(57)【要約】【課題】伝熱管洗浄装置について、構成機器の数を少なくし、かつ、安価な機器を用いることで、導入コストの低減を図ることを課題とする。【解決手段】管式熱交換器１の伝熱管内に洗浄体１９を通過させることにより、伝熱管内を洗浄する伝熱管洗浄装置１００であって、従来、三方弁によって行っていた動作を、二方弁２０と、従来から用いていた逆止弁２１との組み合わせによって実現することで、導入コストの低減を図ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管式熱交換器の伝熱管内に洗浄体を通過させることにより、前記伝熱管内を洗浄する伝熱管洗浄装置であって、
前記洗浄体を流体と共に移送する移送ポンプと、
前記移送ポンプの吐出側に設けられ、内部に前記洗浄体を捕捉するバスケットを備え、前記移送ポンプの吐出口と配管接続される洗浄体入口、前記バスケットを介さず前記洗浄体をそのまま通過させる通過出口、及び、前記バスケットを介する回収出口を備えた回収器と、
前記回収器の通過出口側の配管に接続される二方弁と、
前記回収器の回収出口側の配管に接続される逆止弁と、
前記二方弁の下流側から前記管式熱交換器の管側流体入口配管に合流接続する注入配管と、
前記逆止弁の下流側から前記注入配管に合流接続する逆止弁下流配管と、
前記管式熱交換器の管側流体出口配管に設置され、流体中の前記洗浄体を分離する手段を内蔵し、分離した前記洗浄体を分岐流として取り出す取出口を備えた分離器と、
前記取出口と前記移送ポンプの吸込口とを接続する回収配管と、
を備えることを特徴とする管式熱交換器の伝熱管洗浄装置。
【請求項２】
前記逆止弁において、
前記移送ポンプが起動し、前記二方弁が開となった状態のとき、その弁体を閉から開にする最低開口差圧が、前記回収器内における流体の圧力から、前記注入配管と前記逆止弁下流配管との接続点における流体の圧力を引いた差圧以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の伝熱管洗浄装置。
【請求項３】
前記注入配管と前記逆止弁下流配管との接続点において、
前記逆止弁下流配管は、前記注入配管に対して、上方から接続している
ことを特徴とする請求項２記載の管式熱交換器の伝熱管洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管式熱交換器の伝熱管内面を洗浄する洗浄装置に関し、特に、伝熱管内に洗浄体（スポンジボールなど。以下同様）を通すことにより伝熱管内面を洗浄する洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機や発電プラントなどに使用されている管式熱交換器では、例えば、伝熱管内に冷却水を通して熱交換を行っている。冷却水としては、通常、淡水や海水が用いられるが、運転に伴い、伝熱管内面にスケール（カルシウム、二酸化ケイ素など）やスライム（細菌などに由来する粘性物質）などの異物が付着し、伝熱性能が低下するという問題がある。
【０００３】
この伝熱性能低下を防止する方法として、例えば、各伝熱管の内面を作業者が手作業によりブラシでこすって洗浄する方法がある。この方法は、分解洗浄（ＣＯＰ（Cleaning out of place））と呼ばれている。しかし、伝熱管の内面の洗浄は頻繁（例えば毎日）に行う必要があり、労力や人件費などの面から、この方法はデメリットが大きい。
【０００４】
また、伝熱性能低下を防止する他の方法として、冷却水中に洗浄体を含有させ、冷却水と共に洗浄体を伝熱管内に通し、伝熱管内面に付着したスケールやスライムなどを洗浄体によって除去する洗浄方法が広く知られている。この方法は、定置洗浄（ＣＩＰ（Cleaning in place））と呼ばれている。なお、洗浄体の直径は、伝熱管の内径よりも少し大きいのが一般的である。
【０００５】
洗浄体を用いた従来の洗浄装置として、例えば、図２に示す特許文献１に開示されている管式熱交換器の伝熱管洗浄装置がある。これによれば、混合部１１４から入口冷却水１１２に混入された清掃媒体（洗浄体）は、管式熱交換器１１０の伝熱管内を洗浄しながら通過した後、出口冷却水１１６の管路に設置された篩装置１１８によって分離され、分岐流１２２として分離器１２４へと流れ、分離器１２４の内部に設置された篩により捕捉される。次に、分離器１２４及び容器１２８の出入口の弁１３２、１３４、１３６、１３８を閉止して通水遮断状態にし、分離器１２４と容器１２８間に設置された弁１２６を開放することにより清掃媒体を分離器１２４から容器１２８へと移動させる。その後、弁１２６を閉止し、弁１４６を閉止、弁１３２、１３４、１３６、１３８を開放してポンプ１３０を起動することにより、清掃媒体を再び入口冷却水１１２に混入させる。以上の操作を繰り返すことにより伝熱管洗浄を行う。
【０００６】
また、図３に示す特許文献２に開示されている管式熱交換器の伝熱管洗浄装置では、切替弁２３５、２３７をそれぞれボール注入管２１０、２１４側に切替え、注入ポンプ２１３を運転してボール回収器２３０内のボール（洗浄体）をボール投入口２１１から冷却水入口管２０３に注入する。冷却水とともに移動するボールは熱交換器２０４の伝熱管２０５内を洗浄しながら通過し、一旦、ボール捕集器２２０内に捕集（捕捉）される。次に、切替弁２３５をボール取出管２０９側、切替弁２３７を排出管２３８側に切り替えることにより、排出管２３８を通る排水流れが生じ、これによりボール捕集器２２０内のボールはボール取出管２０９を通ってボール回収器２３０内に回収される。これを繰り返すことにより伝熱管洗浄を行う。
【０００７】
また、図４に示す特許文献３に開示されている管式熱交換器の伝熱管洗浄装置では、三方弁３１６を導管３３２と導管３３３が接続される側に切り替え、循環ポンプ３１３を運転して回収器３１５内のスポンジボールを冷却水入口管３０２に圧入する。冷却水とともに移動するスポンジボールは管式熱交換器３０１の伝熱管内を洗浄しながら通過し、捕集器３１０にて捕集され、循環ポンプ３１３により捕集器出口弁３１１を通って吸引され、回収器３１５を通過し、ボール圧入弁３３１を通って再び冷却水入口管３０２に圧入される。洗浄は所定時間連続的に行われ、洗浄終了後は、三方弁３１６を導管３３２とバイパス管路３２２が接続される側に切り替え、搬送水流がバイパス管路３２２を通るようにして回収器３１５内にスポンジボールを回収する。なお、回収器３１５内のバイパス管路３２２側にはスポンジボール回収用のバスケット（複数の小さな穴の開いた容器）が設けられている。所定の回収時間経過後、循環ポンプ３１３を停止して洗浄を終了するが、このときに冷却水が逆流しないように逆止弁３２１が設置されている。
【０００８】
なお、伝熱管洗浄装置は、伝熱管内面を洗浄することで熱交換効率の低下を防止し、省エネルギーに貢献するものである。そして、伝熱管洗浄装置は、投資対効果が高いことが導入の条件となるので、省エネルギー効果があっても、装置価格が高いと導入に至らないことが多い。したがって、伝熱管洗浄装置は、低価格化が普及拡大のために必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−１４３４９７号公報
【特許文献２】特許３８９０５０５号公報
【特許文献３】特公平７−３１０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そのような状況において、前記した従来技術には以下のような問題がある。
まず、特許文献１に開示された伝熱管洗浄装置では、清掃媒体の混入・回収動作を行うために６台の弁を使用するなど構成機器の数が多く、また、管式熱交換器の出入口配管に接続する配管本数が３本と多いため、装置価格及び現地配管工事費が高くなるという問題がある。また、洗浄運転が、清掃媒体を一度分離器に回収し、弁操作の後、容器に移してから再び送り出すバッチ式運転のため、洗浄時間が長くなるという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に開示された伝熱管洗浄装置では、二方弁よりも高価な三方弁を３台使用しており、さらに、熱交換器の出入口配管に接続する配管本数が３本と多いため、装置価格及び現地配管工事費が高くなるという問題がある。また、特許文献１の場合と同様、バッチ式運転のため、洗浄時間が長くなるという問題がある。さらに、ボール回収器にボールを回収するときに貴重な冷却水を系外に排水するため、補給水量の著しい増加を招きランニングコストが増大するという問題もある。
【００１２】
また、特許文献３に開示された伝熱管洗浄装置では、構成機器の数が少なく、管式熱交換器の出入口配管に接続する配管本数も２本と少ないが、スポンジボールの圧入・回収の切り替えに高価な三方弁を使用しており、装置価格が高くなるという問題がある。また、高層ビルなどに設置された空調用冷凍機設備などでは、冷却塔を高層ビル屋上に設置し、冷凍機を１階又は地下に設置する場合が多く、冷凍機用管式熱交換器の冷却水出入口配管には高い水頭圧がかかっている。よって、これに接続する伝熱管洗浄装置にも高い耐圧が要求されるが、高耐圧型の三方弁は、二方弁と違って標準タイプとして手に入りにくいため、特注となって極めて高価になってしまうという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、伝熱管洗浄装置について、構成機器の数を少なくし、かつ、安価な機器を用いることで、導入コストの低減を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、管式熱交換器の伝熱管内に洗浄体を通過させることにより、伝熱管内を洗浄する伝熱管洗浄装置であって、従来、三方弁によって行っていた動作を、二方弁と、従来から用いていた逆止弁との組み合わせによって実現する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、伝熱管洗浄装置について、構成機器の数を少なくし、かつ、安価な機器を用いることで、導入コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態にかかる伝熱管洗浄装置の系統図である。
【図２】従来の伝熱管洗浄装置の系統図である。
【図３】従来の他の伝熱管洗浄装置の系統図である。
【図４】従来の他の伝熱管洗浄装置の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態と称する。）について詳細に説明する。図１は、標準的な空調設備の冷凍機（例えばターボ冷凍機や吸収式冷凍機）に使用されている管式熱交換器に設置する本実施形態の伝熱管洗浄装置の系統図である。
【００１８】
標準的な空調設備の冷却水系統は、管式熱交換器１（ターボ冷凍機の場合は凝縮器、吸収式冷凍機の場合は吸収器及び凝縮器と呼ばれる。）と、冷却水を外気との熱交換により冷却する冷却塔２と、冷却水を循環させる冷却水ポンプ３と、それらを繋ぐ管側流体入口配管４及び管側流体出口配管５とを備えて構成されている。
【００１９】
本発明の伝熱管洗浄装置１００は、主に、管側流体出口配管５に設置された分離器６と、移送ポンプ１１、手動弁１２、回収器１３、二方弁２０、逆止弁２１、回収配管９、注入配管１０から構成されている。また、洗浄体１９としては通常、スポンジボールが使用される。
【００２０】
分離器６には、冷却水中の洗浄体１９を捕捉分離するためのセパレータ７が傾斜して設置されている。また、分離器６は、下流部から分岐流として冷却水と共に洗浄体１９を取り出す取出口８を備えている。この取出口８は、回収配管９に接続されている。なお、分離器６としては、これ以外に様々な構造のものが実用化されており、それらを用いてもよい。
【００２１】
移送ポンプ１１は、分離器６の取出口８から分岐流として洗浄体１９を取り出し、その洗浄体１９を、回収器１３を通過させて再度、管側流体入口配管４に注入したり、回収器１３内に回収したりするための洗浄体移送手段である。
【００２２】
手動弁１２は、通常、開にして使用するが、回収器１３における作業者による洗浄体１９の出し入れの作業時には閉にする。
【００２３】
回収器１３には、洗浄体入口１６、通過出口１７、回収出口１８の３つの出入口が設けられており、洗浄体入口１６と回収出口１８との間には冷却水のみ通過させ、洗浄体１９を捕捉回収するバスケット１４が設けられている。また、作業者が洗浄体１９を出し入れするときに開けるための蓋１５が設けられている。
【００２４】
二方弁２０は、洗浄体１９を通過させる必要があるため、通常、ボール弁やダイアフラム弁、ゲート弁等を用いるが、洗浄体１９を通過させることができるものであれば、何を用いてもよい。また、二方弁２０は、電気や空気圧などを駆動源とするタイプのものであってもよいし、あるいは、手動操作を行うタイプのものであってもよい。
【００２５】
逆止弁２１は、二方弁２０と共に、伝熱管洗浄装置１００における重要な構成要素である。つまり、従来、洗浄体の循環、回収の流路切替えを高価な三方弁で行っていたものを、伝熱管洗浄装置１００では、逆止弁２１と安価な二方弁２０との組み合わせで実現する。なお、この逆止弁２１は、移送ポンプ１１が停止したときに冷却水の逆流を防止するために必要なもので、従来から用いられているもの（例えば、特許文献３の逆止弁２１（本願の図４の逆止弁３２１））であり、三方弁を二方弁にしたことで追加されるものではないため、コストアップの要因とはならない。
【００２６】
逆止弁２１としては、二方弁２０が開の状態で移送ポンプ１１が起動しているときに、弁体（逆止弁２１）を閉から開にするために必要な差圧である最低開口差圧ＤＰmin（弁の固有値）が下記（１）式を満たすものを選定する必要がある。
ＤＰmin  ＞Ｐ１−Ｐ２      ・・・・（１）
【００２７】
なお、Ｐ１は、二方弁２０が開の状態での逆止弁２１の弁体の入口側（回収器１３側）にかかる圧力（冷却水による圧力。以下同様）である。また、Ｐ２は、二方弁２０が開の状態での逆止弁２１の弁体の出口側（接続点２３側）にかかる圧力である。以下、近似的に考えて、二方弁２０が開の状態において、回収器１３内の圧力もＰ１であるものとし、接続点２３（二方弁２０の下流側と逆止弁２１の下流側との接続点）での圧力もＰ２であるものとして説明する。
【００２８】
逆止弁２１としては、機能、価格等を考慮し、弁体にボールを用いたボール式のものが通常使用されるが、（１）式を満たすものであれば他の形式のものであってもよい。また、逆止弁２１は、市販品に限るものではなく、同様の作用をする製作品であってもよい。
【００２９】
ここで、三方弁の場合と同様に、逆止弁２１と二方弁２０との組み合わせによって、流路の切り替えが可能であることについて詳細に説明する。移送ポンプ１１を起動し、二方弁２０を開にすると、冷却水は洗浄体入口１６から回収器１３内に流入し、そのまま通過出口１７から出て、二方弁２０、接続点２３を通過し、注入配管１０を経て管側流体入口配管４へ流入する。
【００３０】
このとき、逆止弁２１の入口側には圧力Ｐ１（回収器１３内の圧力）がかかり、逆止弁２１の出口側には圧力Ｐ２（接続点２３の圧力）がかかる。そして、（１）式を満たす逆止弁２１を用いている場合、逆止弁２１の最低開口差圧ＤＰminが差圧（Ｐ１−Ｐ２）より大きいので、逆止弁２１は閉のままとなり、冷却水は二方弁２０側のみを通過する（逆止弁２１側を通過しない）。
【００３１】
補足説明すると、二方弁２０を開にすると、移送ポンプ１１により送出される洗浄体１９を含む冷却水は、圧力損失が少ない流路として、前記のとおり、洗浄体入口１６→回収器１３内→通過出口１７→二方弁２０→接続点２３へと順々に通流するので、回収器１３内の圧力Ｐ１は高い値ではない。このため、最低開口差圧ＤＰminが通常程度の逆止弁２１を使用していれば、（１）式を満たすことになり、逆止弁２１は閉のままとなる。ちなみに、二方弁２０としては、圧力損失の少ない仕様（条件）の弁が選択されるとともに、二方弁２０が開であれば逆止弁２１が閉となるような仕様（条件）の弁が選択される。
【００３２】
一方、二方弁２０を閉にすると、冷却水は、当然ながら、二方弁２０を通過できないので、移送ポンプ１１が起動していると、回収器１３内の圧力が高くなり、逆止弁２１が開になって、冷却水は逆止弁２１側のみを通過する。
このように、最低開口差圧が（１）式を満たす逆止弁２１と二方弁２０を組み合わせることにより、従来のように高価な三方弁を使用しなくても、流路を適切に切り替えることが可能となる。
【００３３】
なお、逆止弁２１が開のときに、閉であった二方弁２０を開にすると、回収器１３内の圧力が低くなってＰ１となり、（１）式からわかるように、逆止弁２１は閉になる。ちなみに、二方弁２０として、二方弁２０が開であれば逆止弁２１が閉となるような仕様（条件）の弁が選択されることは前記したとおりである。なお、この条件は、「移送ポンプ１１が起動し、二方弁２０が開となった状態のとき、その弁体を閉から開にする最低開口差圧ＤＰminが、回収器１３内における流体の圧力から、注入配管１０と逆止弁下流配管２２との接続点２３における流体の圧力を引いた差圧以上である（請求項２参照）」に合致するものである。
【００３４】
次に、伝熱管洗浄装置１００の動作について説明する。伝熱管洗浄装置１００の動作は、洗浄体１９を循環させて伝熱管洗浄を行う循環運転動作と、洗浄体１９を回収器１３内に回収する回収運転動作とに分けることができる。
【００３５】
最初に、循環運転動作について説明する。まず、二方弁２０と手動弁１２を閉とし、回収器１３の蓋１５を開け、バスケット１４内に洗浄体１９を所定量（例えば、３０〜４０個程度）入れ、蓋１５を閉める。次に、手動弁１２を開とし、移送ポンプ１１を起動する。これにより、冷却水は、分離器６の取出口８から回収配管９、移送ポンプ１１、手動弁１２を通り、洗浄体入口１６から回収器１３内に流入し、バスケット１４を通過して回収出口１８から出て逆止弁２１を通過し、接続点２３から注入配管１０を通過して管側流体入口配管４内に流入する。前記のとおり、二方弁２０と逆止弁２１は、二方弁２０が開になれば逆止弁２１が閉になり、二方弁２０が閉になれば逆止弁２１が開になる関係を有する。なお、逆止弁２１を通る冷却水に洗浄体１９は含まれていない。
【００３６】
この状態で、二方弁２０を開にすると、前記したように逆止弁２１が閉となり、冷却水の流れが洗浄体入口１６から通過出口１７、二方弁２０、接続点２３、注入配管１０へと切り替わり、バスケット１４内の洗浄体１９は冷却水の流れにのって上記流路を通って管側流体入口配管４内へ注入される。なお、洗浄体入口１６と通過出口１７の中心軸をずらしておけば、回収器１３内に冷却水の渦ができ、バスケット１４内の洗浄体１９を通過出口１７から回収器１３の外により早く出すことができる。また、この図１の例では回収器１３内の上部には、洗浄体入口１６から通過出口１７に向かう冷却水の流れが生じ、この流れにより発生する負圧により回収器１３の中部および下部の冷却水が洗浄体１９を伴って吸い上げられ、この結果、通過出口１７からは、洗浄体１９を含む冷却水が流出する。
【００３７】
ちなみに、冷却水と洗浄体１９（冷却水を吸収している洗浄体１９）の密度（比重）の関係については、両者は同じ程度か、あるいは、洗浄体１９の密度が少し高い程度がよい。
【００３８】
なお、洗浄体１９の密度の方が冷却水の密度より過度に高いと洗浄体１９が沈降しやすくなるので、回収器１３で回収した洗浄体１９を回収器１３内に生じる流れを利用して上方の通過出口１７から排出することが困難になる。また、冷却水の流速にもよるが、洗浄体１９が冷却水中の下方に沈降するため、複数の伝熱管のうち下方の伝熱管に洗浄体１９が入り込みやすく、複数の伝熱管を均等に洗浄できないという事態が予想される。
【００３９】
一方、洗浄体１９の密度の方が冷却水の密度よりも過度に低いと、洗浄体１９が冷却水中の上方に浮上するため、冷却水の流速にもよるが、複数の伝熱管のうち上方の伝熱管に洗浄体１９が入り込みやすく、複数の伝熱管を均等に洗浄できないという事態が予想される。
【００４０】
そこで、冷却水と洗浄体１９の密度が同程度か、あるいは、洗浄体１９の密度のほうが少し高いと、回収器１３内の洗浄体１９を通過出口１７から効率よく排出し、また、複数の伝熱管に洗浄体１９が均等に入り複数の伝熱管を均等に洗浄できるという効果が期待できる。
【００４１】
動作の説明に戻って、洗浄体１９は、管側流体入口配管４内に流入した後、管式熱交換器１の伝熱管内面を洗浄しながら通過し、管側流体出口配管５に設置されている分離器６にて捕捉分離され、取出口８から出て、回収配管９を通って移送ポンプ１１により、前記経路を通って管側流体入口配管４内に再度注入される。これを所定時間（例えば２０分程度）続けることにより、バッチ式運転と異なり効率よく連続洗浄運転を行うことができる。
【００４２】
続いて、回収運転動作について説明する。回収運転動作では、二方弁２０を閉じることにより、冷却水は、洗浄体入口１６からバスケット１４を通過し、回収出口１８から出て、逆止弁２１を通って接続点２３を経由して注入配管１０を通過し、管側流体入口配管４に流入する。冷却水中の洗浄体１９は、バスケット１４によって次々に捕捉され、所定時間（例えば２０分程度）運転することにより全てがバスケット１４内に回収される。
【００４３】
所定時間の運転後、移送ポンプ１１を停止して一連の洗浄運転は終了となる。なお、移送ポンプ１１を停止すると逆止弁２１が閉となり、冷却水の逆流は防止されるので、洗浄体１９が回収器１３内から分離器６側へ流出することはない。
【００４４】
また、二方弁２０の下流側配管を水平（または水平に準ずる状態）に配置し、これに逆止弁下流配管２２を接続点２３において上方から接続するのが好ましい。この構造により、二方弁２０を通過した洗浄体１９が逆止弁下流配管２２内に入り込んで滞留することを防止でき、よりスムーズな洗浄体１９の循環が可能となる。
【００４５】
このように、本実施形態の伝熱管洗浄装置１００によれば、構成機器の数を少なくし、かつ、高価な三方弁ではなく安価な二方弁２０を用いることで、導入コストの低減を図ることができる。その際、二方弁２０を、所定の最低開口差圧を有する逆止弁２１と組み合わせることにより、高価な三方弁と同様の動作を実現できる。
【００４６】
また、構成機器の数が少ないため、及び、三方弁よりも動作や制御が単純な二方弁２０を用いることで、故障確率を低く抑えることができる。
また、高性能で安価な伝熱管洗浄装置１００を実現できるので、その導入を促進し、省エネルギーやＣＯ２削減による地球温暖化対策に貢献できる。
【００４７】
また、高層ビルなどに設置された空調用冷凍機設備への導入を考えた場合、伝熱管洗浄装置１００では、特注で高価な高耐圧型の三方弁を用いる必要がなく、標準で安価な高耐圧型の二方弁を用いることができるので、その導入を大きく促進することができる。
【００４８】
以上で本実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明は、冷凍機設備だけでなく、発電プラントなどにも適用することができる。
その他、具体的な構成や内容などについて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１      管式熱交換器
２      冷却塔
３      冷却水ポンプ
４      管側流体入口配管
５      管側流体出口配管
６      分離器
７      セパレータ
８      取出口
９      回収配管
１０    注入配管
１１    移送ポンプ
１２    手動弁
１３    回収器
１４    バスケット
１５    蓋
１６    洗浄体入口
１７    通過出口
１８    回収出口
１９    洗浄体
２０    二方弁
２１    逆止弁
２２    逆止弁下流配管
２３    接続点
１００  伝熱管洗浄装置
【図１】
2012021719.tif 000003
【図２】
2012021719.tif 000004
【図３】
2012021719.tif 000005
【図４】
2012021719.tif 000006