JP6672876B2 - 接液部材への付着物検出装置及び検出方法 - Google Patents

Description

本発明は水などの液体が接液する材料に付着する汚れの状況を監視する用途に用いるのに好適な接液部材への付着物検出装置及び検出方法に関する。

水中に発生する汚れ（スライム、腐食生成物、スケール）によって熱交換器や配管の壁面などの接液部材の表面に形成される汚れの付着量を検知する方法としては、
（ｉ） ゴム板等のスライムが付着しやすい物質を水中に浸漬し、定期的にゴム板を引き上げて前記ゴム板に付着するＳＳ量を測定するゴム板法、
（ii） 金属管内に発熱体及び測温体が挿入され、発熱体及び測温体と金属管の内面との間に充填材が充填されてなるプローブにより、伝熱阻害を計測する方法（特開昭６１−２６８０９号）、
(iii） 水系内に浸漬配置した発光部から光を発し透明板を透過させ、受光部で光量を測定しスライム検知する方法（特開２００７−４６９７８号）
などがある。

特開昭６１−２６８０９号 特開２００７−４６９７８号

上記（ｉ）のゴム板法の場合、信頼度を確保するため複数のゴム板を循環水に浸漬し、試験期間及び判断期間ともに３日間を要する。また一旦引き上げたゴム板は再度測定点に戻すことができず、経時的な付着量の変化を測定する場合にはゴム板の枚数が多量に必要となる。

上記（ii）の伝熱阻害法の場合、計測した測定値は水温及び流速の影響を受けるため、一定条件の環境下でないと評価することができない。実機は負荷変動があるため、適用することが難しい。

上記(iii)の吸光度法の場合は、汚れ付着と濁度の影響を十分には分離できない。

本発明は、汚れ付着量検知のリアルタイム性向上、モニタリングに要する手間の削減、および測定環境変化による計測結果への影響を低減することが可能となる接液部材への付着物検出装置及び検出方法を提供することを目的とする。

本発明の接液部材への付着物検出装置は、被測定液が流通されるケースと、該ケースの一部に設けられた透明部と、該ケース内に、該透明部と対面して設置された反射板と、該透明部を透過させて光を反射板に向って投射する発光部と、該透明部を透過した該反射板からの反射光を受光する受光部とを備えてなるものである。

本発明の接液部材への付着物検出方法は、かかる本発明の付着物検出装置を用いた水系の接液部材への付着物検出方法であって、水系の水の一部を該付着物検出装置に連続的に通水させて前記反射板への付着物を検出することを特徴とするものである。

本発明の一態様では、前記受光部の受光信号に基づいて前記反射板への付着物の付着量を演算する。

本発明の一態様では、受光部による受光波長に基づいて付着物の色を検出し、この色に基づいて付着物の種類を推定する。

本発明の一態様では、前記透明部と反射板との間隔が０．１〜１０ｍｍである。

本発明の一態様では、前記付着物検出装置の発光部及び受光部を間欠的に作動させる。

本発明では、白色ＬＥＤなどの発光部から放出される光の反射板での吸収量をとらえることにより汚れの状態をモニタリングする。反射板に汚れが付着すると、反射板表面の色が変化しＬＥＤから放出された光が吸収されるため受光部（Ｒ，Ｇ，Ｂカラーセンサなど）での光の受光量が低下することを利用することで、汚れ付着量検知のリアルタイム性向上、モニタリングに要する手間の削減、および測定環境変化による計測結果への影響を低減することが可能となる。

モニタリングの変動要素となる濁度変化による影響は、反射板と発光部および受光部の距離を５ｍｍ以下と短くすることでその影響を最小限に抑えることができる。

水温および流速は、測定原理上、測定結果に影響を及ぼさない。

Ｒ，Ｇ，Ｒカラーセンサは、複数の波長を測定することができるので、これを用いることにより、様々な形態の付着物を確実に検出することができる。

測定時のみ光を照射することにより、藻類の繁殖を抑制し、その影響を著しく少なくすることができる。

実施の形態に係る付着物検出装置の断面図である。 測定結果を示すグラフである。 測定結果を示すグラフである。 測定結果を示すグラフである。 測定結果を示すグラフである。 測定結果を示すグラフである。

図１は本発明の実施の形態に係る付着物検出装置の断面図である。この付着物検出装置１は、測定対象液が通液されるケース２を備えている。ケース２の形状は、直方体状、筒状などのいずれでもよい。

ケース２の長手方向の一端側に液の流入口３が設けられ、他端側に液の流出口４が設けられている。流入口３に対峙して、ケース２内を流れ方向に横断するようにして整流板５が設けられている。これにより、流入口３からケース２内に流入した液は、ケース２内をほぼ均等に流れる。整流板５は多段に設けられてもよい。

ケース２の長手方向の側面の一部に透明部６が設けられている。透明部６は、透明なガラス又は合成樹脂にて構成されている。透明部６以外のケース２は遮光性材料により構成されており、内面は好ましくは黒色とされている。

ケース２内に、透明部６と平行に反射板７が設けられている。反射板７は、透明部６と反対側のケース２内面から立設された柱状の保持部材（図示略）に支持されているが、反射板７の設置構造はこれに限定されない。なお、反射板７の表面を予め研磨し、汚れが付着し易い加工を施しておくのが好ましい。表面粗さは汚れ付着速度と相関する。表面粗さを選択することにより、最適な付着速度が得られ、精度の高い汚れ監視が可能となる。表面粗さが過小であると、汚れが付着しづらく、付着速度が遅くなり、汚れ監視が困難となる。表面粗さが大きくなるにつれて、汚れ付着速度は速くなり、汚れ監視の精度も高まる。表面粗さが過大であると、表面が汚れで目詰まりし、例えばスライム剥離剤等の薬剤を使用した場合に汚れ除去が困難になる。その結果、薬剤の効果の検出を誤ることになる。

ケース２外には、透明部６と対面するようにして発光部８と受光部９とが設けられている。発光部８としてはＬＥＤ等の発光素子を備えたものが好ましく、特に青色、緑色及び赤色の３原色の可視光を発光するように３種類の発光素子を備える白色ＬＥＤが好ましい。この場合、受光部も青、緑、赤の波長の光の受光強度を測定できるもの（例えばＲＧＢカラーセンサ）を用いる。発光部８及び受光部９は、カバー１０によって囲まれている。カバー１０は、透明部６の全体を覆っている。なお、カバー１０の内面も黒色であることが好ましい。図示は省略するが、発光部８と受光部９との間は、遮光板によって仕切られている。

発光部８へは制御部１１から作動信号が与えられ、受光部９の受光信号は制御部１１へ送信されてデータ処理され、反射板７への付着物の付着状況が検出される。

好ましくは、発光部８を間欠的に作動させ、受光部９を発光部８の発光作動時にのみ受光作動させる。本発明は液体が通過する系で使用する。例えば、冷却水、スクラバー、排水、ＲＯ、紙パプロセル、水道水、鉄鋼あるいは石油精製、石油化学プロセルなどの水系の付着物モニタリングを行う場合、発光部８の発光のタイミングは３０分〜３日間に１回、特に６０分〜１２時間に１回程度が好ましく、１回の発光の継続時間は３０秒〜６０分間特に１分〜１０分間程度が好ましい。このように間欠発光測定方式とすることにより、反射板７への光の照射量が少なくなり、反射板７表面での藻類の繁殖が抑制される。また、素子の寿命も長くなる。

制御部１１は、吸光度又は受光強度と付着物量との関係を表わす検量線データを備えており、この検量線データから反射板７への付着物量を演算する演算部を有する。

制御部１１は、受光部９の受光の波長分布から付着物の色を求め、この色に基づいて付着物の種類を推定する推定部を備えてもよい。波長分布による色の決定は、例えば、青色、緑色、赤色の各受光強度を対比することにより行うことができる。決定された色に基づく付着物種類の推定は、色と付着物との対応表データから、当該色を有する付着物を抽出することにより行うことができる。

このようにして求められた付着物量や、付着速度（付着物量の経時変化量）、付着物種類などの測定結果は、表示部（図示略）に表示されてもよく、通信回線を利用して水系の管理装置へ送信してもよい。

本発明では、透明部６と反射板７との間隔を１０ｍｍ以下、例えば０．１〜１０ｍｍ、特に２．０〜６．０ｍｍと狭くすることにより、透明部６と反射板７との間を流れる液中の濁度による吸光量を少なくし、反射板７の付着物量を精度良く測定することが可能となる。

ケース２内は０．０５〜１．０ｍ／ｓｅｃ程度の通水状態が好ましいが、静置状態（水系内へ浸漬）での使用も可能である。

水系の接液部材への付着物の付着状況をモニタリングするには、水系から分流させた水をケース２に連続的に通水し、発光部８と受光部９とを好ましくは間欠的に作動させ、受光部９の受光強度及び／又は受光波長分布信号に基づいて付着物量又はその種類を求める。

本発明の接液部材への付着物検出装置及び検出方法によると、水系に設けられた熱交換器や配管などの接液部材への付着物量を精度良く検出することができるので、この検出結果に基づいて水系へのスケール防止剤、スライム防止剤、腐食抑制剤などの薬注制御を適切に行うことが可能となる。スケール防止剤、スライム防止剤・剥離剤、腐食防止剤の使用後の汚れ付着量を測定することにより、薬品の効果を確認することができる。

［実施例１］
図１の付着物検出装置に調製サンプル水を通水し、濁度の影響について試験を行った。

ケース２の長手方向長さは１５０ｍｍ、長手方向と直交方向の断面は４０×６２ｍｍ、透明部６は４２×６０×１ｍｍの透明アクリル板、反射板７は３０×６０×１ｍｍの白色塩ビ板、透明部６と反射板７との間隔は５ｍｍとした。発光部８としては白色ＬＥＤを用いた。受光部９としては、ＲＧＢカラーセンサを用いた。

水温を３０℃〜４０℃に保った水道水に、それぞれ設定した濁度（約５，１０，２０，３８，５７度）になるよう汚れとして、工業用水の濾過機逆洗水を１日１回、設定した濁度になるようバッチ添加し、また栄養剤として１％グルコースも２５ｍＬ／５０Ｌバッチで添加し、ケース２内の流速０．０５〜１．０ｍ／ｓｅｃにて連続循環通水した。発光部８及び受光部９は１時間に１回作動させ、１回の作動時間は５分間とした。受光部の受光強度を図２に示す。

［比較例１］
発光部と受光部とが流路を挟んで対置され、両者間の間隔を２０ｍｍとした吸光度計に実施例１の各濁度のサンプル水を通水し、同様の測定を行ない、結果を図２に示した。

図２の通り、本発明装置によると、濁度が高くなっても受光強度は殆ど低下せず、濁度は殆ど付着物量測定結果に影響しないことが認められた。

［実施例２］
実施例１において、濁度が１０度のサンプル水を連続的に通水した。それ以外は同様の条件とした。受光強度の経時変化（通水開始から１６日目までの変化）を図３に示す。

［比較例２］
実施例２において、発光部８及び受光部９を連続的に作動させたこと以外は同様とした。受光強度の経時変化（通水開始から１６日目までの変化）を図３に示す。

図３の通り、比較例２のように発光部８を連続点灯させると、反射板７に藻が付着し、受光強度が経時的に低下することが認められた。

［実施例３］
実施例１において、汚れ成分として茶色系の工業用水の濾過機逆洗水を濁度１０度となるように１日１回バッチ添加したこと以外は同様にして試験を行った。受光部９による青色光受光強度、緑色光受光強度、赤色光受光強度の経時変化（汚れ添加前から最初の汚れ添加開始１週間後までの変化）を図４に示す。

図４の通り、茶色の濁度成分を添加したことにより、赤色の受光強度が青色に比べて著しく低下し、緑色の受光強度も青色に比べて低下することが認められた。この実施例３より、反射光の波長分布を調べることにより、付着物の種類を色に基づいて推定できることが認められた。

［実施例４］
水温を３２〜３７℃の範囲で図５の通り変動させた。受光強度の経時変化（通水開始から３日後までの変化）を図５に示す。

［比較例３］
伝熱阻害法を用いた付着検知装置（栗田工業株式会社製付着物検出用センサ）を用い、実施例４と同一の試験を行った。センサ内部上昇温度の経時変化を図６に示す。

図５の通り、実施例５では水温が変動しても受光強度はほぼ一定であるのに対し、伝熱阻害法を用いた付着検知装置では、図６の通り、測定値は著しくばらつきが大きくなることが認められた。

１ 付着物検出装置
２ ケース
６ 透明部
７ 反射板
８ 発光部
９ 受光部
１１ 制御部

Claims (4)

1. 被測定液が流通されるケースと、
   該ケースの一部に設けられた透明部と、
   該ケース内に、該透明部と対面して設置された反射板と、
   該透明部を透過させて白色光を反射板に向って投射する発光部と、
   該透明部を透過した該反射板からの反射光を受光するＲＧＢカラーセンサの受光部と
   を備えてなり、
   前記受光部の受光信号に基づいて前記反射板への付着物の付着量を演算する制御部を有し、
   前記制御部は、受光部による受光波長に基づいて付着物の色を検出し、この色に基づいて付着物の種類を推定する推定部を有する接液部材への付着物検出装置。
2. 請求項１において、前記透明部と反射板との間隔が０．１〜１０ｍｍであることを特徴とする接液部材への付着物検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の付着物検出装置を用いた水系の接液部材への付着物検出方法であって、
   水系の水の一部を該付着物検出装置に連続的に通水させて前記反射板への付着物を検出することを特徴とする接液部材への付着物検出方法。
4. 請求項３において、前記付着物検出装置の発光部及び受光部を間欠的に作動させることを特徴とする接液部材への付着物検出方法。

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