JP2015105896A - 汚れ監視センサー及び汚れ監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 評価チューブの温度を伝熱管の温度と同一となるように定めた場合でも、伝熱管と同じように、評価チューブの外面に汚れを付着させることができる汚れ監視センサーを提供する。
【解決手段】 評価チューブ１０の、内部のヒーター１１と対向する外周面のうち、温度センサー１２側のヒーター１１と対向する部分（以下、検出面Ｋという）を除いた残部を、熱伝導率が、評価チューブ１０の熱伝導率より小さい材料で被覆し、評価チューブ１０の検出面Ｋの温度が、評価チューブ１０の被覆部外面１３ａの温度より高くなるようにした。評価チューブ１０の温度を伝熱管の温度と同一とした場合に、サンプル水Ｗ１と接触する評価チューブ１０の外面側の温度で、検出面Ｋの温度が最も高くなり、検出面Ｋに、伝熱管と同じように、付着が温度に依存する汚れ（スケール）を付着させることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、水との間で熱の授受がなされる伝熱面の、水に起因した汚れを監視する汚れ監視センサー、及び、この汚れ監視センサーを備えた汚れ監視装置に関するものである。

ボイラや冷却水などの工業用水系で、工業用水が循環して使用される循環系においては、腐食、スケール、バイオファウリングといった３大障害が発生する。例えば、冷却水の循環水系において、腐食が進行すると、熱交換器や配管等の金属材料に貫通が生じて、設備の操業停止を招くという問題がある。また、同様な循環水系において、スケールやバイオファウリングが進行すると、熱交換器に、熱効率の低下や通水の悪化を引き起こすという問題も生じる。

特に、水との間で熱の授受がなされる伝熱管においては、腐食やスケールが発生しやすい。この場合、伝熱管を模擬した監視センサーを考え、この監視センサーにて、腐食やスケールの発生を検出する必要がある。特許文献１には、かかる監視センサーを備えたモニタリング装置が記載されている。

このモニタリング装置の監視センサーは、熱交換器の冷却水による汚れの、伝熱面への付着状況を監視するものであり、図８で示されるように、熱交換器の伝熱管と略同一の材料から形成され、外面側に、熱交換器の冷却水から採られたサンプル水Ｗ１が流される評価チューブ１０と、評価チューブ１０の中空部１０ｃ内に、差し込むようにして取り付けられる熱源となるヒーター１１と、評価チューブ１０の管肉部１０ａ内の温度を計測する温度センサー１２とを有している。この監視センサー２００は、評価チューブ１０とヒーター１１とで伝熱管を模擬したものであり、例えば、ヒーター１１の発熱部１１ａに対向する評価チューブ１０外周面（以下、検出可能面Ｌという）に、スケールが付着することにより生じる温度上昇から、スケールの付着を検出し、このことによって、熱交換器等の伝熱管にもスケールが付着していることを予想するためのものである。

この監視センサー２００では、評価チューブ１０を伝熱管と見なすために、評価チューブ１０からサンプル水Ｗ１側への熱流束が、伝熱管の熱流束と同じとなるように、ヒーター１１に供給される電力量をコントロールしている。

一方、上記監視センサー２００において、評価チューブ１０の温度を伝熱管の温度と同一とするように、温度に着目して、ヒーター１１に供給される電力量をコントロールしてもよい。このことにより、伝熱管側の熱流束が分からない場合でも、スケール等の汚れの付着に関して、評価チューブ１０を伝熱管と同一と見なすことができる。

特開平０７−１４６２６３号公報

ところが、評価チューブ１０の内径は、ヒーター１１の外径より僅かに大きく形成され、両者の間には僅かな隙間が生じるとともに、評価チューブ１０とヒーター１１とは、共に、製作誤差があるため、評価チューブ１０とヒーター１１との接触状態には、ヒーター１１の周方向に対してばらつきが生じていた。したがって、上述のように、温度に着目して、評価チューブ１０を伝熱管と見なした場合、評価チューブ１０外面から発せられる熱流束が評価チューブ１０の周方向に均一とならず、評価チューブ１０の検出可能面Ｌ内において、評価チューブ１０の外面温度にばらつきが生じてしまうという問題があった。

このため、評価チューブ１０の温度を熱交換器の伝熱面の温度と同一としても、このことは、検出可能面Ｌのうち、温度センサー１２側に限られるものであり、例えば、検出可能面Ｌの他の場所では、熱交換器の伝熱管の温度以上に温度が上昇し、熱交換器の伝熱管には、スケール（温度に依存して付着する汚れ）が付着していないのに、検出可能面Ｌの特定の場所には、スケールが付着しているという事態が生じうる。このため、上記監視センサー２００は、評価チューブ１０の温度を伝熱管の温度と同一とするように、これを使用した場合、汚れの検出精度がよくないという問題があった。

この発明は、以上の点に鑑み、評価チューブの温度を伝熱管の温度と同一となるように定めた場合でも、伝熱管と同じように、評価チューブの外面に汚れを付着させることができる汚れ監視センサー、及び、この汚れ監視センサーを備えた汚れ監視装置を提供することを目的とする。

この発明の請求項１記載の伝熱面の汚れ監視センサーの発明は、モニタリング対象となる伝熱面を有する伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成され、前記伝熱面を介して加熱又は冷却される水から採られたサンプル水と接触して、外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる評価チューブと、前記評価チューブの中空部内に取り付けられ、通電により前記評価チューブの温度を前記伝熱管の温度まで上げることができるヒーターと、前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測し、計測した温度の違いに基づいて、前記評価チューブへの前記汚れの付着検出を行わせる温度センサーとを有する汚れ監視センサーであって、前記評価チューブの前記ヒーターと対向する外周面のうち、周方向位置が前記温度センサー側の部分を除いた残分を、熱伝導率が、前記評価チューブの熱伝導率と同じか又はそれより小さい材料で被覆し、前記被覆されない部分の温度が、前記評価チューブの被覆部外面の温度より高くなるようにしていることを特徴とする。

この発明では、評価チューブの外面側にサンプル水を流した状態で、評価チューブの温度が、伝熱管の温度と同一となるように、ヒーターへの通電量を調整し、その後、この通電量を固定する。この通電量の固定により、評価チューブからの熱流束は固定されるが、従来の汚れ監視センサーでは、ヒーターと評価チューブとの接触状態にばらつきがあるため、評価チューブから発せられる熱流束が、評価チューブの周方向について均一とならず、ヒーターに対向する評価チューブの外周面（以下、検出可能面という）内において、評価チューブの温度にばらつきが生じる。なお、伝熱管の温度は、例えば、実機の伝熱管について、計算により又は計測によって得られたものを使用すればよい。

ところが、この発明では、評価チューブの検出可能面のうち、周方向位置が温度センサー側の部分（以下、評価チューブの、この部分の外面を検出面という）を除いた残部を、例えば熱伝導率が評価チューブより小さい材料で被覆しているため、検出面における評価チューブの温度は、評価チューブの被覆部外面の温度より高くなる。したがって、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、評価チューブの被覆部外面には付着しづらく、まず、評価チューブの検出面に付着する。また、評価チューブの検出面は、評価チューブの周方向に小幅な長さしかなく、かつ、温度センサーを中心とした領域であるため、評価チューブの周方向に向かって、ヒーターと評価チューブとの接触状態にばらつきがあっても、その違いは小さく、検出面のどの位置においても、評価チューブの温度は、ほぼ温度センサーで示される温度と見なすことができる。

したがって、温度センサーで示される評価チューブの温度を、伝熱管の温度と同一となるように、ヒーターへの通電量を調整した場合、評価チューブの検出面の温度は、伝熱管の温度と同一となり、かつ、評価チューブの被覆部外面の温度より高いため、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、評価チューブの検出面に集中的に付着する。このため、評価チューブの検出面には、伝熱管と同じように、汚れが付着することとなり、この伝熱面の汚れ監視センサーにより、実機の伝熱管の汚れが適正に監視できることとなる。

この発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の場合において、前記評価チューブの前記被覆されない部分が、切削されて平面状に形成されていることを特徴とする。

この発明の請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の場合において、前記被覆する材料は、金属又は金属以外の耐熱材料であることを特徴とする。

この発明の請求項４記載の汚れ監視装置の発明は、請求項１記載の汚れ監視センサーと、前記汚れ監視センサーが取り付けられ、前記汚れ監視センサーの前記評価チューブの外面側に、前記サンプル水を一定流速で流す通水セルと、前記サンプル水の温度を計測する温度計と、前記汚れ監視センサーの前記温度センサーから出力される温度信号と前記温度計から出力される温度信号とから、前記評価チューブへの汚れの付着を検出する検出制御ユニットとを有することを特徴とする。

この発明では、通水セル内において、汚れ監視センサーの評価チューブ外面側に、サンプル水を一定流速で流しつつ、ヒーターへの通電量をコントロールすることにより、評価チューブの検出面の温度を伝熱管の温度と同一とし、その後、この通電量を固定する。そして、検出制御ユニットは、温度センサーからの温度出力（評価チューブの検出面の温度）から温度計からの温度出力（サンプル水の温度）を引いた値（温度差）を算出し、この温度差が一定値（汚れが付着していない場合の温度差）を超えれば、評価チューブの検出面に汚れが付着していると判定する。

この発明の請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明の場合において、前記汚れが、スケール及び／又はバイオファウリングであることを特徴とする。

この発明の請求項１、３、４、又は５記載の発明によれば、評価チューブとヒーターとの接触状態に起因して、評価チューブ側から発せられる熱流束にばらつきが生じても、評価チューブの被覆部外面の温度を、温度センサー側の被覆部のない部分（検出面）の温度（すなわち、伝熱管の温度）より下げることができるので、この検出面のみに、伝熱管と同じように、汚れを付着させることができる。すなわち、これらの発明によれば、評価チューブの温度を伝熱管の温度と同一となるように定めた場合でも、伝熱管と同じように、評価チューブの外面（検出面）に汚れを付着させることができる。

また、これらの発明では、評価チューブの被覆部外面からの熱流束を小さくできるので、ヒーターへの通電量が小さくなり、従来のものに比べて、省電力化を達成することができる。さらに、これらの発明では、ヒーターの小型化にともない、汚れ監視センサー全体の小型化も達成することができる。

この発明の請求項２記載の発明によれば、評価チューブに検出面を形成する場合に、評価チューブの外面全体を所定の材料で被覆した後、この温度センサー側外面を平面状に削り取ってやればよく、検出面を容易に形成できる。また、検出面が平面であるので、これに付着した汚れを容易に除去することができる。

冷却水システムに、この発明の一実施の形態に係る汚れ監視装置を設置した場合の系統図である。 汚れ監視装置の通水セル中に設置されている、この発明の一実施の形態に係る監視センサーの縦断面図である。 監視センサーの検出面の位置における横断面図である。 他の実施の形態に係る監視センサーの検出面の位置における横断面図である。 従来の監視センサーと、この発明に係る監視センサーとの、使用電力量の違いを表にして示した図である。 スケール付着試験を行う場合の、サンプル水となる模擬水の水質を表にして示した図である。 スケール付着試験を行ったときの結果を示す図であり、（ａ）は、従来の監視センサーを用いた場合であり、（ｂ）は、この発明に係る監視センサーを用いた場合である。 従来の監視センサーの説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係る汚れ監視装置が設置されている冷却水システムを示している。

冷却水システムＣは、図１で示されるように、冷却塔１００と、熱交換器１０１と、循環ポンプ１０２と、配管１０３とから構成されており、工業用水が冷却水Ｗとして循環使用されるものである。この冷却システムＣでは、冷却塔１００で冷却された冷却水Ｗが、循環ポンプ１０２で加圧されて、熱交換器１０１に送られ、この熱交換器１０１で被冷却流体Ｆと熱交換して暖められた後、再び冷却塔１００に送られるように循環している。なお、図１中、符号１００ａは、冷却塔１００の水溜であり、符号１００ｂは、冷却水Ｗと空気Ｑとを気液接触させる充填材である。また、図１中、符号１０１ａは、熱交換器１０１の伝熱管であり、この伝熱管１０１ａの内面が、モニタリング対象となる、冷却水Ｗの伝熱面Ａである。

汚れ監視装置１は、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの冷却水Ｗ側伝熱面Ａに、冷却水Ｗに起因するスケールやバイオファウリングといった汚れが付着するか否かを監視するものである。この汚れ監視装置１は、図１で示されるように、冷却水システムＣ側から冷却水Ｗをサンプリングするためのサンプリングライン２と、このサンプリングライン２中のサンプル水Ｗ１を熱交換器１０１の伝熱管１０１ａ内と略同一条件で流す通水セル３と、通水セル３中のサンプル水Ｗ１を冷却水システムＣに戻すリターンライン４と、通水セル３に取り付けられ、熱交換器１０１の伝熱面Ａと同一の温度条件で、サンプル水Ｗ１からの汚れの付着検出を行う監視センサー５と、検出制御ユニット６とを有している。

サンプリングライン２は、配管２ａ中に、流量調整弁２ｂと、流量計２ｃと、温度計２ｄとを有している。配管２ａは、一端側が、冷却水システムＣの循環ポンプ１０２の出口側配管１０３と接続され、他端側が、通水セル３に接続されている。流量調整弁２ｂは、通水セル３中に一定流量のサンプル水Ｗ１を供給するためのものであり、流量計２ｃからの信号に基づいて、サンプル水Ｗ１の流量が一定流量となるように、その流量を調整する。温度計２ｄは、サンプル水Ｗ１の温度を計測し、その温度信号Ｐ２を検出制御ユニット６に伝達する。

通水セル３は、監視センサー５の評価チューブ１０（詳細は後述）の外面側に、熱交換器１０１の伝熱面Ａ側の冷却水Ｗと、略同一温度かつ略同一の一定流速でサンプル水Ｗ１を流すものである。通水セル３は、図２で示されるように、円筒部３ａの両端部を円板部３ｂ，３ｃで閉じた形状をしており、上側円板部３ｂの中央には、監視センサー５が差し込まれた状態で取り付けられており、この円板部３ｂの監視センサー５を避けた位置に、リターンライン４の配管４ａと接続されるノズル３ｄが設けられている。また、通水セル３には、その下側円板部３ｃの中央に、サンプリングライン２の配管２ａと接続されるノズル３ｅが形成されている。なお、リターンライン４の配管４ａの他端側は、冷却塔１００の水溜１００ａに接続されている。

監視センサー５は、図２及び図３で示されるように、評価チューブ１０と、ヒーター１１と、温度センサー１２と、被覆部１３と、電気配線１４ａ，１４ｂとから構成されており、評価チューブ１０の温度を、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度と同一として、評価チューブ１０への汚れの付着検出を行う、伝熱面の汚れ監視センサーである。この監視センサー５は、評価チューブ１０の閉塞端１０ｄ側を、通水セル３の円板部３ｃ近くまで差し込んだ状態で、かつ、通水セル３と同芯状態で、この通水セル３に取り付けられている。なお、監視センサー５は、通水セル３に着脱可能に取り付けられており、通水セル３の円板部３ｂと監視センサー５との間には、漏れ防止用の不図示のパッキン等が設けられている。

評価チューブ１０は、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａと同一材料又は熱伝導率の等しい金属材料（略同一材料）にて、一端が閉じた円筒状に形成され、サンプル水Ｗ１と接触する外面に、サンプル水Ｗ１に起因する汚れを付着させるものである。評価チューブ１０の管肉部１０ａには、評価チューブ１０の開放端側から、その長手方向に沿って、細長い挿入孔１０ｂが形成されている。この挿入孔１０ｂは、評価チューブ１０の中程まで延びていて、端部に温度センサー１２が取り付けられる。また、評価チューブ１０には、内部の中空部１０ｃに、ヒーター１１が取り付けられる。なお、評価チューブ１０の外径Ｄは、例えば、１１ｍｍとなっている。

ヒーター１１は、外周面から均等に熱を発生させるとともに、供給される加熱電流Ｊの大きさに応じて発生熱量を変更し、評価チューブ１０の温度を所定温度（伝熱管１０１ａの温度）まで上げることができる電気ヒーターである。このヒーター１１は、外径が、評価チューブ１０の中空部１０ｃの径よりやや小さい、長円柱状に形成されており、端部が評価チューブ１０の閉塞端１０ｄに当たるまで、中空部１０ｃ内に差し込まれて、評価チューブ１０内に取り付けられる。このヒーター１１は、上下両端部は発熱しないので、中間部が、発熱部１１ａとなる。なお、ヒーター１１に加熱電流Ｊを供給する電気配線１４ａは、評価チューブ１０の開放端側から取り出される。

温度センサー１２は、評価チューブ１０の、ヒーター１１に隣接する管肉部１０ａ内の温度を計測し、計測した温度の違いに基づいて、評価チューブ１０への汚れの付着検出を行わせるものである。この温度センサー１２は、例えば、熱電対からなるもので、評価チューブ１０の管肉部１０ａ内に位置決め固定されていて、評価チューブ１０の管肉部１０ａ内の温度を計測し、その温度信号Ｐ２を、電気配線１４ｂを介して、検出制御ユニット６に伝達する。なお、温度センサー１２は、ヒーター１１の長手方向中間部に位置決めされている。

被覆部１３は、ヒーター１１の発熱部１１ａに対向する評価チューブ１０の外周面（以下、検出可能面Ｌという）のうち、評価チューブ１０の周方向位置が温度センサー１２側の部分（以下、検出面Ｋという）を除いた残分を、熱伝導率が、評価チューブ１０と同一か又は小さい耐熱材料で覆ったものであり、厚さが一定となるように形成されている。この場合、被覆部１３は、評価チューブ１０の検出面Ｋの温度が、評価チューブ１０の被覆部外面１３ａの温度より高くなるように、その厚さや熱伝導率が決定されている。この被覆部１３の材質には、金属又は金属以外の耐熱材料が使用される。ここで、検出面Ｋは、温度センサー１２を中心に、幅サイズＨ（評価チューブ１０の周方向側の幅サイズ）が３ｍｍ、長さ（評価チューブ１０の長手方向長さ）がヒーター１１の発熱部１１ａと同じ長さ（例えば５５ｍｍ）に形成されており、細長い帯状の形をしている。なお、図２で示されるように、この実施形態では、被覆部１３は、施工の都合上、評価チューブ１０の検出可能面Ｌ以外の部分にも設けられている。

汚れ監視装置１の検出制御ユニット６は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）及び、ＲＡＭ、ＲＯＭといったメモリー等を備え、プログラムによって動作するコンピュータを有しており、特徴的なの機能として、監視センサー５の温度センサー１２から出力される温度信号Ｐ１とサンプル水Ｗ１の温度計２ｄから出力される温度信号Ｐ２とから、評価チューブ１０への汚れの付着を検出する機能と、監視センサー５のヒーター１１への通電量をコントロールする機能とを有している。なお、検出制御ユニット６は、ヒーター１１へ供給する加熱電流Ｊの電源と、出力手段であるディスプレーと、入力手段であるキーボード等とを有している。

つぎに、監視センサー５の作用効果について説明する。
この監視センサー５では、評価チューブ１０の外面側にサンプル水Ｗ１を流した状態で、評価チューブ１０の温度が、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度と同一となるように、ヒーター１１への通電量（加熱電流Ｊの量）を調整し、その後、この通電量を固定する。このことにより、従来の監視センサー２００であっても、ヒーター１１からの熱量を、評価チューブ１０の検出可能面Ｌから均一な熱流束としてサンプル水Ｗ１側に放出できると考えられなくもない。

ところが、評価チューブ１０の内径は、ヒーター１１の外径より僅かに大きく形成され、両者の間には僅かな隙間が生じるとともに、評価チューブ１０とヒーター１１とは、共に、製作誤差があるため、評価チューブ１０とヒーター１１との接触状態には、ヒーター１１の周方向に対してばらつきが生じている。したがって、評価チューブ１０の温度を伝熱管１０１ａの温度と同一となるようにヒーター１１を調整しても、従来の監視センサー２００では、評価チューブ１０の検出可能面Ｌからの熱流束は均一とならず、伝熱管１０１ａの温度と同一となるのは、評価チューブ１０の温度センサー１２側のみであり、評価チューブ１０の他の部分には、伝熱管１０１ａの温度より、高いところが生じてしまう可能性がある。したがって、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、伝熱管１０１ａに付着していないのに、評価チューブ１０に付着してしまうという不都合が生じる。

一方、この監視センサー５では、評価チューブ１０の検出可能面Ｌが、検出面Ｋを除き、例えば、熱伝導率が評価チューブ１０より小さい材料から形成される被覆部１３によって覆われているので、評価チューブ１０から発せられる熱流束が均一でなくても、検出面Ｋにおける評価チューブ１０の温度は、評価チューブ１０の被覆部外面１３ａの温度より高くなっている。したがって、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、評価チューブ１０の被覆部外面１３ａには付着しづらく、まず、評価チューブ１０の検出面Ｋに付着する。また、評価チューブ１０の検出面Ｋは、評価チューブ１０の周方向に僅かな長さ（幅サイズＨ）しかなく、かつ、温度センサー１２を中心とした領域であるため、評価チューブ１０の周方向に向かって、ヒーター１１と評価チューブ１０との接触状態にばらつきがあっても、その違いは小さく、検出面Ｋのどの位置においても、評価チューブの温度は、ほぼ温度センサー１２で示される温度と見なすことができる。なお、検出面Ｋの長さが、幅サイズＨに対して長いのは、評価チューブ１０の長手方向に対しては、評価チューブ１０とヒーター１１間の接触状態にほぼばらつきはなく、熱流束や温度は一定と考えられるからである。

したがって、評価チューブ１０の温度を、伝熱管１０１ａの温度と同一となるように、ヒーター１１への通電量を調整した場合、評価チューブ１０の検出面Ｋの温度は、伝熱管１０１ａの温度と同一となり、かつ、評価チューブ１０の被覆部外面１３ａの温度より高いため、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、評価チューブ１０の検出面Ｋに集中的に付着する。このため、評価チューブ１０の検出面Ｋには、伝熱管１０１ａと同じように、汚れが付着することとなり、この監視センサー５により、実機の伝熱管１０１ａの汚れが適正に監視できることとなる。

また、この監視センサー５では、評価チューブ１０の被覆部外面１３ａからの熱流束を小さくできるので、ヒーター１１への通電量が小さくなり、従来のものに比べて、省電力化を達成することができる。さらに、この監視センサー５では、ヒーター１１の小型化にともない、監視センサー５全体の小型化をも達成することができる。

なお、以上の説明では、伝熱面Ａに付着する汚れを、スケールとして説明したが、これは、スライムによって形成されるバイオファウリングであってもよい。スライムは、３０℃程度の伝熱面Ａにはよく付着するからである。また、伝熱面Ａには、スケールとバイオファウリングとが一体となって付着することもあるので、伝熱面Ａに付着する汚れは、スケールとバイオファウリングであってもよい。

また、図４で示されるように、評価チューブ１０の検出面Ｋは、平面状であってもよい。評価チューブ１０の外面を所定の材料で被覆した後、被覆部１３と評価チューブ１０の一部を削ることにより、検出面Ｋが容易に形成できるからである。また、検出面Ｋが平面である場合、付着した汚れを除去するのも、容易となるからである。

さらに、温度センサー１２は、評価チューブ１０を２重にして、内外の評価チューブ１０間に、これを挟み込ませるようにして、固定してもよい。

つぎに、汚れ監視装置１の作用等について説明する。
まず、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度を決定する。伝熱管１０１ａの温度は、被冷却流体Ｆと冷却水Ｗとの温度、及び、被冷却流体Ｆと冷却水Ｗとの伝熱境膜厚さにより決定されるので、計算で求めてもよいし、実機の熱交換器１０１において熱電対等を用いて測定してもよい。この場合、伝熱管１０１ａの温度は、その長手方向に向かって変化するので、最も高い温度、すなわち、被冷却流体Ｆの入り口側（冷却水Ｗの出口側）のものを採用する。

つづいて、冷却水システムＣ側の冷却水Ｗを、サンプル水Ｗ１として通水セル３に流す。この場合、流量調整弁２ｂと流量計２ｃとにより、サンプリングライン２内にサンプル水Ｗ１を一定流量で流すことにより、通水セル３内のサンプル水Ｗ１の流速を一定とし、監視センサー５の評価チューブ１０の温度が、サンプル水Ｗ１の流速変動によって、変動しないようにする。

つづいて、監視センサー５の評価チューブ１０の温度が、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度になるように、ヒーター１１への通電量（加熱電流Ｊの量）を増加させ、評価チューブ１０の温度が伝熱管１０１ａの温度に達すると、このときの通電量を固定する。このことにより、評価チューブ１０の温度、すなわち、評価チューブ１０の検出面Ｋの温度は、伝熱管１０１ａの温度と同一と見なすことができる。この場合、評価チューブ１０の温度が変動する条件として、サンプル水Ｗ１の温度変動と、評価チューブ１０の検出面Ｋへの汚れの付着が考えられるので、評価チューブ１０の温度と、そのときのサンプル水Ｗ１の温度との差（温度差）が、一定値（冷却水Ｗの伝熱境膜に基づく値であり、具体的には、汚れの付着していない評価チューブ１０の温度とその時のサンプル水Ｗ１の温度との温度差）より大きければ、評価チューブ１０に汚れが付着したこととなる。

すなわち、検出制御ユニット６は、監視センサー５からの温度信号Ｐ１に基づく評価チューブ１０の温度と、温度計２ｄからの温度信号Ｐ２に基づくサンプル水Ｗ１の温度との温度差を算出し、この温度差が、一定値（冷却水Ｗの伝熱境膜に基づく値）より大きければ、評価チューブ１０の検出面Ｋに汚れが付着したと判断し、この検出面Ｋへの汚れの付着を検出する。このことにより、伝熱管１０１ａの伝熱面Ａにも汚れが付着していると推定できるので、この汚れ監視装置１では、伝熱管１０１ａの伝熱面Ａへの汚れの付着を容易に検出することができる。

なお、上記実施の形態では、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａを例にとって説明したが、例えば、ボイラーの伝熱管（蒸発管）の内面（伝熱面）の汚れを監視するために、この汚れ監視装置１をボイラーのブローダウンラインに設置してもよい。

つぎに、監視センサー５の具体的な実験例について、従来の監視センサー２００（以下比較例という）の場合と比較しつつ説明する。
まず、省電力化について説明する。

評価チューブ１０には、ＳＵＳ３０４（熱伝導率が１６．７Ｗ／ｍ・ｋ）の材質が使用されている。被覆部１３は、検出面Ｋを形成するために、温度センサー１２を中心として、幅３ｍｍ、長さ５５ｍｍだけテープでマスキングした後、評価チューブ１０の外面に、シリコン樹脂系耐熱塗料（熱伝導率は不明だが、シリコンの熱導電率は０．１Ｗ／ｍ・ｋとなる）を、０．１ｍｍの厚さだけ塗装して形成されている。もちろん、監視センサー５は、評価チューブ１０の外面に被覆部１３を有しており、比較例である監視センサー２００は、被覆部１３を有していない。

そして、実施例の監視センサー５と比較例の監視センサー２００とを、それぞれ、内径２０ｍｍの塩化ビニール製の通水セル３に設置し、この通水セル３に、評価チューブ１０の外面側の流速が０．５ｍ／ｓとなるように、水道水（水温３０℃）を通水した。また、ヒーター１１への通電量を調整して、評価チューブ１０の温度が９０℃となるようにし、そのときの電力量を測定した。なお、監視センサー５及び監視センサー２００とも、同様にして製作したものを、各３本ずつ用意して、それぞれについて同様に調査した。調査結果は、図５に示されている。

図５から、監視センサー２００を用いた比較例では、３本の監視センサー２００の電力使用量は、２３１Ｗ〜３２０Ｗ（平均値が２７２．７Ｗ）と大きいが、監視センサー５を用いた実施例では、３本の監視センサー５の電力使用量は、１４１Ｗ〜１５８Ｗ（平均値が１４９．７Ｗ）と小さく、比較例の場合に比べて、約５０％の省電力化が図られることが分かる。また、比較例の場合、３本の監視センサー２００の電力使用量の標準偏差は、４４．８Ｗであるが、実施例の場合の、３本の監視センサー５の電力使用量の標準偏差は、８．５Ｗと小さく、監視センサー５間で使用電力のばらつきが小さいことが分かる。

つぎに、上記各３本ずつの監視センサー５，２００を用いて、模擬水によるスケール付着試験を実施した場合の結果について説明する。なお、サンプル水Ｗ１となる模擬水には、図６で示されるように、ｐＨが同一で、カルシウム硬度、酸消費量（ｐＨ４．８）、マグネシウム硬度、シリカ、及びアクリル酸系スケール防止剤を同一量だけ含んだ水に、オルソリン酸を、それぞれ、１、３、５、７ｍｇＰＯ４／Ｌだけ溶解している４種類のものを準備した。

実施例の監視センサー５と比較例の監視センサー２００とを、それぞれ、内径２０ｍｍの塩化ビニール製の通水セル３に設置し、この通水セル３に、評価チューブ１０の外面側の流速が０．５ｍ／ｓとなるように、４種類の模擬水を、各３日間ずつ循環させるようにして通水した。そして、評価チューブ１０の温度が７０℃となるように、ヒーター１１への通電量を調整した後、これを固定し、その後、１０分間隔で、温度センサー１２からの温度を記録した。この場合、各模擬水の温度は、冷媒を用いて３０℃で一定になるように調整しているので、評価チューブ１０の温度上昇が、そのまま、評価チューブ１０へのスケールの付着を示すこととなる。なお、実施例、比較例とも、それぞれ、３本ずつの監視センサー５，２００について、スケール付着試験を実施している。

図７（ａ）は、監視センサー２００を用いた比較例の場合の、リン酸濃度に対する、評価チューブ１０の「温度上昇の傾き」の大きさを示しており、図７（ｂ）は、監視センサー５を用いた実施例の場合の、リン酸濃度に対する、評価チューブ１０の「温度上昇の傾き」の大きさを示している。この場合、「温度上昇の傾き」とは、所定時間における評価チューブ１０の温度上昇割合を示しており、この値が大きいほど、評価チューブ１０へのスケールの付着割合、すなわち、監視センサー２００では、検出可能面Ｌに対するスケールの付着部分の割合、監視センサー５では、評価チューブ１０の検出面Ｋに対するスケールの付着部分の割合、が大きいことを示している。

図７（ａ）の比較例の場合では、リン酸濃度が１ｍｇＰＯ４／Ｌのときに、比較例３について、また、リン酸濃度が３ｍｇＰＯ４／Ｌのときに、比較例１と比較例３について、評価チューブ１０へのスケールの付着が検出され、スケールの付着検出にばらつきが見られるが、図７（ｂ）の実施例の場合では、何れの実施例でも、リン酸濃度が５ｍｇＰＯ４／Ｌのときから、評価チューブ１０へのスケールの付着が検出されている。このことから、監視センサー２００を使用する場合に比べて、監視センサー５を使用する場合の方が、安定的にスケールの検出ができ、精度の高いスケール検出ができることが分かる。

また、アクリル酸系スケール防止剤が一定量入った状態で、評価チューブ１０の温度が７０℃で、リン酸濃度が１、３ｍｇＰＯ４／Ｌの条件では、一般的に、評価チューブ１０へのスケールの付着は生じにくい。したがって、比較例の場合には、評価チューブ１０の温度が、温度測定部分以外の場所で、７０℃より大きくなっている所があるのではないかとも考えられる。このような監視センサー２００を用いて、伝熱管１０１ａに対する汚れの付着検出を行えば、伝熱管１０１ａには汚れが付着していないにもかかわらず、監視センサー２００により汚れを検出してしまうという不都合が生じ得る。

１ 汚れ監視装置
２ｄ 温度計
３ 通水セル
５ 監視センサー
６ 検出制御ユニット
１０ 評価チューブ
１０ａ 管肉部
１０ｃ 中空部
１１ ヒーター
１２ 温度センサー
１３ 被覆部
１３ａ 被覆部外面
１０１ａ 伝熱管
Ａ 伝熱面
Ｋ 検出面
Ｗ 冷却水（加熱又は冷却される水）
Ｗ１ サンプル水

Claims (5)

1. モニタリング対象となる伝熱面を有する伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成され、前記伝熱面を介して加熱又は冷却される水から採られたサンプル水と接触して、外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる評価チューブと、
   前記評価チューブの中空部内に取り付けられ、通電により前記評価チューブの温度を前記伝熱管の温度まで上げることができるヒーターと、
   前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測し、計測した温度の違いに基づいて、前記評価チューブへの前記汚れの付着検出を行わせる温度センサーとを有する汚れ監視センサーであって、
   前記評価チューブの前記ヒーターと対向する外周面のうち、周方向位置が前記温度センサー側の部分を除いた残分を、熱伝導率が、前記評価チューブの熱伝導率と同じか又はそれより小さい材料で被覆し、前記被覆されない部分の温度が、前記評価チューブの被覆部外面の温度より高くなるようにしていることを特徴とする汚れ監視センサー。
2. 前記評価チューブの前記被覆されない部分が、切削されて平面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の汚れ監視センサー。
3. 前記被覆する材料は、金属又は金属以外の耐熱材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の汚れ監視センサー。
4. 請求項１記載の汚れ監視センサーと、
   前記汚れ監視センサーが取り付けられ、前記汚れ監視センサーの前記評価チューブの外面側に、前記サンプル水を一定流速で流す通水セルと、
   前記サンプル水の温度を計測する温度計と、
   前記汚れ監視センサーの前記温度センサーから出力される温度信号と前記温度計から出力される温度信号とから、前記評価チューブへの汚れの付着を検出する検出制御ユニットとを有することを特徴とする汚れ監視装置。
5. 前記汚れが、スケール及び／又はバイオファウリングであることを特徴とする請求項４記載の汚れ監視装置。

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