特許 6274505 汚れ監視センサー及び汚れ監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6274505

(24)【登録日】2018年1月19日

(45)【発行日】2018年2月7日

(54)【発明の名称】汚れ監視センサー及び汚れ監視装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 25/72 20060101AFI20180129BHJP

【ＦＩ】

   G01N25/72 Z

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-248723(P2013-248723)

(22)【出願日】2013年11月29日

(65)【公開番号】特開2015-105895(P2015-105895A)

(43)【公開日】2015年6月8日

【審査請求日】2016年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102679

【弁理士】

【氏名又は名称】小笠原 健治

(72)【発明者】

【氏名】岸 由子

(72)【発明者】

【氏名】高橋 淳一

【審査官】 長谷 潮

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０９６６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３８３４３８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６３９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１４６２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３７１０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０１８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８９２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２４８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４７１８７７４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５９９２５０５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２５／１８

Ｇ０１Ｎ ２５／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成され、外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水が流されて、外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる評価チューブと、
前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、
前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測して、通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの計測温度と前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着検出を行わせる温度センサーとを有する汚れ監視センサーであって、
前記評価チューブの前記中空部に差し込まれた、この評価チューブより熱伝導率の小さい加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させ、この評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする汚れ監視センサー。

【請求項2】

被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成され、外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水が流されて、外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる評価チューブと、
前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、
前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測して、通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの計測温度と前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着検出を行わせる温度センサーとを有する汚れ監視センサーであって、
前記評価チューブの前記温度センサーとは反対側の前記管肉部に、前記中空部と合体させた形で挿入部を形成し、この挿入部に差し込まれる加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、弾性力により前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させるとともに、前記挿入部側の前記評価チューブの内面と前記ヒーター間に一定の隙間を形成して、前記評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする汚れ監視センサー。

【請求項3】

前記加圧部材は、金属又は金属以外の耐熱材料から形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の汚れ監視センサー。

【請求項4】

被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成された評価チューブと、
前記評価チューブが内部に取り付けられ、この評価チューブの外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水を所定流速で流すことにより、前記評価チューブの外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる通水セルと、
前記サンプル水の温度を測定する温度計と、
前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、
前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測する温度センサーと、
通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの、前記温度センサーにより計測された温度と前記温度計により計測された前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着を検出する検出制御ユニットとを有する汚れ監視装置であって、
前記評価チューブの前記中空部に差し込まれた、この評価チューブより熱伝導率の小さい加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させ、この評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする汚れ監視装置。

【請求項5】

被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成された評価チューブと、
前記評価チューブが内部に取り付けられ、この評価チューブの外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水を所定流速で流すことにより、前記評価チューブの外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる通水セルと、
前記サンプル水の温度を測定する温度計と、
前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、
前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測する温度センサーと、
通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの、前記温度センサーにより計測された温度と前記温度計により計測された前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着を検出する検出制御ユニットとを有する汚れ監視装置であって、
前記評価チューブの前記温度センサーとは反対側の前記管肉部に、前記中空部と合体させた形で挿入部を形成し、この挿入部に差し込まれる加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、弾性力により前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させるとともに、前記挿入部側の前記評価チューブの内面と前記ヒーター間に一定の隙間を形成して、前記評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする汚れ監視装置。

【請求項6】

前記汚れが、スケール及び／又はバイオファウリングに起因するものであることを特徴とする請求項４又は５記載の汚れ監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水との間で熱の授受がなされる伝熱面の、水に起因した汚れを監視する汚れ監視センサー、及び、この汚れ監視センサーを備えた汚れ監視装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ボイラや冷却水などの工業用水系で、工業用水が循環して使用される循環系においては、腐食、スケール、バイオファウリングといった３大障害が発生する。例えば、冷却水の循環水系において、腐食が進行すると、熱交換器や配管等の金属材料に貫通が生じて、設備の操業停止を招くという問題がある。また、同様な循環水系において、スケールやバイオファウリングが進行すると、熱交換器に、熱効率の低下や通水の悪化を引き起こすという問題も生じる。

【0003】

特に、水との間で熱の授受がなされる伝熱管においては、腐食やスケールが発生しやすい。この場合、伝熱管を模擬した監視センサーを考え、この監視センサーにて、腐食やスケールの発生を検出する必要がある。特許文献１には、かかる監視センサーを備えたモニタリング装置が記載されている。

【0004】

このモニタリング装置の監視センサーは、熱交換器の冷却水による汚れの、伝熱面への付着状況を監視するものであり、図９で示されるように、熱交換器の伝熱管と略同一の材料から形成され、外面側に、熱交換器の冷却水から採られたサンプル水Ｗ１が流される評価チューブ１０と、評価チューブ１０の中空部１０ｃ内に、差し込むようにして取り付けられる熱源となるヒーター１１と、評価チューブ１０の管肉部１０ａ内の温度を計測する温度センサー１２とを有している。この監視センサー２００は、評価チューブ１０とヒーター１１とで伝熱管を模擬したものであり、例えば、ヒーター１１の発熱部１１ａに対向する評価チューブ１０外周面（以下、検出可能面Ｌという）に、スケールが付着することにより生じる温度上昇から、スケールの付着を検出し、このことによって、熱交換器等の伝熱管にもスケールが付着していることを予想するためのものである。

【0005】

この監視センサー２００では、評価チューブ１０を伝熱管と見なすために、評価チューブ１０からサンプル水Ｗ１側への熱流束が、伝熱管の熱流束と同じとなるように、ヒーター１１に供給される電力量をコントロールしている。

【0006】

一方、上記監視センサー２００において、評価チューブ１０の温度を伝熱管の温度と同一とするように、温度に着目して、ヒーター１１に供給される電力量をコントロールしてもよい。このことにより、伝熱管側の熱流束が分からない場合でも、スケール等の汚れの付着に関して、評価チューブ１０を伝熱管と同一と見なすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平０７−１４６２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところが、評価チューブ１０の内径は、ヒーター１１の外径より僅かに大きく形成され、両者の間には僅かな隙間が生じるとともに、評価チューブ１０とヒーター１１とは、共に、製作誤差があるため、評価チューブ１０とヒーター１１との接触状態には、ヒーター１１の周方向に対してばらつきが生じていた。したがって、上述のように、温度に着目して、評価チューブ１０を伝熱管と見なした場合、評価チューブ１０外面から発せられる熱流束が評価チューブ１０の周方向に均一とならず、評価チューブ１０の検出可能面Ｌ内において、評価チューブ１０の外面温度にばらつきが生じてしまうという問題があった。

【0009】

このため、評価チューブ１０の温度を熱交換器の伝熱面の温度と同一としても、このことは、検出可能面Ｌのうち、温度センサー１２側に限られるものであり、例えば、検出可能面Ｌの他の場所では、熱交換器の伝熱管の温度以上に温度が上昇し、熱交換器の伝熱管には、スケール（温度に依存して付着する汚れ）が付着していないのに、検出可能面Ｌの特定の場所には、スケールが付着しているという事態が生じうる。このため、上記監視センサー２００は、評価チューブ１０の温度を伝熱管の温度と同一とするように、これを使用した場合、汚れの検出精度がよくないという問題があった。

【0010】

この発明は、以上の点に鑑み、評価チューブの温度を熱交換器の伝熱管の温度と同一となるように定めた場合でも、この伝熱管と同じように、評価チューブの外面に汚れを付着させることができる汚れ監視センサー、及び、この汚れ監視センサーを備えた汚れ監視装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この発明の請求項１記載の発明は、被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成され、外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水が流されて、外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる評価チューブと、前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測して、通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの計測温度と前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着検出を行わせる温度センサーとを有する汚れ監視センサーであって、前記評価チューブの前記中空部に差し込まれた、この評価チューブより熱伝導率の小さい加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させ、この評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする。

【0012】

この発明では、評価チューブの外面側にサンプル水を流した状態で、評価チューブの温度が、熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度と同一となるように、ヒーターへの通電量を調整し、その後、この通電量を固定する。この通電量の固定により、評価チューブからの熱流束は固定されるが、従来の汚れ監視センサーでは、ヒーターと評価チューブとの接触状態にばらつきがあるため、評価チューブから発せられる熱流束が、評価チューブの周方向について均一とならず、ヒーターに対向する評価チューブの外周面（以下、検出可能面という）内において、評価チューブの温度にばらつきが生じる。なお、最も高温部の伝熱管の温度には、例えば、実機の伝熱管について、計算により又は計測によって得られたものを使用すればよい。

【0013】

ところが、この発明では、評価チューブ内のヒーターは、評価チューブの中空部に差し込まれた加圧部材により、温度センサー側に加圧され、評価チューブ内の温度センサー側に密着した状態となっているので、評価チューブから発せられる熱流束は、検出可能面のうち、温度センサー側の部分（以下、この部分を初期検出面という）が最も大きくなる。このため、評価チューブの外面温度は、評価チューブの検出可能面のうち、温度センサー側の初期検出面が最も高くなる。したがって、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、まず、評価チューブの初期検出面に付着し、その後、初期検出面から遠ざかるようにして、検出可能面に順次付着していく。

【0014】

一方、温度センサーで示される評価チューブの温度を、最も高温部の伝熱管の温度と同一となるように、ヒーターへの通電量を調整した場合、温度の最も高い、評価チューブの初期検出面の温度が、最も高温部の伝熱管の温度と同一となり、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、まず、評価チューブの初期検出面に付着する。このため、評価チューブの外面には、最も高温部の伝熱管と同じように、汚れが付着することとなり、この監視センサーにより、実機の伝熱管の汚れが適正に監視できることとなる。

【0015】

この発明の請求項２記載の発明は、被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成され、外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水が流されて、外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる評価チューブと、前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測して、通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの計測温度と前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着検出を行わせる温度センサーとを有する汚れ監視センサーであって、前記評価チューブの前記温度センサーとは反対側の前記管肉部に、前記中空部と合体させた形で挿入部を形成し、この挿入部に差し込まれる加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、弾性力により前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させるとともに、前記挿入部側の前記評価チューブの内面と前記ヒーター間に一定の隙間を形成して、前記評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする。

【0016】

この発明の請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の場合において、前記加圧部材は、金属又は金属以外の耐熱材料から形成されていることを特徴とする。

【0017】

この発明の請求項４記載の発明は、被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成された評価チューブと、前記評価チューブが内部に取り付けられ、この評価チューブの外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水を所定流速で流すことにより、前記評価チューブの外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる通水セルと、前記サンプル水の温度を測定する温度計と、前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測する温度センサーと、通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの、前記温度センサーにより計測された温度と前記温度計により計測された前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着を検出する検出制御ユニットとを有する汚れ監視装置であって、前記評価チューブの前記中空部に差し込まれた、この評価チューブより熱伝導率の小さい加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させ、この評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする。

【0018】

この発明では、通水セル内の評価チューブ外面側に、サンプル水を所定流速で流しつつ、ヒーターへの通電量をコントロールすることにより、評価チューブの初期検出面の温度を最も高温部の伝熱管の温度と同一とし、その後、この通電量を固定する。そして、検出制御ユニットは、温度センサーからの温度出力（評価チューブの温度）から温度計からの温度出力（サンプル水の温度）を引いた値（温度差）を算出し、この温度差が一定値（汚れが付着していない場合の温度差）を超えれば、評価チューブに汚れが付着していると判定する。

【0019】

この発明の請求項５記載の発明は、被冷却流体と冷却水との間で熱の授受がなされる熱交換器の伝熱管と同一材料又は略同一材料から形成された評価チューブと、前記評価チューブが内部に取り付けられ、この評価チューブの外面側に、前記冷却水から採られたサンプル水を所定流速で流すことにより、前記評価チューブの外面に、前記サンプル水に起因した汚れを付着させる通水セルと、前記サンプル水の温度を測定する温度計と、前記評価チューブの中空部内に差し込まれるとともに、通電により前記評価チューブの温度を前記熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度まで上げた状態で、通電量が固定されるヒーターと、前記評価チューブの前記ヒーターに隣接する管肉部内の温度を計測する温度センサーと、通電量固定の前記ヒーターにより加熱された前記評価チューブの、前記温度センサーにより計測された温度と前記温度計により計測された前記サンプル水の温度との温度差の増加に基づいて、前記伝熱管への前記汚れの付着を検出する検出制御ユニットとを有する汚れ監視装置であって、前記評価チューブの前記温度センサーとは反対側の前記管肉部に、前記中空部と合体させた形で挿入部を形成し、この挿入部に差し込まれる加圧部材により、前記評価チューブ内の前記ヒーターを、弾性力により前記温度センサー側に加圧して、前記評価チューブの内面に密着させるとともに、前記挿入部側の前記評価チューブの内面と前記ヒーター間に一定の隙間を形成して、前記評価チューブの外周部の温度のうち、前記温度センサー側が最も高温になるようにしていることを特徴とする。

【0020】

この発明の請求項６記載の発明は、請求項４又は５に記載の発明の場合において、前記汚れが、スケール及び／又はバイオファウリングに起因するものであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

この発明の請求項１、２、３、４、５又は６記載の発明によれば、評価チューブの周方向外面（検出可能面）のうち、評価チューブの温度センサー側外面（初期検出面）の温度を、他の部分に比べて高くでき、かつ、熱交換器の最も高温部の伝熱管の温度と同一にできるので、評価チューブの温度センサー側外面（初期検出面）に、熱交換器の伝熱管と同じように、汚れを付着させることができる。すなわち、これらの発明によれば、評価チューブの温度を熱交換器の伝熱管の温度と同一となるように定めた場合でも、この伝熱管と同じように、汚れを評価チューブの外面（初期検出面）に付着させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】冷却水システムに、この発明の一実施の形態に係る汚れ監視装置を設置した場合の系統図である。

【図2】汚れ監視装置の通水セル中に設置されている、この発明の一実施の形態に係る監視センサーの縦断面図である。

【図3】図２の監視センサーの拡大横断面図である。

【図4】加圧部材を示す図であり、（ａ）は、その側断面図、（ｂ）は、その平面図、（ｃ）は、加圧部材をパイプ内に差し込んだ場合の状態を示す側断面図、である。

【図5】評価チューブ周りの温度を調べるために、評価チューブの管肉部に複数の温度センサーを設置する場合の、監視センサーの横断面を示す図であり、（ａ）は従来の監視センサーの場合を示し、（ｂ）はこの発明に係る監視センサーの場合を示している。

【図6】スケール付着試験を行う場合の、サンプル水となる模擬水の水質を表にして示した図である。

【図7】評価チューブ周りの温度調査試験を行ったときの結果を示す図であり、（ａ）は、従来の監視センサーを用いた場合であり、（ｂ）は、この発明に係る監視センサーを用いた場合である。

【図8】スケール付着試験を行ったときの結果を示す図であり、（ａ）は、従来の監視センサーを用いた場合であり、（ｂ）は、この発明に係る監視センサーを用いた場合である。

【図9】従来の監視センサーの説明図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0023】

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１はこの発明の一実施の形態に係る汚れ監視装置が設置されている冷却水システムを示している。

【0024】

冷却水システムＣは、図１で示されるように、冷却塔１００と、熱交換器１０１と、循環ポンプ１０２と、配管１０３とから構成されており、工業用水が冷却水Ｗとして循環使用されるものである。この冷却システムＣでは、冷却塔１００で冷却された冷却水Ｗが、循環ポンプ１０２で加圧されて、熱交換器１０１に送られ、この熱交換器１０１で被冷却流体Ｆと熱交換して暖められた後、再び冷却塔１００に送られるように循環している。なお、図１中、符号１００ａは、冷却塔１００の水溜であり、符号１００ｂは、冷却水Ｗと空気Ｑとを気液接触させる充填材である。また、図１中、符号１０１ａは、熱交換器１０１の伝熱管であり、この伝熱管１０１ａの内面が、モニタリング対象となる、冷却水Ｗの伝熱面Ａである。

【0025】

汚れ監視装置１は、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの冷却水Ｗ側伝熱面Ａに、冷却水Ｗに起因するスケールやバイオファウリングといった汚れが付着するか否かを監視するものである。この汚れ監視装置１は、図１で示されるように、冷却水システムＣ側から冷却水Ｗをサンプリングするためのサンプリングライン２と、このサンプリングライン２中のサンプル水Ｗ１を熱交換器１０１の伝熱管１０１ａ内と略同一条件で流す通水セル３と、通水セル３中のサンプル水Ｗ１を冷却水システムＣに戻すリターンライン４と、通水セル３に取り付けられ、熱交換器１０１の伝熱面Ａと同一温度条件で、サンプル水Ｗ１からの汚れの付着検出を行う監視センサー５と、検出制御ユニット６とを有している。

【0026】

サンプリングライン２は、配管２ａ中に、流量調整弁２ｂと、流量計２ｃと、温度計２ｄとを有している。配管２ａは、一端側が、冷却水システムＣの循環ポンプ１０２の出口側配管１０３と接続され、他端側が、通水セル３に接続されている。流量調整弁２ｂは、通水セル３中に一定流量のサンプル水Ｗ１を供給するためのものであり、流量計２ｃからの信号に基づいて、サンプル水Ｗ１の流量が一定流量となるように、その流量を調整する。温度計２ｄは、サンプル水Ｗ１の温度を計測し、その温度信号Ｐ２を検出制御ユニット６に伝達する。

【0027】

通水セル３は、監視センサー５の評価チューブ１０（詳細は後述）の外面側に、熱交換器１０１の伝熱面Ａ側の冷却水Ｗと、略同一温度で、かつ略同一の一定流速でサンプル水Ｗ１を流すものである。通水セル３は、図２で示されるように、円筒部３ａの両端部を円板部３ｂ，３ｃで閉じた形状をしており、上側円板部３ｂの中央には、監視センサー５が差し込まれた状態で取り付けられており、この円板部３ｂの監視センサー５を避けた位置に、リターンライン４の配管４ａと接続されるノズル３ｄが設けられている。また、通水セル３には、その下側円板部３ｃの中央に、サンプリングライン２の配管２ａと接続されるノズル３ｅが形成されている。なお、リターンライン４の配管４ａの他端側は、冷却塔１００の水溜１００ａに接続されている。

【0028】

監視センサー５は、図２及び図３で示されるように、評価チューブ１０と、ヒーター１１と、温度センサー１２と、加圧部材１３と、電気配線１４ａ，１４ｂとから構成されており、評価チューブ１０の温度を、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度と同一として、評価チューブ１０への汚れの付着検出を行う、伝熱面の汚れ監視センサーである。この監視センサー５は、評価チューブ１０の閉塞端１０ｄ側を、通水セル３の円板部３ｃ近くまで差し込んだ状態で、かつ、通水セル３と同芯状態で、この通水セル３に取り付けられている。なお、監視センサー５は、通水セル３に着脱可能に取り付けられており、通水セル３の円板部３ｂと監視センサー５との間には、漏れ防止用の不図示のパッキン等が設けられている。

【0029】

評価チューブ１０は、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａと同一材料又は熱伝導率の等しい金属材料（略同一材料）にて、一端が閉じた円筒状に形成され、サンプル水Ｗ１と接触する外面に、サンプル水Ｗ１に起因する汚れを付着させるものである。評価チューブ１０の管肉部１０ａには、評価チューブ１０の開放端側から、その長手方向に沿って、細長い挿入孔１０ｂが形成されている。この挿入孔１０ｂは、評価チューブ１０の中程まで延びていて、端部に温度センサー１２が取り付けられる。また、評価チューブ１０には、内部の中空部１０ｃに、ヒーター１１が取り付けられる。さらに、評価チューブ１０には、図３で示されるように、挿入孔１０ｂ側の管肉部１０ａから１８０度離れた反対側の管肉部１０ａに、中空部１０ｃと合体するように、加圧部材１３の挿入部１０ｅが形成されている。この挿入部１０ｅは、略半楕円の断面形状で、評価チューブ１０の開口端側から閉塞端１０ｄ側まで延びている。

【0030】

ヒーター１１は、外周面から均等に熱を発生させるとともに、供給される加熱電流Ｊの大きさに応じて発生熱量を変更し、評価チューブ１０の温度を所定温度（伝熱管１０１ａの温度）まで上げることができる電気ヒーターである。このヒーター１１は、外径が、評価チューブ１０の中空部１０ｃの径よりやや小さい、長円柱状に形成されており、端部が評価チューブ１０の閉塞端１０ｄに当たるまで、中空部１０ｃ内に差し込まれて、評価チューブ１０内に取り付けられる。このヒーター１１は、上下両端部は発熱しないので、中間部が、発熱部１１ａとなる。なお、ヒーター１１に加熱電流Ｊを供給する電気配線１４ａは、評価チューブ１０の開放端側から取り出される。

【0031】

温度センサー１２は、評価チューブ１０の、ヒーター１１に隣接する管肉部１０ａ内の温度を計測し、計測した温度の違いに基づいて、評価チューブ１０への汚れの付着検出を行わせるものである。この温度センサー１２は、例えば、熱電対からなるもので、評価チューブ１０の管肉部１０ａ内に位置決め固定されていて、評価チューブ１０の管肉部１０ａ内の温度を計測し、その温度信号Ｐ２を、電気配線１４ｂを介して、検出制御ユニット６に伝達する。なお、温度センサー１２は、ヒーター１１の長手方向中間部に位置決めされている。

【0032】

加圧部材１３は、これを、評価チューブ１０の挿入部１０ｅを介して中空部１０ｃに差し込むことにより、評価チューブ１０内のヒーター１１を、温度センサー１２側の内面に密着させるものである。この加圧部材１３には、例えば、図４で示されるように、細長いパイプ内を清掃可能な、耐熱性のワイヤーブラシが用いられている。この加圧部材１３は、一定長さの金属製の支柱１３ａと、この支柱１３ａに、所定ピッチで植え込まれている細い金属製のワイヤー１３ｂとから構成されている。ワイヤー１３ｂは、図４の（ｂ）で示されるように、支柱１３ａに直行する同一面内において、同一長さのものが同一ピッチで複数、円形状に植え込まれており、これらのワイヤー１３ｂが、図４の（ａ）で示されるように、複数段に亘って、支柱１３ａに植え込まれている。この加圧部材１３は、これがパイプ内に挿入されると、図４の（ｃ）で示されるように、ワイヤー１３ｂが弾性変形して、パイプ内をその弾性力で加圧する。

【0033】

したがって、この加圧部材１３が、挿入部１０ｅを介して中空部１０ｃに差し込まれると、ワイヤー１３ｂが評価チューブ１０の内面やヒーター１１の外面によって曲げられて、ワイヤー１３ｂの弾性力Ｒによって、ヒーター１１が評価チューブ１０の温度センサー１２側内面に加圧される。このことによって、ヒーター１１の長手方向に沿った、ヒーター１１外面の稜線側が、評価チューブ１０の中空部１０ｃ内面に加圧されて密着され、ヒーター１１に対向する評価チューブ１０の外周面（以下、この外周面を、検出可能面Ｌという）のうち、評価チューブ１０の周方向位置が温度センサー１２側の部分（以下、初期検出面Ｋという）側において、評価チューブ１０とヒーター１１との間の隙間が最も小さくなる。

【0034】

すなわち、評価チューブ１０とヒーター１１との間の隙間は、評価チューブ１０の周方向に、初期検出面Ｋの中心部から離れるに従って大きくなり、温度センサー１２の１８０度反対側で最大となる。したがって、評価チューブ１０の外面の温度は、初期検出面Ｋで最も高く、評価チューブ１０の周方向に、この初期検出面Ｋから離れるに従って低くなっていく。なお、評価チューブ１０の周方向に沿った初期検出面Ｋのうち、温度センサー１２に最も近い中間部が、最も温度の高い部分となる。

【0035】

なお、加圧部材１３は、これを、例えば、耐熱性を有するとともに、熱伝導率の小さい、湾曲して変形容易な板状弾性体から形成してもよい。また、加圧部材１３は、耐熱性を有するとともに、熱伝導率の小さい、先端がしだいに尖った板状部材から形成してもよい。

【0036】

汚れ監視装置１の検出制御ユニット６は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）及び、ＲＡＭ、ＲＯＭといったメモリー等を備え、プログラムによって動作するコンピュータを有しており、特徴的なの機能として、監視センサー５の温度センサー１２から出力される温度信号Ｐ１とサンプル水Ｗ１の温度計２ｄから出力される温度信号Ｐ２とから、評価チューブ１０への汚れの付着を検出する機能と、監視センサー５のヒーター１１への通電量をコントロールする機能とを有している。なお、検出制御ユニット６は、ヒーター１１へ供給する加熱電流Ｊの電源と、出力手段であるディスプレーと、入力手段であるキーボード等とを有している。

【0037】

つぎに、監視センサー５の作用効果について説明する。
この監視センサー５では、評価チューブ１０の外面側にサンプル水Ｗ１を流した状態で、評価チューブ１０の温度が、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度と同一となるように、ヒーター１１への通電量（加熱電流Ｊの量）を調整し、その後、この通電量を固定する。このことにより、従来の監視センサー２００であっても、ヒーター１１からの熱量を、評価チューブ１０から均一な熱流束としてサンプル水Ｗ１側に放出できると考えられなくもない。

【0038】

ところが、評価チューブ１０の内径は、ヒーター１１の外径より僅かに大きく形成され、両者の間には僅かな隙間が生じるとともに、評価チューブ１０とヒーター１１とは、共に、製作誤差があるため、評価チューブ１０とヒーター１１との接触状態には、ヒーター１１の周方向に対してばらつきが生じている。したがって、評価チューブ１０の温度を伝熱管１０１ａの温度と同一となるようにヒーター１１を調整しても、従来の監視センサー２００では、評価チューブ１０の検出可能面Ｌからの熱流束は均一とならず、伝熱管１０１ａの温度と同一となるのは、評価チューブ１０の温度センサー１２側のみであり、評価チューブ１０の他の部分には、伝熱管１０１ａの温度より、高いところが生じてしまう可能性がある。したがって、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、伝熱管１０１ａに付着していないのに、評価チューブ１０に付着してしまうという不都合が生じる。

【0039】

一方、この監視センサー５では、挿入部１０ｅを介して、評価チューブ１０の中空部１０ｃに加圧部材１３を差し込んで、ヒーター１１を評価チューブ１０内の温度センサー１２側内面に密着させているので、これに対応した評価チューブ１０外面、すなわち、初期検出面Ｋ側の熱流束を、評価チューブ１０の検出可能面Ｌの中で最も大きくでき、評価チューブ１０の初期検出面Ｋ側の温度を、他の部分より高くすることができる。したがって、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、まず、評価チューブ１０の初期検出面Ｋに付着する。また、評価チューブ１０の初期検出面Ｋは、周方向中間部の温度が、温度センサー１２で示される温度と一致する。

【0040】

したがって、評価チューブ１０の温度を、伝熱管１０１ａの温度と同一となるように、ヒーター１１への通電量を調整した場合、評価チューブ１０の初期検出面Ｋの温度は、伝熱管１０１ａの温度とほぼ同一となり、かつ、評価チューブ１０の他の外面より高いため、スケールのように、付着が温度に依存する汚れは、評価チューブ１０の初期検出面Ｋに集中的に付着する。このため、評価チューブ１０の初期検出面Ｋには、伝熱管１０１ａと同じように、汚れが付着することとなり、この監視センサー５により、実機の伝熱管１０１ａの汚れが適正に監視できることとなる。

【0041】

なお、以上の説明では、伝熱面Ａに付着する汚れを、スケールとして説明したが、これは、スライムによって形成されるバイオファウリングであってもよい。スライムは、３０℃程度の伝熱面Ａにはよく付着するからである。また、伝熱面Ａには、スケールとバイオファウリングとが一体となって付着することもあるので、伝熱面Ａに付着する汚れは、スケールとバイオファウリングであってもよい。

【0042】

また、加圧部材１３は、これを、耐熱性を有すとともに、熱伝導率の小さい湾曲可能な薄い板部材で形成し、評価チューブ１０に挿入部１０ｅを形成しなくても、これを、評価チューブ１０の中空部１０ｃとヒーター１１との隙間に差し込んで、ヒーター１１を評価チューブ１０の温度センサー１２側内面に加圧するものであってもよい。

【0043】

つぎに、汚れ監視装置１の作用等について説明する。
まず、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度を決定する。伝熱管１０１ａの温度は、被冷却流体Ｆと冷却水Ｗとの温度、及び、被冷却流体Ｆと冷却水Ｗとの伝熱境膜厚さにより決定されるので、計算で求めてもよいし、実機の熱交換器１０１において熱電対等を用いて測定してもよい。この場合、伝熱管１０１ａの温度は、その長手方向に向かって変化するので、最も高い温度、すなわち、被冷却流体Ｆの入り口側（冷却水Ｗの出口側）のものを採用する。

【0044】

つづいて、冷却水システムＣ側の冷却水Ｗを、サンプル水Ｗ１として通水セル３に流す。この場合、流量調整弁２ｂと流量計２ｃとにより、サンプリングライン２内にサンプル水Ｗ１を一定流量で流すことにより、通水セル３内のサンプル水Ｗ１の流速を一定とし、監視センサー５の評価チューブ１０の温度が、サンプル水Ｗ１の流速変動によって、変動しないようにする。

【0045】

つづいて、監視センサー５の評価チューブ１０の温度が、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａの温度になるように、ヒーター１１への通電量（加熱電流Ｊの量）を増加させ、評価チューブ１０の温度が伝熱管１０１ａの温度に達すると、このときの通電量を固定する。このことにより、評価チューブ１０の温度、すなわち、評価チューブ１０の初期検出面Ｋの温度は、伝熱管１０１ａの温度と略同一と見なすことができる。この場合、評価チューブ１０の温度が変動する条件として、サンプル水Ｗ１の温度変動と、評価チューブ１０の初期検出面Ｋへの汚れの付着が考えられるので、評価チューブ１０の温度と、そのときのサンプル水Ｗ１の温度との差（温度差）が、一定値（冷却水Ｗの伝熱境膜に基づく値であり、具体的には、汚れの付着していない評価チューブ１０の温度とその時のサンプル水Ｗ１の温度との温度差）より大きければ、評価チューブ１０に汚れが付着したこととなる。

【0046】

すなわち、検出制御ユニット６は、監視センサー５からの温度信号Ｐ１に基づく評価チューブ１０の温度と、温度計２ｄからの温度信号Ｐ２に基づくサンプル水Ｗ１の温度との温度差を算出し、この温度差が、一定値（冷却水Ｗの伝熱境膜に基づく値）より大きければ、評価チューブ１０の外面に汚れが付着したと判断し、評価チューブ１０への汚れの付着を検出する。このことにより、伝熱管１０１ａの伝熱面Ａにも汚れが付着していると推定できるので、この汚れ監視装置１では、伝熱管１０１ａの伝熱面Ａへの汚れの付着を容易に検出することができる。

【0047】

なお、上記実施の形態では、熱交換器１０１の伝熱管１０１ａを例にとって説明したが、例えば、ボイラーの伝熱管（蒸発管）の内面（伝熱面）の汚れを監視するために、この汚れ監視装置１をボイラーのブローダウンラインに設置してもよい。

【0048】

つぎに、監視センサー５の具体的な実験例について、従来の監視センサー２００（以下比較例という）の場合と比較しつつ説明する。
まず、評価チューブ１０周りの各位置における管肉部１０ａの温度に関する、テスト結果について説明する。

【0049】

図５（ａ）で示されるように、比較例となる監視センサー２００の評価チューブ１０の周りに、９０度間隔で４つの挿入孔１０ｂ、すなわち、１の位置の挿入孔１０ｂ、２の位置の挿入孔１０ｂ、３の位置の挿入孔１０ｂ、及び４の位置の挿入孔１０ｂを形成し、各挿入孔１０ｂに、温度センサー１２を取り付ける。また、図５（ｂ）で示されるように、実施例となる監視センサー５の評価チューブ１０周りに、９０度間隔で３つの挿入孔１０ｂ、すなわち、１の位置の挿入孔１０ｂ、２の位置の挿入孔１０ｂ、及び４の位置の挿入孔１０ｂを形成し、各挿入孔１０ｂに、温度センサー１２を取り付ける。この場合、１の位置の挿入孔１０ｂが、加圧部材１３によってヒーター１１が評価チューブ１０側に密着している側の挿入孔１０ｂとなる。なお、監視センサー５では、３の位置の管肉部１０ａの厚さが薄いので、挿入孔１０ｂは形成されていない。

【0050】

そして、実施例の監視センサー５と比較例の監視センサー２００とを、それぞれ、内径２０ｍｍの塩化ビニール製の通水セル３に設置し、この通水セル３に、評価チューブ１０の外面側の流速が０．５ｍ／ｓとなるように、水道水（水温３０℃）を通水した。つづいて、１の位置に設置した温度センサー１２を用いて、評価チューブ１０の温度が７０℃となるように、ヒーター１１への通電量を調整した後、これを固定し、その後、各位置における温度センサー１２が示す温度を記録した。なお、監視センサー５及び監視センサー２００とも、同様にして製作したものを、各３本ずつ用意して、それぞれについて同様に調査した。調査結果は、図７に示されている。

【0051】

図７の（ａ）で示されるように、監視センサー２００を用いた比較例１では、２の位置や３の位置にある温度センサー１２が７０℃を超えた温度を示し、比較例２でも、４の位置にある温度センサー１２が７０℃を超えた温度を示している。また、比較例３でも、３の位置や４の位置にある温度センサー１２が７０℃を超えた温度を示している。したがって、監視センサー２００の場合、ヒーター１１をコントロールする１の位置における温度（伝熱管１０１ａの温度）を超えて、評価チューブ１０の温度が上昇するため、伝熱管１０１ａには汚れは付着していないのに、評価チューブ１０にスケールが付着して、監視センサー２００が汚れを検出してしまうという不都合が生じる。

【0052】

一方、監視センサー５を用いた実施例１〜３では、図７の（ｂ）で示されるように、２の位置や４の位置において、いずれの温度センサー１２も７０℃以上の温度を示していない。したがって、監視センサー５の場合、ヒーター１１をコントロールする１の位置の温度（伝熱管１０１ａの温度）が最高温度となり、この温度を超えて評価チューブ１０の温度が上昇することはなく、スケールのような汚れは、伝熱管１０１ａと同じように、評価チューブ１０に付着することが分かる。

【0053】

つぎに、上記各３本ずつの監視センサー５，２００を用いて、模擬水によるスケール付着試験を実施した場合の結果について説明する。なお、サンプル水Ｗ１となる模擬水には、図６で示されるように、ｐＨが同一で、カルシウム硬度、酸消費量（ｐＨ４．８）、マグネシウム硬度、シリカ、及びアクリル酸系スケール防止剤を同一量だけ含んだ水に、オルソリン酸を、それぞれ、１、３、５、７ｍｇＰＯ４／Ｌだけ溶解している４種類のものを準備した。

【0054】

実施例の監視センサー５と比較例の監視センサー２００とを、それぞれ、内径２０ｍｍの塩化ビニール製の通水セル３に設置し、この通水セル３に、評価チューブ１０の外面側の流速が０．５ｍ／ｓとなるように、４種類の模擬水を、各３日間ずつ循環させるようにして通水した。そして、評価チューブ１０の温度が７０℃となるように、ヒーター１１への通電量を調整した後、これを固定し、その後、１０分間隔で、温度センサー１２からの温度を記録した。この場合、各模擬水の温度は、冷媒を用いて３０℃で一定になるように調整しているので、評価チューブ１０の温度上昇が、そのまま、評価チューブ１０へのスケールの付着を示すこととなる。なお、実施例、比較例とも、それぞれ、３本ずつの監視センサー５，２００について、スケール付着試験を実施している。

【0055】

図８（ａ）は、監視センサー２００を用いた比較例の場合の、リン酸濃度に対する、評価チューブ１０の「温度上昇の傾き」の大きさを示しており、図８（ｂ）は、監視センサー５を用いた実施例の場合の、リン酸濃度に対する、評価チューブ１０の「温度上昇の傾き」の大きさを示している。この場合、「温度上昇の傾き」とは、所定時間における評価チューブ１０の温度上昇割合を示しており、この値が大きいほど、評価チューブ１０へのスケールの付着割合、すなわち、検出可能面Ｌに対するスケールの付着部分の割合が大きいことを示している。

【0056】

図８（ａ）の比較例の場合では、リン酸濃度が１ｍｇＰＯ４／Ｌのときに、比較例３について、また、リン酸濃度が３ｍｇＰＯ４／Ｌのときに、比較例１と比較例３について、評価チューブ１０へのスケールの付着が検出され、スケールの付着検出にばらつきが見られるが、図８（ｂ）の実施例の場合では、何れの実施例でも、リン酸濃度が５ｍｇＰＯ４／Ｌのときから、評価チューブ１０へのスケールの付着が検出されている。このことから、監視センサー２００を使用する場合に比べて、監視センサー５を使用する場合の方が、安定的にスケールの検出ができ、精度の高いスケール検出ができることが分かる。

【0057】

また、アクリル酸系スケール防止剤が一定量入った状態で、評価チューブ１０の温度が７０℃で、リン酸濃度が１、３ｍｇＰＯ４／Ｌの条件では、一般的に、評価チューブ１０へのスケールの付着は生じにくい。したがって、比較例の場合には、評価チューブ１０の温度が、温度測定部分以外の場所で、７０℃より大きくなっている所があるのではないかとも考えられる。このような監視センサー２００を用いて、伝熱管１０１ａに対する汚れの付着検出を行えば、伝熱管１０１ａには汚れが付着していないにもかかわらず、監視センサー２００により汚れを検出してしまうという不都合が生じ得る。

【符号の説明】

【0058】

１ 汚れ監視装置
２ｄ 温度計
３ 通水セル
５ 監視センサー
６ 検出制御ユニット
１０ 評価チューブ
１０ａ 管肉部
１０ｃ 中空部
１０ｅ 挿入部
１１ ヒーター
１３ 温度センサー
１４ 加圧部材
１０１ａ 伝熱管
Ａ 伝熱面
Ｗ 冷却水（加熱又は冷却される水）
Ｗ１ サンプル水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】