JP2771611B2

JP2771611B2 - クーリングタワーの水の連続的オンストリームの監視装置

Info

Publication number: JP2771611B2
Application number: JP1179200A
Authority: JP
Inventors: イー．モリアティバーバラ; ジェイ．ヒッキージェームス; エイチ，ホイウェイン; イー．フーツジョン; エー．ジョンソンドナルド
Original assignee: Nalco Chemical Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1989-07-13
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: DE68914581T3; ATE104435T1; DE68914581D1; EP0365815A1; US4992380A; EP0365815B1; GR3031757T3; CA1334772C; ES2055771T5; ES2055771T3; JPH02115697A; BR8905215A; DE68914581T2; EP0365815B2

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は循環水、特に処理剤の濃度に影響を及ぼす未
知の水収支源を有するかも知れないクーリングタワーに
おける循環水、に添加される処理剤の挙動を連続的にオ
ンストリーム監視する装置に関する。

〔従来の技術及び発明の課題〕

クーリングタワーを使用する工業用水冷却システムは
通常、冷却効率を低下させる腐蝕、スケーリング（水垢
付着）その他の侵蝕要因を防止する化学的処理剤を必要
とする。

従来、化学処理には検査の容易な酸や各種重金属を用
いるのが通例であった。これらの化合物はその応用範囲
が広く、かつ広範囲にわたって有効であった。このた
め、処理作業は比較的楽であった。

1988年の時点では、工業用冷却水の化学処理は以前と
比べはるかに複雑化している。すなわち、環境に対する
人々の関心が高まるにつれて、それまで用いられて来た
重金属に代って、有機物類、アクリルアミド類、アクリ
レート類、有機リン酸塩類、トリアゾール類等が用いら
れるようになった。幸いならざるはこれらの新しい処理
剤がいずれも検査が難しいことである。更に状況を悪く
しているのが、これら物質の実質上全てが最適に性能を
発揮させるには極めて厳密な操作を必要とすることであ
る。

こうしたジレンマを解決するべくこれまで様々な方策
がこうじられて来た。また、検査、冷却システムへの補
給分あるいは排出分に応じた薬品の比率供給等を簡略化
する努力について全て調査したが、全体として不足して
いることが判明している。

クーリングタワーへの薬品の精密添加を自動化するた
めの試みもそのほとんどは、こうしたシステムに固有の
未知の変数や未知の水量変化のために挫折している。蒸
発速度は周囲湿球温度の変化と共に変り、またクーリン
グタワーも風の影響、偏流、オーバーフロー、漏れ、冷
却以外のシステム水の使用により未知水量を損失する。
また多くの大プラントにおいては極普通に行なわれてい
ることであるが、各種の外部水流（プロセスからでる濃
縮液、浮浪流出等）を処理するのに規制もないままにそ
れらをクーリングタワーに戻している。これらの変数は
いずれも未知の水収支となるものである。

こうした経験や、使用している各種処理化合物に対す
る正確で信頼できる検査を産業が開発できないでいるこ
とから見て、処理剤の挙動を測定するには高度の技術が
要求される。

こうした状況で、システム内に存在する生成物（処理
剤）の量の測定可能な指標として容易に使用できる物質
を発見するために、かなりの規模の研究プロジェクトが
創設された。その１つのプロジェクトを開示しているの
が米国特許第4,783,314号である。

本発明は上記のように連続的監視装置（計測装備）に
関するものであるが、処理剤（ppmA）と比例して添加さ
れるトレーサーの濃度（ppmT）をその計装によって分析
するので複雑な化学の背景技術にも本発明は関連する。

トレーサーは何らの変化を伴なわずに排液処理システ
ムの中で搬送され得るものでなければならない。実用的
には、処理剤は消費されることになる。処理剤の挙動が
理論的な挙動（仮定の消費率）に合致すれば、処理剤に
対するトレーサーの割合は高くなる。

このように、生成物または処理剤の挙動の指標の役割
を果すトレーサーはいくつかの基準値を満たすものでな
ければならない。

先ず、選ばれた化学品は連続的あるいは半連続的に検
出可能でなければならない。また濃度測定は正確かつ反
復可能であり、しかも多くの相異った水（すなわち、清
浄水、濁水、硬水、軟水、等）に対して実施できるもの
でなければならない。

第２に、トレーサーとしての物質は工業的な冷却に用
いる水の中に有意の量ですでに存在するものであっては
ならない。

第３に、トレーサーの検査は冷却水の中に通常存在す
る他の化合物により妨害あるいは偏向されるものであっ
てはならない。

第４に、トレーサーはポリアクリル酸、ポリ（アクリ
レート／アクリルアミド）共重合体、アクリレート／ア
クリルアミド／アミノメタンスルホン酸、アクリレート
／メタクリル酸/t−ブチルアクリルアミド、１−ヒドロ
キシエタン−１、１−ジホスホン酸、２−ホスホノブタ
ン−1,2、４−トリカルボキシル酸、ナトリウムトリド
アゾール、等の、処理剤自体の活性成分の効能を低下さ
せるものであってはならない。

第５に、トレーサーは処理剤と共に添加する必要のあ
るところから、トレーサーに選んだ物質は調合、貯蔵、
凍結融解、等について上記のような活性成分（処理剤）
との相溶性をもつものでなければならない。

最後に、トレーサーは毒性をもっていたり、排出時に
いかなる環境問題も呈するものであってはならない。理
想的には、トレーサーに使用する物質は完全に生分解さ
れ得るものでなければならない。

クーリングタワーにおいて使用する現地の水が化学的
に極めて複雑であることは、本願出願人達の援助下で行
なわれた実験室分析に供された500種以上の代表的現地
サンプルの数学的合成から理解されるところである。表
Ｉは平均値を示す。

表Ｉパラメータ濃度 Ca 650 ppm Mg 200 ppm NaCl 200 ppm SO₄ 30 ppm pH 8.5 ppm HCO₃ 300 ppm CO₃ 20 ppm Fe 1.0 ppm Mn 0.1 ppm Cl₂ 0.25ppm NH₃ 3 ppm Zn 1.0 ppm SS^＊ 20 mg/l PO₄ 10 ppm Na 150 ppm モリブデン酸塩 10 ppm Ｋ 2 ppm ^＊懸濁固形物従って、本発明の主目的は循環水に含まれる処理剤と
共に定量的に使用される水溶性トレーサーを連続的にオ
ンストリーム監視する装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、簡単に説明すると、フローセルと
コンパレーター（評価手段）とが含まれ、フローセル内
のトレーサーの濃度に等しい電圧を処理剤の許容範囲内
の挙動を示すコンパレーター内の基準の電圧と比較し
て、許容範囲外と見做される電圧差があれば電圧出力
（信号）を生じさせ、この信号でポンプを制御して、フ
ローセル検出器の出力電圧が標準値に復帰するまで処理
剤及びそれと比例的な量のトレーサーを増減する。

本発明の他の目的は冷却水システム（又は熱交換シス
テム）をリアルタイムに連続的に診断し、瞬時異常を真
のエラーから弁別し、定常状態の処理剤の挙動をその冷
却水システムに回復させるに要する時間を計測すること
ができるようにすることにある。

本発明のまた別の目的は連続的な長期使用の後計測装
備を時々較正できる手段を冷却水システムに内設し、特
に先ずフローセルを他から隔絶し、次にフローセルを洗
浄し、次にそのフローセルを較正した後計測装備を連続
的オンストリーム監視のために再び元に戻すことにあ
る。

〔発明の実施の形態〕

不活性トレーサーの挙動についての導入説明処理剤を添加すべき液体を含むシステムにおいては、
その処理剤の適正な供給速度と濃度とを維持すること
は、冷却水が一過的に循環させられるあるいは間断なく
再循環する、特にクーリングタワーまたは循環水システ
ムにおいて最適な挙動を得るのに重要である。処理剤の
供給速度や濃度が適正でないと深刻な問題が生起する。
例えば、処理剤の濃度が正しくないと、冷却用およびボ
イラー用の給水システムの熱交換面にひどい腐蝕および
／または沈澱物形成が急速に起る。処理剤濃度を評価す
る１つの方法は、処理配合物（例えば、ポリマーの水垢
防止剤、リン酸塩あるいは有機リン酸塩）中の活性成分
レベルを測定することである。この方法では十分でない
ことが多いが、その理由は下記の問題のいずれかによ
る。すなわち、（ａ）システムの液体あるいはその液体
に含まれる物質によるバックグラウンド干渉、（ｂ）分
析方法において使用する装置が大きくかつコスト高であ
ること、（ｃ）時間を要し、しかも人手がかかるため、
従来の分析は連続監視とは両立し得ないこと、（ｄ）シ
ステム内の活性成分の劣化または沈澱により読出しが不
正確となることである。

処理剤供給速度を決定する別の方法は、配合物または
システムに特に金属イオン（例えばLi⁺）を添加するこ
とである。この方法によれば劣化／析出やバックグラウ
ンド干渉の問題を避けることができる。しかし、低いト
レーサー・レベルの定量は、高価格の装置や時間のかか
る検査方法に関連した問題を大きくするのが普通であ
る。これに加えて考慮すべき要因として、トレーサーの
コストや環境と、そのトレーサーを使用できるか否かが
ある。例えば放射性トレーサーの場合、極めて低いレベ
ルでも検出できるが、一般には高価であると共に環境お
よび健康の問題からこれを使用することができない。

一般に、または比較において、例えば蛍光トレーサー
の如き不活性な水溶性トレーサーの濃度が、トレーサー
濃度と計測器レスポンスとの関係を示す校正曲線から直
接に求められ、ppm（部／百万）〜ppt（部／兆）の濃度
範囲で値を得ることができる（第１図参照）。

これに加えて、現在では、適当なスペクトル特性もし
くはイオン活動特性を有する複数のトレーサーを選択し
て使用できる。このようにして例えば数種のトレーサー
と数種の処理剤とを各種組合わせたものを水システム内
で定量できる。例えば、各自単一のトレーサーを含む４
つの個々の処理剤と２つのトレーサーを含む１つの追加
処理剤とを水システム内で使用できる。この場合、５つ
の処理剤の各トレーサーと、対応する個々の濃度とを各
々定量できる。多重組合せの処理剤の定量ができると共
に、液体システム内において劣化されずあるいは同シス
テム内に析出しない、環境上受容れ可能な水溶性化合物
が低コストで利用できる。本明細書においてはこれを不
活性トレーサーと称するが、これはシステム装置にまた
システム内の全ての化学品に対して不活性であり、従っ
てこのトレーサーはほとんど損なわれずかつ変えられる
ことなくシステム中を移動する。本明細書に示すトレー
サーはいずれも実用的分析化学の要件である10％以下の
損失を満たしている。このため下記が可能である。

（ａ）１種類もしくはそれ以上のトレーサーの、液体
システムへの直接添加。（ｂ）１種類〜６種（あるいは
これ以上）のトレーサーの、その他の成分を含む化学処
理組成物への混入、この処理は液体システムの適正運転
を維持するために同システムに適用される。（ｃ）１ま
たは複数トレーサーを含む１〜６種（あるいはそれ以上
の）の化学処理剤の、液体システムまたはこのシステム
へ導びかれる液体供給物中への直接添加。（ｄ）液体シ
ステム内における個々のトレーサーの濃度が1ppt〜100p
pm、好ましくは1ppb〜10ppm、また最も好ましくは10ppb
〜2ppmとなるようなトレーサーの添加。

全てのクーリングタワー・システムにおいては、連続
的オンストリーム運転時に、システムの高温プロセス側
からエネルギーが再循環冷却水によって抜きとられる。
これを第２図に示す。この熱伝達効率を維持するため
に、クーリングタワー中の再循環水を蒸発冷却すること
によりエネルギーが除かれ、また熱交換面は清浄に保た
れる必要がある。冷却水の蒸発（Ｅ）により、冷却シス
テム内の懸濁分解固形物が濃縮される。濃縮率（CR）な
る術語はシステム内の分解懸濁物の高いレベルの目安で
ある（式１参照）。

固形物の析出および熱交換器表面の腐蝕は最も一般的
に生じる問題である。冷却水システムには高度に過飽和
したスケール生成塩類が含まれているのが通例である。
システム全体を通じて（特に金属製の熱交換器におい
て）見られる固形物の析出はスケール防止剤を含んだ化
学処理剤を添加しない限り生じることになる。金属製熱
交換器や給水ラインの腐蝕を防止するために、化学処理
剤は通例、腐蝕防止剤を含有する。化学処理剤の供給速
度が高すぎても低すぎても熱交換器やシステム全体を通
じて著しいスケール付着や腐蝕が起り得る。

分解懸濁固形物のレベル、システム内液体の合計量
（V_T）および化学処理剤の濃度は、水の経済的使用、効
率的熱伝達、冷却システム全体のダウンタイムの最短
化、低運転コストを得るために特定の値の間に維持する
ことが極めて重要である。濃度比（CR）を受容できる範
囲内に維持するには、含有不純物濃度が高い水をシステ
ムから除去（一括的に「ブロウダウン」（Ｂ）と称す
る）して、含有不純物濃度の低い水と入れ換える（一括
的には「補充」（Ｍ）と称する）ことが必要である。上
記各値E,B,M,CRは天候、工業プラントの運転条件、補充
水の質により変動し得るものである。これらの因子はす
べて互いに関係し合っており（後述）、これらの因子の
いずれか１つが変化しても、その他の運転条件をそれ相
応に変化させてそのつり合いをとらなければならない。

Ｂ＋Ｍ＝Ｅ（式２） CR＝M/B （式３）冷却水システムの力学的運転条件に加えて、他の有意
な変数および未知の因子に通常直面する。例えば、ブロ
ウダウン水（Ｂ）を冷却システムから種々の方法で除去
することができ（式４）、この実施は実際には性質が変
動し、そして不明確である傾向がある。事実、非常に大
きい体積の水の増加、ならびに損失の源が未知である
か、あるいは定量出来ないという、主要な問題が存在す
る。水が冷却水システムから特別に送られる速度は、
「再循環水のブロウダウン」（B_R）と定義され、そして
その速度でさえ大きい体積の水の測定が実際には困難で
あるために常には正確でないことが知られている。さら
に、再循環水の不明確な量（説明されないシステムの損
失）は、工業プラントの他の領域において使用されるべ
き冷却水システムから共通的に除去され、「プラントの
ブロウダウン」（Bp）として定義される。水は大量に多
くの異なる目的にかつ異なる時間に抜き出され、これは
処理剤の正しい投与量を投与に責任をもつ監督者に知ら
れていない。１つの場合において、他の例として、１つ
のクーリングタワーから大きい体積のブロウダウン水が
他のクーリングタワーへ供給されていることは知られて
いなかった。これらは補充またはブロウダウン体積のよ
うなシステムのパラメーターの監視を基準にして、処理
剤の投与量を調節することが、なぜ無意味であるかのよ
い例である。

再循環水の漏れ（B_L）およびクーリングタワーからの
液滴のドリフト（ミスチング）（B_D）は、また、説明さ
れないシステムの損失を付加する。同様な場合は補充水
を使用するとき起こることがあり、ここで合計の補充水
の速度（Ｍ）は補充水が特別に再循環中に送られる速度
（M_R）と他の源から液体が由来する速度（Ｍ′）との組
み合わせである。この場合の複雑さは、等式２〜５を考
慮することによって理解できる。

Ｂ＝B_R＋Bp＋B_L＋B_D （式４）Ｍ＝M_R＋Ｍ′ （式５）冷却水システム中への化学的処理剤の供給速度は、通
常、M_RまたはB_Rについての推定値に基づいているが、こ
れは化学的処理剤の濃度に関してかなりの不明確さが存
在しうることを意味する。冷却水システムの運転条件が
変化するとき、化学的処理剤の供給速度を調節すべきで
ある。それらの調節は、冷却水システムをいかに注意し
て監視および制御するかに依存して、実施することがで
きるか、あるいはできない。供給速度を調節するときで
さえ、冷却水システム内の化学的処理剤の濃度（V_T）
は、一般に、前記変化にゆっくり応答することができる
（式６）。

ｔ＝（V_T/B）In［1/（１−ｘ）］（式６）ここで、ｔ＝変化が起こるための応答時間、ｘ＝濃度
の変化％（デシマル）である。

例えば、１×10⁶ガロン、及び300ガロン／分の合計の
ブロウダウン速度を含有する代表的システムを考慮す
る。処理剤の供給速度を50ppmから100ppmに増加する場
合、その変化の半分（処理剤濃度の25ppmの増加）のみ
を達成するために38.5時間を要し、ここで他の変動また
は変化がこのシステム内で起こらないと仮定する。V_Tの
非常に大きい値およびＢの小さい値について、日または
週で測定することがある。他の場合において、変化は急
速に起こることがあり、例えば、システムの意図的な
（または不注意の）フラッシングである。したがって、
システムのすぐれた制御および監視を維持することが重
要である。

定量すべき他の有意な運転のパラメーターは、保持時
間の指数（HTI）、すなわち、システム内の化学種の半
減期（50％の変化）の測度である（式７）。

HTI＝0.693（V_T/B）（式７）厳格な運転条件下に、HTIを最適化して、運転コスト
を大きくしないで、化学的処理における成分の可能な劣
化を減少することが重要である。

すべての運転の制限および不明確さのために、化学的
処理剤の濃度を急速に決定しかつ連続的に監視する必要
性は明らかである。不活性なトレーサーを化学的処理剤
へ添加することは、すべての前述の未知の、不明確に知
られている可変の運転条件の正確な決定を可能とする。

第３図は、分子レベルで時間の関数として水処理のプ
ログラムの作業を明らかにする。濃縮した化学的処理剤
（１種または２種以上の成分を含有する）を再循環する
冷却水中にゆっくり供給し、ここで処理剤を急速に希釈
し、そしてシステム全体に分布させる。冷却水システム
の運転条件が一定にとどまる場合、処理剤の添加および
除去（再循環水のブロウダウンおよびシステムの損失に
よる）は平衡となるであろう（第３図Ａ）。化学的処理
剤の濃度およびその成分は、理想的には、未変化にとど
まるべきである。しかしながら、その場合は決して起こ
らない。時間が進行するにつれて（第３図Ｂ〜Ｃ）、追
加量の亜鉛およびリン含有化合物は析出および金属表面
上の保護フィルムの形成および化学的／生物学的分解の
プロセスのために再循環水から失われる。また、運転条
件の変化（ブロウダウンの速度、濃度比、および生成物
の供給速度など）は処理剤の成分の濃度に影響を及ぼ
す。不活性トレーサーを使用しないとき、再循環水の分
析は処理剤の成分のあるものの現在の濃度を測定するこ
とができるが、処理剤のもとの供給速度を直接示すこと
はできない。不活性トレーサーを使用して処理剤の供給
速度および濃度を定量することは、現在の水処理のプロ
グラムへの価値ある付加である。

第３図は、また、化学的処理剤中の他の成分の析出に
かかわらず、不活性トレーサーの添加が処理剤の効能お
よび供給速度の正確な決定を提供することを示す。例え
ば、処理剤（また、「生成物」または「処理材」と呼
ぶ）を仮定すると、供給速度は100ppmであった。析出が
熱交換器上に起こった場合、リン含有種の40％が再循環
水から失われることがあるが、トレーサーは上に定義し
た実際の分析的意味において失われないであろう。合計
のリン濃度は、処理済の60ppmのみが存在することを示
唆するであろう。トレーサーは、100ppmの処理剤が添加
されたこと、および処理剤の40ppmにより供給されたも
のに等しいリン含有成分の損失量が析出していたことを
示す。処理剤の活性成分の損失速度の決定は、処理剤の
効能の直接の測度である。

要約すると、多くの工業システムの重要な特性（合計
の体積、ブロウダウンおよび補充速度、保持時間の指
数、処理剤の供給速度など）は、不正確に知られている
可変の、時には、予測不可能な性質をもつ。それらの因
子に関する知識の欠乏は、冷却水システムの全体を通じ
た、重大な析出および腐食の問題に導くことがある。と
くに、処理剤プログラムの過剰／不足の供給または冷却
水システムの不適切な運転は、処理剤の成分の有意の損
失を生じ、そして冷却水システム内の熱伝達に悪影響を
及ぼすことがある。さらに、水処理のプログラムは、通
常、調節された、または毒性の物質（例えば、亜鉛イオ
ン、リン酸塩、またはクロム酸塩）を含有する。処理剤
の過剰供給は危険であり、そして工業的場所を水の排出
および大気への排出に関する政府の規制を満足させるこ
とを困難にすることがある。不活性トレーサーの使用
は、冷却水システムの特性および処理剤の供給速度およ
び濃度を所望の範囲内に、正確に決定し、連続的に監視
し、そして制御する、高度に望ましい手段である。

前述の役目を達成するためのトレーサーの有効な使用
は達成されている。パイロットのクーリングタワーの試
験は、処理剤の配合物においてトレーサーを使用すると
いう概念および可能性を明瞭に実証し、そしてフィール
ドテストは現実のシステムにおけるトレーサーの応用可
能性を証明した。

試験は、工業的冷却水システムを模擬するように設計
したパイロットのクーリングタワー（第２図）において
実施した。再循環水、化学的処理剤の供給、析出物の形
成および熱交換器上の腐食、ブロウダウンおよび補充、
およびタワー充填物からの蒸発的冷却のようなプロセス
はすべて含まれる。この実験室の有意の特徴は、別の直
接の測定により確証することができる。

パイロットのクーリングタワー試験からの結果は、第
４図に要約されている。単一の水の処理剤を使用し、そ
してこれは２種類の蛍光性トレーサー〔２−ナフタレン
スルホン酸のナトリウム塩（２−NSA）およびアシッド
・イエロー７色素、（BAY8G）〕、ポリマー（スケーリ
ング抑制剤）、有機リン化合物（スケーリングおよび腐
食抑制剤）、およびアリールトリアゾール（黄銅の腐食
抑制剤）を含有した。蛍光性トレーサーの各々は、個々
のトレーサーを励起するための光の広く分離した波長に
より、およびトレーサーの各々について広く分離した波
長における蛍光の放射を観測することにより、第５図に
線図で示した方法に従い、個々に定量した。処理剤の希
薄溶液（100ppm）を参照基準として使用し、そしてトレ
ーサーおよびリン含有種（合計のリン含量）のすべての
濃度を、等価配合物濃度として表す。

前述の配合物中のアリールトリアゾール腐食抑制剤は
蛍光性である。しかしながら、２−NSAおよびBAY8Gトレ
ーサーの励起および蛍光の放射の観測のための光の波長
の適切な選択は、アリールトリアゾールによる潜在的妨
害を回避する。個々の蛍光性トレーサーの定量に関しか
つ他の蛍光性化合物からの妨害を回避する、原理は第５
図に示されている。

パイロットのクーリングタワーのシステムに、52の
合計の体積に基づいた配合物の192ppmを最初に投与し
た。アシッド・イエロー７および２−NSAの最初のトレ
ーサーの読みは、190ppmおよび186ppmがパイロットのク
ーリングタワーのシステム中に装入されたことを示し、
これらは、それぞれ、52.5および53.1のシステムの
体積値に相当する。トレーサーの結果は、内部的に一致
し、そしてシステムの体積の正確な速度を提供した。

パイロットのクーリングタワーの最初の40時間の運転
の間、ブロウダウンのポンプを停止し、そして再循環水
を１（補充水）の濃縮比から４の値までの蒸発により濃
縮されていた（式１参照）。その時間の間、クーリング
タワーからのドリフトはこのシステムからの再循環水の
唯一の損失であり、そして蛍光性トレーサーの各々のレ
ベルにおける小さくかつ等しい傾斜を起こすであろう。
この応答は正確に観測されたものである。40〜48時間の
間、再循環水のブロウダウンを使用して一定の濃度比を
維持し、そしてブロウダウンが起こったときはいつで
も、処理剤をシステム中に供給した。それ自体、蛍光性
トレーサーの各々の濃度における小さくかつ等しい増加
はその時間の間に、場合に応じて、観測されるであろ
う。48時間の間および試験の完結のとき、処理剤は、シ
ステムのブロウダウンが起こったときはいつでも、112p
pmの平均の速度で供給した。その時間の間、トレーサー
の各々のレベルは等しい、指数関数的減少（式６参照）
を行い、そして最後に、約190時間後、112ppmに近付く
濃度で安定した。190時間から試験の終まで、トレーサ
ーの各々の濃度は、パイロットのクーリングタワーの運
転条件における変動（例えば、ブロウダウン速度、濃度
比など）に応答して、比較的小さくかつ等しい増加また
は減少を行うことがある。蛍光性トレーサーの各々につ
いて予測される挙動は、正確に、パイロットのクーリン
グタワーの試験の全体を通じて観測されたものであった
（第４図）。

蛍光性トレーサーのレベルより予測された再循環水に
おける処理剤供給速度を合計のリン濃度と比較すると、
これらのトレーサーのよりすぐれた精度および処理剤の
効能を決定するそれらの能力が実証される。190時間
後、合計のリン濃度は75〜86の処理剤の濃度を示し、こ
れに対してトレーサーは処理剤のレベルが平均110ppmで
あることを示した。それらのレベルの差は、熱交換器管
上への処理剤の有機リン化合物の析出から生ずる。トレ
ーサーのレベルと合計のリンレベルとの間の差は、処理
の有効性の直接の測度である。なぜなら、それは活性な
リン含有成分のいかに多くがシステム内で析出、劣化お
よび腐食のプロセスから失われつつあるかを定量するか
らである。活性な処理剤成分が損失しない運転システム
において、合計のリンおよびトレーサーのレベルは、す
べて、ほぼ同一の処理剤濃度を示す。

パイロットのクーリングタワーの試験が完結したと
き、熱交換器管からの固体の析出物を除去し、そして分
析した。析出物の高い形成速度が測定され（54mg/
日）、これに対して35mg/日は最大の許容されうる限界
であると考えられた。析出物の合計のリン含量は10.4重
量％（オルトリン酸塩として）であり、そして、前述し
たように、有機リン含有処理剤成分の析出と一致する。
高いスケーリング速度にもかかわらず、検出可能な量
（＜0.003重量％）のBAY8Gまたは２−NSAのいずれも観
測されず、これはそれらの蛍光性トレーサーの不活性な
非吸収性を実証する。

工業的システムにおいて、フィールドテストを厳格な
条件下に次のように実証した。

（ａ）合計のシステムの体積は不正確に知られてお
り、そしてブロウダウン速度は不正確に測定された。
（ｂ）長い保持時間の指数および大きい体積の再循環
水。（ｃ）熱交換器管上の高いスキン温度。（ｄ）ある
区域で経験した冷却水の低い流れ。（ｅ）粒状物質の中
程度の存在。（ｆ）濃度比の有意な変動。（ｇ）システ
ムは表面上のトレーサーの吸着および析出についての可
能性を最小とするために予備処理されていなかった。
（ｈ）再循環水の高い平均流速（約１×10⁷ガロン／
日）。

研究したシステムは、高い温度のプロセス側の流体を
冷却するために使用するクーリングタワーを含む、複雑
な（しかし典型的な）再循環水システムであった。しか
しながら、そのクーリングタワーおよびシステムはちょ
うど、エネルギーは１回通過のあるいは再循環する水と
の熱交換により抽出される工業的方法で使用したものと
同様なものであった。再循環水の抜き出しまたはブロウ
ダウンの多数の点が存在し、そして、同様に、補充水の
いくつかの源が可能であった。

最初に、処理のプログラムは一定の比の腐食抑制剤
（Zn⁺²および無機／有機のリン化合物）から構成され、
ポリマーのスケーリング抑制剤（システム内におけるス
ケーリング塩類および腐食抑制剤の析出を防止するた
め）を冷却水システム中に供給した。第１の処理剤は蛍
光トレーサーを含有せず、そして処理剤の供給速度はブ
ロウダウンポンプからの流量計の読みに基づいた。再循
環水の分析は予測しない程に低い亜鉛、リンおよびポリ
マーのレベルを明らかにした。その時点において、処理
剤の低いレベルが処理剤成分の析出／劣化、劣った分析
結果、または処理剤の低い供給速度のためであるかどう
か知らえていなかった。システムの運転特性を定量し、
そして化学処理剤が機能的に劣っているかどうかを決定
することが必須になった。

観測される化学処理剤の成分の低いレベルについての
理由を決定するために、不活性蛍光性トレーサーの２−
ナフテンレンスルホン酸のナトリウム塩（２−NSA）を
次の試験において使用した：試験Ａ−「スラグ（slug）供給およびダイ−アウェイ
（die−away）」の研究、システムに添加した既知量の
塩化リチウムおよび蛍光性２−NSAを使用する二重のト
レーサーの組み合わせを用いる（第６図参照）。

試験Ｂ−既知量の２−NSAを、前述したように、処理剤
配合物に添加した（これはシステム中にゆっくり供給し
た）。

２−NSAの蛍光性トレーサーは、水中の他の成分と反
応性がなく、そして前述の許容された分析限界下でシス
テムの装置といかなる方法においても結合または析出す
ることができないという意味において、冷却水システム
に対して不活性である。こうして、蛍光性トレーサーは
循環するシステム全体を通じて浸透する、分別された、
変化しない実在物として残ることができるので、トレー
サーは冷却水システムの処理剤の供給速度および特性の
真の指示体である。

「スラグ供給およびダイ−アウェイ」の研究（試験
Ａ、第６図）は、システムからの再循環水の合計の除去
（ブロウダウン＋システムの漏れ＋不明のシステムの損
失＋冷却水のドリフト）および冷却水システムの合計の
体積を決定するための古典的手順である。既知量のトレ
ーサーを添加し、そしてそれがシステムに浸透した後、
その濃度を測定することによって、合計のシステムの体
積を定量的に測定することができる。Li⁺は「スラグ供
給速度およびダイ−アウェイ」研究における不活性の非
吸収性トレーサーとして従来使用された。しかしなが
ら、リチウムは使用するには非常に高価であり、連続的
に監視することができず、そして定量的分析は原子吸着
または放射分光光度計を必要とし、そしてリチウムの有
意の前以て存在するバックグラウンドはあるシステムに
おいて存在する。２−NSA蛍光性トレーサーはLi⁺に匹敵
する結果を提供するが、Li⁺に比較して非常に少ない量
（1/6の質量および1/30のコスト）を必要とした。さら
に、冷却水システムにおける２−NSAの定量的分析（２
−NSAの参照溶液との蛍光放射の比較による）は、リチ
ウムのAA（原子吸収）より非常に簡単でありかつより急
速である。さらに、２−NSAの有意の前以て存在するバ
ックグラウンドは工業的応用場所において直面しなかっ
た。２−NSAのスラグ供給および「ダイ−アウェイ」研
究は、次の面を明瞭に実証した。

（ａ）２−NSAは不活性トレーサーとして働き、研究す
る工業的冷却水システム内で測定可能に吸着されない
か、あるいは前記システムによる劣化しなかった。

（ｂ）システムからの再循環水の合計の除去は、ブロウ
ダウンの流量計の測定から示されるより40％高かった。
差はプラント内で使用される冷却水の前に不明であった
損失に原因があることがつき留められた。

（ｃ）処理剤成分の低い濃度は、処理剤プログラムの失
敗ではなく、冷却水システムからの従来未知の損失によ
る、低い処理剤供給速度の結果であった。

（ｄ）システムの合計の体積（1.6M gal）、再循環水の
合計の除去（370gpm）、および保持時間の指数（50時
間）は、２−NSAにより正確に定量され、そしてリチウ
ムを使用した結果と一致した。

また、２−NSA蛍光性トレーサーを含有する処理剤配
合物の使用は、配合物が所望のレベルの約70％のみで供
給されていたことを実証した。

Zn⁺²およびリンの分析は、処理剤濃度が所望の値の70
％よりなお低いことを不正確に示唆した。処理剤配合物
中に２−NSAを含めると、次のことが明瞭に実証され
た。

（ａ）システムからの再循環水の合計の除去は、再循環
水のブロウダウンのポンプ上の流量計により示されたも
のより非常に高かった。

（ｂ）Zn⁺²およびリンの分析は、適切に実施されず、誤
った低い結果を与えた。

（ｃ）処理剤成分の低いレベルは、効果的に機能するた
めの配合物の失敗からではなく、低い処理剤の供給速度
から生じた。

したがって、処理剤のプログラムの供給速度を増加し
て、システムからの再循環水の追加の損失を補償した。

多数の蛍光性トレーサーが存在し、これらは２−NSA
またはBAY8Gの代替物として同等の性能であることがで
き、それらの濃度はppt（部／兆）からppm（部／百万）
までの範囲のトレーサーのレベルで定量的に測定するこ
とができる。それらの蛍光性トレーサーは、記載された
液体のクラスの１種または２種以上から選択した、水、
有機溶媒、無機溶媒または溶媒の混合物中で可溶性であ
ることができる。それらのトレーサーは、また、光によ
り励起され、そして蛍光性光の放射を生成する物質のク
ラスから選択することができ、ここで励起および放射光
は遠紫外〜近赤外のスペクトル領域（200〜800nmの波
長）内の任意の点におてい起こる。１種または２種以上
の蛍光性トレーサーの組み合わせを、また、他の蛍光性
物質と組み合わせて使用することができ、ただし他の成
分からの励起光の吸収および蛍光の放射が蛍光性トレー
サーからの光の放射の検出を妨害してはならない（第５
図参照）。蛍光性トレーサーは、また、他の化学物質、
不活性担体とともに、および前述の非蛍光性トレーサー
と一緒に使用することができる。

したがって、蛍光性であることができると同時に、蛍
光の放射の分析的測定の間に使用することができる系ま
たは液体の動作液体中に溶解または存在することができ
る任意の物質は、システムの装置および化学に対して不
活性であるかぎり、蛍光性トレーサーとして働くことが
できる。

液体系中で蛍光性トレーサーを定量的に測定するため
に蛍光測定を使用することは、他の追跡分析と比較し
て、次の印ような特別の利点を有する。

（ａ）ほんの非常に小さいパーセントの蛍光性の有機化
合物であっても有意な程度に蛍光を発生するので、非常
にすぐれた検出選択性を有する。

（ｂ）多数の化合物が蛍光性であるので、いかなる特性
の系についても、トレーサーを最適な性能（例えば、ス
ペクトルの性質、溶解度、化学的不活性、低い毒性な
ど）のために選択することができる。

（ｃ）トレーサーは極性の溶媒（例えば、水およびアル
コール）から非極性の炭化水素溶媒までの範囲の、有機
および無機の液体系の広い範囲において使用することが
できる。

（ｄ）非常にすぐれた選択性が得られる。なぜなら、第
５図に示すように、２つのスペクトルのパラメーターを
変化させ、そして最適にすることができる（トレーサー
を励起するために使用する波長および観測する蛍光の放
射の波長）からである。

（ｅ）励起光の波長および蛍光の放射の波長の適切な選
択は、他の蛍光性物質の存在下でさえ、１種または２種
以上のトレーサーを個々に定量する能力を提供する（第
５図）。

（ｆ）高度に複雑な装置を必要としないで、pptまでに
低い検出限界をもつ、すぐれた感度。

（ｇ）トレーサーの適切な選択は、システムの運転条件
（例えば、pH、温度、溶解した塩類、蓄積した物質な
ど）のために、蛍光の放射が変化することに対して非常
にすぐれた抵抗を提供する。

第１図において、実線は観測値を表す。破線は理想的
条件を表す。垂直軸は励起下の相対的放射％（％em）で
ある。トレーサーは記号Ｔである。すべての時間におい
て、濃度（ppmT）は、ppmとして取った、mg/で与えら
れているが、ここで特定された蛍光性トレーサーはppb
（部／十億）に対しても感受性がある。

第２図において、アルファベットの記号の大部分は前
に定義した。CAは処理剤の成分（例えば、リン化合物、
亜鉛化合物など）を表し、pHはpHの制御に使用する酸の
溜を表し、そしてＧはpHおよび導電性を測定する装置を
表す。他の計装は明らかに存在することができる。

第３図において、処理剤の成分（CA）は、Ｐ（リン含
有化合物；例えば、スケーリングおよび腐食抑制剤とし
て、有機リン化合物）;Zn（亜鉛イオン）およびＰ′
（これはポリマーのスケーリング抑制剤を表し、また、
処理剤成分の１つである）である。「キャップした（Ca
pped）」記号は析出物を表す;xおよびｙは分数の量であ
る。Ｂ′はシステムからの液体の総合的不明瞭な損失
（Bp＋B_L＋B_Dなど）を表す。

第４図において、Ｐは第３図におけるのと同一の意味
を有し、Ｔは第１図におけるのと同一の意味を有し、そ
してppm＝トレーサーおよび合計のリン含量の分析から
計算したシステムにおける濃度である。

第５図において、鎖線の曲線は放射スペクトルであ
り、そして実線は吸収スペクトルである。左の垂直軸は
相対的放射（％em）であり、そして右の垂直軸は吸収を
表し、２種類のトレーサーＡおよびＢを対照させる。BK
はバックグラウンドの干渉である。第５図が示すよう
に、励起光の波長について選択した値〔λexおよびλe
x′、ナノメーター（nm）、水平軸〕について、お互い
の存在下の２つのトレーサーについての放射光の波長に
ついて選択した値における放射％は認識可能に異なり、
そして各々は存在しうる（そうでなければ）干渉性蛍光
性化合物（バックグラウンド）と認識可能に異なる。

この標題の下のデータはグラブサンプルに基づき、前
述の米国特許第4,783,314号に開示およびクレイムされ
ている、システムの性能を検査するために不活性トレー
サーを使用する効能および信頼性を確立し、後述する連
続的監視およびフィードバックの制御を生ずる。

トレーサーの連続的な監視本発明における、トレーサーを連続的に監視し、そし
て処理剤の添加を制御する装置は、４つの主要な構成成
分からなる。

（１）トレーサーのオンストリームの特性から、処理剤
に添加されたトレーサーの分析に基づいて、どれだけ多
くの生成物（処理剤）が冷却水システム中に存在するか
を調べるためのフローセルを含むセンサーまたは検出
器。このセンサーまたは検出器はその分析に対応する電
気信号を発生する変換器を含む。

（２）フィードバック・コントローラー（モニター）。
このモニターは処理剤供給ポンプに接続された出力を、
変換器からの電圧信号により表された、クーリングタワ
ー中の処理剤の濃度のオンストリーム分析結果と、処理
剤の基準の（許容範囲内の）挙動を表す標準電圧との比
較に依存して、活性化または不活性化する。

（３）時間の関数として処理剤の濃度の記録を発生する
出力記録装置またはその他のレジスター。

（４）システムの水および設定量の溶液をフローセル中
に向ける弁およびすべての関連する電気回路。

このシステムの例が、第２図よりも簡素化されて、第
７図に示されている。補充水およびブロウダウン水の源
は示されていない。いずれの源も３または４×100ガロ
ン／分であるか、あるいはこれより大きいことができ、
そして誤差（未知の源からの）は100ガロン／分である
か、あるいはこれより大きいことができる。これらの水
量の膨大さは、時間の基準に制限してさえ、容易に認識
することができる。生成物のリザーバ22は、冷却のため
に使用する循環水中に供給（ポンピング）される、比例
した処理剤およびトレーサーを含有する。ポンプ24のた
めの連続的測定、監視およびフィードバック制御のため
の装置は、参照数字26で表されている。制御ライン28
は、装置26が標準的でない（許容範囲外の）挙動を検出
したとき、信号を受けるであろう。この信号はポンプの
出力を変更するため、すなわち、処理剤および比例した
トレーサーの投与量を変更するために、いくつかの同等
のポンプ機能の１つのために使用することができる。例
えば、可変速度のポンプの速度を変更するか、あるいは
可溶容量ポンプの場合には容量を変更することができ
る。他の選択として、システムが２つのポンプを含むこ
とができる。一方のポンプは一定に動作して（非制御）
処理剤およびトレーサーを、例えば、所定量の80％で供
給する。他方のポンプは、差（20％）を補充するトリム
ポンプであり、そして制御ライン28を経て制御される。

システムが動的に安定（オンストリーム）であると
き、冷却に使用する水のサンプルをタワーのベイスン
（または目的に応じたその他の適切な位置）から採取す
る。このサンプルはサンプルライン30（導管）を通して
流れてアナライザーを含む装置26のフローセル中に入
り、ここで存在するトレーサーのオンストリーム濃度が
処理剤の消費の標準値または許容範囲内の挙動を表す標
準値と比較される。処理剤の濃度はトレーサーの濃度の
定量により示され、これはもちろん処理剤濃度に一致す
る。事実、処理剤の濃度はトレーサーの分析によるリア
ルタイムベースで測定される。

サンプルライン30はサンプルをベイスンに戻す。比較
結果が許容範囲外の挙動を示す場合、制御信号が制御ラ
イン28に発生し、そして許容範囲内の挙動に到達するま
で、処理剤の投与率（トレーサーの比例した量を伴う）
を変更する。許容範囲外の挙動は知らない間に補充水が
大きく付与されたことによることがあり、処理剤を希釈
するので、投与量はスケーリングおよび／または腐食を
抑制するためには十分でない。許容範囲外の挙動は知ら
ない間にブロウダウンが大きく損失したことによること
があり、これにより処理剤の投与量は著しく低下され
る。

挙動を測定するための標準はシステムの因子の過去の
知識に基づき、これらの因子は不純物の濃度、腐食また
はスケーリングに対して保護すべき管の領域、水の体積
および水の流速を包含する。このような因子を使用する
と、処理剤の投与量を計算することが可能である。作動
因子（パラメーター）、特に処理剤により抑制すべき不
純物の濃度が誤っている場合、許容範囲外の挙動は、予
期しない水の体積または水の流速の変化によるものでは
なく、計算を間違えた投与量のためであることがある。
いずれにしても、本発明の装置は、すべての作動パラメ
ーターが正確に知られているときには投与量を補正する
ことによって、あるいはシステムの不備を直すことによ
って作動パラメーターの知られざる誤りを特定して、ク
ーリングタワーの水のシステムへの処理剤の投与量を正
確に調節することができる。

第８図にはこのような装置のフローダイヤグラムが示
され、第９図には回路図が示されている。正常な作動状
態では、水はクーリングタワーのベイスン31から圧力調
整器32、電磁弁34−４（常時開）を通過し、そして逆止
弁36を通過して、アナライザー26に通じるサンプルライ
ンへ行く。戻りは電磁弁34−２（常時開）、他の逆止弁
38を通り、そしてクーリングタワーのベイスン31へ戻
る。圧力調整器32は、アナライザー26への圧力が常にそ
の最大定格値より低いことを保証する。すべての水の接
続は逆止弁を組み込んでいて、設定流量の溶液中への水
の逆流を防止する。

アナライザー26は、25psiの流れ圧力の定格を有す
る、ターナー・デザインス・モデル・フルオロメーター
10（カリフォルニア州マウテインビュー）という蛍光計
を使用している。この蛍光計は2cmの直径、２インチ
（約5cm）の長さのフローセルの利点を有し、サンプル
の流れの詰まりを排除し、そして、また、大きい蛍光強
度を有し、蛍光はセルの長さに比例する。概して、大き
い通路長さ、および紫外線（UV）領域の励起および検出
をもつ、いずれの蛍光計をも使用することができる。し
かしながら、蛍光計は、好ましいが、下に詳述するよう
に、トレーサーのためのアナライザーの１つの例に過ぎ
ない。

較正を望むときには、第９図に示されるバイパススイ
ッチSW−１を作動させて電磁弁34−１（常時閉）を開
き、一方電磁弁34−４を閉じ、こうして水の流れをクー
リングタワーのベイスン31からアナライザー26を迂回し
てバイパスライン44および現在開いている電磁弁34−１
を経てそらす。同時に、電磁弁34−２は閉じかつ電磁弁
34−３は開く。

較正の準備において、スイッチSW−２によって常時閉
の電磁弁34−７を開くことによって洗浄ラインを開き、
アナライザー26の蛍光計のセルを洗浄する。洗浄ライン
は局所的補充水のサンプルまたは新鮮な水へ接続されて
おり、重力落下による供給ライン46であることができ
る。

ほぼ２分間洗浄した後、洗浄スイッチを開き、電磁弁
34−７を閉じる。電磁弁34−1,34−2,34−３および34−
４は「バイパスを開いた」状態にとどまる。ここで較正
を行うことができる。

０％の較正スイッチSW−３を作動させ、電磁弁34−５
（常時閉）を開く。電磁弁34−２は閉じたままであり、
そして電磁弁34−３は開いたままである。０％の較正溶
液が蛍光計のセルを通して重力によって流れる。次い
で、蛍光計のインジケーターダイヤルのノブを調節して
（第10図参照）、ゼロの読みが得られるようにする。次
いで、０％の較正スイッチをオフにする。電磁弁34−５
を閉じる。それからフローセルを再び洗浄する。計器の
フルスケール較正は、100％のスイッチSW−４を作動す
ることによって実施する。これは電磁弁34−６（常時
閉）を開く。次いで、蛍光計のリードアウトダイヤル上
の第２ノブを調節して、フルスケールの読みが得られる
ようにする。較正を完結するために、100％のスイッチ
をオフにし、再びフローセルを２分間洗浄し、次いでバ
イパススイッチSW−１をオフにする。ここで装置は、ト
レーサー濃度の等価として取った処理剤濃度の連続的オ
ンストリーム監視のために準備された。スイッチSW−５
を閉じてポンプ24を運転し、そしてスイッチSW−６を閉
じて記録装置（電位差計）を作動させ、これによりリア
ルタイム基準で処理剤濃度の連続的プリントアウトが得
られる。スイッチSW−７を使用してアナライザーに電力
を供給する。ここで、インジケイターのダイヤルを０％
〜100％の表示にセットすると、後述するように、記録
装置ならびにモニターは調節される、と言うことができ
る。

動作の各々の間の電磁弁の位置の要約を、表IIに記載
する。番号は電磁弁の添字部分のものを示し、○は開状
態、×は閉状態を示す。

蛍光計を含むアナライザー26は、システム中に存在す
る処理剤の量に対応して０〜５ボルトの出力（DC）を出
す。これは後述する変換器を含む。処理剤の供給量は、
モニターMNによって出力されるフィードバック信号によ
り制御され、このモニターMNはアナライザーの出力電圧
に従うものであり、蛍光計からの電圧信号がHI設定点を
越えるか、あるいはLO設定点に低下するとき、アラーム
リレーを作動させる。

モニターは、例えば、マイティー・モジュールモデル
MM1020型DCインプット・デュアル・リミット・アラーム
（Wilkerson Instrument Co.、フロリダ州レイクラン
ド）である。このモニターのモジュールのリレーは必ず
しも処理剤供給ポンプに電力を供給するために十分な電
流を提供するとは限らないので、ラッチング・リレーLR
（第９図）を回路中に含める。処理剤のレベルがLO設定
点以下に低下したとき、LOリレーは生かされ、次いでこ
れはラッチング・リレーを生かし、次いで電力は処理剤
供給ポンプが接続されている電気出力へ供給される。電
気出力は、生成物のレベルがHI設定点を越えるまで、生
かされたままであり、この場合において、モニターMN上
のHIリレーは生かされ、こうしてラッチング・リレーは
第９図に示すようにリセットされ、これは供給ポンプ24
への電力を中断する。０〜５ボルトDC変換器に連絡する
１つのコイル（図示せず）はすべてのリレーの接点を制
御する。他のフィードバック制御装置（アナログ、例え
ば、これ、またはディジタル）を使用することができ
る。

前述したように、記録装置が含められているので、時
間の関数として生成物濃度のハードコピーを得ることが
できる。記録装置は、好ましくは、チェッセル300型
（０−5VDC入力、Chessell Corporation、ペンシルベニ
ア州ニュートン）である。なぜなら、その入力インピー
ダンスは蛍光計のそれ（3900オーム）と一致するからで
ある。記録装置への入力は蛍光計により提供される０〜
５ボルトDC信号である。

連続的監視のための装置の概略が、第10図に概略的に
強調された縮尺で示されている。フローセルは参照数字
40で表示されている。それは上に記載した直径を有する
石英のシリンダーである。フローセルは光源42により放
射され、フローセルの１つの側面に向けられた紫外線に
対して透明である。光源から90゜の角度で変換器45が存
在し、これは蛍光性トレーサーの放射を０〜５ボルトに
変換し、この放射は濃度とともに変化する。紫外線はサ
ンプルを290nmの波長で励起し、そしてその放射は、上
に同定した好ましい蛍光計を使用して、330nmにおいて
読まれる。

ダイアルインジケーター46は変換器45の出力ボルト
（０〜５ボルトDC）に応答して、処理剤（トレーサー同
等物）の濃度を観測できるようにする。それぞれ前述の
０％の較正（処理剤なし、トレーサーなし）および100
％の較正（完全な処理剤）を手動的にセットする２つの
ノブ（46A,46B）を有するのはこのダイヤルである。

処理剤濃度のハードプリントアウトのための記録装置
は、参照数字48で示され、アナログ（連続線）基準でア
ナライザー中に含められる変換器45の要素のボルト出力
（０〜５ボルトDC）に応答する。

最後に、HI,LOラッチング・リレー接点を有するモニ
ターは、変換器45の出力電圧と接続され、実際には処理
剤の濃度を評価する。この評価が標準値と好適に比較さ
れない場合（許容範囲外と判断される場合）、モニター
は制御信号をポンプ42を制御する制御ライン28へ伝え
る。典型的な現場の条件は200ppmの処理剤を必要とす
る。０％の較正の間、ノブ46Aを使用してダイヤルの針
（46）をゼロにセットし、そして処理剤およびトレーサ
ーの標準の溶液を使用して較正するとき、ノブ46B（100
％）を使用して200ppmに等価値を読むようにダイヤルの
針をセットする。

冷却水における多少のバックグラウンドの蛍光の存在
は避けられない。トレーサーの投与量はこの干渉を克服
するために十分強力であるべきであり、そしてこれに関
して、典型的バックグラウンドの干渉は上に同定した蛍
光性トレーサーについて10％以下であり、これはバッグ
グラウンドが古典的な分析化学に従う干渉レベル以下で
あることを意味する。

このシステムを正確に最適なまたは標準のトレーサー
値、この実施例において200ppm、において運転すること
は実際的でないか、あるいは不必要でさえある。こうし
て、モニター（LO,HI）における設定点は190/210として
選択し、そしてこれらの値は比較のための標準を表す、
すなわち、測定されたオンストリームトレーサー放射の
ボルトアナログはモニターの設定点と比較される。モニ
ターMNにおける対応するLO,HIボルトの範囲は2.4/2.6で
あることができる、すなわち、モニターが2.4のLOボル
トを検出するとき、ポンプの速度を増加する制御信号が
放射され、これは2.6ボルトのHI値が検出されるまで続
く。アナライザーの応答は長期間の使用後ドリフトする
ことができ、時々の再較正を要求し、第８図および第９
図に示す独特の回路により容易に実施され、バイパスへ
のオンストリームの切り換え、洗浄への切り換え、０％
較正への切り換え、再洗浄、100％較正への切り換え、
再洗浄、次いで再び、190/210ppmの範囲と思われる規定
または標準の、処理剤性能のオンストリームの監視への
もとへの切り換えを包含する。これに関して、前述のよ
うに、本発明におけるリアルタイム基準で連続的に監視
するのは、一定の流れ下の、処理剤濃度であり、そして
ある信頼できない断片化した作動パラメーター、例え
ば、水の増加または水の損失、またはグラブサンプルの
平均ではない。こうして、目盛定めは、計装のいずれを
も除去しないで、かつサンプルの流れの動きを妨害しな
いで、これをバイパスライン44に単にむけて、達成され
る。

温度の補正装置を室温の水道水（システムの補充水に等しい、例
えば、14.4℃（58゜F））を使用して較正するが、この
システムをかなり高い温度（例えば、27.7℃（82゜
F））で運転する場合、較正は比較のための標準である
正しいppmを示さないであろう。詳しくは、装置が14.4
℃（58゜F）で較正されて200ppmの生成物（処理剤）を
読むが、冷却水システムは27.7℃（82゜F）でオンスト
リームである場合、アナライザーは実験誤差を越えた許
容され得ない誤差である200ppmの代わりに、167ppmを示
すであろう。

この誤差の機会はいくつかの方法で補正することがで
きる。１つの方法は差についての補正する、較正プロッ
トを使用することである。なおよりよくは、較正溶液が
容器内にあり、較正ラインに重力により供給される（第
８図）ので、溶液をオンストリームの温度に加温するこ
とができる。

使用するトレーサーのための温度補正（蛍光強度＝CF
Iの変化）の式は、 CFI＝−0.32（Ｔ℃）−0.8 により温度範囲60゜〜115゜について与えられる。この
補正はなお他の方法で取り扱うことができ、すなわち、
マイクロプロセッサーのチップおよび熱電対をアナライ
ザーの回路に加え、これによりオンストリームの蛍光の
強度は上の等式に従い比較を行う。

事実、装置はその全体においてマイクロプロセッサー
により制御されるので、第８図および第９図に関して上
に説明した較正のために、多数の弁操作およびスイッチ
操作を手動で実施する必要がない。これを達成するため
の１つのマイクロプロセッサーユニットはOPTP 22（Hun
tington、カリフォルニア州）である。このようなプロ
セッサーを使用すると、メイン開閉スイッチ、操作ボタ
ン、較正ボタン、０％較正ボタンおよび100％較正ボタ
ンを使用することが必要であるだけである。前述の温度
の補正はOPTPMUXプロセッサーチップにおいて具体化さ
れる。

比色計または分光光度計（ローダミンWTに対して応答
性）を蛍光計およびその関連単位装置の代わりに使用す
ることができる。なぜなら、アナライザーのすべての３
つの部分はトレーサーのスペクトル特性を電気信号に変
換し、ここで信号の出力は、例えば、存在するトレーサ
ーの濃度と関係する電圧値であるからである。蛍光計は
照明下の光の放射の強度を測定し、分光光度計と同様
に、比色計は吸収を測定する。すべてはここでフォトメ
ーターと見なし、各々は、電磁（光）輻射により、トレ
ーサーを励起し、フローセルを通して流れ、そして連続
的基準で、光の放射または光の吸収を電気アナログ出力
（例えば、ボルト）に変換する。

フィールドテスト連続的蛍光モニター／フィードバック制御装置の第１の
型（第８図〜第11図）パイロットのクーリングタワーを使用した実験室の実
験後、装置を化学プラントで評価した。この場合は、大
きい成功をもたらし、次の結果が得られた。

（ａ）化学品（処理剤）のプログラムの制御の劇的な改
良。改良されたプログラムを得る結果になった。

（ｂ）過剰供給の排除による、化学品プログラムのコス
トの有意的な正味の減少。

化学プラントは1986年に非金属の処理剤のプログラム
の使用を開始して、２つの潜在的に危険な化学物質であ
る硫酸および気体塩素の使用を排除しようとした。pHの
制御の実施を必要としない、ポリマーの処理剤および有
機リン酸塩を選択することによって、硫酸を排除した。
気体塩素は、アルカリ性のpH範囲において有効である固
体臭素をベースにした殺生物剤と置換した。

臭素をベースにした殺生物剤の置換はまさに開始から
成功したが、有機リン酸塩のポリマーの抑制剤はクーリ
ングタワーのオペレーターによりよく受け入れられなか
った。運転の開始段階におけるこの生成物についての試
験は、沸騰による熟成処理、および発色現象ステップを
含み、これは正確さおよび各試薬の添加後に時間を消費
する待機を要求するものであった。さらに、この手順を
首尾よく実施することが困難であるために、試験の結果
はしばしば疑わしかった。時には、試験結果が示す供給
速度の調節はタイムリーに実施されなかった。なぜな
ら、試験の実施をした者が、その試験は誤まりであり、
クーリングタワーへの実際の化学的供給速度は間違いな
いと推定したからである。

有機リン酸塩に基づく抑制剤の濃度の定量に関連する
困難のため、運転の人員によるよりはむしろ品質保証実
験室による、毎日の水試験の実施をすることが決定され
た。この工程は試験結果の反復性を改良したが、発見さ
れた範囲外の試験状態とそれが作用しているときとの間
で時間の期間に明確な「遅延」を付加した。

プラントの人員は抑制剤の試験手順における改良の必
要性を示唆したとき、われわれの計装が提案され、プラ
ントにおける実験室の人員は、処理剤構成成分よりはむ
しろ、冷却水中のトレーサーのレベルを測定することに
より生成物のレベルを決定することができた。トレーサ
ーの分析は、冷却水システムのサンプルを分析セル中に
単に入れ、そしてそれを瞬間的に読むことによって達成
された（30秒のグラブサンプルの手順）。これは、発色
工程における多数の試薬の沸騰および添加を包含する、
従来の25〜30分の有機リン酸塩の手順からの有意の改良
であった。

合理的な試験期間（22日）の間、グラブサンプルのト
レーサーの試験およびグラブサンプルの正規の生成物の
試験（合計のリン含量）の両者が、同種のサンプルにつ
いて２人の分析者により実施された。２つの試験の間に
すぐれた相関関係が存在したので（第11図参照）、工業
的プラントの管理は通常のプラント制御の試験として蛍
光性トレーサーの方法に切り換えることを決定した。第
11図において、実線はトレーサーのグラブサンプルであ
る。破線はプラントにおける品質保証実験室による精密
定量（リン酸塩）分析である。

試験は大きく簡素化されかつ精度は大きく改良された
が、冷却システムの運転のパラメーターの変動のため、
処理のプログラムの正確な制御が問題であり続けた。早
期に集めたデータは63ppm程度に高くそして8ppm程度に
低い読みを示したが、所望の仕様の限界は35〜45ppmで
あった。取ったすべての読みの実に58％は、冷却システ
ムの運転における変動性のために、高い側または低い側
のいずれにおいても、範囲外であった。

これらのデータを分析したとき、処理剤濃度の連続的
監視およびフィードバック制御の必要性（トレーサーの
方法による）が明確に明らかになった。データの統計的
表示はわずかに0.129のプロセス能力比（PCR、PCR≧１
であるべきである）および±13ppm（または±32％の相
対誤差）の標準偏差を示した。データの正規分布曲線
（ヒストグラム）は、異例に広い曲線を示し、範囲外の
低い読みに向かって明らかにひずんでいた（第18図）。

主な関心は装置の完全性であるため、処理剤濃度につ
いての範囲外の低い読みは全て許容され得ないと考え
た。処理剤化学品の適切なレベルを提供できないこと
は、生産速度および生産の効率の両者にとって禁物であ
る、熱伝達装置の汚れおよびスケーリングを生ずること
が知られている。

冷却水システムからのグラブサンプルの分析により維
持されるときに存在する制御プロセスがルーズであると
して、仕様の限界（目標点または標的）を、化学物質の
最小レベル（35ppm）が常に存在することを保証するた
めに要求される数値へ上昇することを決定した。統計的
分析により、プラントの冷却水システムの制御において
存在する広い変動性があると、時間の99.73％の間少な
くとも35ppmに維持するために化学処理剤は64ppmを目標
にしなければならないであろうことが明らかにされた。
これはかなりなコストで処理剤をかなり消耗することを
表す。

「高くを狙い低くをヒットする」プログラムを実施す
る必要性は、本発明の連続的監視／フィードバック装置
を応用して、フローセルにおけるトレーサーのレベルを
自動的に感知し、そしてモニターからの要求する信号に
応答して生成物の供給を調節することによって回避され
た。

最初に、計装は化学的処理剤のレベルのみを連続的に
監視するために使用され（０−140時間、第12図）、そ
の前、前述のように、品質保証からの試験結果の報告に
応答して、化学物質供給ポンプを手動で調節することに
より制御した。140時間後、装置は正しくかつ信頼性を
もってクーリングタワー中に存在する処理剤の量を読
み、この量は本発明の装置により連続的に測定された濃
度と比較した多数の実験室で試験したグラブサンプル
（円の点、第12図）により裏付けられたものであった。
相関関係はきわめてすぐれていた。第12図は、本発明に
より可能である生成物の供給についてのタイトな制御の
典型である。

次いで、本発明の装置をオンストリームに配置して、
２つの化学品計量ポンプにより達成される、連続的リア
ルタイム基準で化学物質の供給を自動的に調節した。こ
れらのポンプは、計算した化学的処理剤の要求量のほぼ
50％で連続的に動作する基本供給ポンプ、および制御ラ
イン28（第７図）からの制御信号を受け取る第２トリム
ポンプであり、38ppm（下限の設定点、LSL）でオンに設
定され、そして48ppm（上限の設定点、USL）でオフに設
定される。結果は完全に成功であった（第12図）。560
時間（23日）にわたる間、アナライザー（第９図）は38
〜48ppmの範囲内で信頼性をもって生成物の供給を制御
した。標準偏差はほとんど±12.9ppm（第18図）からわ
ずかに±3.2ppm以上に減少した。この減少は第19図に示
されている（96の読みで、平均値44.485ppm、最大52、
最小38;LSL35、USL45;シグマ3.225）。

要約すると、化学的抑制剤のレベルの制御は、マンパ
ワーおよび冷却速度の分析に対してかなり減少された要
求とともに、ほとんど４倍改良された。装置は30日の評
価全体の間非常によく働き、保守および較正の両者を必
要としなかった。データの評価後の分析において、30％
の化学的処理剤の節約が前述の「高くを狙い低くをヒッ
トする」アプローチを使用するものと比較すると可能で
ある。前記アプローチはすべての処理剤濃度の読みは35
ppmの低い規格限界より上になることを保証するために
生成物の過剰供給を生じさせるものであった。

連続的蛍光モニターのフィードバック制御装置の第２型
（第13図および第14図）第２例の装置はマイクロプロセッサーを含み、このマ
イクロプロセッサーは自動的に装置の較正を制御し、そ
して蛍光の出力を調節して、冷却水の温度の変化を補正
した。この装置は、前の装置において使用した電磁弁お
よび逆止弁の代わりに、４つのモーター動作の玉弁を組
み込んでいる。水の流れ線図は第13図に記載されてい
る。通常の運転において、弁50−３および50−４（２方
玉弁）は閉じている。弁50−１は、また、３方Ｔ分割弁
であり、そして蛍光計から出る水をクーリングタワーの
ベイスンに向けて戻す。目盛定めの順序は、装置のフロ
ントパネル上の較正ボタンを押して、手動的に、あるい
はユーザーが特定した間隔で、自動的に実施することが
できる。較正順序の間、弁50−１はクーリングタワーの
ベイスンからでる水をそのままベイスンに向け、これに
より蛍光計をバイパスさせる。弁50−２および50−４
は、それぞれ、０％の目盛定めおよび100％の目盛定め
を実施するとき、開いている。

この装置において使用する回路は第14図（第14−１
図、第14−２図、第14−３図）に示されており、そして
次の４つの主要な部分からなる。関連するメモリーをも
つマイクロプロセッサー制御装置、ディジタル−アナロ
グ変換器、アナログ−ディジタル変換器、および信号コ
ンディショナー。装置において使用するマイクロプロセ
ッサーのシステムは、Opto 22（Huntington Beach、カ
リフォルニア州）により作られたOPTOMUXであり、ディ
ジタルおよびアナログのブレインボードからなり、両者
はLC4制御装置ボードに接続されている。アナログボー
ドは蛍光計および温度プローブからの変換器の信号をマ
イクロプロセッサー中に入力できるようにする。チャー
ト記録装置への信号は、また、このボードから発生す
る。最後に、電力を化学物質の供給ポンプに印加するモ
ニターの設定点は、このボードを通して、Altec 4−20m
Aの設定点の制御を経てマイクロプロセッサー中に入力
される。

ディジタルブレインボードは、マイクロプロセッサー
が、フロントパネル上のボタン（手動的目盛定めのた
め）を作動するときを決定することができる。さらに、
ディジタルボード信号のコンディショナー（API 4300 0
〜５ボルトDCの入力、４〜20mAの出力）を使用して、蛍
光計からのボルトの信号を４〜20mAの信号に変換する。
４〜20mAの信号は工業的プロセス制御の計装においてよ
り普通である、なぜなら、それは電気的ノイズに対して
より抵抗性があるからである。マイクロプロセッサーお
よび適当なボードに電力を加えるために使用する適当な
電力供給装置（＋５ボルト、＋15ボルト）を、また、使
用することができる。

装置（第13図）は、第１例の装置（第10図）と非常に
同様の方法で動作する。化学物質の供給ポンプに電力を
印加する電気出力は、温度の補正後蛍光計からの電圧信
号により決定される生成物がAltec設定点の制御により
特定されるモニターの設定点より低下したときに、活性
化される。生成物が設定点＋５％、LC4制御装置のメモ
リー中に記憶されたプログラムにより特定される値を越
えたとき、電気出力（制御ライン28）はオフにされる。

蛍光計からの信号は、冷却水の温度の変化を補償する
ためにマイクロプロセッサーにより調節される。あらゆ
る分子の蛍光の強度は、通常、温度の増加とともに減少
する。なぜなら、励起した分子が緩和することができる
他の方法は、蛍光を除外して、より高い温度においてよ
り可能となるからである。蛍光計を通して流れる水の温
度は、流れの中の蛍光計の直前に配置された温度プロー
ブにより決定される。温度プローブ（RTD）を、熱電対
の代わりに使用して、温度の決定において所望の精度を
得ることができる。装置を較正する温度と冷却水の現在
温度との間の差を決定し、そして適当な補正因子を蛍光
計の信号に適用して、温度が補正された生成物の濃度を
得る。これは、また、記録装置へ送られる信号である。

第14図（第14−１図、第14−２図、第14−３図）にお
いて、次の単位要素が配線線図中に含まれる。以下は構
成要素を列記するに留める。

玉弁:50−1,50−2,50−3,50−４０−5VDCから４−20の信号コンディショナー:50−９ 5 VDC電力供給装置:50−10 OPTO O AC5Q output:50−11（クワッドパックの４出力
の１つ）スイッチPBI:動作 OPTO IDC 58Q,4−16 VDC入力:50−12（注:C＝共通） OPTO PB16 HQ B1アドレス253:50−14 OPTO OAC 5Q:50−16 OPTO OAC 5Q出力:50−17 スイッチPB2:較正 OPTO CIDC 5AQ,4−16 VDC入力:50−18 OPTO ICD 58Q,4−16 VDC入力:50−20 スイッチPB3:0％較正 OPTO OAC 5Q出力:50−22 スイッチPB4:100％較正 OPTO IDC 58Q,4−16 VDC入力:50−24 OPTP OAC 5Q:50−25 OPTO OAC 5Q出力:50−26 OPTO PB16HQ＋B1アドレス252:50−28 OPTO OAC 5Q出力:50−29 OPTO OAC 5Q出力:50−30 ＋15 VDC電力供給装置:50−32 ＋12 VDC電力供給装置:50−34 OPTO PB4AH＋B2 OPTO RACKS 通信ターミナルを経て接
続;50−40 OPTO ADIOT RTD入力:50−41 温度プローブ:50−42 OPTO AP3 4−20,4−20 ma入力:50−44 OPTO DA4 0−5 VDC出力:50−46 ALTEC 4−20 SETPOINT CONTROL:50−50 OPTO 4−20 ma DC入力（AD3） LC4制御装置:50−55 PIN L−−接地 PIN M−−０−5 VDC OUTPUT LC4制御装置50−50は、アナログブレイン（B2）およ
びディジタルブレイン（B1）へ通信ターミナルを経て50
−40において接続される。

比色計およびイオン選択電極による監視比色計または分光光度計を、前述のように、使用する
ことができる。ブリンクマン（Brinkman）PC−801プロ
ーブ比色計（570nmのフィルター）を使用する概略的配
置は、第15図に示されている。サンプルの溶液を繊維光
学（デュアル）プローブ64が浸漬されているフローセル
62に入れる。繊維光学ケーブルはプロセス液体を通して
セル内の鏡66上に入射光を与え、そして反射した光はプ
ロセス液体を通して繊維光学ケーブルに入り、次いで、
他のケーゲルにより比色アナライザー単位装置へ入射さ
れる。比色計60は変換器を有し、そしてこの変換器はト
レーサー濃度を示す反射光の特性の電気的アナログ信号
を発生する。変換器により発生されたボルトは、ダイア
ルインジケーター67および連続的ライン記録装置のプリ
ントアウト単位装置68を活性化する。設定点のボルトモ
ニター（示されていないが、前の実施態様におけるよう
なものである）は、比色計が発生するボルトのアナログ
を絶えず感知（監視）し、そして標準でない性能が達成
される場合、信号が制御ライン28に送られて、それに応
じて、化学処理剤を供給するポンプの供給速度を変更す
る。

イオン選択電極を使用して、その電極により発生した
電気信号とトレーサーの濃度との間の関係により、不活
性トレーサー（K⁺は好ましい例である）の濃度を決定す
ることができる。較正（電位または電流対濃度）によ
り、サンプル電極におけるイオン濃度を、トレーサーの
イオンに対して不感受性である参照（標準）電極に対し
て割り出すことができる。トレーサーを連続的に監視す
るために、電極を集合的にフローセルを構成する冷却水
の流れ中に直接沈めるか、あるいはイオン感受性電極お
よび参照電極が挿入されているフローセルに、冷却水を
通過させる。

イオン選択電極システムを組み込んだフローセルの１
つの例は第16図に示されており、これは参照電極72およ
びサンプル電極74および接地線76を含有する、PVC（ポ
リ塩化ビニル）のセンサーベースまたはモジュール70か
らなり、前記電極の各々は銀／塩化銀の電極線を含む。
これらの電極は電気化学的セルを構成し、そのセルを横
切ってK⁺であることができる選択したイオンの活性の対
数に比例する電位が発生する。

８ピンのDIPソケット78を、標準のデュアルFET（電界
効果トランジスター）演算増幅装置に配線する。再循環
冷却水のサンプルをフレキシブルチューブ80により電極
を横切って送る。トレーサーのイオンはサンプル（イオ
ン選択的）電極のセル74にのみ浸透する。

こうして、FET演算増幅装置（デュアルMOSFET op am
p）を第16図に示すようにフローセルに接続し、これに
より参照電極とサンプル電極との間の電位の差が、増幅
器（第17図）を使用して得ることができる。

ここで、第17図において、変換器は実際にはサンプル
電極のイオノホア（ionophore）膜74Mであり、選択した
イオンの活性（濃度）を弱いボルトに変換させ、このボ
ルトは増幅されると、前の実施態様におけるように、設
定点の間で監視することができる。

処理剤の供給速度を連続的に監視し、そして得られる
フィードバックで制御する本発明の方法は、ちょうど述
べたフィードバック制御に加えて、追加の診断的監視を
可能とする。記録装置またはハードプリントアウト記録
装置に従うことにより、異常、変則およびシステムの欠
陥を容易に感知し、そして場合に応じて、補正すること
ができる。第１日における性能の記録（システムを平衡
化させた後）の検査は、例えば、10ポンドの処理剤の消
費を明らかにし、これに対して第２日の記録は20ポンド
を示すことがある（実施例を続けるため）が、それでも
生成物の濃度はトレーサーの監視に基づいて一定に保持
されていた。この規模の生成物の使用における発散は研
究を要求し、そして研究は、単なる異常または変則では
なく、システムにおける重大な漏れの発生を明らかに
し、水の損失の回復のための補正を要求するであろう。
トレーサーの読みおよび生成物の使用に基づく挙動の診
断は、そうでなければ、例えば、ブロウダウン速度の増
加であり、そして補正はブロウダウン速度の減少を要求
することがある。

連続的監視の記録は処理剤の高いまたは低い濃度を明
らかにするが、その短い期間は異常ではなく無視するこ
とができる。他方において、かなりの期間または連続的
な高いまたは低い処理剤の相関関係は無視することがで
きず、研究を必要とする。このような研究は数日の経過
にわたってその日の同じ時間を考慮し、それについての
他の監督者は説明のためのより良い記録を残すことがで
きるであろう。

記録が考慮したよりも多少の処理剤の必要性を確立し
た場合、変化の速度を推定するか、あるいは異なる等式
により計算することさえできる。なぜなら、プリントア
ウトは時間および濃度の両者の変化を確立するからであ
る。こうして、生成物の供給速度の増減を推定または計
算して、より容易にシステムを回復させて釣り合わせ、
その後、供給の定常状態にすることができる。

単一の不活性トレーサーを使用して１組の処理剤を監
視することができ（１つはスケーリングのため、１つは
腐食のため）、このとき２種類の処理剤を比例して供給
することができる。例えば、１つの生成物をあるポンプ
により供給される第２生成物の速度は２倍で高速ポンプ
により供給し、第２の供給速度は第１のそれに直接結に
付ける（従属させる）ことができる。トレーサーは２種
類の処理剤の１つに比例するので、本発明の定義によ
り、他方に比例する。

本発明は、分析室で性能し、分析の報告を待ち、次い
でポンプの制御装置のノブを手動的に調節する、グラブ
サンプルを採取する現在の実施より、かなりの利点を提
供する。グラブサンプルは、最も良くても、平均して解
釈しなくてはならず、そして解釈するとき、一部分本発
明を特徴づける瞬間的リアルタイム基準の、現在の挙動
より時間的に少し前の過去の挙動を表す。これは第11
図、第12図、第18図および第19図から最も明らかであ
る。これに関して、第18図および第19図における、縦軸
は横軸（ppm）により表されるグラブサンプル値を発見
する頻度であり、そしてこれ単独から、これらの２つの
図面における重なった正規の分布曲線により表される、
意味ある平均の曲線を得るためには、いかに多くのグラ
ブサンプルを発生させなくてはならないことを、認識す
ることができる。比較して、再び理解されるように、第
12図における狭い水平の帯は、許容範囲内の挙動を表す
上および下の設定電圧の限界との従属性を明らかにす
る。

以上本発明の好ましい実施態様を例示しかつ説明した
が、特許請求の範囲の範囲内で変更および変化が可能で
あることを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射率と濃度との関係で蛍光トレーサー（Ｔ）
の性能を示す曲線を示し、実線は観察値、そして破線は
理論挙動を示しており、第２図は水クーリングタワーの概略図、第３図は時間の関数としてのトレーサーを含む水処理プ
ログラムの作動を示すダイアグラム、第４図は水システムの処理プログラムに使用される２種
類の蛍光トレーサーの特性曲線を示しており、第５図は蛍光バックグランウンド（BK）における２種類
の蛍光トレーサー（ＡおよびＢ）を選択的に測定する概
念を示す曲線を示し、水平軸にはナノメーター（nm）単
位で光の波長がとられており、第６図は蛍光トレーサーの精度検査に用いるリチウム
（グラブサンプル）の曲線を示し、第７図は本発明の装置を設けた再循環水タワークーリン
グ・システムの概略図、第８図は本発明の装置のオンストリーム配置図、第９図は第８図の装置の配線図、第10図は第８図に示す本発明の装置のセットアップを示
す概略図、第11図はトレーサー値（実線）と定量分析量（破線）と
を比較した反復実験のグラフ、第12図は実際の掴み取りサンプルと比較される本発明の
装置の代表的な連続モニター性能を示すフィールドテス
トのグラフ、第13図は本発明のもう１つの監視用連続フィードバック
制御装置の水流れに沿って構成した構成図、第14−１図から第14−３図は第13図に示す装置の配線
図、第15図は比色計を使用した本発明の装置の概略図、第16図は本発明を実施する際における選択的イオン電極
の使用を示す細部断面図、第17図はトランジスターに接続した第16図のイオン電極
の概略図、第18図および第19図はそれぞれ処理濃度値の分布を示す
グラフである。 22……リザーバ、24……ポンプ、 26……アナライザーを含む装置、28……制御ライン、 40……フローセル、45……変換器、 62……フローセル、64……プローブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウェインエイチ，ホイアメリカ合衆国，イリノイ 60459，バーバンク，サウスナグル 7936 (72)発明者ジョンイー．フーツアメリカ合衆国，イリノイ 60174，セイントチャールズ，ランカスターアベニュ 1430 (72)発明者ドナルドエー．ジョンソンアメリカ合衆国，イリノイ 60510，バタビア，クレストビュードライブ 1110 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28F 27/00 501 F28F 19/00 501

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】オンストリームの水を熱交換の役割に使用
する冷却水システムにおいて、前記システムへの補充水
の添加の源ならびに前記システムからのブロウダウン水
の除去の源が存在し、水を拘束する機器の腐食またはス
ケーリングを起こし得る水中の不純物が処理剤の導入に
より抑制され、前記処理剤は前記システム内におけるそ
の抑制の役割において消耗し、前記処理剤は機器および
化学品を包含する前記システムに対して不活性であるト
レーサーとともに比例的に導入され、循環するオンストリームの水のサンプルを受け、且つ前
記トレーサーの濃度を示す特性を感知するフローセルを
有するアナライザーを包含する装置を備え、前記アナラ
イザーは前記濃度を示す特性を電圧に変換する変換器を
有し、前記電圧を受け、且つそれを前記処理剤の消費における
許容範囲内の挙動を示す標準的なトレーサー濃度を表す
電圧の標準値と連続的に比較するモニターを備え、前記
モニターは、前記比較が許容範囲外の挙動を検出したと
きに出力信号を発生し、比例した処理剤およびトレーサーを所定の投与量で導入
するためのポンプ装置を備え、前記出力信号は前記ポン
プ装置を制御して前記投与量を変更するようにしたこと
を特徴とする冷却水システム。
【請求項２】トレーサーの特性は電磁輻射でサンプルを
照射することにより発生させる請求項１に記載のシステ
ム。
【請求項３】前記トレーサーは蛍光性であり、そしてサ
ンプルはセラミックシリンダーの形態のフローセルに通
過させ、前記シリンダーは光に対して透明であり、そし
て照射されるので、前記トレーサーの放射率を測定する
ことができる請求項２に記載のシステム。
【請求項４】前記処理剤の許容範囲内の濃度は前以て決
定した濃度の範囲内にあり、前記モニターは比例的に導
入されたトレーサーの濃度によりその範囲を限定および
規定する調節可能な低い設定点および高い設定点を有
し、前記モニターは、低い設定点に到達したときにポン
プ装置の出力を増加する出力信号を発生し、そして高い
設定点に到達したときに増加したポンプ装置の出力を中
止する信号を発生する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】前記ポンプ装置は、前記処理剤およびトレ
ーサーの投与量の主要部分を供給するように連続的に作
動するメインポンプ、および残りの投与量を供給するよ
うに前記信号により制御されたトリムポンプからなる請
求項４に記載のシステム。
【請求項６】フローセルはオンストリームの水のサンプ
ルが通過するサンプルライン中にあり、バイパスラインおよび関係する弁を備え、これらはフロ
ーセルへのオンストリームの水のサンプルを拒否し、且
つ拒否した水のサンプルをオンストリームの循環水系へ
戻して、洗浄および較正の達成を可能とし、洗浄水および引き続いてゼロパーセントの較正水を前記
フローセルに通過させると同時に、前記アナライザーを
含む装置をゼロパーセントの処理剤に較正するラインを
含み、オンストリームの処理のための100パーセントの標準の
投与量を表す定量された投与量の処理剤およびトレーサ
ーを前記フローセルに通過させるとともに前記アナライ
ザーを含む装置を較正するラインを含む請求項１に記載
のシステム。
【請求項７】循環するオンストリームの水の源をサンプ
ルとして抜き出し、前記サンプルをフローセルに通過さ
せてその中で分析し、そして分析したサンプルを前記オ
ンストリーム中に戻すためのサンプルラインを含む請求
項１に記載のシステム。
【請求項８】オンストリームの水を熱交換の役割に使用
する冷却水システムにおいて、１つのシステムのパラメ
ーターとして前記システムへの補充水の添加の源ならび
に他のシステムのパラメーターとして前記システムから
のブロウダウン水の除去の源が存在し、水を拘束する機
器の腐食またはスケーリングを起こし得る、水中の不純
物が前記システムの第３パラメーターとしての処理剤の
導入により抑制され、前記処理剤は前記システム内にお
けるその抑制の役割において消耗し、前記システムは、
機器および化学品を包含する前記システムに対して不活
性であるトレーサーとともに比例的に前記処理剤を所定
の投与量で水に供給するポンプ装置を含み、該冷却水シ
ステムにおいて処理剤の挙動を連続的に監視する方法で
あって、オンストリームの水のサンプルをフローセルに通過さ
せ、そしてその中でトレーサーの濃度を示す特性を連続
的に感知し、前記特性を電圧値に変換し、前記電圧値と前記処理剤の消費において許容範囲内の挙
動を示す標準的なトレーサーの濃度を表す電圧の標準値
とを常に比較し、前記比較が許容範囲外の挙動を示したときに前記システ
ムを許容範囲内の挙動に回復させるために前記パラメー
ターの１つを変更するステップからなることを特徴とす
る処理剤の挙動を連続的に監視する方法。
【請求項９】前記トレーサーの特性は光度計でサンプル
を照射することによって発生した放射エネルギーである
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記トレーサーは蛍光であり、そして光
に対して透明でありかつ光により照射される石英のシリ
ンダーにサンプルを通過させるステップを含む請求項９
に記載の方法。
【請求項１１】前記比較が処理剤について許容範囲外の
挙動を検出したときに出力信号を発生し、そして許容範
囲内の挙動に到達するまで前記出力信号を使用してポン
プ装置の出力を変更するステップを含む請求項８に記載
の方法。
【請求項１２】前記ポンプ装置は、前記処理剤およびト
レーサーの投与量の主要部分を供給するように連続的に
作動するメインポンプ、および残りの投与量を供給する
トリムポンプからなり、そして前記出力信号を使用して
前記トリムポンプを制御するステップを含む請求項11に
記載の方法。
【請求項１３】それぞれ許容範囲内の処理剤の濃度の範
囲を限定する低い電圧値および高い電圧値の間に存在す
る電圧の標準値を選択し、前記電圧値が低い電圧値以下
であるとき、前記ポンプの出力を増加し、そして前記電
圧値が高い電圧値以上であるとき、ポンプの出力を減少
させるステップを含む請求項８に記載の方法。
【請求項１４】オンストリームの水を熱交換の役割に使
用する熱交換システムにおいて、１つのシステムのパラ
メーターとして前記システムへの補充水の添加の源なら
びに他のシステムのパラメーターとして前記システムか
らのブロウダウン水の除去の源が存在し、水を拘束する
機器の腐食またはスケーリングを起こし得る、水中の不
純物が前記システムの第３パラメーターとして処理剤の
導入により抑制され、前記処理剤は前記システム内にお
けるその抑制の役割において消耗し、前記処理剤はポン
プ装置により機器および化学品を包含する前記システム
に対して不活性であるトレーサーとともに比例的に導入
され、連続的サンプリングの水を受け、且つ前記トレーサーの
濃度を示す特性を連続的に感知するアナライザーを包含
して前記処理剤の挙動を連続的に監視する装置を備え、
前記アナライザーは前記特性を電圧に連続的に変換する
変換器を有し、前記電圧を受け、且つそれを前記処理剤の消費における
許容範囲内の挙動を構成する標準的なトレーサー濃度を
表す電圧の標準値と連続的に比較するモニターを備え、前記比較に応答し、前記処理剤の許容範囲外の挙動を示
す手段を備え、これにより前記パラメーターの１つを許
容範囲外の挙動に応答して検査及び補正するようにした
ことを特徴とする熱交換システム。
【請求項１５】前記応答手段は出力信号を発生し、この
出力信号を使用してポンプ装置の出力を変更して、処理
剤およびトレーサーを導入する速度を変更する請求項14
に記載のシステム。
【請求項１６】前記トレーサーの特性は光度計でサンプ
ルを照射することによって発生した放射エネルギーであ
る請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】前記トレーサーは蛍光であり、そして前
記サンプルを石英のシリンダーの形態のフローセルに通
過させ、前記シリンダーは照射されて蛍光性トレーサー
を励起し、その放射率を測定し、そして電圧値に変換す
る請求項16記載のシステム。
【請求項１８】前記標準の濃度はトレーサーの前以て決
定した濃度の作動範囲内にあり、前記電圧の標準値はそ
の範囲を規定する前以て決定した低い電圧値と高い電圧
値との間の範囲であり、前記モニターは、低い設定点に
到達したときにポンプ装置の出力を増加する出力信号を
発生し、そして高い設定点に到達したときに増加したポ
ンプ装置の出力を中止する信号を発生する請求項14に記
載のシステム。
【請求項１９】前記ポンプ装置は、前記処理剤およびト
レーサーの投与量の主要部分を供給するように連続的に
作動するメインポンプ、および残りの投与量を供給する
ように前記信号により制御されたトリムポンプからなる
請求項18に記載のシステム。
【請求項２０】前記アナライザーはフローセルを含み、
前記フローセルはオンストリームの水のサンプルが通過
するサンプルライン中にあり、バイパスラインおよび関係する弁を備え、これらはフロ
ーセルへのオンストリームの水のサンプルを拒否し、且
つ拒否したサンプルを循環水系へ戻して、洗浄および較
正の達成を可能とし、洗浄水および引き続いてゼロパーセントの較正水を前記
フローセルに通過させると同時に、前記アナライザーを
含む装置をゼロパーセントの処理剤に較正するラインを
含み、オンストリームの処理のための100パーセントの標準の
投与量を表す定量された投与量の処理剤およびトレーサ
ーを前記フローセルに通過させるとともに前記アナライ
ザーを含む装置を較正するラインを含む、請求項14に記
載のシステム。