特許 7523451 流体を保持する装置をクリーニングする方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-18

(45)【発行日】2024-07-26

(54)【発明の名称】流体を保持する装置をクリーニングする方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   F28G 7/00 20060101AFI20240719BHJP

   B06B 1/02 20060101ALI20240719BHJP

   B08B 3/12 20060101ALI20240719BHJP

   B08B 7/00 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

F28G7/00 A

B06B1/02 K

B08B3/12 A

B08B7/00

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2021545844

(86)(22)【出願日】2020-01-10

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-24

(86)【国際出願番号】 FI2020050016

(87)【国際公開番号】W WO2020161382

(87)【国際公開日】2020-08-13

【審査請求日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】20195083

(32)【優先日】2019-02-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(73)【特許権者】

【識別番号】518402059

【氏名又は名称】アルタム テクノロジーズ オサケユイチア

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100126848

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 昭雄

(72)【発明者】

【氏名】ペトロ モイラネン

(72)【発明者】

【氏名】ティモ ラウハラ

(72)【発明者】

【氏名】カスペル ペテルツェンス

(72)【発明者】

【氏名】アリ サルミ

(72)【発明者】

【氏名】エドワルド ヘッグストローム

【審査官】礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第９８／０４９６７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭５２－０６５３４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０１１４９６３７（ＥＰ，Ａ２）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４７６１０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１９４８３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０６２１６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｇ ７／００

Ｂ０８Ｂ ３／１２

Ｂ０８Ｂ ７／００ － ９／４６

Ｂ０６Ｂ １／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を保持する装置をクリーニングする方法であって、前記装置は、外側表面及び内側表面を有する壁を有し、前記方法は、
ａ）システム（２００、３００、４００、５００、７００）であって、
機械的波生成手段（２０１、３０１、４０１、５０１、７０１）と、
第１端部（２００ａ、３００ａ、４００ａ、５００ａ、７００ａ）であって、点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア（２０４ａ、ｂ、３０４ａ、ｂ、４０１ａ、ｂ、７０４ａ、ｂ）を有する第１端部（２００ａ、３００ａ、４００ａ、５００ａ、７００ａ）と、
を有するシステム（２００、３００、４００、５００、７００）を提供するステップと、
ｂ）前記突出部の少なくとも１つのペアを前記外側表面と接触させるステップと、
ｃ）前記機械的波生成手段が、前記突出部の少なくとも１つのペアを介して、実質的に前記第１端部において波腹を有する機械的波の連続体を前記内側表面に向かって放出するステップと、
ｄ）前記機械的波が、前記内側表面上において干渉し、且つ、振動する内側表面を生成するステップと、
ｅ）前記振動する内側表面が、圧力パルスを前記流体内に生成するステップと、
を有し、
前記突出部の少なくとも１つのペアは、第１部材（７０４ａ）と、第２部材（７０４ｂ）と、を有し、且つ、前記第１部材を介して放出される機械的波と前記第２部材を介して放出される機械的波の間の位相差は、πの偶数倍とπの奇数倍の間である、方法。

【請求項2】

前記システムは、前記第１端部と前記機械的波生成手段の間において導波路（２０２、３０２、５０２）を有する請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記突出部の少なくとも１つペアは、第１部材と、第２部材と、を有し、且つ、前記第１部材と前記第２部材の間の距離ｄ１は、≦４ｈであり、ｈは、前記壁の厚さである請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記外側表面との間における、前記突出部の少なくとも１つのペアの接触面積ｂ１、ｂ２の合計は、前記第１端部の合計面積ａの１～３０％である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記システムは、１つ又は複数のフランジ部分（３１２）を有し、且つ、前記機械的波の連続体は、実質的に前記１つ又は複数のフランジ部分において波節を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項6】

前記壁の厚さは、５～３０ｍｍである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記突出部の少なくとも１つのペアは、前記装置の表面の材料よりも柔軟な材料から製造されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記装置は、熱交換機である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記流体は、液体である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

流体を保持する装置をクリーニングするシステムであって、前記システムは、
機械的波生成手段（２０１、３０１、４０１、５０１、７０１）と、
点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア（７０４ａ、ｂ）を有する第１端部（２００ａ、３００ａ、４００ａ、５００ａ、７００ａ）と、
を有し、
前記機械的波生成手段は、機械的波の連続体を前記突出部の少なくとも１つのペアに向かって放出するように適合されており、且つ、前記機械的波の波形は、基本的に前記第１端部において波腹を生成するように適合されており、
前記突出部の少なくとも１つのペアは、第１部材（７０４ａ）と、第２部材（７０４ｂ）と、を有し、且つ、前記第１部材を介して放出される機械的波と前記第２部材を介して放出される機械的波の間の位相差は、πの偶数倍とπの奇数倍の間である、システム。

【請求項11】

前記第１端部と前記機械的波生成手段の間において導波路（２０２、３０２、５０２）を有する請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記突出部の少なくとも１つのペアは、前記突出部の少なくとも１つのペアの接触面積の合計が、前記第１端部の合計面積の１～３０％になるように、前記装置の外側表面と接触状態となるように適合されている請求項１０又は１１に記載のシステム。

【請求項13】

流体を保持する装置をクリーニングする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のシステムの使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換機などの、流体を保持する装置をクリーニングする方法、特に、クリーニングが、装置の外側表面と接触状態にある点状の圧力源を有するトランスデューサ組立体を使用することにより、実行される方法に関する。又、本発明は、この方法において使用するのに適したトランスデューサ組立体などのシステムにも関する。

【背景技術】

【0002】

産業において、汚れは、資本費用及び運用費用の両方に対して影響を有する。内部汚れの増大は、乏しい熱効率を結果的にもたらす。これは、設計された熱交換機、パイプ、及びその他の機器の金属表面に対する乏しい熱伝達及び物質移動と結合されている。汚れた熱交換器のクリーニングは、例えば、化学、石油、及び食品プロセスの維持及び稼働に対して大きな課題を提示している。汚れを極小化するためのプロセス及びハードウェアの設計における努力にも拘わらず、交換機の複雑な内部表面は、結果的に、そのユニットを必要とされている効率に回復するべくクリーニングを必要としている。

【0003】

熱交換器は、通常、交換機を除去することにより、且つ、高圧水を噴霧して汚れを除去するべくユニットをウォッシュパッド上に配置することにより、現場においてクリーニングされている。超音波槽内における熱交換器のクリーニングは、その内部への音響の結合を許容し、且つ、クリーニングを実現するべく十分な流体を保持する能力を有し、且つ、浸漬された装置から汚れ物質の容易な除去を許容するべく特定の設計を有する、特別に設計された容器を必要としている。

【0004】

特許文献１は、チューブシート上に堆積されたスケール及び／又はスラッジを除去するように構成されたセグメント型の超音波クリーニング装置を開示している。セグメント型の超音波クリーニング装置は、スチーム生成器の内側壁に沿ってチューブシートの上部表面上でリング形状に構成された複数のセグメントグループを含み、フランジユニットのワイヤプーリーを介して金属ワイヤを締め付けることにより、前記セグメントグループがリング形状に緊密に接続された状態で、それぞれのセグメントグループは、超音波要素セグメントのそれぞれ内のトランスデューサから放射された超音波が、チューブシートの表面に沿って移動するように、スチーム生成器の相対的に低い部分に配置された金属ワイヤによって互いに緩く接続された超音波要素セグメント及びガイドレール支持セグメントを含む。

【0005】

特許文献２は、超音波が固定型の熱交換器に印加されるプロセスにより、熱交換表面の汚れが軽減されている、方法を開示している。この特許文献によれば、超音波は、熱交換機表面内において振動を励起し、且つ、熱交換表面に隣接した流体中において波を生成している。超音波は、熱交換構造に対する悪影響を極小化する制御された周波数及び振幅において振動を生成するべく、コントローラに結合された動的アクチュエータによって印加されている。動的アクチュエータは、熱交換機がオンライン状態にある間に、定位置において熱交換機に結合することができると共に、動作させることができる。

【0006】

特許文献３は、石油系の液体が流れる管状熱交換器の内側壁上の堆積物の形成を低減する方法を開示している。この方法は、管状熱交換表面の内側壁に隣接した粘性の境界層の低減を実現するべく、交換機のチューブを通じて流れる液体に対する流体圧力のパルス化と、熱交換機に対する振動と、のうちの１つを適用するステップを有する。汚れ及び腐食は、交換機チューブの内側壁表面上において被覆を使用することにより、更に低減されている。

【0007】

図１は、超音波トランスデューサなどの機械的波生成手段１０１と、導波路１０２と、を有する通常のトランスデューサ組立体１００を示している。トランスデューサ組立体は、クリーニング対象の装置との接触状態となるように適合された第１端部１００ａを有する。トランスデューサ組立体の基本共振周波数は、２０ｋＨｚであり、且つ、トランスデューサ組立体の両端部には、波腹が存在している。クリーニング対象の装置による機械的負荷印加の影響を模倣するべく、剛性の境界条件をトランスデューサ組立体の第１端部１００ａにおいて導入している。この負荷印加の結果として、波節（ｎｏｄｅ）が第１端部において生成され、且つ、トランスデューサ組立体の新しい共振周波数が２５ｋＨｚとなる。この図には、負荷印加されたトランスデューサ組立体の波形も提示されている。

【0008】

図２においては、トランスデューサ組立体１００は、クリーニング対象の装置の壁１０３の外側表面１０３ａ上に装着されている。壁は、金属から製造されており、且つ、その厚さｈは、１０ｍｍである。トランスデューサ組立体の接触面積ｂは、基本的に第１端部の合計面積ａの１００％である。金属壁に対する接触は、トランスデューサの同調周波数を２５ｋＨｚから２７ｋＨｚに変化させている。従って、壁インターフェイスは、トランスデューサの基本共振を変化させ、且つ、２７ｋＨｚにおける結合共振は、図３において示されているように、減衰している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】米国特許出願公開第２０１２０５５５２１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００７２６７１７６号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００８０７３０６３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

図１～図３において示されているように、クリーニングを目的とした、１００のようなトランスデューサの使用は、その課題を有する。従って、装置のクリーニングのための更なる方法に対するニーズが存在している。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、熱交換機などの、流体を保持する装置のクリーニングに関係する問題の少なくともいくつかは、クリーニングが、クリーニング対象の装置との接触状態にある際にさえその基本共振周波数において動作しうる、トランスデューサ組立体などのシステムを使用することにより、実行される際に回避されうる、或いは、少なくとも軽減されうる、という観察に基づいている。

【0012】

従って、流体を保持する装置をクリーニングする方法を提供することが本発明の目的の１つであり、装置は、外側表面及び内側表面を有する壁を有し、方法は、
ａ）〇機械的波生成手段、及び
〇・点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア、或いは、
・実質的に円形の点状の圧力源として機能するように適合された少なくとも１つの実質的に円形の突出部、
を有する第１端部、
を有するシステムを提供するステップと、
ｂ）突出部の少なくとも１つのペア又は少なくとも１つの実質的に円形の突出部を外側表面と接触させるステップと、
ｃ）機械的波生成手段が、突出部の少なくとも１つのペアを介して又は少なくとも１つの実質的に円形の突出部を介して、内側表面に向かって実質的に第１端部において波腹を有する機械的波の連続体を生成するステップと、
ｄ）機械的波が内側表面上において干渉し、且つ、振動する内側表面を生成するステップと、
ｅ）振動する内側表面が、圧力パルスを生成し、且つ、流体内に放出するステップと、
を有する。

【0013】

別の態様によれば、本発明は、流体を保持する装置をクリーニングするシステムに関し、システムは、
〇機械的波生成手段と、
〇・点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア、或いは、
・実質的に円形の点状の圧力源として機能するように適合された少なくとも１つの実質的に円形の突出部、
を有する第１端部と、
を有し、
機械的波生成手段は、機械的波の連続体を突出部の少なくとも１つのペアに向かって又は少なくとも１つの実質的に円形の突出部に向かって放出するように適合されており、且つ、機械的波の波形は、実質的に第１端部において波腹が存在するようなものである。

【0014】

更に別の態様によれば、本発明は、
〇機械的波生成手段と、
〇・点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア、或いは、
・実質的に円形の点状の圧力源として機能するように適合された少なくとも１つの実質的に円形の突出部、
を有する第１端部と、
を有するシステムの使用に関し、
機械的波生成手段は、機械的波の連続体を突出部の少なくとも１つのペアに向かって又は少なくとも１つの実質的に円形の突出部に向かって放出するように適合されており、且つ、機械的波の波形は、流体を保持する装置をクリーニングするべく、実質的に第１端部において波腹が存在するようなものになっている。

【0015】

本発明の更なる目的は、添付の従属請求項において記述されている。

【0016】

その更なる目的及び利点と共に、構造と、動作の方法と、の両方に関する、本発明の例示の且つ非限定的な実施形態は、添付図面との関連において参照された際に、特定の例示の実施形態に関する以下の説明から、十分に理解することができる。

【0017】

「有する（ｔｏ ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ）」という動詞は、本明細書においては、記述されていない特徴の存在を排除するものではなく、且つ、これを必須とするものでもない、開かれた限定（ｏｐｅｎ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）として使用されている。添付の従属請求項において記述されている特徴は、そうではない旨が明示的に記述されていない限り、相互に自由に組み合わせることができる。更には、本明細書の全体を通じた、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」、即ち、単数形、の使用は、複数形を排除するものではないことを理解されたい。

【0018】

音響的（ａｃｏｕｓｔｉｃ）、弾性動的（ｅｌａｓｔｏｄｙｎａｍｉｃ）、及び超音波的（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）、という用語は、本明細書においては、同義語として使用されている。

【0019】

以下、以下の添付図面を参照し、本発明の例示の且つ非限定的な実施形態及びその利点について更に詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、クリーニング対象の装置と接触するように適合された端部において表面を有する導波路を有するトランスデューサ組立体を示す。

【図2】図２は、図１のトランスデューサ組立体が、クリーニング対象の装置の外側表面に接続されている、状況を示す。

【図3】図３は、図１のトランスデューサ組立体が、１０ｍｍの厚さの金属壁と接続されている、状況の電気インピーダンス曲線を示す。

【図4】図４は、例示の非限定的なトランスデューサ組立体を使用することによって例示される、流体を保持する装置をクリーニングする本発明の方法の原理を示す。

【図5】図５は、本発明の方法及びその導波路に適する例示のトランスデューサ組立体を示す。

【図6】図６は、クリーニング対象の装置の１０ｍｍの厚さの金属壁に接続された図５のトランスデューサを有するシステムを示す。

【図7】図７は、図６のシステムによる１０ｍｍ厚さの金属壁における電気インピーダンス曲線を示す。

【図8】図８は、本発明の方法に適した更なる例示のトランスデューサ組立体を更に示す。

【図9】図９は、本発明の方法に適した更なる例示のトランスデューサ組立体を更に示す。

【図10】図１０Ａ～図１０Ｆは、本発明の方法に適するトランスデューサ組立体の第１端部及び点状の圧力源の例示の設計を示す。

【図11】図１１は、本発明の方法に適した更なる例示のトランスデューサ組立体を更に示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

図１～図３については、本明細書の「背景技術」の節において説明済みである。

【0022】

本明細書において定義されている点状の圧力源は、クリーニング対象の装置内の、且つ／又は、クリーニング対象の装置の壁内の、流体中において圧力によって生成される波長よりも、小さい、例えば、少なくとも２分の１以下である、クリーニング対象の装置との接触状態となるように適合されたその寸法の少なくとも１つを有する圧力源である。例えば、長手方向の２０ｋＨｚの超音波を利用する金属表面に接触したポイント源の場合には、点状の圧力源は、例えば、１２．５ｍｍなどの、２５ｍｍを大幅に下回る接触直径を有する供給源であり、且つ、１００ｋＨｚ超音波の場合には、例えば、２．５ｍｍなどの、５ｍｍを大幅に下回る接触直径を有する供給源である。様々な波モードにおいて、これらの直径は、そのモードの音波の速度に従って調節されている。

【0023】

例示の実質的に円形の点状の圧力源は、トランスデューサ組立体の音響軸を取り囲む実質的に円形の突出部である。例示の点状の圧力源のペアは、トランスデューサの組立体の第１端部における隆起の形をした２つの平行ラインなどの、平行な突出部のペアである。

【0024】

以下の説明においては、本発明の方法において使用されるシステムは、異なるトランスデューサ組立体によって例示されている。

【0025】

液体などの、流体を保持する装置をクリーニングする本発明の方法の原理は、図４に示されている例示の非限定的なトランスデューサ組立体を使用することにより、提示されている。従って、この方法に適したトランスデューサ組立体２００は、機械的波生成手段２０１と、トランスデューサ組立体の第１端部２００ａにおける点状の圧力源の少なくとも１つのペア又は少なくとも１つの実質的に円形の点状の圧力源と、を有する。図４において、点状の圧力源は、突出部のペア、即ち、第１突出部２０４ａ及び第２突出部２０４ｂ、により、表されている。又、図４の例示の非限定的なトランスデューサ組立体は、第１端部２００ａと機械的波生成手段２０１の間において任意選択の導波路２０２をも含む。

【0026】

機械的波生成手段２０１は、点状の圧力源に向かって機械的波の連続体を放出するように適合されている。機械的波の波形は、実質的にトランスデューサ組立体の第１端部２００ａにおいて波腹が存在するようなものである。波腹の正しい位置は、更に詳細に後述するように、トランスデューサ組立体の適切な設計により、調節することができる。

【0027】

突出部のペアは、好ましくは、トランスデューサ組立体の音響軸２０６の周りに配置されており、且つ、距離ｄ１だけ、互いに分離されている。音響軸からの突出部の距離は、シンボルｄ’によってマーキングされている。

【0028】

トランスデューサ組立体は、突出部のペアを介して、クリーニング対象の装置の壁２０３の外側表面２０３ａとの機械的接触状態で配置されている。図において、第１突出部２０４ａの接触表面及び第２突出部２０４ｂの接触表面は、それぞれ、シンボルｂ１及びｂ２により、マーキングされている。突出部の接触面積の合計、即ち、ｂ１＋ｂ２、は、トランスデューサ組立体の第１端部の面積ａを格段に下回っている。例示の一実施形態によれば、接触面積の合計は、第１表面の面積の１～３０％である。

【0029】

トランスデューサ組立体が動作中である際に、機械的波生成手段は、突出部２０４ａ及び２０４ｂを介して、機械的波の連続体２０５ａ、２０５ｂを内側表面２０３ｂに向かって放出している。従って、クリーニング対象の装置に対するトランスデューサ組立体の質量負荷が、例えば、トランスデューサ組立体１００との比較において、低減されるのに伴って、その自然共振周波数に近接したトランスデューサの動作が許容されている。剛性接触が、点状の圧力源に、即ち、突出部の接触表面のみに、限定された際に、トランスデューサ組立体の第１端部上の自由表面積は、実質的にトランスデューサ組立体の第１端部における波腹の変位及び形成を許容するべく、十分に大きな状態に留まっている。この結果、トランスデューサは、実質的にその基本共振周波数において動作することが可能であり、且つ、突出部は、装置内への超音波パワーの供給を依然として許容している。

【0030】

機械的波の放出は、特に、実質的に内側表面上へのｄ１の投射である距離ｄ２内で、内側表面において干渉している。干渉する機械的波は、内側表面を振動させる。振動する内側表面が運動するのに伴って、この運動が、装置内の流体２０７中において圧力パルス２０６を生成する。この変位が、図には、拡大２０８として示されている。圧力パルスは、装置をクリーニングし、例えば、装置から汚れを除去する。

【0031】

この技術的効果は、突出部のペアの代わりに、少なくとも１つの実質的に円形の点状の圧力源を使用することにより、実現することもできる。図９には、円形の点状の圧力源を有する例示のトランスデューサ組立体が示されている。この図に示されているトランスデューサ組立体は、機械的波生成手段が動作中である際に、第１端部において位置決めされた波腹が存在するように構成されたものである。

【0032】

第１の点状の圧力源から放出された機械的波と第２の点状の圧力源から放出された機械的波の間の位相差が、πの偶数倍である際に、波ベクトルは、座標系２９９のｙ方向に沿っている。波ベクトルは、図には、点線矢印として示されている。これは、等しい長さの点状の圧力源を使用することにより、実現することができる。

【0033】

第１の点状の圧力源から放出された超音波と第２の点状の圧力源から放出された超音波の間の位相差が、πの偶数倍とπの奇数倍の間である場合、波ベクトルの方向は、座標系２９９のｙ方向とは異なっている。波ベクトルの方向は、適宜、調節することができる。これは、点状の圧力源として機能するように適合された突出部を使用することにより、実現することが可能であり、この場合に、突出部の長さは、互いに異なっている。

【0034】

従って、一実施形態によれば、本発明の方法は、流体を保持する装置をクリーイングする方法に関し、装置は、外側表面及び内側表面を有する壁を有し、方法は、
ａ）〇機械的波生成手段２０１、及び、
〇・点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア２０４ａ、ｂ、或いは、
・実質的に円形の点状の圧力源として機能するように適合された少なくとも１つの実質的に円形の突出部、
を有する第１端部２００ａ、
を有するシステム２００を提供するステップと、
ｂ）突出部の少なくとも１つのペア又は少なくとも１つの実質的に円形の突出部を外側表面と接触させるステップと、
ｃ）機械的波生成手段が、突出部の少なくとも１つのペアを介して又は少なくとも１つの実質的に円形の突出部を介して、内側表面に向かって基本的に第１端部におい波腹を有する機械的波の連続体を放出するステップと、
ｄ）機械的波が、内側表面において干渉し、且つ、振動する内側表面を生成するステップと、
ｅ）振動する内側表面が、圧力パルスを生成し、且つ、流体内に放出するステップと、
を有する。

【0035】

図５は、本発明の方法に適する別の例示のトランスデューサ組立体３００を示している。トランスデューサ組立体は、ランジュバントランスデューサなどの、機械的波生成手段３０１と、機械的波生成手段とトランスデューサ組立体の第１端部３００ａの間の導波路３０２と、を有する。トランスデューサ組立体の同調周波数は、２０ｋＨｚである（即ち、トランスデューサの基本共振周波数と一貫性を有する）。図には、波形の形状も、提示されている。図に示されているように、実質的にトランスデューサ組立体の第１端部３００ａにおいて波腹が存在している。第１端部は、第１突出部３０４ａ及び第２突出部３０４ｂ、即ち、突出部のペア、を有する。第１突出部は、距離ｄだけ、第２突出部から分離されている。距離は、例えば、３０ｍｍである。例示の一実施形態によれば、座標系３９９のｙ方向における突出部の高さは、１～１００ｍｍである。突出部の長さは、例えば、１０ｍｍである。突出部は、点状の圧力源として機能するように適合されている。

【0036】

座標系３９９のｘ方向における２つの突出部の間の距離ｄは、好ましくは、例えば、２０ｋＨｚにおいて、ｄ＜３８ｍｍなどのように、流体及び／又は装置の壁内の音響波長の半分を下回っている。クリーニング対象の装置の壁厚さが、例えば、＜１０ｍｍのように、薄いことを要する場合には、突出部は、互いに近接することになろう。距離ｄは、２０ｋＨｚの場合には、例えば、５～２５ｍｍである。これは、干渉ポイントが壁の内側表面上において形成されることを保証するためのものである。

【0037】

図６は、トランスデューサ組立体３００が、クリーニング対象の装置の壁３０３の外側表面３０３ａとの接触状態にある、状況を示している。壁の厚さｈは、１０ｍｍである。図に示されているように、導波路の第１端部において依然として波腹が存在しており、これにより、自由トランスデューサの状況に似ている。これは、クリーニング対象の装置の外側表面との接触状態にある際にも、トランスデューサ組立体が、その自然周波数において動作することを許容している。従って、第１突出部は、第１の点状の圧力源として機能し、且つ、第２突出部は、第２の点状の圧力源として機能している。トランスデューサ組立体１００との厳格な対比において、その基本共振周波数におけるトランスデューサ組立体３００の動作が許容されている。又、これは、トランスデューサ組立体１００を使用して金属壁において動作するトランスデューサと自由空間３００内において動作するトランスデューサ組立体の電気インピーダンス曲線（図３対図７）を比較することによっても、明瞭に示されている。図は、インピーダンスの大きさ（Ｍａｇｎ）及び位相（Ａｒｇ）を示している。図７は、部分的に機械的に負荷印加されたトランスデューサ（即ち、突出部の接触を特徴とするトランスデューサ）の曲線を示している。共振周波数は、２０．４ｋＨｚであり、即ち、トランスデューサの基本共振と一貫性を有しており、インピーダンスの大きさは、相対的に小さく（１００Ω）、且つ、位相曲線は、共振において負から正にシフトしている。曲線は、負荷印加されていないトランスデューサのものに非常に近接している。対照的に、図３は、十分に質量負荷が印加されたトランスデューサの曲線を示している。共振周波数は、２６ｋＨｚにシフトしており、インピーダンスの大きさは、相対的に大きく（５５０Ω）、且つ、位相曲線は、共振において負から正にシフトしてはいない。

【0038】

図４及び図５において示されている一実施形態によれば、トランスデューサ組立体は、任意選択の導波路を有する。導波路の利点は、第１端部において波腹が存在するように、トランスデューサ組立体の長さＬを合わせるべく、即ち、第１端部２００ａ、３００ａと第２端部２００ｂ、３００ｂの間の距離を合わせるべく、使用されうるという点にある。更には、導波路は、トランスデューサ組立体が、熱源から機械的波生成手段を隔離することにより、高温表面との接触状態となる必要がある、用途において有用でありうる。

【0039】

上述のように、導波路は、任意選択である。図８には、導波路を有していないトランスデューサ組立体４００が示されている。図に示されているトランスデューサ組立体は、機械的波生成手段４０１と、トランスデューサ組立体の第１端部４００ａにおいて位置決めされた点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部のペア４０４ａ、４０４ｂと、を有する。機械的波生成手段は、機械的波の連続体を点状の圧力源に向かって放出するように適合されている。波形の形状は、実質的にトランスデューサ組立体の第１端部４００ａにおいて波腹が存在するようなものである。

【0040】

図９には、本発明の方法に適する更なるトランスデューサ組立体が示されている。このトランスデューサ組立体５００は、図５に開示されているとおりであり、即ち、これは、機械的波生成手段５０１と、任意選択の導波路と、第１端部５００ａにおける点状の圧力源と５０４と、を有するが、点状の圧力源５０４は、実質的に円形の突出部の形態を有する。例示の実質的に円形の形態は、円形、楕円、及びオーバルの形態である。円形の点状の圧力源の例示の構造は、図９の右側において最良に観察され、接触表面のエリアは、シンボルｂ３によって提示されている。円形の点状の圧力源は、通常、トランスデューサ組立体の音響軸５０６の周りにおいて位置決めされている。シンボルｄ３は、音響軸と円形の点状の圧力源の内側エッジの間の距離を表している。

【0041】

図１０Ａ～Ｆは、本発明の方法に適するトランスデューサ組立体の第１端部及び点状の圧力源の例示の非限定的な構造を表している。

【0042】

図１０Ａにおいて、第１端部は、矩形であり、且つ、これは、２つの突出部６０７ａ及び６０７ｂを有する。これらの突出部は、２つの平行なラインの形態を有し、且つ、音響軸６０６からのその距離ｄ’は、同一である。

【0043】

図１０Ｂにおいて、第１端部は、矩形であり、且つ、これは、平行なラインの形態の突出部の２つのペア、即ち、６０８ａ、ｂ及び６０９ａ、ｂ、を有する。音響軸６０６からの突出部６０８ａ及び突出部６０８ｂの距離は、同一である。又、これは、突出部６０９ａ及び突出部６０９ｂのケースにも当て嵌まる。

【0044】

図１０Ｃにおいて、導波路の第１端部は、矩形であり、且つ、これは、第１端部のコーナーにおいて、三角形状の突出部６１０ａ～ｄを４つ有する。音響軸からのそれぞれの突出部の距離は、同一である。

【0045】

図１０Ｄにおいて、導波路の第１端部は、円形であり、且つ、これは、音響軸の周りにおいて１つの円形の突出部６１１を有する。

【0046】

図１０Ｅにおいて、第１端部は、円形であり、且つ、これは、音響軸の周りにおいて３つの円形の突出部６１２ａ～ｃを有する。

【0047】

特定の一実施形態によれば、トランスデューサ組立体６００の第１端部６００ａの面積は、導波路６０２の断面積を上回っている。これは、トランスデューサの音響放射インピーダンス対超音波インピーダンスを増大させることにより、音響放射効率の増大を許容している。図１０Ｆには、このタイプの例示のトランスデューサ組立体６００の側面図が示されている。

【0048】

一実施形態によれば、機械的波生成手段は、ランジュバントランスデューサである。ランジュバントランスデューサは、前部質量（頭部）、後部質量（尾部）、及び圧電セラミックを有する。ランジュバントランスデューサは、高出力超音波作動のための共振トランスデューサである。トランスデューサは、それぞれ、トランスデューサの前部質量及び後部質量を構成する、通常、アルミニウム、チタニウム、又はステンレス鋼である、２つの金属製棒状体の間に固定された、例えば、２つ、４つ、６つ、又は８つ、の円板などの、圧電円板３０１ａの積層体によって構成されている。トランスデューサの前部及び後部の長さは、トランスデューサが、半波長共振器として振る舞うように、即ち、基本定在波が、トランスデューサの長軸に沿って存在し、これにより、トランスデューサの両端部において波腹を有するように、同調されている。これは、トランスデューサ組立体の第１端部３００ａにおける且つ第２端部３００ｂにおける波腹と、導波路の中間における節（ｎｏｄａｌ ｐｏｉｎｔ）と、を結果的にもたらす。このようなトランスデューサは、例えば、通常は１ｋＨｚなどの狭い周波数インターバルによって分離された鋭い共振及び反共振を特徴とするナローバンドである。最適な且つ自然な共振の振る舞いは、トランスデューサが自由空間において（機械的負荷を伴わない状態において）駆動された際に、発生する。任意の負荷印加は、共振を減衰させ、帯域幅を増大させ、且つ、共振周波数に影響を及ぼす。大きな負荷印加は、基本共振を無効にする。トランスデューサ組立体は、大きな負荷が印加された際にも、依然として、相対的に高い共振周波数で動作可能ではあるが、その効率が低減される。相対的に高い共振周波数は、このケースにおいては、結合されたシステムのもの、即ち、トランスデューサ組立体の負荷印加によって変更された相対的に高い共振周波数、である。

【0049】

図５に示されているトランスデューサ組立体３００は、点状の圧力源の接触面積ｂ１、ｂ２を介してクリーニング対象の装置との接触状態にある。接触面積は、例えば、１１０ｍｍ²であり、これは、第１端部３００ａの面積の１０％であり、この場合に、変動は、例えば、表面積の１％～３０％である。

【0050】

好適な一実施形態によれば、点状の圧力源、即ち、第１突出部及び第２突出部、の間の距離ｄは、４ｈ以下であり、この場合に、ｈは、装置の壁の厚さである。ｄ≦４ｈである場合、装置の壁の内側表面における超音波干渉が最適である。同様に、トランスデューサ組立体が、図９に示されているように、少なくとも１つの円形の突出部を有する場合、少なくとも１つの円形の突出部の半径ｄ３は、好ましくは、≦２ｈであり、この場合に、ｈは、壁の厚さである。

【0051】

図１１は、座標系７９９のｙ方向における第１突出部７０４ａの長さが第２突出部７０４ｂの長さを上回っている、一実施形態を表している。この実施形態によれば、第１突出部によって生成される装置の内側表面上の圧力最大値が、まず、発生し、且つ、第２突出部によって生成される装置の内側表面上の圧力最大値が、後から発生する。従って、座標系７９９のｙ軸に沿った突出部の長さを同調することにより、流体中の波ベクトルの方向及び圧力パルスの方向を適宜変更することができる。異なる長さの突出部は、壁表面上のポイント源の間の位相差を提供する。位相差は、干渉ポイントの場所及び形成される波ベクトルの方向に影響を与えるので、流体中に打ち込まれる音響圧力波の方向に、影響を及ぼす。

【0052】

位相差は、波の周期との関係における異なる長さの突出部内の機械的波の飛行時間の差により、判定することができる。例えば、２つの突出部の高さの差が６０ｍｍである場合、突出部内の音波（ｓｏｕｎｄ）の速度が５ｋｍ／ｓであると仮定することにより、２０ｋＨｚにおいて、π／２の位相差をもたらし、３０ｍｍの差は、π／４の位相差をもたらし、且つ、１５ｍｍの差は、π／８の位相差をもたらす。突出部内の音波速度は、突出部の形状に依存していることから、位相の調節は、しばしば、有限要素シミュレーションを必要としている。

【0053】

好適な一実施形態によれば、トランスデューサ組立体は、１つ又は複数のフランジ３１２を有し、即ち、トランスデューサ組立体は、異なる断面積を有し、且つ、導波路は、機械的波生成手段とクリーニング対象の装置の間の接続要素として、のみならず、機械的増幅器としても機能している。

【0054】

トランスデューサ１００とは対照的に、本発明の方法において使用するのに適したトランスデューサの導波路の第１表面の接触面積、即ち、突出部の接触面積、は、１００％未満である。好適な一実施形態によれば、突出部の少なくとも１つのペアの接触面積は、第１表面の合計面積の１～３０％、更に好ましくは、１～２０％、最も好ましくは、約１０％である。点状の圧力源として機能する突出部又は円形の突出部の接触面積は、例えば、１１０～３３０ｍｍ²である。

【0055】

クリーニング対象の装置の容器壁の厚さは、通常、２～３０ｍｍである。トランスデューサの導波路の突出部などの、点状の圧力源は、好ましくは、装置の表面の材料よりも柔軟な材料から製造されている。例示の一実施形態によれば、装置の表面は、ステンレス鋼から製造されており、且つ、突出部は、アルミニウムから製造されている。

【0056】

別の実施形態によれば、本発明は、
〇機械的波生成手段２０１、３０１、４０１、５０１、７０１と、
〇・点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア２０４ａ、ｂ、３０４ａ、ｂ、４０４ａ、ｂ、７０４ａ、ｂ、或いは、
・円形の点状の圧力源として機能するように適合された少なくとも１つの実質的に円形の突出部５０４、
を有する第１端部２００ａ、３００ａ、４００ａ、５００ａ、７００ａと、
を有するシステムに関し、
機械的波生成手段は、機械的波の連続体を突出部の少なくとも１つのペア又は少なくとも１つの実質的に円形の突出部に向かって放出するように適合されており、且つ、機械的波の波形は、基本的に第１端部において波腹が存在するようなものである。

【0057】

点状の圧力源は、クリーニング対象の装置の外側表面との接触状態となるように適合されている。突出部又は実質的に円形の突出部の接触面積の合計は、トランスデューサの第１端部３００ａ、４００ａの合計面積ａの１～３０％、更に好ましくは、１～２０％、最も好ましくは、約１０％である。突出部の間の距離は、通常、５～５０ｍｍであり、好ましくは、４ｈ以下であり、この場合に、ｈは、クリーニング対象の装置の壁の厚さである。合計接触面積は、例えば、１１０～３３０ｍｍ²である。

【0058】

好適な一実施形態によれば、システムは、機械的波生成手段によって生成された波形の波節において基本的に位置決めされた１つ又は複数のフランジ部分を有する。

【0059】

実験
トランスデューサ組立体の設計
トランスデューサ組立体を圧電超音波積層体トランスデューサ（ランジュバントランスデューサ、サンドイッチトランスデューサ）及び任意選択の導波路から構成した。トランスデューサは、市販のモデル又はカスタムメイドのものであった。トランスデューサは、トランスデューサの前部及び後部を構成する２つの金属製棒状体（通常は、アルミニウム、チタニウム、又はステンレス鋼）の間に固定された圧電円板の積層体（例えば、２つ、４つ、６つ、又は８つの円板）によって構成されたナローバンド（通常、例えば、１ｋＨｚ帯域幅を特徴とする）共振トランスデューサであった。

【0060】

トランスデューサ設計は、圧電円板の選択肢（材料及び寸法）を決定する、選択された共振周波数（例えば、２０ｋＨｚ）に基づくものであった。圧電円板の積層体は、ナローバンド共振器を特徴としている。前部及び後部の長さは、結合された共振器（即ち、トランスデューサ）が、選択された周波数において半波長（λ／２）共振器として振る舞うように、同調させた。これは、トランスデューサの基本共振である。帯域幅は、狭い状態（例えば、１ｋＨｚ）において留まっていた。トランスデューサ設計は、理論的且つ／又は数値的なモデル化（有限要素シミュレーション）に基づくものであった。

【0061】

任意選択の導波路をトランスデューサの第１端部上における延長部としてフィットした。導波路の長さは、トランスデューサの基本共振振る舞いを維持するように選択／同調した。これを目的として、導波路長は、λ／２の倍数でなければならない。導波路は、例えば、トランスデューサ組立体のｑ値を増大させるべく、トランスデューサとクリーニング対象のシステムの間の断熱を提供するべく、或いは、トランスデューサがクリーニング対象の装置に直接的にフィットしえない状況においてトランスデューサの配置の柔軟性を提供するべく、有用である。導波路設計は、理論的且つ／又は数値的なモデル化（例えば、有限要素シミュレーション）に基づいている。

【0062】

点状の接点（例えば、接触突出又は円）は、トランスデューサ組立体の第１端部上における延長部として機械加工した。接触構造の形状は、理論的且つ／又は数値的なモデル化（有限要素シミュレーション）により、評価及び最適化した。

【0063】

実施例
以上において記述されているように、接触突出を特徴とするトランスデューサ組立体を設計した。これは、従来の機械的接触を有する類似のトランスデューサとの比較において、９ｄＢだけ多くの音響パワーを鋼の容器内の水中に供給した。この実験は、同一の電気的入力を使用することにより、トランスデューサの基本周波数（２０ｋＨｚ）において、断熱された容器内で熱量計測手段によって実施した。
なお、本発明の実施形態の態様として、以下に示すものがある。
［態様１］
流体を保持する装置をクリーニングする方法であって、前記装置は、外側表面及び内側表面を有する壁を有し、前記方法は、
ａ）機械的波生成手段（２０１、３０１、４０１、５０１、７００）、並びに、
点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア（２０４ａ、ｂ、３０４ａ、ｂ、４０１ａ、ｂ、７０４ａ、ｂ）、或いは、
実質的に円形の点状の圧力源として機能するように適合された少なくとも１つの実質的に円形の突出部（５０４）、
を有する第１端部（２００ａ、３００ａ、４００ａ、５００ａ、７００ａ）、を有するシステム（２００、３００、４００、５００、７００）を提供するステップと、
ｂ）前記突出部の少なくとも１つのペア又は前記少なくとも１つの円形の突出部を前記外側表面と接触させるステップと、
ｃ）前記機械的波生成手段が、前記突出部の少なくとも１つのペアを介して又は前記少なくとも１つの実質的に円形の突出部を介して、実質的に前記第１端部において波腹を有する機械的波の連続体を前記内側表面に向かって放出するステップと、
ｄ）前記機械的波が、前記内側表面上において干渉し、且つ、振動する内側表面を生成するステップと、
ｅ）前記振動する内側表面が、圧力パルスを前記流体内に生成するステップと、
を有する、方法。
［態様２］
前記システムは、前記第１端部と前記機械的波生成手段の間において導波路（２０２、３０２、５０２）を有する態様１に記載の方法。
［態様３］
前記突出部の少なくとも１つのペアは、第１部材（２０４ａ、３０４ａ、４０１ａ）と、第２部材（２０４ｂ、３０４ｂ、４０１ｂ）と、を有し、前記第１部材を介して放出される機械的波と前記第２部材を介して放出される機械的波の間の位相差は、πの偶数倍である態様１又は２に記載の方法。
［態様４］
前記突出部の少なくとも１つのペアは、第１部材（７０４ａ）と、第２部材（７０４ｂ）と、を有し、且つ、前記第１部材を介して放出される機械的波と前記第２部材を介して放出される機械的波の間の位相差は、πの偶数倍とπの奇数倍の間である態様１又は２に記載の方法。
［態様５］
前記突出部の少なくとも１つペアは、第１部材と、第２部材と、を有し、且つ、前記第１部材と前記第２部材の間の距離ｄ１は、≦４ｈであり、ｈは、前記壁の厚さであり、或いは、前記第１端部が、少なくとも１つの実質的に円形の突出部を有する際に、前記少なくとも１つの実質的に円形の突出部の半径ｄ３は、≦２ｈであり、ｈは、前記壁の厚さである態様１乃至４のいずれかに記載の方法。
［態様６］
前記外側表面との間における、前記突出部の少なくとも１つのペアの接触面積ｂ１、ｂ２の合計、或いは、前記少なくとも１つの実質的に円形の突出部の接触面積ｂ３は、前記第１端部の合計面積ａの１～３０％、好ましくは、１～２０％、更に好ましくは、１０％である態様１乃至５のいずれかに記載の方法。
［態様７］
前記システムは、１つ又は複数のフランジ部分（３１２）を有し、且つ、前記機械的波の連続体は、実質的に前記１つ又は複数のフランジ部分において波節を有する態様１乃至６のいずれかに記載の方法。
［態様８］
前記壁の厚さは、５～３０ｍｍである態様１乃至７のいずれかに記載の方法。
［態様９］
前記突出部の少なくとも１つのペア又は前記少なくとも１つの実質的に円形の突出部は、前記装置の表面の材料よりも柔軟な材料から製造されている態様１乃至８のいずれかに記載の方法。
［態様１０］
前記装置は、熱交換機である態様１乃至９のいずれかに記載の方法。
［態様１１］
前記流体は、液体である態様１乃至１０のいずれかに記載の方法。
［態様１２］
流体を保持する装置をクリーニングするシステムであって、前記システムは、
機械的波生成手段（２０１、３０１、４０１、５０１、７０１）と、
点状の圧力源のペアとして機能するように適合された突出部の少なくとも１つのペア（２０４ａ、ｂ、３０４ａ、ｂ、４０４ａ、ｂ、７０４ａ、ｂ）、或いは、
円形点状の圧力源として機能するように適合された少なくとも１つの実質的に円形の突出部（５０４）、を有する第１端部（２００ａ、３００ａ、４００ａ、５００ａ、７００ａ）と、
を有し、
前記機械的波生成手段は、機械的波の連続体を前記突出部の少なくとも１つのペア又は前記少なくとも１つの実質的に円形の突出部に向かって放出するように適合されており、且つ、前記機械的波の波形は、基本的に前記第１端部において波腹を生成するように適合されている、システム。
［態様１３］
前記第１端部と前記機械的波生成手段の間において導波路（２０２、３０２、５０２、７０２）を有する態様１２に記載のシステム。
［態様１４］
前記突出部の少なくとも１つのペア又は前記少なくとも１つの実質的に円形の突出部は、前記装置の外側表面との間における、前記突出部の少なくとも１つのペア又は前記少なくとも１つの実質的に円形の突出部の接触面積の合計が、前記第１端部の合計面積の１～３０％になるように、前記装置の外側表面との接触状態となるように適合されている態様１２又は１３に記載のシステム。
［態様１５］
流体を保持する装置をクリーニングする態様１２乃至１４のいずれかに記載のシステムの使用。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】