【手続補正書】
【提出日】平成20年12月1日(2008.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブの内面を清掃するための装置であって、前記装置が実質的に球形の塊を有し、該塊は、
内部を通って軸方向に配設される貫通孔と、
前記塊の表面に配設される複数の突起と
を備え、
前記貫通孔が、前記球形の一側にある第１開口部によって規定される一端部から、前記球形の反対側にある、前記第１開口部よりも直径が大きい第２開口部までテーパを有していることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記貫通孔が円錐台形状であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ねじ山が前記貫通孔の内面に沿って配設されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の突起が、フィン状で、半円状スパンに配置された複数の第１突起を含み、
前記第１開口部が、前記第１突起の前記半円状スパンに対して中央に配設される
ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数の突起が、前記塊の前記表面に軸方向らせん状に配設された複数の第２突起をさらに備え、
前記第２突起の前記らせん状配設の軸が前記貫通孔に沿った前記塊の軸に対応し、
前記第１突起の長さが前記第２突起の長さよりも比較的短いことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１突起は、連続したフィン状稜に置き換えられていること特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記装置に対して回転運動量とランダムな動的動きとをもたらすように、前記塊の偏重心と重心とを操作して修正するために、前記塊内に非対称的に設けられる加重芯を前記塊がさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記加重芯が、前記装置の所望の相対密度に応じた所定重量の金属および／または高密度加工プラスチック材料でできており、前記加重芯の偏心を補うために、空洞部分が任意に偏心して設けられることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
非対称的に設けられた前記加重芯の代わりに、あるいはその補足で前記装置に回転運動量とランダムな動的動きとをもたらすように、前記塊の前記偏重心と重心とを操作して修正するために、空洞部分が幾何学的に有利に設計され、前記塊内に十分配慮して設けられることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置の向きを決めるために、第１開口部に関して対称的に配置され、前記第１突起の前記半円状スパンがテイルフィンとして機能することで、前記装置の貫通孔が前記流体流れと同列になることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項１１】
前記塊の前記表面への前記第２突起の前記配置が、前記装置に対して所望の流体の動的平行移動をもたらすように、あらかじめ決められることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項１２】
前記貫通孔の内面に沿ってねじ山が配設され、前記第２突起の配置によりもたらされる前記流体の動的平行移動が、前記貫通孔内面に沿って配設された前記ねじ山によりもたらされる平行移動の補足となることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１突起が所定断面形状および断面積になるように設けられることを特徴とする、請求項４または１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２突起が所定断面形状および断面積になるように設けられることを特徴とする、請求項５または１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記半円状スパンの前記第１突起と前記第２突起とが、前記装置を構成するための前記塊と異なる工学物質から別個に加工された要素として前記塊に埋め込まれ設けられていることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項１６】
前記半円状スパンの前記第１突起と前記第２突起とが、前記装置を構成する前記塊と同一または異なる工学物質で一体の物品として成型されることを特徴とする、請求項４または５に記載の装置。
【請求項１７】
流体流れチューブシステムであって、熱交換器を含み、清掃される内面を有する、少なくとも請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の装置を含むシステム。
【請求項１８】
熱交換器を含む機械または熱交換器を含み、清掃される内面を有する流体流れチューブシステムであって、少なくとも請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の装置が配置されている機械。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】チューブを清掃する装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、チューブの清掃に使用される装置に関する。具体的には、本発明は、熱交換システムにおいて使用されるチューブの内表面を清掃するために使用される装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器は、熱を得る、または除熱することを主な目的として、異なる産業の様々な設備にわたって使用されている。熱交換器の最も一般的な応用分野のいくつかは、空気調節システムおよび生産プラントの冷却器および蒸発装置において見られる。これらは、電力プラント、精錬所、脱塩プラント、および石油化学設備などの他の産業においても使用されている。
【０００３】
通常、熱交換システムは、システムのチューブの束を経て流体を循環させることによって伝熱の目的を達成する。チューブ内を流れる流体の性質は、例えば残骸の堆積、生物学的成長、スケールおよび腐食物の堆積など、付着物をもたらすことがある。その結果、熱交換システムの最適な性能を維持するために、管の周期的な清掃が必須である。チューブ清掃技法は、オンライン方法およびオフライン方法に大きく分類される。
【０００４】
オフライン清掃方法は、たとえばロッドおよびブラシ方法、化学清掃方法、ならびに高圧水噴射方法であり、清掃を開始することができるようになる前に、熱交換システム全体を停止することを必要とする外部清掃プロセスを含む。これらのオフライン清掃方法は、時間がかかり、労働集約的であり、短い処理時間を要求される設備には望ましくない。対照的に、オンライン清掃方法は、熱交換システムを連続的に動作させながら、熱交換器のチューブを清掃する清掃システムを使用する。オンライン清掃方法は、通常は自動的であり、延長された連続長が各定期的な保全停止間に実行されるようにする。したがって、オンライン清掃方法は、長時間動作する、または長いシステム停止時間に鋭敏である設備に実装するのに適している。
【０００５】
オンライン清掃方法の１つのタイプは、複数の泡沫ボールを熱交換システムに循環させ、それにより、泡沫ボールは、各チューブを通って進行する際に、各チューブの汚損付着物を除去して押し出す。米国特許第５５２０７１２号は、スポンジ・ゴム材料から作成され、長さの短い研磨材料によって構成される研磨清掃ボールを開示した。日本特開昭６０−１３８３９８号は、ファイバを含む楕円球形の他のタイプの清掃ボールを開示する。日本特開昭５９−１５０２９６号では、ファイバは、小さい穴を有する中空清掃ボールの上において固定される。このタイプの清掃ボールは、水および空気の変位に関して、従来のスポンジ・ボールよりはるかに良好であると主張された。上述された清掃ボールは、滑らかな内表面を有する従来の清掃チューブにおいて使用されるが、強化チューブを使用する発展的な熱交換システムの清掃について同程度には有効ではない可能性がある。
【０００６】
従来、熱交換システムにおいて使用されるチューブは、滑らかな内表面（滑らかなボア）を有して製造される。伝熱技術の向上により、熱交換システムの性能および効率を向上させるために、新しい特徴がチューブに組み込まれている。これらの新しい改良されたチューブは、強化チューブおよび超強化チューブとして知られている。従来の滑らかなボアチューブとは対照的に、強化チューブは、内部「施条（ｒｉｆｌｉｎｇ）」特徴を有し、これは、基本的に、チューブの内部にあるらせん溝である。らせん溝は、伝熱のためにより大きな表面積を提供し、チューブを通過する流体においてより大きな乱流を創出する。さらに、強化チューブは、全体的により効率的な伝熱を提供するように、従来のチューブと比較してより薄いチューブ壁を有する。
【０００７】
熱交換システムの効率は、チューブの伝熱表面の清浄度によって決定される。熱交換システムの効率および寿命を維持するために、チューブ内のあらゆる付着物を除去することが不可欠である。長年の間に、チューブを強化することによる伝熱率の向上により、熱交換システムの性能および効率は大きく向上した。しかし、これらの強化チューブの清掃は、内部らせん溝のためにより困難で複雑である。強化チューブは、付着物をより呈示しやすい。薄いチューブ壁も、微生物誘起腐食物（ＭＩＣ）および堆積物下の腐食物による、局所な孔食欠陥をより呈示しやすい。これらのタイプの腐食を防止するために、チューブの清掃は、付着物が生じる際に付着物を除去するために、定常的に一貫して実施されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在のところ、従来の泡沫ボールは、強化チューブにおける内部施条のらせん溝の上に形成された汚損付着物の除去について効果的ではない。従来の泡沫ボールは、単にチューブを通って平行移動するだけであり、チューブに堆積した汚損付着物を有効に除去するように、らせん溝に積極的な物理的接触を提供しない。オンライン清掃方法の利点を完全に生かすために、強化チューブのらせん溝を効率的かつ有効に清掃することができる装置を有することが絶対的に必要である。本発明は、チューブ、具体的には強化チューブを清掃する装置を開示することによって、この必要性を満足させる。本発明の他の利点が、詳細な記述を参照することにより明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内部を貫通するように軸方向に設けられた貫通孔と、全体として実質的に球形の塊上に配設された複数の突起とを備える前記塊を有するチューブ内面を清掃するための装置に関する。貫通孔は、球形の片側にある第１開口部によって規定される一端部から、前記球形の反対側にある、前記開口部よりも直径が大きい第２開口部までテーパを有している。
【００１０】
好ましい実施形態における貫通孔は、好ましくは、円錐台形状である。
【００１１】
複数の突起は、フィン状で半円状スパン配置された複数の第１突起をさらに含み、ここで、第１開口部が、第１突起の半円状スパンに対して中央に配設される。
【００１２】
複数の突起は、塊の表面で軸方向らせん状に配設された複数の第２突起をさらに備え、ここで、第２突起のらせん状配設の軸が塊の軸に対応する。第１突起の長さは、第２突起の長さよりも比較的短い。好ましい一実施形態において、第１突起が、連続したフィン状稜の代用となる。
【００１３】
塊はその内に非対称的に加重芯が設けられている。加重芯は、好ましくは、装置の所望の相対密度に応じた所定重量の金属および／または高密度加工プラスチック材料でできている。任意であるが、加重芯の偏心を補うために、空洞部分が任意に偏心して設けられる。非対称的に設けられた加重芯の代わりに、あるいはその補足で装置に回転運動量とランダムな動的動きとをもたらすように、塊の偏重心と重心とを操作して修正するために、空洞部分が幾何学的に有利になるように設計され、塊内に十分配慮して設けられる場合もある。
【００１４】
好ましくは、らせん状ねじ山が塊の貫通孔に沿って設けられる。
【００１５】
その装置の向きを決めるために、第１開口部に関して対称的に配置され、その第１突起の前記半円状スパンがテイルフィンとして機能することで、その装置の貫通孔が前記流体流れと同列になるようにあらかじめ決められる場合もある。その塊の表面への第２突起の配置が、その装置に対して所望の流体の動的平行移動をもたらすように、あらかじめ決められる場合もある。
【００１６】
第２突起の配置によりもたらされる流体の動的平行移動が、貫通孔の内面に沿って配設されたねじ山によりもたらされる平行移動を補足する。
【００１７】
第１突起は、所定断面形状および断面積になるように設けられる。第２突起もまた、種々の断面形状および種々の断面積になるように、有利に操作することができる。半円状スパンの第１突起と第２突起とが、装置を構成するための塊と異なる工学物質から別個に加工された要素として塊に埋め込まれるように設けられる場合もある。半円状スパンの第１突起と第２突起とが、装置を構成する塊と同一または異なる工学物質で一体の物品として成型される場合もある。
【００１８】
前述の装置は、熱交換器を含む、清掃される内面を有する流体流れチューブシステムに含むことができ、このシステムは、機械に組み込んでもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
ここで、同じ参照符号が同じ要素を表す図面を参照して、本発明による好ましい実施の形態について記述する。本発明は、本発明のある実施の形態の以下の詳細な記述を参照することによって、より理解することが可能である。
【００２０】
チューブを清掃するために、多くの新案が考案されている。産業界の一部において、チューブは、伝熱のために熱交換システムにおいて使用される。これらのチューブは、前述において議論されたように、従来の滑らかなポアチューブ、強化チューブ、および超強化チューブに分類することができる。本発明は、これらのタイプのチューブを清掃するために使用することができる装置を開示する。例示のために、以下の記述は、強化チューブの清掃における装置を説明する。
【００２１】
図１は、中央に位置する貫通孔１０を有する塊２を備える清掃装置１の斜視図を示し、塊は、上において埋め込まれたおよび／または成型された様々な突出部２０、２１を有する。図３は、清掃装置１の側面図を示し、突出部２０および２１は、以下において議論されるあるパターンで配置される。塊２は、中心軸ＡＡを有する球形であり、例えば加工プラスチック材料および／またはエラストマ材料など、非圧縮性材料および／または圧縮性材料から作成されることが好ましい。これらのタイプの加工プラスチック材料およびエラストマ材料は、広範な温度に耐えることができ、様々な化学物質に対して耐性がある。別の実施形態では、塊２は、中心配置貫通孔１０および／または突出部２０を有さないことが可能である。さらに別の実施形態では、塊２の形状は、例えば楕円形など、球形でなくてもよい。
【００２２】
図２は、清掃装置１の断面側面図を示し、清掃装置１の貫通孔１０は、流体がより大きい開口１２に流れ込み、より小さい開口１１から出ることを可能にするように円錐形であることが好ましい。貫通孔１０を通って流れる流体は、開口１１と１２との間において動的流体圧力差を創出し、より大きい開口１２の領域の付近における動的流体圧力は、より小さい開口１１の付近における動的流体圧力よりわずかに大きい。この差分動的流体圧力が、清掃装置１が強化チューブ３０の内部に沿って線形に移動することが容易になり、清掃装置１の移動は、流体流れ４１と同じ方向である（図４参照）。貫通孔１０は、貫通孔を通る流体の流れを操作するために、内部フィン状らせんねじ山１４を備える。らせんねじ山１４は、貫通孔１０に結合され、貫通孔を通って流れる流体からのエネルギーを、強化チューブ３０内において清掃装置１をらせん運動４０で駆動する起動力に変換する。
【００２３】
図３は、清掃装置１の一実施形態を示し、複数のより短い突出部２０がフィン形の構成で塊２の上において取り付けられている、および／または成型されている。このフィン形の構成（テイルフィン）は、半円スパンを有し、より小さい開口１１は、その上において中心に位置する。清掃装置１が任意のチューブに入るとき、より短い突出部２０に当たる流体は、図４に示されるように流体流れ４１の方向に清掃装置を配向させる。この配向において、清掃装置１のより小さい開口１１は、まず強化チューブ３０を通って移動し、それにより、貫通孔１０を通る流体流れ４１が、清掃装置１に対して差分動的流体圧力を創出することが可能になる。他の実施形態では、より短い突出部は、塊２と同じ材料から作成されることが好ましいいくつかのより小さいフィン形構成要素によって置き換えることが可能である。同様に、これらのフィン形構成要素は、半円スパンを形成し、より小さい開口１１は、その中央に位置する。より短い突出部２０の長さは、清掃装置１が強化チューブ３０の中を移動することをより短い突出部２０が阻止しないように、あらかじめ決定することができる。
【００２４】
複数のより長い突出部２１が、塊２の外表面上において取り付けられ、および／または成型され、より長い突出部２１の長さは、より短い突出２０の長さより相対的に長い。強化チューブ３０は、上記において議論されたように、内部施条を有して製造され、施条の高点および低点は、ランド３１および溝３２としてそれぞれ知られている（図４参照）。より長い突出部２１の長さは、強化チューブ３０の溝３２に到達して、それを有効に清掃することができるように、あらかじめ決定されることが有利である。１つの好ましい実施形態では、より長い突出部２１は、図３に示されるように、塊２の上においてらせん構成で取り付けられ、および／または成型され、このらせん構成の中心軸は、中心軸ＡＡに対応する。より長い突出部２１のこのらせん構成は、流体流れのエネルギーを、強化チューブ３０を通るらせん運動４０において清掃装置１を駆動する起動力に変換する機構がさらに得られる。他の実施形態において、より長い突出部２１は、塊２の外表面上における他の構成に有利に操作できる。
【００２５】
突出部２０、２１の両方のタイプとも、耐熱性および耐薬品性を有する加工材料から作成することができる。より短い突出部２０は、より長い突出部２１より剛性であるように事前処理されることが有利である。これにより、より小さい開口１１が強化チューブ３０を通ってまず移動することが実質的に可能であるように、流体流れ４１がより短い突出部２０に当たることができることが保証される。さらに、より長い突出部２１の柔軟性は、清掃中に強化チューブ３０の内表面を引っかく、またはそれに損傷を与えるあらゆる危険性を防止し、ランド３１および溝３２の上の堆積物を有効に除去することを保証するように加工される。
【００２６】
ここで、熱交換器システム６０における清掃装置１の動作について記述する。図５は、入口端部５２、放出端部５３、および熱交換ユニット５０からなる熱交換システム６０を示している。熱交換ユニット５０は、さらに強化チューブ３０の束および強化チューブの回りの空間３５からなる。通常、流体は、流体流れ４１の方向によって示されるように、入口端部５２から強化チューブ３０に入り、熱交換システム６０の放出端部５３の中に流れる。強化チューブ３０を通って流れる流体が、空間３５の他の流体媒体および熱交換ユニット５０の壁と熱エネルギーを交換するとき、伝熱が行われる。熱交換システムにおいて流体を循環させるために圧力差を生成するように、循環ポンプ（図示せず）が、熱交換システム６０内に組み込まれている。この圧力差は、熱交換システム６０において清掃装置１を駆動する主な起動力である。
【００２７】
一実施形態では、本発明において使用される塊２は、非対称に配置された加重芯１５からなることが可能であり（図４参照）、加重芯１５は、重量およびサイズについて可変である。非対称に配置された加重芯１５の重量およびサイズを変更することにより、清掃装置１の比重、重心、および重量偏心率を有利に修正することが可能になる。他の実施形態では、塊２は、回転運動量および無作為動的運動を塊２にさらに付与するために、清掃装置１の加重偏心率および重心をさらに操作および修正するように幾何学的に設計され、かつ塊２内において戦略的に配置されることが有利である中空部分で、非対称に配置された加重芯を置き換えることが可能である。熱交換システムのほとんどの構成において、複数のチューブは共に束にされる。図５は、熱交換システム６０を示し、強化チューブ３０の全長は、水平構成にある。異なる比重を有する清掃装置１は、流体の異なるレベルにおいて移動し、様々な強化チューブ３０に入る傾向がより大きい。これにより、熱交換システム６０において清掃装置１の一様な清掃分布が提供され、より多くのチューブが清掃装置１によって清掃される確率が増大する。したがって、清掃プロセスの全体的な効率を向上させることができる。さらに他の実施形態では、塊２は、清掃装置１の比重、重量偏心率、および物理的特性を操作および修正するために、異なる密度を有する加工材料を含んでもよい。
【００２８】
清掃装置１が特定の強化チューブ３０に入るとき、より短い突出部２０のセットのフィン形パターンに対して作用する流体流れ４１のエネルギーにより、清掃装置１は、塊２のより小さい開口１１が強化チューブ３０の内部にまず入ることを可能にする配向に操作される。清掃装置１のこの配向により強化チューブ３０の流体は、塊２の貫通孔１０のより大きい開口１２を通って流れ、より小さい開口１１から出ることが可能になり、それにより、清掃装置１が強化チューブ３０の端部に向かって移動することを容易にするわずかな局所的動的流体圧力差が生成される。図４は、強化チューブ３０において動作する清掃装置１の１つの例示的な実施形態を示す。清掃装置１が強化チューブ３０に入るとき、循環ポンプ（図示せず）が、強化チューブ３０を経て清掃装置１を駆動する主要起動力を提供する。さらに、強化チューブ３０の清掃装置１の貫通孔１０は、上記において議論されたように、塊２に対して差分動的流体圧力を創出する。
【００２９】
同時に、貫通孔１０の内部フィン状ねじ山１４およびより長い突出部２１の構成は、強化チューブ３０内の流体流れ４１のエネルギーを、強化チューブ３０内において清掃装置１をらせん運動４０で駆動する起動力に変換する機構として作用する。加重芯１５も、清掃装置が強化チューブ３０の内部に沿ってらせん運動４０で移動するとき、清掃装置１の回転を容易にするために、塊２において非対称に配置される。他の実施形態では、異なる密度の加工材料をからなる塊２は、清掃装置がらせん運動４０で移動するとき、清掃装置１の回転を容易にすることもできる。他の実施形態では、非対称に配置された加重芯は、回転運動量および無作為動的運動を塊２に付与するために、清掃装置１の重量偏心率および重心をさらに操作および修正するように幾何学的に設計され、かつ塊２内において戦略的に配置されることが有利である中空部分で置き換えることが可能である。
【００３０】
清掃装置１のらせん運動４０および強化チューブ３０の内表面に沿った無作為動的衝突中、溝３２の上のあらゆる汚損付着物が、より長い突出部２１によって除去され、流体流れ４１によって強化チューブ３０から運び出される。溝から除去された汚損付着物を抽出する方法は、当業者には既知であり、本明細書では議論されない。清掃装置１のサイズ、突出部２０、２１の長さ、幾何学的形状、および物理的寸法は、例えば石油やガス産業、下水処置プラント、脱塩プラント、船舶タンカ、航空機、冷却水ラインなど他の産業においてチューブまたはパイプのサイズに合うように加工することができる。
【００３１】
本発明の以上の記述は、ある好ましい実施形態を呈示したが、これらの記述は例示であり、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者なら、以上とは異なるが、本明細書において記述および主張される本発明の精神および範囲から逸脱しない変形形態を理解するであろうことが予期される。本発明では、第１突出部（２０）および第２突出部（２１）は、様々な断面形状および様々な断面積であるように有利に操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】清掃装置の斜視図である。
【図２】清掃装置の断面側面図である。
【図３】清掃装置の側面図である。
【図４】強化チューブ内で作動している清掃装置の縦断面図である。
【図５】熱交換システムの部分断面図である。