JP5784126B2 - クリーニングシステム - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器をクリーニングするための熱交換器用クリーニングシステムに関する。

熱交換システムは、多種多様の適用のために種々の産業において用いられている。熱交換システムの一般的な適用は、暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）設備を含む。そのような設備において、流体は、熱交換システムの一部を構成する管の束において生じる熱交換のために、熱交換システムを循環する。管の束における熱交換の効率性には、それらの中に堆積された破片物（debris）及び付着物（fouling deposits）を実質的に除去することが必要である。物理的なフラッシングのために熱交換システムをオフラインにすることは、非効率的であるのみならず、オフラインにしている間、熱交換システムの使用ができない。

熱交換システムと共に使用するためのクリーニングシステムは、熱交換器内に送られ、循環されるために、流体により輸送されるエラストマーのボールを用いる。エラストマーのボールが熱交換システム内を循環する際に管の束を通るときに、管の束内の破片物（debris）又は付着物（fouling deposits）が押し出される。エラストマーのボールは、その後、クリーニングシステムにより回収される。

しかしながら、熱交換システムの中にエラストマーのボールを導入し、その後にそこからエラストマーのボールを回収する複合機構を利用するクリーニングシステムは、本技術分野において周知である。その複合機構は、たびたびのメンテナンス、及び使用中の複合機構間の適当な共同作用を必要とする。従って、本技術分野において周知の既存のクリーニングシステムの構成は複雑となり、クリーニングシステムが対応する熱交換システムに組み込まれるために熱交換システムの多大な変更を必要とする。

従って、上記問題に取り組むための改善されたクリーニングシステムの明白な必要性がある。

本発明の一態様によると、熱交換システムの複数の管に用いられるクリーニングシステムが提供される。熱交換システムは、インテーク及びエキゾーストを有し、置換システム、マニフォールド及び流れ転換システムを備えている。置換システムは、第１ポート及び第２ポートを有し、第１操作モードの際に第２ポートの中に液体を流し、第１ポートの外に液体を排出し、第２操作モードの際に、第１ポートの中に液体を流し、第２ポートの外に液体を排出するように操作可能である。マニフォールドは、第１チャンバ及び第２チャンバを画定し、第１チャンバと第２チャンバとの間に配設されたセパレーターを備えている。第１のチャンバは少なくとも１つのクリーニングボールを受けるためのものである。セパレーターは、第１チャンバを第２チャンバに流体的に連通するための少なくとも１つの開口を画定し、それを通る少なくとも１つのクリーニングボールの通過を実質的に妨げるように形作られ及び形成されている。流れ転換システムは、第１操作モードの際に置換システムの第１ポート及びインテークをマニフォールドの第１チャンバに流体的に連通し、第１ポート及びエキゾーストと第２チャンバ及び第１チャンバのそれぞれとの流体的な連通を実質的に妨げるように適応されている。さらに、流れ転換システムは、第２操作モードの際に、第１ポート及びエキゾーストを第２チャンバ及び第１チャンバのそれぞれに流体的に連通し、置換システムの第１ポート及びインテークのそれぞれのマニフォールドの第１チャンバへの流体的な連通を実質的に妨げるように適応されている。少なくとも１つのクリーニングボールは、第１操作モードの際に複数の管を通過するように、また、その少なくとも１つのクリーニングボールが第２操作モードの際にクリーニングシステムのエキゾーストから第１チャンバ内に流れるように第１チャンバからクリーニングシステムのインテークに配設されている。少なくとも１つのクリーニングボールは、複数の管のクリーニングのためにそれを通過する。

図１は、本発明の一実施形態に係る熱交換システムに接続されたクリーニングシステムのシステムフローチャート図を示している。 図２は、単一ポンプの構成であり第１操作モードの場合の図１のクリーニングのシステムフローチャート図を示している。 図３は、単一ポンプの構成であり第２操作モードの場合の図１のクリーニングのシステムフローチャート図を示している。 図４は、複数ポンプの構成であり第１操作モードの場合の図１のクリーニングのシステムフローチャート図を示している。 図５は、複数ポンプの構成であり第２操作モードの場合の図１のクリーニングのシステムフローチャート図を示している。

本発明の例示的実施形態が詳細に参照され、その実施例は添付図面に例証されている。本発明はこれらの実施形態と関連して説明されるが、これらの実施形態に本発明を制限する意図はない点が理解される。反対に、本発明は代替例、修正および同等物をカバーすることを意図しており、これらは、添付の特許請求の範囲によって定義されているように本発明の主旨および範囲に含まれる。さらに、本発明に関する以下の詳細な説明では、本発明に関する十分な理解を提供するために多数の具体的詳細が説明されている。しかしながら、本発明はこれらの具体的詳細なしでも実践可能な点は当業者によって認識される。他の例では、周知の方法、手順、コンポーネントおよび回路は、本発明の態様を不必要に不明確にしないために詳細には説明されていない。以下、簡潔明確化のために、本発明の実施形態の説明は、熱交換システム用クリーニングシステムに限定する。しかしながら、本発明の種々の実施形態の間での操作的、機能的又は性能特性等の一般的な基本原則が必要とされる場合、これは本発明の実施形態を排除しない。

本発明の例示的実施形態であるクリーニングシステム２０について、図１〜図５を参照して説明する。クリーニングシステム２０は、好ましくは熱交換システム２４の複数の管２２をクリーニングするために用いられる。複数の管２２は、例えば暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ）システム又は熱交換システム等のエバポレーター又はコンデンサーである。そのような熱交換システムのために、複数の管２２を含む１つ又はそれ以上のセグメントにおいて熱伝達が生じる。これらの複数の管２２は、通常、そこを通って液体が導入されるインテーク２６、及びそこから液体複数の管２２を通過して排出されるエキゾースト２８を有するモジュールとして集められている。

好ましくは、置換ポンプ（図示せず）が、気体状態である場合を含む液体を、熱交換システム２４、特に複数の管２２を通って循環する。クリーニングシステム２０は、熱交換システム２４の統合されたコンポーネントとしてそれに固定的に統合される、又は使用されていないときに熱交換システム２４からクリーニングシステム２０を分離可能に統合されることにより、熱交換システム２４に接続された状態で用いられる。

クリーニングシステム２０は、第１ポート３２及び第２ポート３４を有する置換システム３０と、マニフォールド３６と、流れ転換システム３８とを備えている。好ましくは、クリーニングシステム２０は、第１操作モード及び第２操作モードを備えている。流れ転換システム３８は、マニフォールド３６を複数の管２２のインテーク２６及びエキゾースト２８に接続する。置換システム３０は、マニフォールド３６を通って熱交換システム２４から液体を排出するように操作可能である。好ましくは、複数のクリーニングボール（図示せず）は、マニフォールド３６内に含まれる。それらのクリーニングボールは、好ましくはエラストマーのボールである。しかしながら、それらのクリーニングボールは、他の型の弾性材料からなるものであってもよい。第１操作モードの際に、置換システム３０により排出された液体の流れは、複数のクリーニングボールをマニフォールド３６の外に輸送し、複数の管２２のインテーク２６内に輸送するように転換される。複数の管２２を通る液体の流れは、インテーク２６からエキゾースト２８に向かうので、インテーク２６内に導入された複数のクリーニングボールは、複数の管２２をクリーニングするためにそれらの管２２を通る。クリーニングボールは、好ましくは複数の管２２の内径よりも小さいように形成されている。クリーニングボールは、好ましくは複数の管から破片物（debris）及び付着物（deposit）を除去し、複数の管をクリーニングするために、複数の管を通る時にその内周面を跳ねるように形成されている。代替的に、クリーニングボールは、複数の管２２と締りばめ（interference fitting）されるように形作られる及び形成される。

好ましくは、クリーニングシステム２０は、流れ置換システム３８が複数の管２２のエキゾースト２８と接続する位置の近位に配設されたトラップ４２を備えている。トラップ４２は、液体が流れることを可能とするように１つ又はそれ以上の開口（図示せず）を画定し、それを通る複数のクリーニングボールの通過を妨げるように形作られ、形成されている。これは、複数の管を出る複数のクリーニングボールがトラップ４２によって捕捉され、熱交換システム２４のレストを通る複数のクリーニングボールの更なる輸送を妨げる。第２の操作モードの際に、置換システム３０により排出された液体の流れは、トラップ４２により捕捉された複数のクリーニングボールをマニフォールド内に流すように再転換される。

複数のクリーニングボールを複数の管２２のクリーニングのためにその中に導入し、その後に回収可能にするために、置換システム３０は、第１操作モードの際に第２ポート３４内に液体を流し、第１ポート３２の外に液体を排出するように操作可能であり、第２操作モードの際に第１ポート３２内に液体を流し、第２ポート３４の外に液体を排出するように操作可能であることが好ましい。マニフォールド３６は、セパレーター４８により間を区切られた第１チャンバ４４と第２チャンバ４６とを画定することがさらに好ましい。セパレーター４８は、第１チャンバ４４を第２チャンバ４６に流体的に接続するために複数の開口（図示せず）を画定し、複数の開口のそれぞれは、それを通る複数のクリーニングボールの通過を妨げるように形作られ及び形成されている。

流れ転換システム３８は、第１操作モードの際に置換システム３０の第１ポート３２及びインテーク２６をマニフォールド３６の第１チャンバ４４に流体的に連通し、一方、第１ポート３２及びエキゾースト２８と第２チャンバ４６及び第１チャンバ４４とのそれぞれの流体的な連通を実質的に妨げるように適応されている。第２操作モードにおいて、流れ転換システム３８は、第１ポート３２及びエキゾースト２８をそれぞれ第２チャンバ４６及び第１チャンバ４４に流体的に連通し、置換システム３０の第１ポート３２及びインテーク２６のそれぞれとマニフォールド３６の第１チャンバ４４との流体的な連通を実質的に妨げるようにさらに適応されている。

好ましくは、マニフォールド３６の第１チャンバ４４は、第１操作モードの際に液体がその中に排出されたときに、激しい渦流れが生じるように形作られ及び形成されている。激しい渦流れは、第１チャンバの外、及び複数の管２２のインテーク２６内への複数のクリーニングボールの排出のための慣性を生じるためのものである。マニフォールド３６は、第１チャンバ４４内に配設されたボールスクリーニングユニット（図示せず）を備えていてもよい。使用期間の後、複数のクリーニングボールの一部は、摩耗し、複数の管２２の効率的なクリーニングのために容認されるサイズよりも小さくなり得る。ボールスクリーニングユニットは、それを通る許容可能なサイズよりも小さいクリーニングボール４０の一部が通過するように形作られ及び形成された複数の開口を画定する。激しい渦流れは、ボールスクリーニングユニットによって許容可能なサイズのクリーニングボールから許容されないサイズのクリーニングボールをスクリーニングする及び区別することを助ける。

好ましくは、流れ転換システム３８は、置換システム３０の第１ポート３２とマニフォールド３６の第１チャンバ４４との間を接続する第１入口弁５０、マニフォールド３６の第１チャンバ４４と熱交換システム２４のインテーク２６との間を接続する第１出口弁５２、熱交換システム２４のエキゾースト２８とマニフォールド３６の第１チャンバ４４との間を接続する第２入口弁５４、及びマニフォールド３６の第２チャンバ４６と置換システム３０の第１ポート３２との間を接続する第２出口弁５６を備えている。第１入口弁５０、第１出口弁５２、第２入口弁５４及び第２出口弁５６のそれぞれは、液体の流れがそれらを通ることを可能とする及び実質的に妨げるための開状態及び閉状態を有する。

第１操作モードのとき、第１入口弁５０及び第２出口弁５２は開状態であり、一方、第２入口弁５４及び第２出口弁５６は閉状態であり、第２操作モードのとき、第１入口弁５０及び第１出口弁５２は閉状態であり、一方、第２入口弁５４及び第２出口弁５６は開状態である。好ましくは、第１入口弁５０、第１出口弁５２、第２入口弁５４及び第２出口弁５６のそれぞれは、チェック弁である。代替的に、第１入口弁５０、第１出口弁５２、第２入口弁５４及び第２出口弁５６のそれぞれは、ソレノイド二方弁である。

流れ転換システム３８は、第１操作モードの際に置換システム３０の第２ポート３４を熱交換システム２４のインテーク２６に流体的に連通し、第２操作モードの際に第２ポート３４と熱交換システム２４のエキゾースト２８とを流体的に連通するように、さらに適応され、操作可能である。従って、第１操作モードの際に、マニフォールド３６からインテーク２６にクリーニングボールを移動させるために用いられる液体は、インテーク２６から出される。同様に、第２操作モードの際に、マニフォールド３６の中にクリーニングボールを移動させるためのエキゾースト２８から出された液体は、その後、複数の管２２のエキゾースト２８に戻される。従って、流れ転換システム３８は、インテーク２６とエキゾースト２８との間における液体の混合を妨げる。通常、熱交換システム２４のインテーク２６における液体とエキゾースト２８における液体との間には温度差があるため、クリーニングシステム２０を通るインテーク２６とエキゾースト２８との間における液体の混合の妨げが、クリーニングシステム２０の作動により寄与される熱交換システム２４の熱交換効率への影響を軽減する。

従って、クリーニングシステム２０は、置換システム３０の第２ポート３４と熱交換システム２４のインテーク２６との間を接続する第３入口弁５８、及び置換システム３０の第２ポート３４を熱交換システム２４のエキゾースト２８に接続する第３出口弁６０をさらに備えている。第３入口弁５８及び第３出口弁６０のそれぞれは、液体の流れがそれらを通ることを可能とする及び実質的に妨げるための開状態及び閉状態を有する。

置換システムは、好ましくは、第１ポート３２及び第２ポート３４を有する単一のポンプである双方向ポンプ６２を備え、第１ポート３２及び第２ポート３４は双方向ポンプ６２により画定されている。双方向ポンプ６２は、遠心ポンプ、置換ポンプ、又は２つの流れ方向間で交互に液体置換することを適応可能及び操作可能なポンプ等である。代替的に、置換システムは、第１ポンプ６６及び第２ポンプ６８を備え、それらは、図４及び図５に示すように、それぞれ１つの流れ方向に液体を流すように操作可能であり、マルチポンプを構成する。マルチポンプ構成において、第１ポート３２は、第１ポンプ６６の出口と第２ポンプ６８の入口とを接続可能である。好ましくは、第１ポンプ６６及び第２ポンプ６８の作動は、第１操作モードの際に第１ポンプ６６により出口から液体を排出することと、第２操作モードの際に第２ポンプ６８により入口７４を通って液体を引き込むこととを交替するためのコントローラー（図示せず）により調整されている。第１ポンプ６６及び第２ポンプ６８のそれぞれの入口及び出口（参照せず）は、好ましくは、第２ポート３４に接続可能である。

マルチポンプ構成を用いる場合、置換システム３０は、第１ポンプ６６の出口と置換システム３０の第１ポート３２との間を接続する第１チェック弁７６、及び第２ポンプ６８の入口７４と置換システム３０の第１ポート３２との間を接続する第２チェック弁７８をさらに備えている。第１操作モードの際に、第１チェック弁７６は、第１ポンプ６６の出口と第１ポート３２とを流体的に連通し、第２チェック弁７８は、第２ポンプ６８の入口７４と第１ポート３２との流体的な連通を実質的に妨げる。第２操作モードにおいて、第１チェック弁７６は、第１ポンプ６６の出口と第１ポート３２との間の流体的な連通を実質的に妨げ、第２チェック弁７８は、第２ポンプ６８の入口７４と第１ポート３２との間を流体的に連通する。

上記の態様において、クリーニングシステムは、本発明の例示的実施形態に従って説明される。本明細書において、本発明の一実施形態のみが開示されているが、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、開示された実施形態に多くの変更及び／又は修正を行うことが可能であることは、この開示を考慮して当業者に明らかだろう。

Claims (14)

1. 第１操作モード及び第２操作モードのいずれかで動作可能であり、インテーク及びエキゾーストを有する熱交換システムの複数の管用のクリーニングシステムであって、
   前記クリーニングシステムは、
   第１ポート及び第２ポートを有し、前記第１操作モードにおいて前記第２ポート内に液体を引き込み、前記第１ポートの外に前記液体を排出し、前記第２操作モードにおいて前記第１ポート内に前記液体を引き込み、前記第２ポートの外に前記液体を排出する置換システムと、
   第１チャンバ及び第２チャンバを画定し、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に配設されたセパレーターを有し、前記第１チャンバが少なくとも１つのクリーニングボールを受け、前記セパレーターが前記第１チャンバを前記第２チャンバと流体的に連通するための少なくとも１つの開口を画定し且つそれを通る少なくとも１つのクリーニングボールの通過を実質的に妨げるように形作られ及び形成されているマニフォールドと、を備え、
   前記第１チャンバ及び第２チャンバのそれぞれは、前記置換システムの前記第１ポートと前記第１チャンバ及び第２チャンバのうちの１つとの間を選択的に流体連通するように前記置換システムの前記第１ポートに接続されており、
   前記クリーニングシステムは、
   前記第１操作モードの際に、前記置換システムの前記第１ポート及び前記熱交換システムの前記インテークを前記マニフォールドの前記第１チャンバに流体的に連通し、前記第１操作モードの際に、前記第１ポート及び前記熱交換システムの前記エキゾーストを前記第２チャンバ及び第１チャンバのそれぞれに流体的に連通することを実質的に妨げるように適応され、前記第２操作モードの際に、前記第１ポート及びエキゾーストを前記第２チャンバ及び第１チャンバのそれぞれに流体的に連通し、前記置換システムの前記第１ポート及びインテークを前記マニフォールドの前記第１チャンバにそれぞれ流体的に連通することを実質的に妨げるようにさらに適応された流れ転換システムをさらに備え、
   前記少なくとも１つのクリーニングボールは、前記第１操作モードの際に前記複数の管のクリーニングのために前記複数の管を通過するために前記第１チャンバから前記熱交換システムの前記インテークまでに配設され、前記第２操作モードの際に前記熱交換システムのエキゾーストから前記第１チャンバ内に流れる、クリーニングシステム。
2. 前記置換システムは、前記第１ポート及び第２ポートを有する双方向ポンプを備え、
   前記双方向ポンプは、前記第２ポートから液体を流して前記第１ポートから排出する第１置換方向と、前記第１ポートを通って液体を流して前記第２ポートから排出する第２置換方向との操作が可能である請求項１に記載のクリーニングシステム。
3. 前記置換システムは、前記第１ポートに接続された出口を有する第１ポンプと、前記第１ポートに接続された入口を有する第２ポンプとを備え、
   前記第１ポンプ及び第２ポンプは、前記第１操作モードの際に前記第１ポンプの出口から前記第１ポートを通って流体を排出し、前記第２操作モードの際に前記第２ポンプの入口内に前記第１ポートを通って流体を引き込むように操作上構成されている請求項１に記載のクリーニングシステム。
4. 前記置換システムは、前記第１操作モードの際に前記第１ポンプの出口を前記第１ポートに流体的に連通し、前記第２ポンプの入口を前記第２ポートに流体的に連通することを実質的に妨げ、前記第２操作モードの際に前記第２ポンプの入口を前記第１ポートに流体的に連通し、前記第１ポンプの出口を前記第１ポートに流体的に連通することを実質的に妨げるように操作可能な二方弁をさらに備えている請求項３に記載のクリーニングシステム。
5. 前記置換システムは、前記第１ポンプの前記第２ポートと前記置換システムの前記第１ポートとの間を接続する第１チェック弁と、前記第２ポンプの入口と前記置換システムの
   前記第１ポートとの間を接続する第２チェック弁とをさらに備え、
   前記第１操作モードの際に前記第１チェック弁が前記第１ポンプの出口を前記第１ポートに流体的に連通し、前記第２チェック弁が前記第２ポンプの入口と前記第１ポートとの間の流体的な連通を実質的に妨げ、前記第２操作モードの際に前記第１チェック弁が前記第１ポンプの出口と前記第１ポートとの間の流体的な連通を実質的に妨げ、前記第２チェック弁が前記第２ポンプの入口を前記第１ポートに流体的に連通する請求項３に記載のクリーニングシステム。
6. 前記流れ転換システムは、前記第１操作モードの際に前記置換システムの前記第２ポートを前記熱交換システムの前記インテークに流体的に連通し、前記第２操作モードの際に前記第２ポートを前記熱交換システムの前記エキゾーストに流体的に連通するようにさらに適応され、操作可能にされた請求項１に記載のクリーニングシステム。
7. 前記流れ転換システムは、
   前記置換システムの前記第１ポートと前記マニフォールドの前記第１チャンバとの間を接続する第１入口弁と、
   前記マニフォールドの前記第１チャンバと前記熱交換システムの前記インテークとの間を接続する第１出口弁と、
   前記熱交換システムの前記エキゾーストと前記マニフォールドの前記第１チャンバとの間を接続する第２入口弁と、
   前記マニフォールドの前記第２チャンバと前記置換システムの前記第１ポートとの間を接続する前記第２出口弁とを備え、
   前記第１入口弁、前記第１出口弁、前記第２入口弁及び前記第２出口弁は、それぞれ液体の流れがそれらを通ることを可能とする及び実質的に妨げる開状態及び閉状態を有する請求項１に記載のクリーニングシステム。
8. 前記第１操作モードの際に前記第１入口弁及び第１出口弁は開状態であり、前記第２入口弁及び第２出口弁は閉状態であり、前記第２操作モードの際に前記第１入口弁及び第１出口弁は閉状態であり、前記第２入口弁及び第２出口弁は開状態である請求項７に記載のクリーニングシステム。
9. 前記第１入口弁、第１出口弁、第２入口弁及び第２出口弁のそれぞれは、チェック弁である請求項７に記載のクリーニングシステム。
10. 前記流れ転換システムは、
    前記置換システムの前記第２ポートと前記熱交換システムの前記インテークとの間を接続する第３の入口弁と、
    前記置換システムの前記第２ポートを前記熱交換システムの前記エキゾーストに接続する第３の出口弁とをさらに備え、
    前記第３の入口弁及び第３の出口弁は、それぞれそれを通る液体の流れを可能とする及び実施的に妨げる開状態と閉状態との間で操作可能である請求項７に記載のクリーニングシステム。
11. 前記少なくとも１つのクリーニングボールは、少なくとも１つのエラストマーのボールである請求項１に記載のクリーニングシステム。
12. 前記マニフォールドの前記第１チャンバは、前記第１操作モードにおいてその中に液体が置換されたときに、激しい渦流れが生じるように形作られ及び形成され、前記激しい渦流れは、前記少なくとも１つのクリーニングボールを前記第１チャンバの外に排出し、前記熱交換システムの前記インテークの中に送る慣性を生じる請求項１に記載のクリーニングシステム。
13. 前記第１操作モードの際に前記複数の管を出る前記少なくとも１つのクリーニングボールを捕捉するために前記熱交換システムの前記エキゾーストに構成されたトラップをさらに備え、
    前記少なくとも１つのクリーニングボールは、前記第２操作モードの際に前記トラップから回収され、前記マニフォールドの前記第１チャンバの中に送られる請求項１に記載のクリーニングシステム。
14. 前記少なくとも１つのクリーニングボールは、前記熱交換システムの前記複数の管の内径よりも小さい請求項１に記載のクリーニングシステム。

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