特開 2024-83931 熱交換器及び伝熱管外表面の洗浄方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024083931

(43)【公開日】2024-06-24

(54)【発明の名称】熱交換器及び伝熱管外表面の洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   F28G 1/08 20060101AFI20240617BHJP

   F28F 9/013 20060101ALI20240617BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20240617BHJP

【ＦＩ】

F28G1/08

F28F9/013 A

F28D7/16 A

F28D7/16 Z

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022198029

(22)【出願日】2022-12-12

(71)【出願人】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(72)【発明者】

【氏名】堀井 重希

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA23

3L103BB26

3L103CC05

3L103DD08

3L103DD38

3L103DD42

3L103DD44

3L103DD61

(57)【要約】

【課題】伝熱管の外表面に付着した汚れを掻き取り、掻き取り後の汚れを装置系外に確実に排出させる。
【解決手段】本実施形態による熱交換器は、複数の伝熱管２を収容し、入口側ヘッダから流入した第１流体が複数の伝熱管２を通過して出口側ヘッダから流出する容器１を有する。容器１の一端部に設けられた第１給排口から流入される第２流体と伝熱管２内の第１流体で熱交換を行い、熱交換後の第２流体を容器１の他端部に設けられた第２給排口から排出する。この熱交換器は、容器１内に配置され、伝熱管２の延伸方向に沿って前記一端部と前記他端部との間を移動可能な移動板１０を備える。移動板１０は、複数の伝熱管２がそれぞれ挿通される複数の貫通孔１１が形成されており、前記一端部へ向かって伝熱管２の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集め、集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の伝熱管を収容し、入口側ヘッダから流入した第１流体が前記複数の伝熱管を通過して出口側ヘッダから流出する容器を有し、前記容器の一端部に設けられた第１給排口から流入される第２流体と前記伝熱管内の第１流体で熱交換を行い、熱交換後の前記第２流体を前記容器の他端部に設けられた第２給排口から排出する熱交換器であって、
前記容器内に配置され、前記伝熱管の延伸方向に沿って前記一端部と前記他端部との間を移動可能な移動板を備え、
前記移動板は、前記複数の伝熱管がそれぞれ挿通される複数の貫通孔が形成されており、前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集め、集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出する、熱交換器。

【請求項2】

洗浄用流体が前記第２給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第１給排口から排出するか、または、
前記第１給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第１給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第１給排口から排出する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記移動板は、前記他端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記他端部側に集め、集めた汚れを前記他端部側の流体とともに前記第２給排口から排出する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項4】

洗浄用流体が前記第１給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第２給排口から排出するか、または、
前記第２給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第２給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第２給排口から排出する、請求項３に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記移動板の前記貫通孔以外の領域には、前記貫通孔より径の小さい複数の小孔が形成されている、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記移動板はワイヤにより引っ張られて前記容器内を移動する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記移動板の中央の貫通孔の両面に第１摺動ガイド及び第２摺動ガイドが取り付けられており、
前記伝熱管が、前記第１摺動ガイド、前記中央の貫通孔及び前記第２摺動ガイドを挿通し、
前記第１摺動ガイドに第１ワイヤの一端が連結され、前記第２摺動ガイドに第２ワイヤの一端が連結されている、請求項６に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記ワイヤが、ワイヤ誘導管を介して前記容器の外部へ引き出され、ウインチに接続され、
前記ワイヤ誘導管の出口にはバルブが設置されている、請求項６に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記第２流体は、生物処理装置の入口水である、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項10】

請求項１に記載の熱交換器を用いた伝熱管外表面の洗浄方法であって、
前記第２流体の供給停止後に、前記移動板を前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動させ、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集める第１集積工程と、
前記一端部側に集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出する第１排出工程と、
を含む伝熱管外表面の洗浄方法。

【請求項11】

前記第１排出工程では、洗浄用流体が第２給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第１給排口から排出するか、または、
前記第１給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第１給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第１給排口から排出する、請求項１０に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。

【請求項12】

前記第１排出工程の後、前記移動板を前記他端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動させ、前記外表面の汚れを掻き取って前記他端部側に集める第２集積工程と、
前記他端部に集めた汚れを前記他端部側の流体とともに前記第２給排口から排出する第２排出工程と、
を含む請求項１０に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。

【請求項13】

前記第２排出工程では、洗浄用流体が第１給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第２給排口から排出するか、または、
前記第２給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第２給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第２給排口から排出する、請求項１２に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、伝熱管の外表面に付着した汚れを掻き取って装置系外に排出する熱交換器及び伝熱管外表面の洗浄方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工場排水は、工場内に設置された排水処理設備において適正に処理し、放流水質基準を満たした状態で、河川等に放流する必要がある。工場排水中に有機物が多く含まれる場合、好気性又は嫌気性の生物処理装置が設置される場合が多い。

【0003】

生物処理の効率は、入口水温の影響を受けやすい。例えば、一般的な活性汚泥処理の適正温度は２０～３７℃とされており、低すぎても高すぎても処理効率が低下する。冬期に水温が低下しすぎる場合や夏期に水温が高くなりすぎる場合には、効率維持のために生物処理装置の前工程で水温調整が必要になる。例えば、夏期に生物処理装置入口温度が上がりすぎる場合には、比較的水温の低い井水を混合させたり、冷却塔を循環する冷却水と熱交換させたりする。

【0004】

しかし、温度調整のためだけに井水を利用することは水資源の無駄であるとともに、排水処理コストの増加につながる。一方、熱交換器を介して間接冷却する方法は、伝熱面が汚れやすく伝熱効率が低下しやすいという問題がある。伝熱面に微生物がスライム状に付着すると、流路を妨げて送水抵抗が増加し、同じ冷却水循環量を維持するための電力使用量が増加するという問題も生じる。なお、生物処理装置の前工程での熱交換であるため、殺菌剤を含む薬品を連続注入することは難しい。

【0005】

熱交換器における上記の問題を回避するため、従来、下記の方法１又は方法２が採用されていた。
方法１：生物処理装置の前工程に設置された熱交換器において、運転停止・開放・洗浄・組立・運転再開の操作を定期的に行う。
方法２：物理的な洗浄機構を有する熱交換器を使用する。

【0006】

しかし、方法１には、開放・洗浄・組立に要するコストの問題があった。洗浄頻度は様々であるが、場合によっては、「数週間に一度」という高い頻度となり、洗浄コストが増加する。例えば、シェル＆チューブ型の熱交換器では、伝熱管内部に付着した汚れを除去するために、装置開放後に個々の伝熱管の内部に高圧水を送入するなどの操作が必要であり、運転停止時間が長いという問題も生じていた。

【0007】

方法２の物理的な洗浄機構を有する熱交換器としては、境膜掻取方式、ボール洗浄方式、かき取りレバー方式、移動掃除板方式などが知られている。境膜掻取方式は、内部に回転軸を有する二重管構造の熱交換器であり、回転軸に設けられた掻き取り羽根によって高粘性液が伝熱面に滞留することを抑制する。このような構造は、高付加価値商品の製造に適しているが、排水処理には高コストであり適当ではない。また、伝熱面積を確保するには大型化や複数系列化が必要である。

【0008】

ボール洗浄方式は、直径１０ｍｍ～２０ｍｍ前後の専用スポンジボールを熱交換器のチューブ内に入れて洗浄する。このような構造では、並列に配置された多数の伝熱管に対して、洗浄用のボールを均等に送りこむことは難しいと推定される。例えば、汚れが多く付着した伝熱管は、流路抵抗が大きくなってボールが送られにくくなり、洗浄が不十分な伝熱管が残留しやすいと推定される。

【0009】

かき取りレバー方式の熱交換器としては、特許文献１に、樹脂製の多数本のチューブと、樹脂製かつ板状であって、チューブの外径とほぼ等しい内径に形成された複数の貫通孔を有し、貫通孔のそれぞれにチューブを挿入させて設置される複数のバッフル板とを備え、複数のバッフル板をチューブに沿って摺動させることで、チューブ表面に付着した汚れを掻き取る構成が開示されている。しかし、チューブ表面に付着した汚れがスライムのように粘着性の高い汚れの場合、掻き取り洗浄後、粘着質の汚れが、多段構成のバッフル板の上に残留・蓄積することが推定される。また、チューブが樹脂製であるため、金属製と比較して伝熱性能が著しく劣るという欠点がある。また、通常の熱交換運転の際に、掻き取りレバーと本体の接合部から水漏れ等が起きないように、製造上の工夫が不可欠である。

【0010】

移動掃除板方式の熱交換器としては、特許文献２に、エアシリンジを用いて掃除板（伝熱管クリーニング装置）を移動させ、伝熱管外表面の汚れを掻き取る構成が開示されている。特許文献２の熱交換器は、開放型温水槽に伝熱管を浸漬した構造であるため、伝熱管の外表面近傍における流速を高くできず、伝熱効率が低いという問題があった。また、水平方向の流れが不均一で熱交換量の予測が難しいという問題もあった。

【0011】

また、伝熱管の外表面から掻き取られた汚れは、いったん温水槽底面に落下して、底部の流出口から排水されることになっているが、粘着性の高いスライム状物質を排水とともに流出させることは困難である。また、伝熱管クリーニング装置の移動範囲で伝熱管表面の汚れを除去できるとしても、それ以外のあらゆる構造物（抑え板、堰、伝熱管サポート、継手など）の表面に付着した汚れや増殖した微生物は、この伝熱管クリーニング装置では除去できず、結局のところ、定期的な手動洗浄が必要になることが容易に推定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１２－２０７８１３号公報

【特許文献2】特許５１０５２９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

上述したように、かき取りレバー方式や移動掃除板方式のような伝熱管の外表面に付着した汚れを掻き取る構造では、掻き取り後の汚れ（特に、付着性の強い汚れ）を排出することが困難であった。

【0014】

本発明は、伝熱管の外表面に付着した汚れを掻き取り、掻き取り後の汚れを装置系外に確実に排出させることができる熱交換器及び伝熱管外表面の洗浄方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

［１］ 複数の伝熱管を収容し、入口側ヘッダから流入した第１流体が前記複数の伝熱管を通過して出口側ヘッダから流出する容器を有し、前記容器の一端部に設けられた第１給排口から流入される第２流体と前記伝熱管内の第１流体で熱交換を行い、熱交換後の前記第２流体を前記容器の他端部に設けられた第２給排口から排出する熱交換器であって、
前記容器内に配置され、前記伝熱管の延伸方向に沿って前記一端部と前記他端部との間を移動可能な移動板を備え、
前記移動板は、前記複数の伝熱管がそれぞれ挿通される複数の貫通孔が形成されており、前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集め、集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出する、熱交換器。

【0016】

［２］ 洗浄用流体が前記第２給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第１給排口から排出するか、または、
前記第１給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第１給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第１給排口から排出する、［１］に記載の熱交換器。

【0017】

［３］ 前記移動板は、前記他端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記他端部側に集め、集めた汚れを前記他端部側の流体とともに前記第２給排口から排出する、［１］又は［２］に記載の熱交換器。

【0018】

［４］ 洗浄用流体が前記第１給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第２給排口から排出するか、または、
前記第２給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第２給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第２給排口から排出する、［３］に記載の熱交換器。

【0019】

［５］前記移動板の前記貫通孔以外の領域には、前記貫通孔より径の小さい複数の小孔が形成されている、［１］～［４］のいずれかに記載の熱交換器。

【0020】

［６］ 前記移動板はワイヤにより引っ張られて前記容器内を移動する、［１］～［５］のいずれかに記載の熱交換器。

【0021】

［７］ 前記移動板の中央の貫通孔の両面に、ボビン形状の第１摺動ガイド及び第２摺動ガイドが取り付けられており、
前記伝熱管が、前記第１摺動ガイド、前記中央の貫通孔及び前記第２摺動ガイドを挿通し、
前記第１摺動ガイドに第１ワイヤの一端が連結され、前記第２摺動ガイドに第２ワイヤの一端が連結されている、［６］に記載の熱交換器。

【0022】

［８］ 前記ワイヤが、ワイヤ誘導管を介して前記容器の外部へ引き出され、ウインチに接続され、
前記ワイヤ誘導管の出口にはバルブが設置されている、［６］に記載の熱交換器。

【0023】

［９］ 前記第２流体は、生物処理装置の入口水である、［１］～［８］のいずれかに記載の熱交換器。

【0024】

［１０］ ［１］に記載の熱交換器を用いた伝熱管外表面の洗浄方法であって、
前記第２流体の供給停止後に、前記移動板を前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動させ、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集める第１集積工程と、
前記一端部側に集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出する第１排出工程と、
を含む伝熱管外表面の洗浄方法。

【0025】

［１１］ 前記第１排出工程では、洗浄用流体が第２給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第１給排口から排出するか、または、
前記第１給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第１給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第１給排口から排出する、［１０］に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。

【0026】

［１２］ 前記第１排出工程の後、前記移動板を前記他端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動させ、前記外表面の汚れを掻き取って前記他端部側に集める第２集積工程と、
前記他端部に集めた汚れを前記他端部側の流体とともに前記第２給排口から排出する第２排出工程と、
を含む、［１０］又は［１１］に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。

【0027】

［１３］ 前記第２排出工程では、洗浄用流体が第１給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに前記第２給排口から排出するか、または、
前記第２給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第２給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第２給排口から排出する、［１２］に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、伝熱管の外表面に付着した汚れを掻き取り、付着性の強い汚れであったとしても、装置系外に確実に排出させることができる。また、伝熱管の外表面以外の構造物に汚れが付着したり残留したりすることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の実施形態に係る熱交換器の概略構成図である。

【図2】多孔板の斜視図である。

【図3】摺動ガイドを取り付けた多孔板の側面図である。

【図4】摺動ガイドの斜視図である。

【図5】図５Ａ、図５Ｂは伝熱管の外表面の洗浄方法を説明する図である。

【図6】図６Ａ、図６Ｂは伝熱管の外表面の洗浄方法を説明する図である。

【図7】図７Ａ、図７Ｂは伝熱管の外表面の洗浄方法を説明する図である。

【図8】図８Ａ、図８Ｂは伝熱管の外表面の洗浄方法を説明する図である。

【図9】図９Ａ、図９Ｂは伝熱管の外表面の洗浄方法を説明する図である。

【図10】図１０Ａ、図１０Ｂは伝熱管の外表面の洗浄方法を説明する図である。

【図11】図１１Ａ、図１１Ｂは摺動ガイドの変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係る熱交換器は、円筒状の容器１と、容器１内に設けられた複数本の伝熱管２とを備える。この熱交換器の姿勢（配置角度）は任意であるが、本実施形態では便宜上、円筒状の容器１の軸心線方向を上下方向とする構成について説明する。

【0031】

容器１の上下方向の両端部には、第１流体の給排口５，６が設けられている。容器１の底部側の給排口５の近傍には、下管板４が水平方向に延在する。下管板４は、容器１の内面に溶接等により水密的に固着されている。

【0032】

容器１の頂部側の給排口６の近傍には、上管板３が水平方向に延在する。上管板３は、容器１の内面に溶接等により水密的に固着されている。

【0033】

容器１の側面の上部には、給排口が２つ以上設けられている。給排口の数を多くした方が、付着汚れを除去しやすくなる一方で、構造が複雑となり設備コストが上昇するという欠点もある。このため、給排口の数は２～４が望ましい。図１のように給排口２１と給排口２２の２つとした場合、給排口２２は、容器１の軸心線を挟んで給排口２１と対向する位置に設けられることが好ましい。

【0034】

あるいは容器１の側面の上部に設けられる給排口を３つ以上とした場合、各給排口は均等配置にすることが好ましい。１つ以上の給排口から供給され、残りの給排口のうちの１つ以上から排出されるようにする。このとき給排口の流出と排出を切り替えることでより満遍なく洗浄を行うこともできる。

【0035】

給排口２１，２２は、上管板３の下面近傍に設けられている。上管板３の下面から給排口２１，２２の上縁までの距離は２０～８０ｍｍ程度である。

【0036】

容器１の側面の下部には、給排口が２つ以上設けられている。図１のように給排口２３と給排口２４の２つとした場合、給排口２４は、容器１の軸心線を挟んで給排口２３と対向する位置に設けられることが好ましい。給排口２３，２４は下管板４の上面近傍に設けられている。下管板４の上面から給排口２３，２４の下縁までの距離は２０～８０ｍｍ程度である。

【0037】

複数本の伝熱管２は、容器１内に上下方向に並列しており、一端部が下管板４を貫通し、他端部が上管板３を貫通している。給排口５（入口側ヘッダ）から流入した第１流体は、複数の伝熱管２の内部を通過し、給排口６（出口側ヘッダ）から流出する。

【0038】

給排口２１，２２から流入した第２流体は、給排口２３，２４から流出する。第１流体と第２流体は、複数の伝熱管２を介して熱交換される。流れを向流とすることで、並流よりも伝熱効率を向上させることができる。

【0039】

また、後述するように、給排口２１～２４からは、洗浄用流体が流入／流出するように切り替え可能になっている。

【0040】

容器１内には、上下動可能な移動多孔板１０（掃除板）が水平方向に設けられている。容器１の内面には、給排口２１，２２の下側にストッパ７が設けられ、給排口２３，２４の上側にストッパ８が設けられている。ストッパ７から給排口２１，２２の下縁までの距離は５～２０ｍｍ程度である。ストッパ８から給排口２３，２４の上縁までの距離は５～２０ｍｍ程度である。移動多孔板１０は、ストッパ７、８によって移動範囲が制限されている。

【0041】

図２に示すように、移動多孔板１０には、伝熱管２の本数分の貫通孔１１が設けられており、貫通孔１１に伝熱管２が挿通されている。貫通孔１１の孔径は、伝熱管２の外径と同じか、わずかに（概ね２ｍｍ以下）大きい程度である。

【0042】

移動多孔板１０は平面視円形であり、その直径は、容器１の内径よりわずかに小さい程度である。第２流体が移動多孔板１０を通過できるように、移動多孔板１０の貫通孔１１以外の領域には、多数の小孔１２が形成されている。小孔１２の孔径は１～５ｍｍ程度である。移動多孔板１０をメッシュ状（目開き１～５ｍｍ程度）としてもよい。移動多孔板１０の材料としては耐熱性を有する各種エンジニアリングプラスチック、ＳＵＳ等を用いることができる。

【0043】

移動多孔板１０の中央の貫通孔１１ａには、上下両面に、図３、図４に示すような摺動ガイド４０、５０が取り付けられている。

【0044】

摺動ガイド４０は、筒状部４１と、筒状部４１の一端部に設けられ、筒状部４１の外周面より外方（径方向外側）へ張り出すフランジ４２と、筒状部４１の他端部に設けられ、筒状部４１の外周面より外方（径方向外側）へ張り出すフランジ４３とを有するボビン形状である。筒状部４１の内径は、貫通孔１１の孔径と同程度である。フランジ４２には、少なくとも１つの開口４２ａが形成されている。

【0045】

摺動ガイド５０は、摺動ガイド４０と同様の形状であり、筒状部５１と、筒状部５１の両端部に設けられたフランジ５２，５３とを有するボビン形状であり、フランジ５２に開口が形成されている。

【0046】

なお、本実施形態では摺動ガイド４０、５０の形状としてボビン形状を例示しているが、他の形状、例えば図１１Ａのような円筒形状や、図１１Ｂのように円錐の中央部を円柱状にくり抜いた形状などの構造でも、同様の効果が得られる。

【0047】

摺動ガイド４０の筒状部４１と貫通孔１１ａとの位置を合わせて、フランジ４３の下面と移動多孔板１０の上面とが固着されている。摺動ガイド５０の筒状部５１と貫通孔１１ａとの位置を合わせて、フランジ５３の上面と移動多孔板１０の下面とが固着されている。中央の伝熱管２は、摺動ガイド４０、貫通孔１１ａ及び摺動ガイド５０を挿通する。

【0048】

摺動ガイド４０のフランジ４２の開口４２ａには、ワイヤＷ１の一端が取り付けられている。ワイヤＷ１は、伝熱管２に沿って延在し、図１に示すように、上管板３の下面に沿って配置されたワイヤ誘導管３１によって容器１の外部に引き出されている。

【0049】

ワイヤＷ１の他端側には、手動又は電動のウインチ（捲揚機（図示略））が連結されており、ワイヤＷ１の巻き取り／巻き出しが行えるようになっている。ワイヤ誘導管３１の出口にはバルブＶ１が設置されており、容器１内の流体が漏れないようになっている。

【0050】

摺動ガイド５０のフランジ５２の開口には、ワイヤＷ２の一端が取り付けられている。ワイヤＷ２は、伝熱管２に沿って延在し、図１に示すように、下管板４の上面に沿って配置されたワイヤ誘導管３２によって容器１の外部に引き出されている。

【0051】

ワイヤＷ２の他端側には、手動又は電動のウインチが連結されており、ワイヤＷ２の巻き取り／巻き出しが行えるようになっている。ワイヤ誘導管３２の出口にはバルブＶ２が設置されており、容器１内の流体が漏れないようになっている。

【0052】

バルブＶ１，Ｖ２は、移動多孔板１０を移動させる場合のみ開で、それ以外は閉とする。バルブＶ１，Ｖ２は、内部にワイヤＷ１，Ｗ２が通過する構造であるため、チョークバルブやピンチバルブ等を使用することが好ましい。

【0053】

ワイヤＷ１を巻き取り、ワイヤＷ２を巻き出すことで、移動多孔板１０は容器１内を伝熱管２の延伸方向に上昇する。ワイヤＷ２を巻き取り、ワイヤＷ１を巻き出すことで、移動多孔板１０は容器１内を伝熱管２の延伸方向に下降する。摺動ガイド４０，５０が設けられているため、移動多孔板１０は、水平方向に延在する姿勢を保ったまま上下動することができる。

【0054】

伝熱管２内部を流れる第１流体は、第２流体よりも清澄なものとする。伝熱管２の外側を流れる第２流体は、伝熱管２の外表面への汚れ付着物質又はその原因物質を含むものとする。例えば、この熱交換器を生物処理装置の前段に設置し、井水と生物処理装置入口水の熱交換を行う場合、第１流体を井水、第２流体を生物処理装置入口水とすることが適当である。

【0055】

熱交換器を長時間運転すると、第２流体に含まれる汚れが伝熱管２外表面に付着し、伝熱効率を低下させる。そのため、一定時間の運転後、一時停止し、移動多孔板１０を上下に移動させて、伝熱管２の外表面の汚れを掻き取る。伝熱管２の外表面から掻き取られた汚れは、ストッパ７の上側、又はストッパ８の下側に蓄積する。

【0056】

具体的には、ストッパ７に接触するまで上昇した移動多孔板１０と上管板３との間の領域（「上側汚れ集積部」とも言う。）、又はストッパ８に接触するまで下降した移動多孔板１０と下管板４との間の領域（「下側汚れ集積部」とも言う。）に掻き取られた汚れが蓄積する。上側汚れ集積部、下側汚れ集積部に蓄積された汚れは、洗浄用流体によって押し出され、給排口から容器１外へ排出される。洗浄用流体の入口、出口の給排口は、洗浄方式によって異なる。

【0057】

なお、図示しないが、給排口２１～２４の各々に連結されている配管は、第１流体と熱交換を行う被加熱媒体または被冷却媒体である第２流体を移送する配管と、洗浄用流体を移送する配管とに分岐しており、運転停止中は、第２流体の配管から洗浄用流体の配管に切り替えて、洗浄用流体を流入、排出している。

【0058】

図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂを用いて第１の洗浄方式について説明する。

【0059】

一定時間運転を行い、洗浄のタイミングになると、第２流体の供給を停止する。運転中は、移動多孔板１０が下向流の動圧を受けるため、図５Ａに示すように、移動多孔板１０はストッパ８に接触した位置にある。第２流体の供給を停止することで、容器１内の通水も停止する。

【0060】

次に、図５Ｂに示すように、ワイヤＷ１を巻き取り、ワイヤＷ２を巻き出すことで、移動多孔板１０をストッパ７に接触する位置まで上昇させる。移動多孔板１０は、伝熱管２の外表面に付着した汚れを掻き取りながら上方へ摺動する。掻き取られた汚れは、上側汚れ集積部に集積される。

【0061】

次に、図６Ａに示すように、給排口２３，２４から洗浄用流体を容器１内へ供給する。洗浄用流体は上向流となり、移動多孔板１０の小孔１２を通過し、上側汚れ集積部に集積された汚れを押し出して、給排口２１，２２から排出される。

【0062】

次に、洗浄用流体の供給を停止し、図６Ｂに示すように、ワイヤＷ１を巻き出し、ワイヤＷ２を巻き取ることで、移動多孔板１０をストッパ８に接触する位置まで下降させる。移動多孔板１０は、伝熱管２の外表面に残存した汚れを掻き取りながら下方へ摺動する。掻き取られた汚れは、下側汚れ集積部に集積される。

【0063】

次に、図７Ａに示すように、給排口２１，２２から洗浄用流体を容器１内へ供給する。洗浄用流体は下向流となり、移動多孔板１０の小孔１２を通過し、下側汚れ集積部に集積された汚れを押し出して、給排口２３，２４から排出される。

【0064】

その後、洗浄用流体の供給を停止し、図７Ｂに示すように、給排口２１，２２から第２流体の供給を開始し、運転を再開する。

【0065】

汚れが少ない場合は、図５Ｂに示す工程で伝熱管２の外表面に付着した汚れがほぼ全て掻き取られるため、図７Ａに示す工程を省略してもよい。

【0066】

図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂを用いて第２の洗浄方式について説明する。

【0067】

一定時間運転を行い、洗浄のタイミングになると、第２流体の供給を停止する。運転中は、移動多孔板１０が下向流の動圧を受けるため、図８Ａに示すように、移動多孔板１０はストッパ８に接触した位置にある。第２流体の供給を停止することで、容器１内の通水も停止する。

【0068】

次に、図８Ｂに示すように、ワイヤＷ１を巻き取り、ワイヤＷ２を巻き出すことで、移動多孔板１０をストッパ７に接触する位置まで上昇させる。移動多孔板１０は、伝熱管２の外表面に付着した汚れを掻き取りながら上方へ摺動する。掻き取られた汚れは、上側汚れ集積部に集積される。

【0069】

次に、図９Ａに示すように、給排口２１から洗浄用流体を容器１内へ供給する。洗浄用流体は水平方向の流れとなり、上側汚れ集積部に集積された汚れを押し出して、給排口２２から排出される。また、洗浄用流体の流れにより、移動多孔板１０の上面も清浄な状態になる。

【0070】

次に、洗浄用流体の供給を停止し、図９Ｂに示すように、ワイヤＷ１を巻き出し、ワイヤＷ２を巻き取ることで、移動多孔板１０をストッパ８に接触する位置まで下降させる。移動多孔板１０は、伝熱管２の外表面に残存した汚れを掻き取りながら下方へ摺動する。掻き取られた汚れは、下側汚れ集積部に集積される。

【0071】

次に、図１０Ａに示すように、給排口２３から洗浄用流体を容器１内へ供給する。洗浄用流体は水平方向の流れとなり、下側汚れ集積部に集積された汚れを押し出して、給排口２４から排出される。また、洗浄用流体の流れにより、移動多孔板１０の下面も清浄な状態になる。

【0072】

その後、洗浄用流体の供給を停止し、図１０Ｂに示すように、給排口２１，２２から第２流体の供給を開始し、運転を再開する。

【0073】

汚れが少ない場合は、図８Ｂに示す工程で伝熱管２の外表面に付着した汚れがほぼ全て掻き取られるため、図１０Ａに示す工程を省略してもよい。

【0074】

なお、第２の洗浄方式の方が第１の洗浄方式よりも洗浄効果が高く、付着汚れを確実に除去できるため望ましい。

【0075】

このように、本実施形態によれば、移動多孔板１０を上下に摺動させ、伝熱管２の外表面に付着した汚れを上側汚れ集積部及び下側汚れ集積部に集め、集めた汚れを、それぞれの汚れ集積部に設けられた給排口から、洗浄用流体と共に排出する。そのため、付着性の強い汚れであったとしても、装置系外に確実に排出させることができる。また、洗浄方式によっては、移動多孔板１０の上下面に汚れが残留することを抑制できる。

【0076】

本実施形態によれば、単位容積あたりの伝熱面積を高く維持したまま、汚れ付着防止機能を追加することができる。これによって、熱交換器の開放洗浄に関わるコストや時間を削減できる。また、１回あたりの洗浄コストを削減できるため、洗浄頻度を増加させることができ、伝熱効率を高く維持した状態で長期間運転を継続することができる。これによって、省エネルギーにも貢献することができる。

【0077】

容器１は密閉系であり、かつ、本体と掻き取り構造の接合部から水漏れが生じることを抑制できる。

【0078】

移動多孔板１０をワイヤＷ１，Ｗ２の巻き取り／巻き出しにより移動させることで、エアシリンジを用いる従来の構成と比較して、移動距離を長くすることができる。

【0079】

上記実施形態では、第２流体や洗浄用流体の供給・排出用に、容器１の上部、下部にそれぞれ２個の給排口を設ける構成について説明したが、給排口は３個以上であってもよい。

【0080】

上述したように、移動多孔板１０は、伝熱管２の外表面に付着した汚れを掻き取りながら摺動し、掻き取った汚れを上側汚れ集積部又は下側汚れ集積部へ集めるものであるため、掻き取った汚れを５０ｗｔ％以上通さないように、貫通孔１１及び小孔１２の孔径や、移動多孔板１０の直径等を設計することが好ましい。

【0081】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0082】

１ 容器
２ 伝熱管
３ 上管板
４ 下管板
５，６ 給排口
７，８ ストッパ
２１，２２，２３，２４ 給排口
３１，３２ ワイヤ誘導管
４０，５０ 摺動ガイド
Ｗ１，Ｗ２ ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2024-04-17

【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】

複数の伝熱管を収容し、入口側ヘッダから流入した第１流体が前記複数の伝熱管を通過して出口側ヘッダから流出する容器を有し、前記容器の一端部に設けられた第１給排口から流入される第２流体と前記伝熱管内の第１流体で熱交換を行い、熱交換後の前記第２流体を前記容器の他端部に設けられた第２給排口から排出する熱交換器であって、
前記容器内に配置され、前記伝熱管の延伸方向に沿って前記一端部と前記他端部との間を移動可能な移動板を備え、
前記移動板は、前記複数の伝熱管がそれぞれ挿通される複数の貫通孔が形成されており、前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集め、集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出し、
前記第１給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第１給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第１給排口から排出する、熱交換器。

【請求項2】

前記移動板は、前記他端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記他端部側に集め、集めた汚れを前記他端部側の流体とともに前記第２給排口から排出する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第２給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第２給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第２給排口から排出する、請求項２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記移動板の前記貫通孔以外の領域には、前記貫通孔より径の小さい複数の小孔が形成されている、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記移動板はワイヤにより引っ張られて前記容器内を移動する、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記第２流体は、生物処理装置の入口水である、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項7】

複数の伝熱管を収容し、入口側ヘッダから流入した第１流体が前記複数の伝熱管を通過して出口側ヘッダから流出する容器を有し、前記容器の一端部に設けられた第１給排口から流入される第２流体と前記伝熱管内の第１流体で熱交換を行い、熱交換後の前記第２流体を前記容器の他端部に設けられた第２給排口から排出する熱交換器であって、
前記容器内に配置され、前記伝熱管の延伸方向に沿って前記一端部と前記他端部との間を移動可能な移動板を備え、
前記移動板は、前記複数の伝熱管がそれぞれ挿通される複数の貫通孔が形成されており、前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集め、集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出し、
前記移動板はワイヤにより引っ張られて前記容器内を移動し、
前記移動板の中央の貫通孔の両面に第１摺動ガイド及び第２摺動ガイドが取り付けられており、
前記伝熱管が、前記第１摺動ガイド、前記中央の貫通孔及び前記第２摺動ガイドを挿通し、
前記第１摺動ガイドに第１ワイヤの一端が連結され、前記第２摺動ガイドに第２ワイヤの一端が連結されている、熱交換器。

【請求項8】

複数の伝熱管を収容し、入口側ヘッダから流入した第１流体が前記複数の伝熱管を通過して出口側ヘッダから流出する容器を有し、前記容器の一端部に設けられた第１給排口から流入される第２流体と前記伝熱管内の第１流体で熱交換を行い、熱交換後の前記第２流体を前記容器の他端部に設けられた第２給排口から排出する熱交換器であって、
前記容器内に配置され、前記伝熱管の延伸方向に沿って前記一端部と前記他端部との間を移動可能な移動板を備え、
前記移動板は、前記複数の伝熱管がそれぞれ挿通される複数の貫通孔が形成されており、前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動しながら、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集め、集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出し、
前記移動板はワイヤにより引っ張られて前記容器内を移動し、
前記ワイヤが、ワイヤ誘導管を介して前記容器の外部へ引き出され、ウインチに接続され、
前記ワイヤ誘導管の出口にはバルブが設置されている、熱交換器。

【請求項9】

請求項１に記載の熱交換器を用いた伝熱管外表面の洗浄方法であって、
前記第２流体の供給停止後に、前記移動板を前記一端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動させ、前記外表面の汚れを掻き取って前記一端部側に集める第１集積工程と、
前記一端部側に集めた汚れを前記一端部側の流体とともに前記第１給排口から排出する第１排出工程と、
を含み、
前記第１排出工程では、洗浄用流体が１以上の前記第１給排口から流入され、前記一端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第１給排口から排出する、伝熱管外表面の洗浄方法。

【請求項10】

前記第１排出工程の後、前記移動板を前記他端部へ向かって前記伝熱管の外表面を摺動させ、前記外表面の汚れを掻き取って前記他端部側に集める第２集積工程と、
前記他端部に集めた汚れを前記他端部側の流体とともに前記第２給排口から排出する第２排出工程と、
を含む請求項９に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。

【請求項11】

前記第２給排口が複数個あり、洗浄用流体が１以上の前記第２給排口から流入され、前記他端部側に集めた汚れを洗浄用流体とともに別の前記第２給排口から排出する、請求項１０に記載の伝熱管外表面の洗浄方法。