TW201329440A - 附著物檢測用感測器以及附著物檢測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明藉由因朝向發熱體的通電而產生的金屬管內的溫度的變化，檢測附著於檢測面的附著物的情況下，不會於附著物的檢測中產生時滯。由水垢G覆蓋插入有發熱體11與測溫體12，且以包圍發熱體11與測溫體12的方式填充有熱良導性的填充材料13的金屬管10的外表面，而使水垢G的表面與附著物的調查水接觸而設為使因調查水產生的附著物附著的檢測面K1。檢測面K1藉由水垢粒子而產生有凹凸，並且能量較金屬管外表面穩定，故水垢等附著物易於均勻地附著至檢測面K1上。因此，可藉由具有檢測面K1的感測器1，不產生時滯地進行附著物的檢測。

Description

附著物檢測用感測器以及附著物檢測裝置

本發明是有關於一種例如使用於如冷卻水系統的工業用水系統或紙漿(Pulp)製造流程(Process)中的、用以檢測水垢(Scale)等的產生狀況的附著物檢測用感測器(Sensor)及附著物檢測裝置。

例如，於工業用水系統或紙漿製造流程中，藉由所使用的水的濃縮等，而溶解於水中的雜質變為固體並析出，該固體附著於機器或配管的內面而固化，藉此於該機器或配管的內面產生水垢。又，於工業用水系統或紙漿製造流程中，存在於水中的微生物等附著於機器或配管的內面而增生、或該所增生者分離而附著於機器或配管的內面，藉此於該機器或配管的內面產生黏泥(Slime)。

於可連續地檢測此種水垢、黏泥、或水垢及黏泥(以下稱為附著物)的產生狀況者中，例如有專利文獻1中所記載的附著物檢測裝置。該附著物檢測裝置具有感測器與測量單元(Unit)。感測器將如下的金屬管的外表面設為使水中的附著物質附著的檢測面，所述金屬管為插入有發熱體與測溫體，且以包圍該等發熱體與測溫體的方式填充有熱良導性的填充材料。該感測器是藉由通電而於發熱體產生固定的熱量，並且藉由測溫體測量藉由該發熱體加熱的金屬管內的溫度，從而根據所測量的溫度的差異，於測量 單元中進行附著物朝向檢測面的附著檢測。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2010-101840號公報

然而，此種附著物檢測用感測器中，檢測面由平滑的金屬管的外表面形成，因此附著物變得難以附著於檢測面。因此，附著物是以如於局部地附著於檢測面後，該附著於整體上擴散的方式附著，而並不採取附著物逐漸均勻地附著於檢測面之類的方式。因此，於此種附著物檢測用感測器中，存在如下之類的問題：於附著物的附著初期，測溫體無法充分地擷取因附著物引起的溫度上升，從而於附著物的附著開始時與附著物的檢測時中產生時滯(Time Lag)。

有鑑於上述觀點，本發明的目的在於，提供一種於藉由因朝向發熱體通電產生的金屬管內的溫度的變化，檢測附著於檢測面的附著物的情況下，不於附著物的檢測中產生時滯的附著物檢測用感測器，以及包括該感測器的附著物檢測裝置。

本發明的第1發明包括：金屬管，其外表面形成為具有特定的表面粗糙度的凹凸面，且該外表面與附著物的調查水接觸而成為使因該調查水產生的附著物附著的檢測面；熱良導性的填充材料，其填充於上述金屬管內；發熱 體，其以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金屬管內，藉由通電而於該金屬管內產生固定的熱量，藉此，藉由上述附著物朝向上述檢測面的附著而改變該金屬管內的溫度；及測溫體，其以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金屬管內，測量該金屬管內的溫度，並且基於所測量的溫度的差異，進行上述附著物的附著檢測。

本發明是於外表面成為檢測面的金屬管浸漬至調查附著物的調查水中後，對發熱體通電而使發熱體以固定的熱量發熱，從而向檢測面外方大致均勻地釋出該熱量。其結果，測溫體是例如藉由測量金屬管的內面溫度T₀，而測量水溫+因水的傳熱層膜(laminar film)引起的溫度上升+因金屬管的熱導引起的溫度上升。又，測溫體於自溫度T₀的測量經過特定時間後，測量金屬管的內面溫度T_p。因此，本發明倘若在水的溫度與因水的傳熱層膜引起的溫度上升為固定的情況下，在溫度T₀、T_p間產生溫度差(T_p-T₀)，則可檢測在檢測面上附著有附著物。

另外，於檢測面為平滑的金屬管外表面的情況下，附著物難以附著，故於局部地附著於檢測面之後，該附著物以如逐漸於整體上擴散的方式附著。於該情況下，附著物的熱導率小於金屬管的熱導率，故於附著物的附著初期、即於檢測面局部地產生附著物的狀態下，來自發熱體的熱大多數會自無附著物的金屬管的外表面側釋出。因此，測溫體無法充分地測量因附著物引起的溫度上升。

然而，於本發明中，檢測面由具有特定的表面粗糙度 的凹凸面而形成，因此與該檢測面為平滑的金屬管外表面的情況相比，可增大檢測面周圍的水的流動阻力(flow resistance)。其結果，本發明可降低檢測面周圍的水的流速而使檢測面附近的水的黏著層變厚。即，本發明成為水中的附著物質相對於檢測面滯留而易於附著的狀態，從而可使附著物容易地附著於檢測面整體。

本發明的第2發明包括：金屬管；熱良導性的填充材料，其填充於上述金屬管內；水垢被覆部，其由水垢覆蓋上述金屬管的外表面，且該水垢的表面與附著物的調查水接觸而成為使因該調查水產生的附著物附著的檢測面；發熱體，其以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金屬管內，藉由通電而於該金屬管內產生固定的熱量，藉此，藉由上述附著物朝向上述檢測面的附著而改變該金屬管內的溫度；及測溫體，其以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金屬管內，測量該檢測管內的溫度，並且基於所測量的溫度的差異，進行上述附著物的附著檢測。

於本發明中，檢測面由因水垢粒子而產生凹凸的水垢的表面而形成，因此與該檢測面為平滑的金屬管的外表面的情況相比，可增大檢測面周圍的水的流動阻力，從而可產生水中的附著物質滯留而易於附著於檢測面的狀態。因此，附著物自附著初期容易地附著於檢測面的整個面。又，本發明將水垢的表面設為檢測面，因此可使水中的水垢物質容易地附著於能量(Energy)較金屬管外表面更穩定的水垢的表面上、即該檢測面上。因此，本發明可使水垢較 早地附著於檢測面。

本發明的第3發明為如第2發明的情況，其中上述水垢的成分為：碳酸鈣(Calcium Carbonate)、鹼性碳酸鋅(Basic Zinc Carbonate)、硫酸鈣(Calcium Sulfate)、亞硫酸鈣(Calcium Sulfite)、硫酸鋇(Barium Sulfate)、硫酸鋁(Aluminum Sulfate)、磷酸鈣(Calcium Phosphate)、磷酸鋅(Zinc Phosphate)、矽酸鈣(Calcium Silicate)、矽酸鎂(Magnesium Silicate)、草酸鈣(Alcium Oxalate)、氫氧化鎂(Magnesium Hydroxide)、或氫氧化鋅(Zinc Hydroxide)中的任一者或混合該等中的至少兩個。

本發明的第4發明包括：感測器，其由水垢覆蓋如下的金屬管的外表面，即，插入有發熱體與測溫體，且以包圍該等發熱體與測溫體的方式填充有熱良導性的填充材料的金屬管，從而使該水垢的表面與附著物的調查水接觸而設為使因該調查水產生的附著物附著的檢測面；通電量控制機構，其控制朝向上述感測器的發熱體的通電量，而於該發熱體產生固定的熱量，藉此，藉由上述附著物朝向上述感測器的檢測面的附著而改變上述感測器的金屬管內的溫度；及附著物檢測機構，其基於藉由上述感測器的測溫體所測量的上述感測器的金屬管內的溫度的差異，進行上述附著物的附著檢測。

本發明的第5發明為如第4發明的情況，其中上述通電量控制機構以連續地重複以下情況的方式，控制朝向上述感測器的上述發熱體的通電量，所述情況為：於第1時 間帶，將電流值設為特定的大小，但於接續於第1時間帶的第2時間帶，將電流值設為零或接近零的值。

於本發明中，在朝向發熱體的通電電流值為零或接近零的值(第2時間帶)的情況下，測溫體可測定調查水的溫度。

於本發明的第1發明中，由具有特定的表面粗糙度的凹凸面而形成檢測面，因此成為易於在該檢測面的整個面附著水垢、黏泥、或水垢及黏泥之類的附著物的狀態，從而可與實機(real machine)中的附著物的附著時無時滯地進行附著物的附著檢測。

於本發明的第2、第3、或第4發明中，由因水垢粒子而產生凹凸的水垢的表面而形成檢測面，因此成為易於在該檢測面的整個面上附著水垢、黏泥、或水垢及黏泥之類的附著物的狀態，從而可與實機中的附著物的附著時無時滯地進行附著物的附著檢測，或者使其進行附著物的附著檢測。又，於該等發明中，水垢的表面成為檢測面，因此調查水中的水垢物質亦較實機的情況更易於附著於檢測面，從而可於在實機中附著水垢前，進行水垢的附著檢測，或者使其進行水垢的附著檢測。

於本發明的第5發明中，亦可藉由測溫體測定附著物的調查水的溫度，因此附著物檢測裝置的構成單純化，從而可容易地進行附著物的檢測。

以下，一面參照圖式，一面對本發明的較佳的實施方式進行說明。

圖1表示本發明的一實施方式的附著物檢測用感測器。

如圖1所示，感測器1主要由如下構件而構成：一端側關閉的金屬管10；插入於金屬管10內的發熱體11及測溫體12；以包圍發熱體11與測溫體12的方式，填充於金屬管10內的填充材料13；樹脂部14，以關閉金屬管10的開口端部10a側的方式，與該金屬管10一體化，且形成為直徑充分大於金屬管10，以便成為該金屬管10的支撐部；及水垢被覆部15，以由特定的水垢成分所構成的水垢(以下稱為被覆水垢G)覆蓋自樹脂部14突出的金屬管10的突出部10b的外表面整體。

再者，附著物的檢測部K主要由金屬管10的突出部10b、該突出部10b內的發熱體11、測溫體12、填充材料13、及水垢被覆部15而構成。

該感測器1為如下者：將檢測部K浸漬至對附著物(為了使說明易於理解，以下將附著物記載為水垢)的產生進行調查的水(以下稱為調查水W0)中，而檢測是否於檢測部K的外表面(以下稱為檢測面K1)上附著有水垢。即，該感測器1一面於發熱體11產生固定的熱量，一面藉由測溫體12測量藉由發熱體11加熱的檢測部K內的溫度，從而基於所測量的溫度的差異，於檢測控制單元2(下 文將述)進行水垢朝向檢測面K1的附著檢測。

金屬管10是一端側關閉為半球面狀，以外表面變平滑的方式，由黃銅、不鏽鋼(Stainless)等耐腐蝕性金屬而形成。該金屬管10的尺寸例如為：直徑D成為3 mm，壁厚成為0.1 mm，突出部10b的長度L成為18 mm。

發熱體11是藉由通電而發熱，從而對檢測部K整體賦予特定量的熱流量(heat flux)。於該發熱體11中，使用於絕緣基板上形成有白金薄膜者，但具體而言，使用直徑為1.7 mm、長度為4.0 mm的大小，且具有120 Ω的電阻值的金屬鍍膜(metal coating)電阻。該發熱體11是以中心線與金屬管10的中心軸重疊的方式，定位於金屬管10的中央位置，從而朝向檢測面K1側產生大致均勻的熱流量。該發熱體11是經由金屬管10而與3根導線(Lead Wire)11a、11b、11c連接，從而通過上述導線11a、11b、11c與金屬管10而接收加熱電流I的供給。

測溫體12測量檢測部K的內部溫度，若可能的話測量金屬管10的內面溫度。該測溫體12使用熱電偶(thermocouple)。該測溫體12以與金屬管10的內面相接觸的方式定位。該測溫體12與2根導線12a、12b連接，從而向外部傳達溫度信號S。

填充材料13是為了使金屬管10內的溫度變得大致均勻而使用。於該填充材料13中，使用具有熱良導性與電絕緣性的例如平均粒徑為100 μm的氧化鎂(Magnesia)粉。又，樹脂部14由具有隔熱性與電絕緣性的環氧樹脂而形 成。

較佳為，水垢被覆部15由被覆水垢G而形成，該被覆水垢G是由與檢測的水垢(以下稱為附著水垢F)的水垢成分同種的水垢成分所構成。本實施方式是於被覆水垢G的水垢成分中，使用與附著水垢F的水垢成分相同的碳酸鈣。

此處，被覆水垢G例如由碳酸鈣、鹼性碳酸鋅、硫酸鈣、亞硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鋁、磷酸鈣、磷酸鋅、矽酸鈣、矽酸鎂、草酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鋅中的任一者、或混合該等中的至少兩個的水垢成分而形成。

於該情況下，被覆水垢G的水垢成分較佳為，使該被覆水垢G的水垢成分儘可能地接近藉由實機中的使用水產生的附著水垢F的水垢成分。原因在於，水垢的附著變得容易，從而可更快地檢測水垢的附著。作為使被覆水垢G的水垢成分接近附著水垢F的水垢成分的例子，可考慮該等水垢成分為同種。作為水垢成分同種的例子有：碳酸鈣、鹼性碳酸鋅之類的碳酸鹽系者；硫酸鈣、亞硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鋁之類的硫酸鹽系者；磷酸鈣、磷酸鋅之類的磷酸鹽系者；矽酸鈣、矽酸鎂之類的矽酸鹽系者；草酸鈣之類的草酸鹽系者；氫氧化鎂、氫氧化鋅之類的氫氧化物系者。

又，於下述情況下，即，在附著水垢F的水垢成分為混合了碳酸鹽系的水垢成分、硫酸鹽系的水垢成分、磷酸鹽系的水垢成分、矽酸鹽系的水垢成分、草酸鹽系的水垢 成分、氫氧化物系的水垢成分、或磷酸系的水垢成分中的至少任意兩個系中的水垢成分者的情況下，例如亦可由包含附著水垢F的水垢成分中的主要的兩個或三個水垢成分者而形成被覆水垢G。於該情況下，被覆水垢G的水垢成分亦可與附著水垢F的水垢成分同種。

接著，對在金屬管10的突出部10b的外表面，形成因被覆水垢G產生的水垢被覆部15的方法進行說明。圖2表示用以於金屬管10的突出部10b的外表面形成水垢被覆部15的水垢形成設備A。

如圖2所示，水垢形成設備A主要是由如下構件構成：容量為1 L(公升，Liter)的圓筒狀的容器100，由產生水垢的水垢產生水W1填滿，且下端關閉；攪拌器(Stirrer)110，載置由水垢產生水W1填滿的容器100，且使用攪拌件111而藉由磁力來攪拌水垢產生水W1；恆溫槽120，將容器100中的水垢產生水W1保持為固定溫度(例如30℃)；鈣硬度成分補給機130，向容器100中補給硬度成分(鈣)；M鹼(Alkali)度成分等補給機140，向容器100中補給M鹼度成分(碳酸氫鹽)與順丁烯二酸聚合物(Maleic Acid Polymer)；及溢流管(Overflow Pipe)150，使容器100中的水垢產生水W1溢流。再者，鈣硬度成分補給機130具有泵(Pump)131、配管132、及裝滿氯化鈣水溶液的容器133。又，M鹼度成分等補給機140具有泵141、配管142、及由在碳酸氫鈉水溶液中添加有順丁烯二酸聚合物的液體而裝滿的容器143。

水垢產生水W1為如下者：使鈣硬度成分以CaCO₃換算而向蒸餾水溶解500 mg/L、使M鹼度成分以CaCO₃換算而向蒸餾水溶解500 mg/L、及使順丁烯二酸聚合物向蒸餾水僅溶解5 mg/L(固體成分濃度)；且充分具有產生碳酸鈣成分的水垢的水垢物質。再者，順丁烯二酸聚合物為反應抑制劑，該反應抑制劑是防止於水垢產生前，生成固體的碳酸鈣而於水中沈澱。

攪拌器110具有如下作用：使用攪拌件111攪拌容器100中的水垢產生水W1，從而使該水垢產生水W1中的鈣硬度成分、M鹼度成分、及順丁烯二酸聚合物的各濃度固定。再者，該攪拌器110亦具有如下作用：於藉由感測器1進行水垢的檢測的情況下，使浸漬於水垢產生水W1中的檢測部K周圍的水的流速固定，從而使因水的傳熱層膜引起的溫度上升(下文將述)固定。

鈣硬度成分補給機130與M鹼度成分等補給機140補給因水垢的產生與溢流而不足的水垢產生水W1中的鈣硬度成分、M鹼度成分、及順丁烯二酸聚合物。藉由上述，鈣硬度成分等的供給量為如下程度，即，容器100內的鈣硬度成分等的滯留時間例如成為200分鐘，且為微量。鈣硬度成分等的水溶液自容器100的溢流管150大致僅溢流供給量。

圖3表示因水垢產生水W1產生的水垢的附著速度(mcm，詳細而言為mg/cm²/month)隨著時間的經過，而如何變化。水垢的附著速度是藉由如下方式而算出：向容 器100內的水垢產生水W1中，浸漬不鏽鋼(SUS304(日本工業標準，Japanese Industrial Standard))製的試片，從而每隔固定時間取出該試片而測定重量。於該圖中，水垢的附著速度大致直線性地增加，因此認為水垢產生水W1可充分地產生水垢。

水垢被覆部15是藉由如下方式而形成：使成為檢測部K的金屬管10的突出部10b於容器100內的水垢產生水W1中，僅浸漬例如48小時，從而使水垢產生水W1中的水垢物質附著至該突出部10b外表面。該水垢被覆部15是於金屬管10的突出部10b的外表面整體，大致等厚地附著由碳酸鈣成分所構成的被覆水垢G而形成。

接著，對使用感測器1檢測水垢的情況的具體例進行說明。

圖4表示藉由包括感測器1的附著物檢測裝置B，檢測因水垢形成設備A中的水垢產生水W1引起的水垢的產生的狀態。再者，對附著物檢測裝置B或感測器1而言，水垢產生水W1亦可稱為對水垢的產生進行調查的調查水W0，因此此後將該水垢產生水W1稱為調查水W0。

附著物檢測裝置B具有感測器1、檢測控制單元2、及電源3。

檢測控制單元2為包括中央運算處理裝置(CPU，Central Processing Unit)、或RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)之類的記憶體(Memory)、及輸入輸出介面 (Interface)等的電腦(Computer)，且根據程式(Program)進行動作。該檢測控制單元2中，作為根據程式進行動作的CPU的功能，具有通電量控制機構20與附著物檢測機構21。

通電量控制機構20是以如下方式控制電源3：自電源3賦予至感測器1的加熱電流I成為如圖5所示的方形波電流。即，通電量控制機構20以連續地重複如下情況的方式控制電源3，所述情況為：將賦予至感測器1的發熱體11的電流值，於第1時間帶t1，設為特定的大小I₀，但於接續於第1時間帶t1的第2時間帶t2，設為零。又，通電量控制機構20亦具有如下功能：將第1時間帶t1與第2時間帶t2的各結束時序(Timing)通知給附著物檢測機構21。

此處，如圖5的上部側的曲線(Graph)所示，若於第1時間帶t1期間，向感測器1的發熱體11流通大小I₀的固定電流，則發熱體11僅發熱特定熱量而自感測器1的檢測部K內向檢測面K1產生大致均勻的熱流量。例如，如圖6(a)所示，該熱流量於在檢測面K1未附著有水垢的情況下，於檢測部K內，產生因金屬管壁引起的溫度上升△T₁、因被覆水垢G引起的溫度上升△T₂、及因利用調查水W0的流動等產生的水的傳熱層膜引起的溫度上升△T₃。即，感測器1的測溫體12測量對該等溫度上升的合計(△T₁+△T₂+△T₃)加上調查水W0的水溫TW₀的溫度T₀。

繼而，如圖5的上部側的曲線所示，若於第2時間帶 t2期間，將朝向感測器1的發熱體11的電流設為零，則發熱體11不會發熱，因此來自檢測部K內的熱流量削減。根據該情況，感測器1的金屬管10內的溫度逐漸下降而接近與調查水W0的水溫TW₀相同的溫度，從而測溫體12最終測量調查水W0的水溫TW₀。

即，成為T₀=△T₁+△T₂+△T₃+TW₀，且成為T₀-TW₀=△T₁+△T₂+△T₃…………(1)

，從而根據上述(1)式，可算出T₀-TW₀。

再者，圖5的下部側的曲線是表示發熱體11發熱的情況與不發熱的情況下的檢測部K內的溫度變化。該曲線是表示如下情況：藉由測溫體12測量的溫度至成為欲求出的物品(例如調查水W0)的溫度為止，需要固定的時間。

另一方面，於在檢測面K1附著有水垢的情況下，如圖6(b)所示，測溫體12測量溫度T_p，該溫度T_p是將藉由發熱體11的發熱而對上述溫度上升(△T₁+△T₂+△T₃)加上因附著水垢引起的溫度上升△T₄、與調查水W0的溫度TW_p。於該情況下，因調查水W0的傳熱層膜引起的溫度上升(△T₃)是藉由攪拌器110的作用而成為固定值。繼而，若電流成為零而發熱體11不發熱，則測溫體12測量調查水W0的溫度TW_p。

即，成為T_p=△T₁+△T₂+△T₃+△T₄+TW_p，且成為T_p-TW_p=△T₁+△T₂+△T₃+△T₄……(2)，從而根據上述(2)式，可算出T_p-TW_p。

因此，因水垢附著引起的溫度上升△T₄根據(2)式- (1)式而成為△T₄=(T_p-TW_p)-(T₀-TW₀)=T_p-T₀-(TW_p-TW₀)………(3)。

於該情況下，若調查水W0的溫度為固定，則溫度上升△T₄成為

△T₄=T_p-T₀…………………(4)。

附著物檢測機構21是基於來自感測器1的溫度信號S，運算且檢測於感測器1的檢測面K1上是否附著有水垢。該附著物檢測機構21記憶著於感測器1的檢測面K1上無附著水垢F的情況下的檢測部K內的溫度T₀、與此時的調查水W0的溫度TW₀。而且，該附著物檢測機構21根據該溫度T₀、TW₀、其次根據每隔固定時間所測定的檢測部K內的溫度T_n(n=1、2、3、…)、及調查水W0的溫度TW_n(n=1、2、3、…)，使用(3)式而算出因水垢引起的溫度上升△T₄。

於該附著物檢測裝置B中，通電量控制機構20例如以將第1時間帶t1設為60秒，將第2時間帶t2設為60秒，使第1時間帶t1的電流的大小I₀成為40 mA的方式控制電源3，且附著物檢測機構21是基於(3)式或(4)式，每隔固定時間算出因附著水垢F引起的溫度上升△T₄。圖7的曲線a表示檢測部K內的溫度上升，即表示因附著水垢F引起的溫度上升△T₄。又，圖7的曲線b表示使用於金屬管10的外表面不具有水垢被覆部15的現有感測器的情況下的、相同的檢測部內的溫度上升。

如由圖7的曲線b可清楚地知道，於將金屬管的外表面作為檢測面的現有感測器中，即便時間經過，亦不會於檢測部內產生較大的溫度上升。於該情況下，由於感測器的檢測面為平滑的金屬管外表面，故水垢難以附著於檢測面上，從而以局部地附著於該檢測面上，並且該水垢於整體上擴散的方式而逐漸附著。又，附著物的熱導率通常小於形成檢測面的金屬管的熱導率，故於水垢的附著初期、即於在檢測面上局部地產生水垢的狀態下，來自發熱體的熱大多數自無水垢的金屬面側釋出。因此，於水垢的附著初期，測溫體無法充分地擷取因水垢引起的檢測部內的溫度上升。

另一方面，於將水垢被覆部15的外表面設為檢測面K1的感測器1中，如由圖7的曲線a可清楚地知道，檢測部K內的溫度自溫度的測量剛開始後，便開始上升，從而於經過14小時後，僅約上升0.2℃。該情況是表示：自溫度的測量剛剛開始後，水垢便開始附著於感測器1的檢測面K1的整個面上。

即，該感測器1中，附著物的檢測面K1由藉由水垢粒子產生凹凸的被覆水垢G的表面而形成，因此與該附著物的檢測面K1為平滑的金屬管外表面的情況相比，可增大檢測面K1周圍的水的流動阻力。其結果，該感測器1可降低檢測面K1周圍的水的流速，而使檢測面K1附近的水的黏著層變厚。即，該感測器1產生水中的水垢物質相對於檢測面K1滯留而易於附著的狀態，從而使水垢容易 地附著於檢測面K1整體。該情況亦可相同地適用於藉由調查水W0中的微生物等而產生的黏泥。因此，該感測器1可使水垢、黏泥、或水垢及黏泥之類的附著物自附著初期附著至檢測面K1的整個面上，從而於檢測控制單元2，可與實機中的附著物的附著時無時滯地進行附著物的附著檢測。

又，該感測器1將被覆水垢G的表面設為檢測面K1，因此使調查水W0中的水垢物質容易地附著於能量較金屬管外表面更穩定的被覆水垢C上、即檢測面K1上。因此，該感測器1使調查水W0中的水垢物質較實機的情況更易於附著至檢測面K1上，從而於檢測控制單元2，可於在實機中附著水垢前，進行水垢的附著檢測。

於該情況下，該感測器1將被覆水垢G的水垢成分設為與附著水垢F的水垢成分相同者，因此水垢變得易於附著於檢測面K1，從而於檢測控制單元2，可更快地進行水垢的附著檢測。

進而，包括該感測器1的附著物檢測裝置B具有通電量控制機構20，該通電量控制機構20是以連續地重複如下情況的方式，而控制朝向感測器1的發熱體11的通電量，所述情況為：於第1時間帶t1，將電流值設為特定的大小I₀，但於接續於第1時間帶t1的第2時間帶t2，將電流值設為零。因此，該附著物檢測裝置B於將朝向發熱體11的通電電流值設為零的情況下(第2時間帶t2中)，可藉由感測器1的測溫體12測定調查水W0的溫度。因此， 該附著物檢測裝置B可實現裝置的簡化，從而根據該情況，可實現附著物的檢測的容易化。

此處，感測器1亦可於檢測部K不具有水垢被覆部15，而成為檢測面K1的金屬管10的突出部10b的外表面形成為具有特定的表面粗糙度的凹凸面。該感測器1是與檢測部K的外表面為平滑的金屬管的外表面的情況相比，可增大檢測面K1周圍的水的流動阻力，因此可使該檢測面K1周圍的水的流速降低，而產生水中的附著物質相對於檢測面K1滯留而易於附著的狀態。因此，該感測器1可使水垢、黏泥、或水垢及黏泥之類的附著物，自附著初期附著至檢測面K1的整個面上，從而於檢測控制單元2，可與實機中的附著物的附著時無時滯地進行附著物的附著檢測。該情況下的金屬管10的外表面的表面粗糙度例如只要設為如下者即可：與被覆水垢G的表面粗糙度相同；或者，與認為於配管等的內面，表面粗糙度較大的鑄物管的內面粗糙度相同。

又，該感測器1中，被覆水垢G的水垢成分成為與附著水垢F的水垢成分相同，但亦可將該被覆水垢G的水垢成分設為與附著水垢F的水垢成分同種者。與被覆水垢G的水垢成分並非與附著水垢F的水垢成分同種的情況相比，該感測器1易於使水垢附著至檢測面K1上，因此於檢測控制單元2，可更快地檢測水垢的附著。

進而，通電量控制機構20亦能夠以如下方式控制電源3：於朝向感測器1的發熱體11通電時，沒有未流通電 流的時間帶(第2時間帶t2)。於該情況下，調查水W0的溫度是藉由與測溫體12單獨的溫度測定機構測定，且只要將來自該溫度測定機構的測定溫度的信號傳達至檢測控制單元2即可。

又，通電量控制機構20亦能夠以不將第2時間帶t2的電流值設為零而使其成為接近零的值的方式，控制電源3。

接著，對如下情況進行說明：使用其他附著物檢測裝置C檢測冷卻塔200內的因冷卻水W2引起的水垢的產生。圖8表示設置於冷卻塔200周圍的附著物檢測裝置C。

此處，如圖8所示，冷卻塔200自設置於上部的集管箱201的灑水噴頭(sprinkler nozzle)201a噴灑冷卻水W2，使上述所噴灑的冷卻水W2於填充材料202內與外氣(outside air)Q氣液接觸(gas-liquid contact)而冷卻，從而將上述所冷卻的冷卻水W2暫時蓄積於下部的貯槽(Tank)部203。又，貯槽部203內的冷卻水W2是以如下方式循環：使用泵210與配管220而傳送至熱轉換器230，從而在冷卻該熱轉換器230內的流體而使變暖後，藉由配管220而返回至冷卻塔200的集管箱201。

附著物檢測裝置C主要由感測器1、檢測控制單元2、電源3、測定單元(Cell)4、泵5、入口配管6、及出口配管7而構成。

測定單元4於內部設置有感測器1，並且使用入口配管6與出口配管7而與冷卻塔200的貯槽部203連接。冷 卻塔200的貯槽部203內的冷卻水W2、即調查水W0是使用入口配管6與泵5而送入至測定單元4內，從而於在該測定單元4內與感測器1的檢測部K接觸後，使用出口配管7而返回至冷卻塔200。

此處，測定單元4內的檢測部K周圍的調查水W0的流速亦可設為以如下方式而調整，所述方式即：因調查水W0的傳熱層膜引起的溫度上升△T₃始終成為固定。又，於作為加熱電流I而自電源3向感測器1供給方形波電流的情況下，調查水W0的溫度設為如下者：於自第1時間帶t1結束時至第2時間帶t2結束時為止的期間為固定。

該調查水W0例如於認為具有使硫酸鹽系的水垢成分附著的水垢物質的情況下，感測器1的水垢被覆部15中，水垢成分例如以由硫酸鈣所構成的被覆水垢G而形成。又，調查水W0例如於認為具有使碳酸鹽系與磷酸鹽系的水垢成分附著的水垢物質的情況下，感測器1的水垢被覆部15中，水垢成分例如以由碳酸鈣與磷酸鈣所構成的被覆水垢G而形成。

檢測控制單元2的附著物檢測機構21是使用(3)式算出因附著水垢F引起的溫度上升△T₄，但若該溫度上升△T₄例如為大於或等於0.1℃，則判斷為於感測器1的檢測部K上附著有水垢。再者，成為水垢附著的判斷基準的溫度上升的值(0.1℃)為應充分考慮溫度的測定誤差等而決定的值。

於該附著物檢測裝置C中，亦使用檢測面K1由水垢 被覆部15的表面形成的感測器1，因此可於在冷卻塔200內附著水垢前，檢測水垢的產生。於在檢測附著水垢F後，繼續進行水垢的附著檢測的情況下，附著物檢測機構21只要將判斷為產生附著水垢F的時間點的溫度T_n、TW_n設為T₀、TW₀，而檢測嶄新的水垢朝向感測器1的檢測面K1的附著即可。

1‧‧‧感測器

2‧‧‧檢測控制單元

3‧‧‧電源

4‧‧‧測定單元

5、131、141、210‧‧‧泵

6‧‧‧入口配管

7‧‧‧出口配管

10‧‧‧金屬管

10a‧‧‧開口端部

10b‧‧‧突出部

11‧‧‧發熱體

11a、11b、11c、12a、12b‧‧‧導線

12‧‧‧測溫體

13、202‧‧‧填充材料

14‧‧‧樹脂部

15‧‧‧水垢被覆部

20‧‧‧通電量控制機構

21‧‧‧附著物檢測機構

100、133、143‧‧‧容器

110‧‧‧攪拌器

111‧‧‧攪拌件

120‧‧‧恆溫槽

130‧‧‧鈣硬度成分補給機

140‧‧‧M鹼度成分等補給機

132、142、220‧‧‧配管

150‧‧‧溢流管

200‧‧‧冷卻塔

201‧‧‧集管箱

201a‧‧‧灑水噴頭

203‧‧‧貯槽部

230‧‧‧熱轉換器

A‧‧‧水垢形成設備

B、C‧‧‧附著物檢測裝置

D‧‧‧直徑

F‧‧‧附著水垢

G‧‧‧被覆水垢

I‧‧‧加熱電流

I₀‧‧‧電流的大小

K‧‧‧檢測部

K1‧‧‧檢測面

L‧‧‧長度

Q‧‧‧外氣

S‧‧‧溫度信號

t1‧‧‧第1時間帶

t2‧‧‧第2時間帶

T₀、T_p、TW_p‧‧‧溫度

△T₁、△T₂、△T₃、△T₄‧‧‧溫度上升

TW₀‧‧‧水溫

W0‧‧‧調查水

W1‧‧‧水垢產生水

W2‧‧‧冷卻水

圖1是感測器的剖面圖。

圖2是於感測器的金屬管外表面形成水垢被覆部的情況的說明圖。

圖3是表示於水垢產生水產生水垢的情況下，水垢附著速度根據時間而發生變化的狀態的曲線。

圖4是表示使用感測器檢測因調查水引起的水垢的產生的狀態的圖。

圖5是表示供給至感測器的加熱電流的電流值的變化，以及與加熱電流對應的檢測部內的溫度的變化的曲線。

圖6(a)、圖6(b)是說明檢測部的截面周圍的溫度的圖，圖6(a)是表示水垢的附著前的狀態，圖6(b)是表示水垢的附著後的狀態。

圖7是表示因水垢的產生引起的檢測部內的溫度上升的變化的曲線。

圖8是表示使用感測器檢測冷卻塔內的因冷卻水引起的水垢的產生的狀態的圖。

1‧‧‧感測器

10‧‧‧金屬管

10a‧‧‧開口端部

10b‧‧‧突出部

11‧‧‧發熱體

11a、11b、11c、12a、12b‧‧‧導線

12‧‧‧測溫體

13‧‧‧填充材料

14‧‧‧樹脂部

15‧‧‧水垢被覆部

D‧‧‧直徑

G‧‧‧被覆水垢

I‧‧‧加熱電流

L‧‧‧長度

K‧‧‧檢測部

K1‧‧‧檢測面

S‧‧‧溫度信號

Claims (5)

1. 一種附著物檢測用感測器，其特徵在於包括：金屬管，外表面形成為具有特定的表面粗糙度的凹凸面，且上述外表面與附著物的調查水接觸，而成為使因上述調查水產生的附著物附著的檢測面；熱良導性的填充材料，填充於上述金屬管內；發熱體，以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金屬管內，藉由通電而於上述金屬管內產生固定的熱量，藉此，藉由上述附著物朝向上述檢測面的附著而改變上述金屬管內的溫度；以及測溫體，以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金屬管內，測量上述金屬管內的溫度，並且基於上述所測量的溫度的差異，進行上述附著物的附著檢測。
2. 一種附著物檢測用感測器，其特徵在於包括：金屬管；熱良導性的填充材料，填充於上述金屬管內；水垢被覆部，由水垢覆蓋上述金屬管的外表面，且上述水垢的表面與附著物的調查水接觸，而成為使因上述調查水產生的附著物附著的檢測面；發熱體，以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金屬管內，藉由通電而於上述金屬管內產生固定的熱量，藉此，藉由上述附著物朝向上述檢測面的附著而改變上述金屬管內的溫度；以及測溫體，以由上述填充材料包圍的方式插入於上述金 屬管內，測量上述檢測管內的溫度，並且基於上述所測量的溫度的差異，進行上述附著物的附著檢測。
3. 如申請專利範圍第2項所述的附著物檢測用感測器，其中上述水垢的成分為：碳酸鈣、鹼性碳酸鋅、硫酸鈣、亞硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鋁、磷酸鈣、磷酸鋅、矽酸鈣、矽酸鎂、草酸鈣、氫氧化鎂、或氫氧化鋅中的任一者，或混合上述其中的至少兩個。
4. 一種附著物檢測裝置，其特徵在於包括：感測器，由水垢覆蓋金屬管的外表面，從而使上述水垢的表面與附著物的調查水接觸，而成為使因上述調查水產生的附著物附著的檢測面，上述金屬管插入有發熱體與測溫體，且以包圍上述發熱體與上述測溫體的方式填充有熱良導性的填充材料；通電量控制機構，控制朝向上述感測器的發熱體的通電量而於上述發熱體產生固定的熱量，藉此，藉由上述附著物朝向上述感測器的檢測面的附著而改變上述感測器的金屬管內的溫度；以及附著物檢測機構，基於藉由上述感測器的測溫體所測量的上述感測器的金屬管內的溫度的差異，進行上述附著物的附著檢測。
5. 如申請專利範圍第4項所述的附著物檢測裝置，其中上述通電量控制機構，於第1時間帶，將電流值設為特定的大小，但於接續於上述第1時間帶的第2時間帶，將電流值設為零或接近零的值，以連續地重複進行上述電流 值的設定方式，控制朝向上述感測器的發熱體的通電量。