の液体は、全原油よりはるかに高温であり、その結果、それら液体によって表面または膜の温度が比較的高くなる。アスファルテンは、油から沈殿し、これら高温の表面に付着する可能性がある。特に後方列の交換器において、かかる表面温度に長く晒されることにより、アスファルテンが熱劣化してコークスになる可能性がある。そして、コークスは、断熱材として作用し、表面がユニットを通過する油を加熱するのを妨げることにより、熱交換器における熱伝達効率損失の原因となる。製油所をより収益性の高いレベルに戻すために、汚染された熱交換器を洗浄する必要があり、それには、通常、後述するように熱交換器を運用から外すことが必要になる。
【０００６】
熱交換器の管内ファウリングにより、効率およびスループットが低下しエネルギー消費が追加されるため、石油精製所に毎年何億ドルものコストがかかる。エネルギーのコストが上昇することにより、熱交換器のファウリングはプロセス収益性に更により大きい影響を与える。石油精製所および石油化学工場ではまた、熱伝達装置において全原油、混合物および留分の熱処理中に発生するファウリングの結果として清掃が必要であるため、運転コストが高くなる。多くのタイプの製油所装置がファウリングの影響を受けるが、コスト見積りにより、収益損の大部分が、予熱列の交換器における全原油および混合物のファウリングによってもたらされることが分かった。
【０００７】
熱交換器のファウリングにより、製油所は清掃プロセスのために頻繁にコストのかかる電源遮断を行うことが余儀なくされる。現在、大部分の製油所は、化学的または機械的清掃を行うために熱交換器の動作を停止することにより、熱交換器の管束のオフライン清掃を行う。清掃は、スケジュールされた時間または使用に基づくか、または実際の監視されたファウリング状態に基づく場合がある。かかる状態は、熱交換効率の損失を評価することによって確定され得る。しかしながら、オフライン清掃は運用を中断する。これは、非生産期間があることになるため、小さい製油所には特に負担となる可能性がある。
【０００８】
熱伝達部品のファウリングを軽減しまたは場合によりなくすだけで、エネルギー削減において多大なコスト節減をもたらすことができる。ファウリングの低減により、エネルギーが節約され、容量が高くなり、メンテナンスが縮小され、清掃費用が低減し、装置の全可用性が向上する。
【０００９】
熱交換器においてファウリングを低減するために振動力を使用する試みがなされてきた。振動の使用の基礎は、熱交換器の表面の堆積物の形成を阻害するように管内の液体に運動を引き起こす機構を提供することである。しかしながら、制御された方法で効率的に振動エネルギーを生成し熱交換器の表面に伝達することは困難である。
【００１０】
本出願の譲受人、エクソンモービル・リサーチ・アンド・エンジニアリング・カンパニー（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ）により、液体流用の熱交換器管を支持する固定取付要素に加えられる機械的力を利用して、管内に、管に隣接して流れる液体にせん断運動をもたらす振動を引き起こすことにより、管のファウリングを低減する、振動システムが開発された。このシステムは、２００６年５月１９日に出願された「制御された機械的振動を使用する熱交換器における管内ファウリングの軽減（Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｉｎ−Ｔｕｂｅ  Ｆｏｕｌｉｎｇ  ｉｎ  Ｈｅａｔ  Ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）」と題する同時係属出願（特許文献１）に開示されている。その出願の内容は、参照により本明細書に援用される。
【００１１】
振動を生成する他の方法には、電磁装置または圧電加振器の使用があり、それにより振動数および振幅のより高度な制御が可能となる。しかしながら、これらのタイプの装置は、製油所環境に多数の問題をもたらす。それらはコストが高く、苛酷な環境において信頼性が低く、かつ、これら装置を駆動するために必要な電力が高いために安全性の問題が発生する可能性がある。
【００１２】
別の手段は空気式バイブレータであり、それはよりコストが低く、より信頼性が高くかつ安全である。空気式バイブレータ自体、周知である。通常、それらは、圧縮空気またはガスによって駆動される時に回転ボール運動または不平衡タービンの回転の遠心力による振動を生成することによって動作する。振動の振動数および振幅は、通常、圧力の上昇および流れの増大にともなって増大する。しかしながら、空気式バイブレータの問題は、こうした装置の振動数および振幅を制御することが困難である、ということである。特に振動数および振幅を互いに独立して制御することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許出願第１１／４３６，８０２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
管内ファウリングを低減する更なる方法、特に、ファウリングを低減するために使用されるエネルギーの制御を向上することができる方法を開発する必要がある。また、より厳密に制御することができる空気式振動発生システム、特に、振動数および振幅を独立して制御することができる装置を設計することも必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施形態の態様は、振動エネルギーの振幅および振動数を制御することができる方法に関する。
【００１６】
本発明の実施形態の態様はまた、ファウリングを軽減するために熱交換器組立体等の機器に与えられる振動を制御する方法に関する。
【００１７】
本発明の実施形態の別の態様は、製油所等の既存のシステムで実施することができる方法を提供することに関する。
【００１８】
本発明の実施形態の更なる態様は、熱交換器が動作している間にファウリングを軽減する方法を実施することに関する。
【００１９】
本発明は、空気式バイブレータから出力されるエネルギーを制御する方法であって、加圧流体入口と加圧流体に応答して振動エネルギーを発生するアクチュエータとを有する空気式バイブレータにより、振動エネルギーを生成する工程を含み、加圧流体の流れが、振動エネルギーの振幅を制御するように調整可能である、方法に関する。本方法は、振動エネルギーを、振動エネルギーに共振振動数で応答する共振器により変更する工程を含み、共振器は、所定共振振動数を有するハウジングと、ハウジングの剛性を共振器から出力される振動エネルギーの振動数を制御するように調整可能である振動数調整部材と、を備える。本方法は、制御された機械的力を、熱交換器等の機器に加えるように、変更された振動エネルギーを伝達する工程を更に含むことができる。
【００２０】
本発明はまた、熱交換器におけるファウリングを低減する方法であって、液体流に隣接する熱交換面を備えた熱交換器を提供する工程と、熱交換器のファウリングを低減するために、熱交換面に隣接して流れる液体にせん断運動をもたらす振動を熱交換器に引き起こすように、空気力を生成する工程と、を含む、方法に関する。本方法は、共振振動数および振動数制御範囲を有する機械的共振器を使用することにより、生成された振動の振動数を制御する工程であって、機械的共振器の振動数を範囲内で調整する工程を含む、工程を含む。本方法は、生成された振動の振動数を制御することから独立して、振動の振幅を制御する工程を更に含む。本方法を、精製システムにおいてオンラインで行うことができる。
【００２１】
本発明はまた、振動力を生成する空気式バイブレータと、空気式バイブレータによって生成される振動力を変更する、空気式バイブレータに結合された調整可能な共振器と、を備える空気式バイブレータ組立体に関する。共振器は、共振振動数を有するハウジングと、共振器の共振振動数を変化させるようにハウジングの剛性を調整するようにハウジングに結合された振動数調整器と、を有する。本組立体を、熱交換器または精製動作と結合することができる。
【００２２】
本発明のこれらおよび他の態様は、詳細な説明および添付図面に関連して明らかとなろう。
【００２３】
ここで、本発明を、添付図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態によるバイブレータ組立体の平面図である。
【図２】線Ｉ−Ｉに沿った図１のバイブレータ組立体の断面図での側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるバイブレータ組立体の平面図である。
【図４】線ＩＩ−ＩＩに沿った図３のバイブレータ組立体の断面図での側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるバイブレータ組立体の正面図である。
【図６】線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った図５のバイブレータ組立体の断面図での側面図である。
【図７】図１のバイブレータ組立体の変更形態の断面図での側面図である。
【図８】図４のバイブレータ組立体の変更形態の断面図での側面図である。
【００２５】
図面において、同様の参照数字はそれぞれの図において対応する部分を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、制御された振動エネルギーを生成する方法に関する。特に、本方法は、振動エネルギーの振幅および振動数を互いに独立して制御することに関する。本明細書で説明する例示的な応用は、機器、特に熱伝達部品（たとえば熱交換器）、より詳細には精製プロセスで使用される熱交換器のファウリングを軽減するのに役立つ、制御された振動エネルギーの生成である。従って、本発明の態様は、概して熱交換器のファウリングを軽減する方法と、その方法を実施する装置と、に関する。好ましい使用では、本方法および装置は、製油所または石油化学処理工場等において、精製プロセスで使用される熱伝達部品に適用される。本方法を、オンラインであり使用中である熱伝達部品で使用することができる。
【００２７】
当然ながら、本発明を他の処理施設および熱交換器、特に、精製プロセス中に受けるのと同様にファウリングを受け易く、かつ修理および清掃のためにオフラインにすることが不都合であるものに適用することが可能である。本明細書で開示する制御方法および装置を、熱交換器または精製設備に限定されず、制御された振動が望まれる種々の用途で使用することができる、ということも企図される。本発明と使用することができる他のタイプの機器には、限定なしに、火炉（ｆｉｒｅ  ｈｅａｔｅｒ）、沈降および／または堆積ファウリングが生じる機器、工業用混合機および分離機、並びに微粒子ホッパ等、乾燥材料処理装置がある。当業者には、本発明を広く適用することができることが理解されよう。
【００２８】
原油との熱交換には、２つの重要なファウリングメカニズムが含まれており、即ち化学反応と不溶性材料の堆積とである。両方の場合において、壁に近い粘性底層（または境界層）を低減することにより、ファウリング率を軽減させることができる。この概念が、本発明による方法において適用される。
【００２９】
化学反応の場合、熱伝達壁の表面の温度が高いことにより、分子がファウリング残留物に対する前駆体を形成するのが促進される。これら前駆体は、比較的沈滞している壁領域から一掃されない場合、結合して壁に堆積する。境界層を低減することにより、停滞領域の厚さが低減し、そのため、ファウリング残留物を形成するために利用され得る前駆体の量が低減する。そのため、付着を防止する１つの方法は、表面の薄膜層を破壊することにより表面温度が高い時に露出時間を低減する、というものである。本発明によれば、このプロセスは、薄膜層の破壊をもたらすためにシステムにエネルギーを導入する工程を含む。
【００３０】
本発明を、ファウリングが生じるいかなるタイプの機器、特にすべてのタイプの熱交換装置に適用することができる。たとえば、多くの製油所が、個々の管の束が板フランジによって支持されシェル内で保持される、シェル・チューブタイプの熱交換器を使用する。内面および外面の両方を含む管の壁面にファウリングが生じ易く、即ち望ましくない炭化水素ベースの堆積物が蓄積し易い。熱交換器の技術分野における当業者には、本明細書では例示的な実施形態としてシェルチューブ交換器について説明するが、本発明を、さまざまなタイプの既知の熱交換器装置においていかなる熱交換器表面に適用してもよい、ということが理解されよう。従って、本発明は、シェル型交換器に限定されるべきではない。本発明を用いて、いかなるタイプの熱交換面にも、または熱交換面を通過して流れる隣接する液体において、振動を生成することができる。
【００３１】
要約すると、本発明により、ファウリングを制御された方法で軽減するように熱交換器システムにエネルギーが提供される。好ましくは、エネルギーは空気式バイブレータによって供給され、振動の振動数および振幅が独立して制御される。空気式バイブレータは共振器に結合されており、共振器は、共振振動数を振動数範囲内の固定振動数に固定することができ、一方で、バイブレータに供給される流体圧は、振幅を変化させるように変更されることが可能である。共振器の剛性は、共振振動の振動数を広範囲にわたって調整することができるように調整可能である。
【００３２】
図１および図２を参照すると、空気式バイブレータ組立体１０が示されており、それは、共振器１４に結合された空気式バイブレータ１２を有している。空気式バイブレータ１２は、従来のいかなるタイプの空気式バイブレータ、たとえばボールタイプまたはタービンタイプのバイブレータであってもよい。ボールタイプのバイブレータでは、既知であるように、振動は、圧縮空気またはガス等、加圧流体によって駆動される回転ボール運動の遠心力により引き起こされる。タービンタイプのバイブレータでは、既知であるように、振動は、不平衡タービンの回転によって同様に引き起こされる。空気式バイブレータ１２は、加圧流体を流体の圧力および流れを制御する調整器１８によって導入する入口１６と、流体を放出する出口２０と、を有している。入口１６により、流体が、基部２４に取り付けられている振動発生器２２に導入され得る。バイブレータ１２の基部２４は共振器１４に結合されている。明らかに、いかなるタイプの構成のバイブレータも好適であり、記述は単に例示的なものとして意図されている。バイブレータ１２の作動により、図２において矢印によって示すように、所与の圧力の圧縮空気またはガスで振動Ｖが発生する。このタイプの振動機構は当業者には既知であるため、これ以上の説明は不要である。
【００３３】
共振器１４はハウジング３０によって形成されている。ハウジングの設計は、標準共振振動数と振動数制御範囲とを提供する。共振振動数に影響を与える要因には、材料、寸法および幾何学的形状の選択がある。ハウジングの設計を、有限要素分析等の数値方法に、または経験的方法に、またはそれら両方の組合せに基づくことができる。設計は、バイブレータの特定の用途に応じて所望の振動数制御範囲に基づいて確定される。
【００３４】
図１および図２の実施形態に示すように、ハウジング３０は、少なくとも１つの端壁３６によって連結された一対の対向する側壁３２および３４を含む。上部側壁３２には、図２に示すように溝穴３８が形成されており、底部側壁３４には溝４０が形成されている。ハウジング３０に補強棒４２が結合されており、それは振動数調整器としての役割を果たす。機械的共振器１４は、バイブレータ１２によって生成される振動の振動数を制御する共振振動数を有している。補強棒４２により、共振器１４の共振振動数を範囲内に調整することができ、言い換えれば微調整することができる。
【００３５】
図２に示すように、補強棒４２は、対向する側壁３２および３４間に延在し、溝４０に取り付けられ、溝穴３８を通って延在している。補強棒４２はねじ切り棒であることが好ましいが、いかなるタイプの補強部材であってもよい。棒４２の一端には、棒４２をハウジング３０に締め付けるように係止ナット４４が固定されている。棒４２を、ナット４４を締め付けることにより、溝穴３８に沿って任意の位置にも固定することができる。この場合もまた、係止ナット４４は、取付けの剛性を選択的に調整するように補強部材とともに作用するいかなるタイプの保持具であってもよい。
【００３６】
共振器１４の共振振動数を２つの方法で変更することができる。溝穴３８に沿った棒４２のいかなる所与の位置に対しても、共振器の剛性を、係止ナット４４に加えられるトルクによって調整することができる。この制御は、小さい振動数帯域に制限される。より広い振動数制御の場合、端壁３６からの距離Ｌによって測定される棒４２の位置を変更することができる。Ｌが増大するに従い、共振器１４は剛性になり、より高い共振振動数およびバイブレータ１２から伝達されるより高い振動周波数を生成する。
【００３７】
動作時、各所与の適用に対して、望ましい振動数範囲が確定され、機械的共振器は、所望の適用に対して好適な振動数制御範囲の標準共振振動数を生成する材料特性および寸法を有するように設計されている。機械的共振器の標準振動数は、ハウジング３０の設計に大きく依存する。ハウジング３０の寸法および材料の選択を、標準振動数および振動数制御範囲の要件を満たすように、有限要素法等の数値方法、経験的方法または組合せ方法のいずれかによって達成することができる。そして、補強棒４２の位置および係止ナット４４に加えられるトルクは、範囲内の所望の振動数での振動を生成するように調整される。振動数が固定されると、圧縮流体圧力が所望の振動振幅を生成するように調整される。そのため、同じ共振器を用いて振動数および振幅が異なる振動を生成することができる。
【００３８】
共振器１４は、所望の用途および範囲に応じて異なる設計を有することができる。たとえば、図３および図４に、一対の補強棒が使用される共振器５０を示す。共振器５０は、端壁５８および６０によって連結された一対の対向する側壁５４および５６を備えるハウジング５２を有している。たとえば図４に示すように、バイブレータ１２は上部側壁５４に結合されており、そこには溝穴６２が形成されている。保持棚６６およびアクセス開口６８を有する底部側壁５６には、溝６４が形成されている。ハウジング５２に、第１補強棒７０および第２補強棒７２が固定されている。
【００３９】
各棒７０、７２は、環状肩部７４、７６を備えた端部とねじ切端部７８および８０とを有している。肩部７４、７６は、棚６６によって溝６４に摺動可能に保持されている。肩部７４、７６は、挿入または除去のためにアクセス開口６８を通過することができる。係止ナット８２、８４または任意の好適な保持具が、棒７０、７２をハウジング５２に対して締め付けることにより適所に固定するために、端部７８、８０にそれぞれ固定されている。棚６６により、棒７０、７２が適所に保持されることが確実になるが、必要に応じて省略にしてもよい。同様に、こうした棚を、本明細書で開示する共振器の他の実施形態のいずれにおいて使用することも可能である。
【００４０】
動作時、共振器５０は、共振器１４と同様に動作し、バイブレータ１２は共振器に結合されており、流体圧によって振幅を変更することができる振動を提供する。共振器５０の共振振動数は、棒７０および７２を、共振器５０の剛性を制御するそれらの間の距離Ｌで選択された位置に配置し、その後、ナット８２および８４に対するトルクを構成することにより振動数を微調整することによって、調整される。
【００４１】
図５および図６は、共振器９０の別の変形例を示しており、ハウジング９２は、端壁９８、１００によって連結された一対の側壁９４、９６と、端壁９８、１００の間に延在する補強棒１０２と、を有している。各端壁は、たとえば図５に示すように溝１０４、１０６を有し、それらを通して棒１０２が延在し、係止ナット１０８および１１０によって固定されている。図６に示すように、棒１０２と側壁との間の距離Ｌを、共振器９０の共振振動数を制御するように保持具１０８、１１０に対するトルクとともに調整することができる。
【００４２】
本発明によって生成される振動を、ファウリングにさらされる装置に加えると、ファウリングの程度を大幅に低減し得る。適当な振動周波数により、振動する流体の厚さを十分に小さくすることができ、それにより、せん断波がなければ停滞している、層流境界底層内の流体が壁表面に対して強制的に移動させられる。せん断波はまた、熱交換表面上のいかなる粒子にもせん断力を加え、せん断力が十分に強い場合、表面から粒子を引き剥がす。従って、振動によって引き起こされるせん断波の洗浄効果が非常に効果的である。
【００４３】
連続した正弦振動ではなく反復衝撃振動を引き起こすことが望ましい場合もある。衝撃振動の利点は、より高い調波の発生であり、それは、用途によっては望ましい場合がある。反復衝撃振動を生成するために、共振器にストッパ機構を追加することができる。たとえば、図７に示すように、図１および図２に開示する共振器１４にストッパ機構１２０が追加される。ストッパ１２０は、ハウジング３０の壁３２および３４の間に取り付けられる。ストッパ１２０は、共振器１４の上部壁３２に対して適当に配置されると反復衝撃振動を生成する。振動数は、上述したように補強棒４２およびナット４４を用いて同様に調整される。当然ながら、こうしたストッパを、本明細書で開示するさまざまな実施形態のいずれにおいても使用することができる。
【００４４】
別の変形例では、図８に示すように、空気式バイブレータと共振器との間にストッパ機構が取り付けられる。この場合、空気式バイブレータ１２は、共振器５０のたとえばハウジング５２の上部側壁５４に、弾性ばね支持取付具１３０によって取り付けられており、取付具１３０には、その移動を制限するストッパ機構１３２が設けられている。基部２４がストッパ機構１３２と接触すると、反復衝撃振動が生成される。この場合もまた、ストッパ機構を、本明細書で開示するさまざまな実施形態のいずれにおいても使用することができる。
【００４５】
本発明のバイブレータシステムを使用するために、共振器とともに空気式バイブレータが、熱交換器または熱交換器用支持具等の構造に取り付けられ、構造に振動を引き起こす。本システムを、空気または液体に、組立体に音響振動を搬送する波を生成するようにダイヤフラムに取り付ける等、音響を生成するように取り付けることも可能である。
【００４６】
バイブレータ組立体の正確な取付位置、方向および数の選択、並びに出力振動の振動数および振幅の制御を、システムパラメータに基づいて確定することができる。理想的には、振動は、振動によってもたらされる変位を、熱交換構造に対する損傷を回避するために十分小さいように維持しながら、ファウリングメカニズムを軽減するために十分なエネルギーが生成されるように制御される。バイブレータ組立体の追加を、既存の熱交換器に本システムを結合することによって達成することができ、または初期製造時に装備することができ、交換機が適所にあってオンラインである間に、バイブレータシステムの作動および制御を実施することができる。熱交換器の運用中に、システムを取り付けることが更に可能である。ファウリングを、熱交換器を変更することなく、またはバルク流の流れまたは熱状態を変化させることなく、低減することができる。
【００４７】
このタイプの振動装置を、連続的に使用することも間欠的に使用することも可能である。こうした動作は、依然としてファウリング防止の利益を実現することができる。たとえば、装置は、所定スケジュールに基づいて周期的に作動されてもよく、またはファウリングが発生しているということが確定されると作動されてもよい。
【００４８】
本発明を、他のファウリング軽減装置およびプロセスと結合して使用することができる。たとえば、熱交換器の表面を処理することによりファウリングを低減することができることが分かっている。こうした表面処理の有効性を向上させるように、本明細書で開示した振動装置を、表面処理とともに使用することができる。また、特定のタイプの原油および特定の原油混合物が異なるファウリング傾向を有することも分かっている。本明細書で開示する装置を、特定の原油が処理されている時に、システムにファウリングをもたらすこれらのタイプの油の傾向を軽減するために使用することができる。
【００４９】
本明細書で説明したように、本発明においてさまざまな変更を行うことができ、特許請求の範囲で定義されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、かかる趣旨および範囲内にあり続けながら、装置および方法の多くの異なる実施形態を作成することができる。添付の明細書に含まれるすべての事柄は、限定する意味ではなく単に例示するものとして解釈されるべきであることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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