JPH04369470A - 熱抵抗測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、伝熱面に付着して成長
する水垢（スケール）等が原因となる熱抵抗（汚れ係数
）を測定する方法に関する。更に詳述すると、本発明は
、伝熱面を破壊することなく、非接触で熱抵抗を求める
熱抵抗測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱抵抗測定は、熱交換器を有する全ての
熱利用設備に共通した保守管理技術の１つである。特に
、スケールやスライム等の熱抵抗物質は、設備の運転時
間の増加に伴い、熱交換器伝熱面に付着して成長する。 これは、単に熱効率の低下による運転コストの上昇につ
ながるだけでなく、時には熱交換器に過熱障害を引き起
こし、経済性、安全性の面から大きな問題となることさ
えある。このため、これら熱利用設備では、これらスケ
ールやスライム等の熱抵抗を定期的に除去する方策がと
られているが、その判断根拠は一般には経験によるもの
が多く、熱抵抗そのものの実測値を基準とした熱抵抗除
去の判定はほとんど行なわれていない。

【０００３】これは、熱抵抗測定がきわめて難しく、現
状では、実用化された技術がほとんどないためである。

【０００４】従来提案されている伝熱面熱抵抗の測定方
法としては、伝熱壁に熱電対を埋め込み、熱交換器が稼
働中の熱電対指示値の時間変化から熱抵抗を求めようと
するものがほとんどであった。

【０００５】また、伝熱壁の熱流方向に２本の熱電対を
埋め込み、熱抵抗並びに熱流の両者を同時測定する方法
も提案されている（特開昭５４−１０７４００号）。ボ
イラチューブの管壁内部に熱電対用挿入孔を２ケ所、そ
の挿入孔の先端部がボイラチューブの半径方向に間隔を
あけて位置するように穿ち、各穴に熱電対を挿入して２
ケ所の点の温度を測定し、基本温度勾配を求めるように
している。即ち、稼動中機器のチューブの温度検出位置
の温度を測定してその温度勾配を求め、両者の温度勾配
を対比してスケールの付着量を検出するようにしている
。

【０００６】しかし、これらの方法では、熱交換器に生
じる経時的な熱流変化をもとらえてしまうため、温度指
示値と熱抵抗値との間に相関が得られない問題が生じる
。また、後者の方法では熱電対指示値の不安定性、ある
いは加工の複雑さ等から実験室レベルで終わっており実
用化には至っていない。

【０００７】従って、現在実用化されている熱抵抗測定
法は、伝熱壁を切り取り、スケールの厚さや付着量の形
で熱抵抗物質の熱抵抗量を求めているのが、唯一の方法
である。例えば、巨大な熱交換器であるボイラを有する
火力発電所においては、ボイラの伝熱面管理に必要な信
頼できる熱抵抗値を求めるため、定期検査時に伝熱管を
抜管している。実際には、この抜管検査は、かなり高額
となるため広い伝熱面に対して十分な検査が行なわれて
いるとはいい難いのが実状である。

【０００８】このように、従来の熱抵抗測定技術は、温
度計測による熱抵抗測定方法では、外乱要因に対する配
慮、計測の簡便性あるいは加工の複雑さ等に対する配慮
がなされておらず、また伝熱壁を切り取る直接的な方法
では、検査費用の増大、作業の煩雑性あるいは復旧後の
安全性等の問題を有している。

【０００９】そこでかかる問題点を改善すべく、伝熱壁
の熱抵抗物質が付着した面とは反対側の面を一定熱流束
で局所的に加熱し、所定量加熱した後、前記伝熱壁の加
熱面の定常温度を測定し、熱抵抗物質が付着していない
ときに同じ熱流束を与えた場合の定常温度と比較して前
記熱抵抗物質の熱抵抗による温度上昇分を求め、これと
相関関係にある他面の熱抵抗物質の熱抵抗量を測定する
ことによって、あるいは伝熱壁の熱抵抗物質が付着した
面とは反対側の面を一定熱流束で局所的に加熱し、所定
量加熱した後加熱を停止して冷却し、前記伝熱壁の加熱
面の温度と冷却時間を測定し、熱抵抗物質が付着してい
ないときに同じ熱流束を与えかつ同じ条件で冷却するこ
とによって生ずる温度変化と比較し、その冷却時間の差
からこれと相関関係にある他面の熱抵抗物質の熱抵抗量
を測定することによって、熱抵抗物質の付着量を求める
ことが提案されている（特開平２−１２６１４５号）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−１２６１４５号公報の技術の場合、外乱に影響され
ずかつ伝熱壁を破壊せずに安全で簡便に熱抵抗を測定す
ることが可能であるが、定常温度状態か冷却された条件
での冷却曲線を利用したものであり、両条件とも片面が
加熱、他面が冷却されていなければならないものである
ため、使用環境によっては実現が難しい場合もある。そ
こで、伝熱壁の一方の面の加熱だけで足り、より汎用性
のある測定法が必要となった。

【００１１】本発明は、熱抵抗物質が付着している面が
冷却されていなくとも熱抵抗が外乱に影響されずに、し
かも伝熱壁を破壊することなく安全、簡便かつ低廉に測
定することができる方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の熱抵抗測定方法は、伝熱壁の熱抵抗物質が
付着した面とは反対側の面をステップ状に急加熱し、前
記伝熱壁が定常温度状態に達する前の加熱面の温度変化
を求め、前記伝熱壁に熱抵抗物質が付着していないとき
の温度変化との差を求め、熱抵抗物質の付着量と温度変
化に与える影響との相関関係に基づいて熱抵抗物質の付
着量を求めるようにしている。即ち、伝熱面をステップ
状に急加熱し、裏面の熱抵抗物質の熱抵抗の影響を加熱
中の加熱面の温度変化でとらえるようにしている。

【００１３】

【作用】伝熱壁の熱抵抗物質が付着していない方の面を
ステップ状に急加熱すると、伝熱壁では、伝熱壁そのも
のの持つ熱抵抗により温度上昇が生じる。このとき、伝
熱壁の作動流体側に熱抵抗物質が付着していれば、この
熱抵抗により管の温度上昇はわずかに抑制され、伝熱壁
の加熱面側の温度もその影響を受ける。即ち、スケール
が付着していないときよりもスケールが付着していると
きの方が単位時間当りの温度上昇量（昇温速度）が小さ
くなる。したがって、伝熱壁の加熱面をステップ状に急
加熱して定常温度状態に達するまでの僅かの時間におけ
る温度変化を測定すると共に同条件で熱抵抗物質が付着
していない場合に生ずる温度変化との差を求めれば付着
物質の熱抵抗量を求めることが可能となる。即ち、熱抵
抗物質が付着している場合とそうでない場合とでは温度
変化例えば昇温速度に相違が生じる。そして、その変化
の差は熱抵抗物質の付着量に応じて一定となる。即ちこ
の温度変化の差、例えば単位時間当りの温度差あるいは
ピーク高さの差と熱抵抗量との相関関係から、付着熱抵
抗物質の量を求めることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１５】図２に本発明の熱抵抗測定方法の実施の一
例を示す。該図において、１は加熱源、２は非接触温度
計、３は伝熱壁に相当する熱交換器の管（伝熱管）、４
はスケールなどの熱抵抗物質、５はシャッタ駆動用モー
タ、６は加熱源と被加熱物とを遮断するシャッタである
。

【００１６】加熱源１としては、測定に十分でかつ管を
破壊しない程度の熱流束を安定的に加えて局所的な加熱
（ピンポイント加熱）を実現し得るようなもの、例えば
レーザ、Ｘｎｏｎランプ、赤外線あるいは電磁波のよう
な非接触の熱源の採用が好ましい。また、ステップ状加
熱を実現するため、例えばレーザ光の照射方向の切替え
を行うミラーのようなものを採用し、レーザの立上り時
には加熱面にレーザ光が照射されず、レーザ光が熱源と
して十分安定してからミラーによってレーザ光の方向を
変えて加熱面に照射し得るように設けられている。

【００１７】温度計２としては、熱源の影響を避けるた
め、離れた箇所から非接触で選択波長による放射温度測
定を行なうもの、例えばアンチモン素子と色フィルタを
併用したもの等が採用されている。このような非接触で
の加熱、測温は伝熱場を乱さないため精度よい熱抵抗測
定を行ない得るため好ましい。

【００１８】以上のような構成において、まず伝熱管３
の表面の汚れ、スラッジ等を落としてから、管厚を超音
波測定器等を使ってあらかじめ測定する。次いで、伝熱
管３の外表面を所定時間だけ加熱レーザ１によってステ
ップ状に急速加熱する。加熱は直径５〜１０ｍｍφのピ
ンポイントの局所的範囲で行なわれる。

【００１９】加熱によって、伝熱管３はそれ自体の熱抵
抗によって表面温度が上昇する。この管表面の温度上昇
は、図１に示すように、管内面にスケール４が付着した
ときｔ２　の方が無いときｔ１　よりも大きい。即ち、
温度上昇速度は熱抵抗量に反比例する。したがって、ス
テップ状に一定量の熱流束を加えるときに、加熱開始か
ら或る時間経過時における伝熱管３の表面の温度ｔ２　
とスケールが付着していない時の温度ｔ１　との差Δｔ
を求めれば、スケール等の熱抵抗物質４に因る熱抵抗量
を求めることができる。

【００２０】ここで、スケールが付着していないときの
伝熱壁の加熱面における温度上昇量は、実測あるいは材
質、管厚（壁厚）、供給熱流束が既知であることから計
算によっても求められる。

【００２１】そこで、非接触式温度計２によって測定さ
れた管表面温度ｔ２からスケールが付着していない時の
温度ｔ１　を差し引けば、熱抵抗物質・スケール４に因
る管表面での温度低下の差Δｔを求めることができる。 そして、管内面に付着したスケール量と付着スケールに
よる温度差との間の相関関係より、管内面に付着した管
内スケール量を求めることができる。例えば、管外径３
１．８ｍｍ、管厚５．５ｍｍの低合金鋼製伝熱管３に、
直径５．０ｍｍのピンポイント加熱によってステップ状
に加熱し、加熱開始後３０秒経過時の付着スケール量と
スケール付着による温度差との関係を求めた実験結果を
図３に示す。このときの加熱熱流束は４０×１０４　Ｋ
ｃａｌ／ｍ２　ｈである。該グラフより明らかなように
、例えば付着スケールによる温度差が２℃の場合、約２
０ｍｇ／ｃｍ２　のスケールが管内面に付着しているこ
とがわかる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の熱抵抗測定方法は、伝熱壁の熱抵抗物質が付着した面
とは反対側の面をステップ状に急加熱し、伝熱壁が定常
温度状態に達する前の加熱中における加熱面の温度変化
を求め、前記伝熱壁に熱抵抗物質が付着していないとき
の温度変化との差を求め、熱抵抗物質の付着量と温度変
化に与える影響との相関関係に基づいて熱抵抗物質の付
着量を求めるようにしているので、非破壊によって管表
面側から管内面の熱抵抗が測定できる。しかも、本発明
の熱抵抗測定方法は、加熱開始後の極めて短時間の測定
であり、また加熱しながらの測定であって熱抵抗物質付
着面の冷却条件を選ばないため、非常に広範な利用が可
能となる。

【００２３】また、本発明方法によると、伝熱壁を破壊
せずに内部の物質の付着量を測定するため、測定対象た
る伝熱管などを抜管する必要がないので熱抵抗となるス
ケールの付着量検査費用を大幅に削減できる。しかも、
非接触により伝熱面の温度場を乱すことなく測定できる
ため測定精度が良い。更に、本発明の熱抵抗測定方法は
、伝熱管などの測定対象物の表面を局所的に短時間加熱
して管表面温度を測定するだけなので、測定が簡便かつ
迅速なものとできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の測定方法が適用される温度領域を示す
グラフである。

【図２】本発明の測定方法の実施状況を説明する概略図
である。

【図３】管内面に付着したスケール量と加熱開始後一定
時間経過後の管表面の温度上昇量との関係の一例を示す
グラフである。

【符号の説明】

１　　加熱源 ２　　非接触式温度計 ３　　熱交換器管（伝熱管） ４　　熱抵抗物質

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　伝熱壁の熱抵抗物質が付着した面とは
   反対側の面をステップ状に急加熱し、前記伝熱壁が定常
   温度状態に達する前の加熱中における加熱面の温度変化
   を求め、前記伝熱壁に熱抵抗物質が付着していないとき
   の温度変化との差を求め、熱抵抗物質の付着量と温度変
   化に与える影響との相関関係に基づいて熱抵抗物質の付
   着量を求めることを特徴とする熱抵抗測定方法。