JP2019526787A - デジタル撮像による工業用水処理の制御 - Google Patents
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- G01N33/18—Water
Abstract
Description
工業用水システム内の工業用水と接触する基材上の堆積物を分析する方法が提供される。方法は、基材が工業用水システム内の工業用水に接触している間に基材のデジタル画像を作成することを含む。基材のデジタル画像内の関心領域が定義される。基材のデジタル画像内の関心領域内の堆積物特徴が識別される。基材のデジタル画像内の関心領域内の堆積物特徴が分析される。
式中、Qelectricは、ヒータへの入力電圧とヒータ抵抗から決定されたヒータ電力であり、Qout waterは、基材上の水流れ流に除去される熱であり、Qlossは、ヒータ支持構造を介して失われる熱である。解析を簡略化するために、基本的な概念を説明するために、1次元の熱流が仮定され、すなわち、半径方向の流れおよび側部を介する損失は、無視できる(Qloss=0)と仮定する。でフーリエの法則を用いて、式(1)のQout waterは、全HTRを次式で与える、
式中、HTRtotalは、全体の熱伝達係数の逆数であり、基材、ヒータ、マウント、対流、堆積物などの特定の材料の全ての熱伝達抵抗の総量である。Aは、加熱表面の面積であり、ΔΤは、基材を横切って流れるヒータとバルク流体との間の温度差である。清浄な基材の場合、HTRdeposit=0であり、HTRtotalは、次式によって与えられる、
固定されたHTR値(ヒータ、基材、およびマウント)を決定するために、対流項は、一般式を有するヌッセルト数(Nu)から次式のように計算され、
式中、C、m、nは実験的に決定された定数、lは、長さ、kは、流体の熱伝導率、hは、対流熱伝達、Reは、レイノルズ数、Prは、Prandtl数である。ヌッセルト数の相関関係は、様々な形状およびレイノルズ数の範囲について文献で見出すことができる。流体の物理的性質と流動状態を知ると、HTRconvection(1/h)は、式(4)から計算される。清浄な基材の固定された熱伝達抵抗は、次式により与えられる、
この構成では、図1〜3に示されたシステムを有するマニホルドを介して再循環された水は、1インチのスケジュール40NPTパイプに対して毎分1ガロンの流量を維持するために流速制御を使用して、流れループ内に装着した。堆積物形成を誘導するために、50ppmの塩化カルシウムと100ppmの重炭酸ナトリウムを異なる増分で添加することにより、水中の炭酸カルシウム濃度を調整した。測定をベンチマークするために、再循環ループ上に、Bridger Scientific INC.DATS(Deposit Accumulation Test System)を設置した。このプローブは、厚さ0.01インチの302ステンレススチール基材に、THORLABS、56 Sparta Ave,Newton,NJからのモデルHT19R 23mm直径19Wセラミックヒータを使用した。温度監視のために、Omega Engineering INC.,One Omega Drive,Stamford,ConnecticutからのJ型熱電対、モデルJMQSS−062G−6を利用した。バルク水温を測定するために、追加のRTDプローブを使用した。温度ログはパーソナルコンピュータに接続されたUnited Electronics Industries,Inc.,27 Renmar Avenue,Walpole,MAのDNA−PPC8およびDNA−AI−207システムで行った。流量の監視および制御は、フィードバック流れ制御を装備したDATSユニットによって提供された。水の伝導率、pH、および酸化還元電位は、Nalco/ECOLAB 3D TRASARコントロールを使用して連続的にモニターされ、プローブは循環水を供給および受け入れた保持タンクに挿入された。
図7に示される第2の例では、プロットの開始時に、基材表面上に堆積物が存在する。堆積物は基材表面上に形成し続け、HTRは約3:12の時間で平坦となり、続いて酸を流れ流に導入した後に堆積物が除去されるため8:00前後に急激に減少する。pHは、8.5から2未満に変化した。積分された画像データは同様の傾向を示すが、酸注入に至る構造が異なる。両方の場合において、堆積物が基材表面から除去された後、HTRおよび積分された画像は、プロットの開始時の値よりも低いベースライン値に戻る。
Claims (24)
- 工業用水システム内の工業用水に接触する基材上の堆積物を分析する方法であって、
前記基材が前記工業用水システム内の前記工業用水に接触している間に前記基材のデジタル画像を作成することと、
前記基材の前記デジタル画像内の関心領域を定義することと、
前記基材の前記デジタル画像内の前記関心領域内の堆積物特徴を識別することと、
前記基材の前記デジタル画像内の前記関心領域内の前記堆積物特徴を分析することと、を含む、方法。 - 工業用水システム内の工業用水に接触する基材上の堆積物を分析する方法であって、
前記基材が前記工業用水システム内の前記工業用水に接触している間に前記基材上に堆積物を形成するために前記基材を加熱することと、
前記基材が前記工業用水システム内の前記工業用水に接触している間に前記基材の一連のデジタル画像を作成することと、
前記基材の前記一連のデジタル画像内の関心領域を定義することと、
前記基材の前記一連のデジタル画像内の前記関心領域内の堆積物特徴を識別することと、
前記工業用水システム内の前記基材の堆積傾向を決定するように前記基材の前記一連のデジタル画像内の前記関心領域内の前記堆積物特徴を分析することと、を含む、方法。 - 堆積防止剤で前記工業用水システム内の前記工業用水を処理することをさらに含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記基材の前記デジタル画像またはその一連のデジタル画像の前記関心領域内の前記堆積物特徴の前記分析に基づいて措置をとることをさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基材の熱伝達抵抗を決定することをさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- pH、伝導率、酸化還元電位、直線偏極抵抗、それらの派生項目、およびそれらの組み合わせから選択される前記工業用水システム内の前記工業用水のパラメータを測定することをさらに含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 複数の点で温度を測定して前記基材の熱伝達抵抗を決定することをさらに含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記堆積物が、カルシウム含有物質を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- カルシウム含有物質が、炭酸カルシウムである、請求項8に記載の方法。
- 前記堆積物が、鉄含有物質を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記鉄含有物質が、酸化第2鉄である、請求項10に記載の方法。
- 前記デジタル画像またはその一連のデジタル画像が、マルチスペクトルデジタル画像またはその一連のマルチスペクトルデジタル画像である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記工業用水システム内の堆積物を制御するように措置をとることをさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記工業用水システム内の堆積物を制御するように措置をとることが、堆積防止剤の投与を増加すること、異なる堆積防止剤を選択すること、堆積防止剤を修正すること、前記工業用水システムの物理的特性を変更すること、前記工業用水システムをシャットダウンすること、およびそれらの組み合わせから選択される、請求項13に記載の方法。
- 前記デジタル画像またはその一連のデジタル画像の前記関心領域の前記堆積物特徴を分析することが、前記関心領域またはその副領域の色に従って前記基材上の堆積物を分類することを含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 第2の関心領域をデジタル撮像に曝露するように前記工業用水システム内で前記基材を移動することと、前記方法のステップを繰り返すことと、を含む、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基材が、水晶マイクロバランスである、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 工業用水システム内の堆積物を監視するシステムであって、
光アクセスを有する流体流路と、
前記流体流路内に存在する工業用水に接触するように構成された加熱された基材と、
前記流体流路内に位置するとき、前記基材のデジタル画像を捕捉するように構成されたカメラと、
前記加熱された基材を横切る温度勾配を測定するように構成された複数の温度センサと、を備える、システム。 - 前記加熱された基材に向かって前記流体流路の前記光アクセスを介して光を照射するように構成された光源をさらに備える、請求項18に記載のシステム。
- 前記工業用水に接触していない前記加熱された基材の一部を絶縁する絶縁体をさらに備える、請求項18または19に記載のシステム。
- 前記加熱された基材を加熱するように構成された抵抗ヒータをさらに備える、請求項18〜20のいずれか1項に記載のシステム。
- 前記抵抗ヒータが、セラミックヒータである、請求項21に記載のシステム。
- 前記カメラが、マルチスペクトル撮像装置である、請求項18〜22のいずれか1項に記載のシステム。
- 基材の熱伝達抵抗の傾向を決定するためのデジタル撮像の使用。
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