特許 6337564 障害発生監視装置及びそれを用いた障害発生監視方法

(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】6337564

(24)【登録日】2018年5月18日

(45)【発行日】2018年6月6日

(54)【発明の名称】障害発生監視装置及びそれを用いた障害発生監視方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 27/00 20060101AFI20180528BHJP

   F28C 1/04 20060101ALI20180528BHJP

   C02F 1/00 20060101ALI20180528BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20180528BHJP

   G21C 17/003 20060101ALN20180528BHJP

【ＦＩ】

   F28F27/00 511K

   F28F27/00 501Z

   F28C1/04

   C02F1/00 V

   G01M99/00 Z

   !G21C17/00 E

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-66796(P2014-66796)

(22)【出願日】2014年3月27日

(65)【公開番号】特開2015-190660(P2015-190660A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2016年12月19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】100078732

【弁理士】

【氏名又は名称】大谷 保

(74)【代理人】

【識別番号】100089185

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100131635

【弁理士】

【氏名又は名称】有永 俊

(74)【代理人】

【識別番号】100125092

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 玲太郎

(72)【発明者】

【氏名】岸 由子

(72)【発明者】

【氏名】高橋 淳一

【審査官】 西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０８２５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１４６２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０７２４８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０７−５００６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３８３４３８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ ２７／００

Ｆ２８Ｃ １／０４

Ｆ２５Ｂ ４９／０２

Ｇ２１Ｃ １７／００３

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｃ０２Ｆ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水系設備が有する熱交換器の障害の発生状態を監視する障害発生監視装置であって、
通水する測定対象水の監視結果を出力するモニタリングセンサと、
前記測定対象水の温度を測定する温度センサと、
前記測定対象水の流量を測定する流量センサと、
前記モニタリングセンサの監視結果を補正する補正関数を記憶した演算器と、を備え、
前記モニタリングセンサは、前記測定対象水の通水に曝され、前記熱交換器の障害の発生状態を評価するための模擬伝熱部材と、前記模擬伝熱部材に発生する障害を監視する模擬伝熱部材監視センサと、前記模擬伝熱部材の内部に設けられ、前記模擬伝熱部材を加熱する加熱部とを有し、
前記補正関数は、前記加熱部の加熱の下で、パイロット用水を通水させ、前記パイロット用水の温度及び流量を変動させた場合に対する前記監視結果から、測定された前記加熱部の温度、前記パイロット用水の温度及び流量の数値変化の相関関係を示す相互関数であり、測定された前記加熱部の温度を、前記加熱部の熱負荷量、前記パイロット用水の温度及び流量に基づいて、標準化された前記加熱部の温度を得る式であり、
前記演算器は、前記測定対象水の温度及び流量に基づいて、前記補正関数を介して前記監視結果の補正をする、障害発生監視装置。

【請求項2】

前記演算器は、さらに、前記加熱部の熱負荷量、前記測定対象水の温度及び流量に基づいて、前記監視結果の補正をする、請求項１に記載の障害発生監視装置。

【請求項3】

前記温度センサ及び前記流量センサは、いずれも、前記測定対象水の流れ方向において、前記加熱部の上流又は下流に設けられ、
前記温度センサ、前記流量センサ及び前記モニタリングセンサは、それぞれ、温度、流量及び監視結果を連続測定し、
前記演算器は、前記加熱部の熱負荷量、前記測定対象水の前記温度及び前記流量に基づいて、前記補正関数を介して前記監視結果の補正を行う、請求項１に記載の障害発生監視装置。

【請求項4】

前記補正関数は、所定負荷における前記加熱部の温度に対する前記パイロット用水の温度と流量との間を規定する線形の式であり、
前記演算器は、測定された前記加熱部の温度を、前記パイロット用水の温度及び流量に基づいて、前記補正関数を介して補正する、請求項１から３のいずれか１項に記載の障害発生監視装置。

【請求項5】

前記補正関数は、前記パイロット用水の温度に対する、前記パイロット用水の流量と前記加熱部の温度との間を規定する第１近似直線と、
前記パイロット用水の温度と前記第１近似直線の傾きとの間を規定する第２近似直線と、
前記第２近似直線を用いて、前記パイロット用水の温度における前記第１近似直線の傾きを求める式と、を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の障害発生監視装置。

【請求項6】

前記補正関数は、前記第１近似直線の傾きをａ、実際の運転時の測定対象水の流量をＺ、前記加熱部の温度をＴｓ、前記実際の運転時の測定対象水の設定流量をＺ０、補正後の前記加熱部の温度をｙとした場合において、表現される以下の式を含む、請求項５に記載の障害発生監視装置。
ｙ＝ａ×（Ｚ０−Ｚ）＋Ｔｓ

【請求項7】

前記演算器は、さらに、前記補正後の前記加熱部の温度に基づいて、前記熱交換器の障害の発生を監視する、請求項６に記載の障害発生監視装置。

【請求項8】

前記演算器は、さらに、補正後の前記監視結果に基づいて、前記熱交換器の障害の発生を監視する、請求項１から６のいずれか１項に記載の障害発生監視装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか１項に記載の障害発生監視装置を用いた障害発生監視方法であって、
前記測定対象水の温度及び流量に基づいて、前記補正関数を介して前記監視結果の補正をする、障害発生監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、障害発生監視装置及びそれを用いた障害発生監視方法に関し、特に、水系設備において、熱交換器に発生するスケールやバイオファウリングなどの障害の発生の監視をする障害発生監視装置及びそれを用いた障害発生監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水系設備は、ボイラや冷却設備などのプラントの熱交換器と、熱交換器によって上昇した冷却水を冷却させる冷却塔と、冷却水が熱交換器と冷却塔との間を循環する循環流路とを備える。循環流路は、例えば、金属製の配管で構成される。
水系設備において、冷却水が流れる熱交換器や循環流路には、腐食、スケール、バイオファウリングという３大障害が発生しやすい。
例えば、腐食が熱交換器や循環流路に発生すると、熱交換器や循環流路に貫通孔ができ、冷却水がその貫通孔から漏れ、熱交換器が使用できなくなり、プラントの操業停止などの損失が発生することがある。
また、スケールやバイオファウリングが熱交換器や循環流路に付着すると、熱交換器や循環流路における冷却水の通水を悪化させるので、熱交換器の熱交換効率が低下する。

【0003】

特に、熱交換器は金属製の熱交換用の伝熱面を有するので、水系設備は熱交換用伝熱面と冷却水とが常時接触する環境である。
また、冷却塔は、開放冷却水系と密閉冷却水系とがあり、開放冷却水系の冷却塔は冷却水を周囲空気に接触させるので、水系設備は冷却水の溶存酸素が冷却塔で飽和する環境でもある。このため、開放冷却水系の冷却塔では、熱交換用の伝熱面における腐食やスケールの発生状況を監視したり、発生状況を評価したりする必要がある。
他方、密閉冷却水系の冷却塔は冷却コイル上に散布水を散布するので、冷却コイルが濡れたり乾いたりする。また、密閉冷却水系の冷却塔が保水する散布水の保有水量が少なく、冷却塔内を循環する散布水の濃縮過多が生じる場合がある。このため、密閉冷却水系の冷却塔では、冷却コイルにおけるスケールの発生状況を監視したり、発生状況を評価したりする必要がある。
特許文献１には、監視対象設備である熱交換器への付着物の状況を監視する監視装置が記載されている。特許文献１に記載の監視装置は、循環流路から分岐した採取配管に設けられた、熱交換用伝熱面と同じ材質か又はそれと同等の材質の評価用伝熱面の温度を監視する。そして、評価用伝熱面の温度が上昇したことを温度センサが検知すると、監視装置は付着物が発生したと判断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−１４６２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このように、特許文献１に記載の監視装置では、スケールなどの発生を、評価用伝熱面の温度の変化（上昇）により検知する方法を採用している。
しかし、測定対象水の流量が変動すると評価用伝熱面から奪われる熱量が変化するので、評価用伝熱面の温度は、測定対象水の流量の変動によっても変化する。例えば、流量が低下すると伝熱面から流水中に奪われる熱量が減少し、伝熱面温度が上昇する。
このため、特許文献１に記載の監視装置の方法では、流量の低下による伝熱面の温度の上昇を、付着物の付着による伝熱面の温度の上昇と誤認する可能性がある。
そこで、流量を測定し、流量を用いて伝熱面の温度の変化を補正する方法が考えられる。
しかし、流量の変化により伝熱面から奪われる熱量は、伝熱面の温度（加熱熱量）及び測定対象水の水温にも依存するものであり、単純に流量のみを用いて伝熱面の温度を補正することは難しい場合がある。

【0006】

本発明の課題は、水系設備が有する熱交換器の障害の発生状態を適切に監視する障害発生監視装置及びそれを用いた障害発生監視方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、以下のものを開示する。
［１］水系設備が有する熱交換器の障害の発生状態を監視する障害発生監視装置であって、通水する測定対象水の監視結果を出力するモニタリングセンサと、前記測定対象水の温度を測定する温度センサと、前記測定対象水の流量を測定する流量センサと、前記モニタリングセンサの監視結果を補正する補正関数を記憶した演算器と、を備え、前記モニタリングセンサは、前記測定対象水の通水に曝され、前記熱交換器の障害の発生状態を評価するための模擬伝熱部材と、前記模擬伝熱部材に発生する障害を監視する模擬伝熱部材監視センサとを有し、前記演算器は、前記測定対象水の温度及び流量に基づいて、前記補正関数を介して前記監視結果の補正をする、障害発生監視装置。
［２］前記モニタリングセンサは、さらに、前記模擬伝熱部材の内部に設けられ、前記模擬伝熱部材を加熱する加熱部を有し、前記演算器は、さらに、前記加熱部の熱負荷量、前記測定対象水の温度及び流量に基づいて、前記監視結果の補正をする、［１］に記載の障害発生監視装置。

【0008】

［３］前記モニタリングセンサは、さらに、前記模擬伝熱部材の内部に設けられ、前記模擬伝熱部材を加熱する加熱部を有し、前記温度センサ及び前記流量センサは、いずれも、前記測定対象水の流れ方向において、前記加熱部の上流又は下流に設けられ、前記温度センサ、前記流量センサ及び前記モニタリングセンサは、それぞれ、温度、流量及び監視結果を連続測定し、前記演算器は、前記加熱部の熱負荷量、前記測定対象水の前記温度及び前記流量に基づいて、前記補正関数を介して前記監視結果の補正を行う、［１］に記載の障害発生監視装置。
［４］前記モニタリングセンサは、さらに、前記模擬伝熱部材の内部に設けられ、前記模擬伝熱部材を加熱する加熱部を有し、前記補正関数は、前記加熱部の加熱の下で、パイロット用水を通水させ、前記パイロット用水の温度及び流量を変動させた場合に対する前記監視結果から、測定された前記加熱部の温度、前記パイロット用水の温度及び流量の数値変化の相関関係を示す相互関数であり、測定された前記加熱部の温度を、前記加熱部の熱負荷量、前記パイロット用水の温度及び流量に基づいて、標準化された前記加熱部の温度を得る式である、［１］に記載の障害発生監視装置。

【0009】

［５］前記補正関数は、所定負荷における前記加熱部の温度に対する前記パイロット用水の温度と流量との間を規定する線形の式であり、前記演算器は、測定された前記加熱部の温度を、前記パイロット用水の温度及び流量に基づいて、前記補正関数を介して補正する、［４］に記載の障害発生監視装置。
［６］前記補正関数は、前記パイロット用水の温度に対する、前記パイロット用水の流量と前記加熱部の温度との間を規定する第１近似直線と、前記パイロット用水の温度と前記第１近似直線の傾きとの間を規定する第２近似直線と、前記第２近似直線を用いて、前記パイロット用水の温度における前記第１近似直線の傾きを求める式と、を有する、［４］又は［５］に記載の障害発生監視装置。

【0010】

［７］前記補正関数は、前記第１近似直線の傾きをａ、実際の運転時の測定対象水の流量をＺ、前記加熱部の温度をＴｓ、前記実際の運転時の測定対象水の設定流量をＺ０、補正後の前記加熱部の温度をｙとした場合において、表現される以下の式を含む、［６］に記載の障害発生監視装置。
ｙ＝ａ×（Ｚ０−Ｚ）＋Ｔｓ
［８］前記演算器は、さらに、前記補正後の前記加熱部の温度に基づいて、前記熱交換器の障害の発生を監視する、［７］に記載の障害発生監視装置。
［９］前記演算器は、さらに、補正後の前記監視結果に基づいて、前記熱交換器の障害の発生を監視する、［１］から［７］のいずれかに記載の障害発生監視装置。
［１０］［１］から［９］のいずれかに記載の障害発生監視装置を用いた障害発生監視方法であって、前記測定対象水の温度及び流量に基づいて、前記補正関数を介して前記監視結果の補正をする、障害発生監視方法。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、模擬伝熱部材測定センサが監視した監視結果が、測定対象水の温度や流量の影響を受けていても、演算器が、測定された測定対象水の温度及び流量に基づいて、監視結果を補正するので、水系設備が有する熱交換器の障害の発生状態を適切に監視する障害発生監視装置及びそれを用いた障害発生監視方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係る障害発生監視装置が設けられた循環式冷却水系の系統図である。

【図2】図１に示した障害発生監視装置の模擬伝熱部材監視センサの概念図である。

【図3】図１に示した障害発生監視装置で用いる補正関数導出の手順を説明するためのフローチャートである。

【図4】図１に示した障害発生監視装置の補正関数導出を説明するための、加熱部の設定温度が５０℃における、測定対象水の流量に対する監視結果を示す第１近似直線のグラフである。

【図5】図１に示した障害発生監視装置の補正関数導出を説明するための、加熱部の設定温度が７０℃における、測定対象水の流量に対する監視結果を示す第１近似直線のグラフである。

【図6】図１に示した障害発生監視装置の補正関数導出を説明するための、加熱部の設定温度が９０℃における、測定対象水の流量に対する監視結果を示す第１近似直線のグラフである。

【図7】図４から図６に示した測定対象水の流量に対する第１近似直線の傾きを示す第２近似直線のグラフである。

【図8】図４から図６に示した測定対象水の温度に対する第１近似直線の傾きを示す第３近似直線のグラフである。

【図9】図１に示した障害発生監視装置の運用手順を説明するためのフローチャートである。

【図10】図１に示した障害発生監視装置の動作結果の一例を説明するための経過グラフである。

【図11】図１に示した障害発生監視装置の動作結果の別の一例を説明するための経過グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に実施形態を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0014】

図１を参照して、障害発生監視装置１０を適用する水系設備１００について説明する。

【0015】

（水系設備）
図１に示すように、水系設備１００は、冷却塔２００と、熱交換器５００と、循環流路４００とを備える。水系設備１００は、冷却塔２００と熱交換器５００との間を循環する循環流路４００に冷却水を循環させて、熱交換器５００を冷却水で冷却させる循環式冷却水系である。

【0016】

冷却塔２００は、周囲空気と冷却水とを直接接触させることにより、周囲空気と冷却水とのエンタルピー差を利用して冷却水の一部を蒸発させ、冷却水から奪われる蒸発潜熱で冷却水を冷却する装置である。
冷却塔２００は、ケーシング（塔体）２１０と、充填材２２０と、散水板２４０と、送風機２５０と、を備える。

【0017】

ケーシング２１０は、例えば円筒形状を有し、その上部に形成された排気口２１２と、その側面に形成されたルーバ２１４と、その底部に形成された冷却水が溜まる水槽（ビット）２１６とを有する。
充填材２２０は、複数枚の充填材用シートを積層させて構成され、ケーシング２１０の内部の水槽２１６より上方の位置に収容されている。各充填材用シートは、その表面積が大きくなるように、複数の突起部を有する。

【0018】

散水板２４０は、熱交換器５００で温度が上昇した冷却水をケーシング２１０内において充填材２２０の上部へ散布する装置である。
送風機２５０は、ケーシング２１０の排気口２１２に設けられており、周囲空気を、散水板２４０から散布された冷却水に接触するように、ルーバ２１４から導入して排気口２１２へ排出する装置である。

【0019】

循環流路４００は、水槽２１６と散水板２４０とを繋ぐ循環配管４２０と、循環配管４２０に設けられた循環ポンプ４１０及び分岐部４３０とを備える。
循環ポンプ４１０は、循環配管４２０を通じて水槽２１６に溜まっている冷却水を、熱交換器５００を介して散水板２４０へ送出するポンプである。
分岐部４３０は、冷却水の一部を測定対象水として、採取配管１５を介して障害発生監視装置１０に流れるように、循環配管４２０を流れる冷却水を分岐する配管である。
分岐部４３０は、循環配管４２０において、熱交換器５００の下流側に設けられていればよい。本実施形態では、分岐部４３０は、循環配管４２０において、循環ポンプ４１０の下流側に設けられているが、熱交換器５００と循環ポンプ４１０との間に設けてもよい。

【0020】

熱交換器５００は、例えば、ボイラや冷却設備などのプラントが発生する熱を、循環する冷却水で冷やす設備である。熱交換器５００は、循環配管４２０上に設けられており、循環配管４２０を流れる冷却水を冷却媒体とする熱交換装置である。

【0021】

水系設備１００は、水槽２１６に溜められた冷却水を、循環ポンプ４１０で循環配管４２０を通じて散水板２４０へ送出する。このとき、循環配管４２０を流れる冷却水の温度は、熱交換器５００を通る際に、熱交換器５００からの熱により上昇する。
そして、水系設備１００は、熱交換器５００で温度が上昇した冷却水を、充填材２２０に流れるように、散水板２４０から散布させ、散布された冷却水をそのときにルーバ２１４から導入された周囲空気に接触させて冷却させると共に、水槽２１６に溜められる。
このように、水系設備１００は、冷却塔２００と熱交換器５００との間を冷却水が循環して熱交換器５００の熱を冷却する循環式冷却水系を構成している。

【0022】

（障害発生監視装置）
図１及び図２を参照して、障害発生監視装置１０の説明をする。
図１に示すように、障害発生監視装置１０は、水系設備１００の冷却塔２００に接続された熱交換器５００の障害の発生状態を監視する装置である。障害発生監視装置１０は、熱交換器５００の障害の発生状態が監視できるように、循環配管４２０に設けられた分岐部４３０から分岐した採取配管１５上に設けられている。循環配管４２０を通水する冷却水は分岐部４３０で分岐し、分岐された冷却水は採取配管１５を測定対象水として通水する。障害発生監視装置１０を通水した測定対象水は、排水配管１６を介してケーシング２１０内に戻される。したがって、測定対象水は、冷却塔２００と障害発生監視装置１０との間を循環する。

【0023】

障害発生監視装置１０は、モニタリングセンサ２０と、温度センサ５２と、流量センサ５４と、演算器６０と、を備える。モニタリングセンサ２０と、温度センサ５２と、流量センサ５４とは、これらが測定対象水を測定することができるように、採取配管１５上に設けられている。
モニタリングセンサ２０は、測定対象水の通水に曝された状態で監視を行い、測定対象水の監視を行った結果（監視結果）を監視結果信号Ｓ１として演算器６０に出力するセンサである。また、モニタリングセンサ２０は、演算器６０からのヒータ制御信号Ｓ５に基づいて加熱するヒータ３５を有する。

【0024】

温度センサ５２及び流量センサ５４は、それぞれ、測定対象水の温度及び流量を連続的に測定するセンサである。温度センサ５２及び流量センサ５４は、それぞれ、測定された温度及び流量を演算器６０に温度信号Ｓ２及び流量信号Ｓ３として連続的に出力する。
温度センサ５２及び流量センサ５４は、採取配管１５において、モニタリングセンサ２０の上流側の部分を流れる測定対象水を測定するよう、採取配管１５に設けられているが、モニタリングセンサ２０の下流側の部分を流れる測定対象水を測定するようしてもよい。

【0025】

演算器６０は、ヒータ制御部６２と、記憶部６４と、補正部６６と、を備え、監視結果信号Ｓ１の監視結果を、温度信号Ｓ２と流量信号Ｓ３とヒータ制御信号Ｓ５とに基づいた補正関数を介して補正し、補正された監視結果を補正監視結果信号Ｓ４として出力する演算機能を有する。

【0026】

ヒータ制御部６２は、ヒータ３５の温度が設定された目標温度となるように、ヒータ制御信号Ｓ５を出力し、ヒータ３５への通電量を制御するが、評価チューブ２５に加えるヒータ３５の加熱量が設定された目標加熱量となるように、ヒータ制御信号Ｓ５を出力し、ヒータ３５への通電量を制御してもよい。

【0027】

記憶部６４は、監視結果を補正する補正関数を記憶している。補正関数は、ヒータ３５の熱負荷量、測定対象水の温度及び流量に応じた関数である。ヒータ３５の熱負荷量としては、設定された温度や設定された加熱量である。
補正部６６は、測定対象水の測定温度を示す温度信号Ｓ２、測定対象水の測定流量を示す流量信号Ｓ３、及び、ヒータ３５の熱負荷量を示すヒータ制御信号Ｓ５に基づいて、記憶部６４に予め記憶されている補正関数を介して、監視結果信号Ｓ１の監視結果を補正する。

【0028】

図２に示すように、モニタリングセンサ２０は、通水セル３０と、模擬伝熱部材２４と、模擬伝熱部材監視センサ２８と、加熱部３４と、を備える。
通水セル３０は、測定対象水が通水する容器であり、開口３０ｂを有する容器本体３０ａと、容器本体３０ａの底部に設けられた採取水入口３０ｃと、容器本体３０ａの上部に設けられた排出口３０ｄと、容器本体３０ａの開口３０ｂを塞ぐフランジ３０ｅとを有する。

【0029】

模擬伝熱部材２４は、測定対象水の通水に曝された熱交換器５００の障害の発生状態を評価する部材である。本実施形態では、模擬伝熱部材２４は、通水セル３０内において、測定対象水の通水に置かれる管状の評価チューブ２５である。

【0030】

模擬伝熱部材監視センサ２８は、模擬伝熱部材に発生する障害を監視する部材である。本実施形態では、模擬伝熱部材監視センサ２８は、評価チューブ２５の測定温度（管肉温度）が測定できるように、評価チューブ２５に形成された孔に挿入された評価チューブ温度センサ２９である。評価チューブ温度センサ２９は、測定された評価チューブ２５の測定温度を監視結果信号Ｓ１として演算器６０に出力する。したがって、評価チューブ２５の測定温度は、評価チューブ温度センサ２９によって実際に測定された伝熱面温度である。

【0031】

加熱部３４は、模擬伝熱部材２４の内部に設けられ、模擬伝熱部材２４を加熱する加熱部材である。本実施形態では、加熱部３４は、評価チューブ２５の内部に挿入されたヒータ３５と、ヒータ３５が評価チューブ２５内に留まるように、一端及び他端がそれぞれヒータ３５及びフランジ３０ｅに取り付けられた押し棒３６とを有する。ヒータ３５は評価チューブ２５を加熱するヒータである。

【0032】

（障害発生監視装置の動作）
以下、障害発生監視装置１０が熱交換器５００の障害の発生状態を監視する動作を説明する。障害発生監視装置１０の動作は、予め行う補正関数導出の手順と、常時、障害の発生状態を監視する、障害発生監視装置１０の運用手順とに分けて説明する。

【0033】

（測定対象水）
補正関数導出の手順で用いる採取配管１５に挿通させる水について説明する。補正関数の導出にあたっては、採取配管１５に挿通させる測定対象水をパイロット用水にして行う。採取配管１５に通水させるパイロット用水は、水を溶媒とする溶液であればよく、測定対象水、熱交換器５００に障害を生じさせない清浄水を挙げることができるが、これらに限定されず、水道水でもよく、また、採取配管１５に通水させる時間が短い場合は、熱交換器５００の運転のような長時間通水させると付着物が生じるような水であってもよく、好ましくは清浄水である。

【0034】

（補正関数導出の手順）
次に、図３を参照して、補正関数導出の手順を説明する。
補正関数は、ヒータ３５の設定温度、測定対象水の測定温度、測定対象水の測定流量に基づいて、評価チューブ２５の測定温度を補正する関数である。したがって、補正関数（補正関数の各パラメータ）は、予め、ヒータ３５の温度、パイロット水の温度、流量を種々に変化させた際の評価チューブ２５の測定温度から導く必要がある。

【0035】

（ステップＳＴ０１、標準伝熱面温度の測定、図４から図６の測定点参照）
ステップＳＴ０１では、標準的な運転条件におけるヒータ３５の伝熱面の温度、すなわち、評価チューブ２５の管肉の温度の測定を行う。
具体的には、ヒータ３５の設定温度を所定の温度（例えば、ヒータ３５に付与する電力を所定の一定の電力とする）とした場合において、種々の設定温度及び設定流量のパイロット用水を通水セル３０内に通水させ、評価チューブ２５の温度（管肉温度）を測定する。このとき、例えば、ヒータ３５の設定温度を１０℃ごと（例えば、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃）、パイロット用水の温度を１０℃ごと（例えば、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃）に、また、流量を０．５Ｌ／ｍｉｎごと（例えば、４．０Ｌ／ｍｉｎ、４．５Ｌ／ｍｉｎ、５．０Ｌ／ｍｉｎ、５．５Ｌ／ｍｉｎ、６．０Ｌ／ｍｉｎ）に変化させる。
記憶部６４は、ヒータ３５の設定温度、パイロット用水の設定温度及び設定流量、測定された評価チューブ２５の温度（測定温度）を組合せ測定データとし、複数の組合せ測定データを記憶する。

【0036】

（ステップＳＴ０３、第１近似直線の傾きの算出、図４から図６の近似直線参照）
ステップＳＴ０３では、ヒータ３５及びパイロット用水を所定の設定温度とした場合における、パイロット用水の設定流量−評価チューブの測定温度の関係を示す第１近似直線の傾きの算出を行う。
具体的には、ヒータ３５の設定温度、パイロット用水の設定温度において、パイロット用水の設定流量を独立変数、測定された評価チューブ２５の測定温度を従属変数として第１近似直線の一次方程式を求める。ここで、第１近似直線の一次方程式の傾きは、ヒータ３５の設定温度、パイロット用水の設定温度において、パイロット用水の設定流量の変化に対して評価チューブ２５が受ける温度の影響の程度を表す。
例えば、ヒータ３５の設定温度を５０℃にし、パイロット用水の設定温度を１０℃にした場合、パイロット用水の設定流量に対する評価チューブ２５の測定温度を示す第１近似直線は、図４の直線Ａ５０（１０）である。
同様に、パイロット用水の設定温度を２０℃、３０℃、及び、４０℃にした場合、パイロット用水の設定流量に対する評価チューブ２５の測定温度を示す第１近似直線は、それぞれ、図４の直線Ａ５０（２０）、直線Ａ５０（３０）、及び、直線Ａ５０（４０）である。
また、ヒータ３５の設定温度を７０℃にし、パイロット用水の設定温度を１０℃、２０℃、３０℃、及び、４０℃にした場合、パイロット用水の設定流量に対する評価チューブ２５の測定温度を示す第１近似直線は、それぞれ、図５の直線Ａ７０（１０）、直線Ａ７０（２０）、直線Ａ７０（３０）、及び、直線Ａ７０（４０）である。
また、ヒータ３５の設定温度を９０℃にし、パイロット用水の設定温度を１０℃、２０℃、３０℃、及び、４０℃にした場合、パイロット用水の設定流量に対する評価チューブ２５の測定温度を示す第１近似直線は、それぞれ、図６の直線Ａ９０（１０）、直線Ａ９０（２０）、直線Ａ９０（３０）、及び、直線Ａ９０（４０）である。

【0037】

（ステップＳＴ０５、第２近似直線の算出、図７参照）
ステップＳＴ０５では、パイロット用水の設定水温−傾きの第２近似直線の算出を行う。
ヒータ３５の設定温度において、パイロット用水の設定温度を独立変数、第１近似直線の傾きを従属変数として、第２近似直線の一次方程式を求める。
このように、第２近似直線を表す一次方程式を用いることにより、パイロット用水の設定温度に応じて変化する第１近似直線の傾きを決定することができる。換言すると、これらのヒータ３５の設定温度、パイロット用水の設定温度、設定流量に対する評価チューブ２５の測定温度の相関関係を示す第２近似直線の一次方程式を導く。
例えば、ヒータ３５の設定温度を５０℃にした場合、パイロット用水の設定温度に対する第１近似直線の傾きを示す第２近似直線は、図７の直線Ｂ５０である。

【0038】

（ステップＳＴ０７、補正関数の導出）
ステップＳＴ０７では、導かれた第２近似直線の一次方程式を用いて、補正関数の導出を行う。
第１近似直線の傾きをａ、実際の運転時の測定対象水の流量（流量センサ５４の測定流量）をＺ、評価チューブ２５の測定温度（評価チューブ温度センサ２９の測定温度）をＴｓ、測定された実際の運転時の測定対象水の流量（設定流量）をＺ０、補正後の評価チューブ２５の温度（補正温度）をｙとした場合、補正関数は、
ｙ＝ａ×（Ｚ０−Ｚ）＋Ｔｓ
で表現される。

【0039】

以上の作業により、障害発生監視装置１０における、測定対象水の設定温度及び設定流量に基づいて、評価チューブ２５の測定温度を補正する補正関数が導出される。

【0040】

（第１近似直線の傾きの推定、図８参照）
ここで、上述で導出した補正関数は、ヒータ３５の設定温度を１０℃間隔としている。このため、予め導出する際に用いたヒータ３５の設定温度以外の温度で運用する場合には、上述で導出した補正関数の第１近似直線の傾きは適合しないと推定される。
そこで、パイロット用水を設定温度とした場合における、ヒータ３５の設定温度−第１近似直線の傾きの関係を推定する第３近似直線の方程式の算出を行う。
具体的には、パイロット用水の設定温度において、ヒータ３５の設定温度を独立変数、第１近似直線の傾きを従属変数として、第３近似直線を算出する。
図８に示すように、例えば、パイロット用水の設定温度を１０℃、２０℃、３０℃、及び、４０℃にした場合、ヒータ３５の設定温度に対する第１近似直線の傾きを示す第３近似直線は、それぞれ、図８の直線Ｃ１０、直線Ｃ２０、直線Ｃ３０、及び、直線Ｃ４０である。第３近似直線の一次方程式を図８に記載する。
そして、予め導出する際に用いたヒータ３５の設定温度以外の温度で運用する場合であっても、この第３近似直線の一次方程式を用いることにより、上述で導出した補正関数で用いる第１近似直線の傾きを推定することができる。
なお、第１近似直線、第２近似直線、第３近似直線は、例えば、回帰直線で算出する。

【0041】

（障害発生監視装置の障害発生監視方法）
図９を参照して、導出された補正関数を用いた障害発生監視装置１０の障害発生監視方法を説明する。

【0042】

（ステップＳＴ２１、温度、流量の測定）
ステップＳＴ２１では、温度センサ５２及び流量センサ５４が、それぞれ、測定対象水の温度及び流量の測定を行うことができるよう、所定の温度及び流量の測定対象水を採取配管１５に通水させる。
演算器６０は、ヒータ制御部６２に、ヒータ３５の設定温度で発熱するよう、ヒータ３５を制御させる。そして、演算器６０は、所望のタイミングで、温度センサ５２及び流量センサ５４に測定対象水の温度及び流量の測定を行わせると共に、評価チューブ温度センサ２９に評価チューブ２５の温度の測定を行わせる。

【0043】

（ステップＳＴ２３、補正関数の導出）
ステップＳＴ２３では、補正関数の導出を行う。補正部６６は、温度センサ５２により測定された温度を用い、測定対象水の温度に対応する第１近似直線の一次方程式から第１近似直線の傾きを求め、補正関数を導出する。

【0044】

（ステップＳＴ２５、補正後の測定温度の算出）
ステップＳＴ２５は、補正後の測定温度の算出を行う。補正部６６は、評価チューブ２５の測定温度（評価チューブ温度センサ２９の測定温度、すなわち、監視結果信号Ｓ１の監視結果）を、第１近似直線の傾き、測定対象水の実際の運転時の流量（流量センサ５４により測定された、測定対象水の測定流量）、設定された測定対象水の流量（設定流量）に基づいて、導出した補正関数を介して、補正後の評価チューブ２５の温度（補正された監視結果）を算出する。補正部６６は算出された補正後の評価チューブ２５の温度を補正監視結果信号Ｓ４として出力する。

【0045】

以上のステップＳＴ２１からＳＴ２５を行うことにより、障害発生監視装置１０は、測定対象水の温度及び流量による影響を補正した評価チューブ２５の温度を得ると共に、補正監視結果信号Ｓ４として出力する。そして、障害発生監視装置１０は、ステップＳＴ２１からＳＴ２５を繰り返して行うことにより、評価チューブ２５の測定温度の変化に基づいて、熱交換器５００の伝熱面での各障害の発生を監視することができる。

【0046】

障害発生監視装置１０は、補正後の評価チューブ２５の温度（補正された監視結果）の変化量の絶対値、一定期間での傾き、又は、その両方が事前に設定した閾値を超えているか否かを判断し、超えている場合には、熱交換器５００に付着物が付着していると判断し、例えば、アラームを出すなどの報知を行う。
障害発生監視装置１０がこの閾値で付着物の厚さなど障害の程度を図ることができるように、補正部６６は、補正後の評価チューブ２５の温度（補正された監視結果）をそれらの障害の程度に対応する値に換算する工程を備えてもよい。
また、障害発生監視装置１０が付着物の物質を予測できる場合、又は、公知の手段により特定できる場合には、補正部６６は、補正後の評価チューブ２５の温度（補正された監視結果）の変化量から付着物の厚さを推定してもよい。

【実施例】

【0047】

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されない。
なお、通常、ヒータ３５の温度は一定に設定するので、ヒータ制御信号Ｓ５は変化しない。このため、以下の実施例、比較例では、補正部６６はヒータ制御信号Ｓ５を考慮しないものとして説明する。

【0048】

（補正関数の作成方法）
本実施例では、図２に示した構造のモニタリングセンサ２０を用いた。この障害発生監視装置１０は、ＳＵＳ３０４からなる評価チューブ２５の管肉に挿入した評価チューブ温度センサ（熱電対）２９の測定温度（評価チューブ２５の測定温度）を任意に設定（ヒータ３５の設定温度）し、評価チューブ２５の測定温度がヒータ３５の設定温度になるように、評価チューブ２５内に設置したヒータ３５への通電量を調整した後、通電量を一定にし、評価チューブ２５の測定温度が一定となる評価チューブ２５の伝熱面を形成する。通水した測定対象水の水質によって、評価チューブ２５の表面に付着物が生じると、評価チューブ２５の測定温度が上昇するので、障害発生監視装置１０は、評価チューブ２５の測定温度の上昇によって、付着物を検知する。

【0049】

本実施例では、このモニタリングセンサ２０を内径２０ｍｍの塩ビ製の通水セル３０に設置し、評価チューブ２５の表面における流量（パイロット用水の設定流量）が５．０Ｌ／ｍｉｎになるようにポンプを用いてパイロット用水（水道水）を通水し、評価チューブ２５の測定温度が設定温度となるようにヒータ３５に通電する電力量を調整した後、電力量を一定とした。その後、評価チューブ２５の表面における測定対象水の設定流量を４．０〜６．０Ｌ／ｍｉｎの間で０．５Ｌ／ｍｉｎずつ変えて評価チューブ２５の測定温度を測定し、各測定対象水の設定流量で安定した時の評価チューブ２５の測定温度を記録した。

【0050】

表１に示したヒータ３５の設定温度及びパイロット用水（水道水）の設定温度の条件を変えて、上記の測定を繰り返し行った。

【0051】

【表1】

【0052】

（補正関数の作成結果）
図４から図６に示すように、各ヒータ３５の設定温度における、パイロット用水の設定流量に対する評価チューブ２５の測定温度の関係を示した。ヒータ３５の設定温度及びパイロット用水の設定温度によって、パイロット用水の設定流量が変化した際のヒータ３５の設定温度の変化の程度が異なることが分かる。
この測定結果を元に第１近似直線の一次方程式を求め、各ヒータ３５の設定温度及び各パイロット用水の設定温度における、パイロット用水の設定流量と評価チューブ２５の測定温度との間の第１近似直線の傾き（以下、第１傾きという。）を得た。第１傾きは、パイロット用水の流量の変化によって評価チューブ２５の測定温度が変化する程度を表すものである。

【0053】

次に、図８に示すように、パイロット用水の設定温度ごとに評価チューブ２５の測定温度と第１傾きの関係を示す第３近似直線を求め、第３近似直線の傾きから、測定を行っていないヒータ３５の設定温度（６０℃、８０℃）における第１傾きを推定した。
図７に、各ヒータ３５の設定温度におけるパイロット用水の設定温度と第１近似直線の傾きの関係と、図８に示す第１近似直線の傾きの推定結果とを示した。各ヒータ３５の設定温度におけるパイロット用水の設定温度に対する第２近似直線の傾きを示す第１近似直線を求めた。
このようにして、測定対象水の温度ｘを変数とした第１近似直線の傾きを算出する傾き算出関数を得た。得た傾き算出関数を表２に示す。傾き算出関数を用いることで、ある測定対象水の温度において、測定対象水の設定流量の変化によって評価チューブ２５の測定温度が変化する程度を推定することができる。

【0054】

【表2】

【0055】

続いて、流量センサ５４が測定した測定対象水の測定流量における評価チューブ２５の測定温度が、測定対象水の設定流量（上述の補正関数の作成方法においてヒータ３５の設定温度を設定した測定対象水の設定流量である５．０Ｌ／ｍｉｎ）における補正された評価チューブ２５の測定温度に補正されるように、表２に記載した第１近似直線の傾きを求める式を加えた補正関数を導出した。
補正関数：ｙ＝ａ×（５．０−ｚ）＋Ｔｓ
ただし、ｙ：補正された評価チューブ２５の測定温度、ａ：表２で求めた第１近似直線の傾き、ｚ：測定対象水の測定流量（Ｌ／ｍｉｎ）、Ｔｓ：評価チューブ２５の測定温度

【0056】

（障害発生監視装置の運用方法）
（実施例）
上述の補正関数の作成方法で用いたモニタリングセンサ２０及び通水装置を用いて、図１に示すように測定対象水として冷却水を引き込んで監視を行った。モニタリングセンサ２０の設定条件は以下の通りとした。
ヒータ３５の温度設定 ：７０℃
測定対象水の設定温度 ：３０℃
測定対象水の設定流量 ：５．０Ｌ／ｍｉｎ
得られた監視結果（評価チューブ２５の測定温度の経時変化）に上述の補正関数の作成方法で作成した補正関数を適用した。

【0057】

（比較例）
比較例では、モニタリングセンサ２０の設定条件を以下の通りとし、また、得られた監視結果（評価チューブ２５の測定温度の経時変化）に上述の補正関数の作成方法で作成した補正関数のうち、測定対象水の設定流量のみを変数とした補正関数を適用したこと以外は実施例と同じにした。
ヒータ３５の温度設定 ：５０℃
測定対象水の設定温度 ：２０℃

【0058】

＜結果＞
スケールの付着がない場合（付着物がない場合）の結果を図１０に示し、スケールの付着があった場合の結果を図１１に示した。図１０及び図１１は、測定開始の時点における評価チューブ２５の測定温度に対して変化した温度を変化量として表示している。また、図１０及び図１１における「補正前」は、評価チューブ２５の測定温度を示す。図１０を参照するに、監視の過程で測定対象水の流量が４．６Ｌ／ｍｉｎ程度まで低下し、補正前の評価チューブ２５の測定温度の上昇が見られた。
図１０に示すように、この監視結果に実施例及び比較例で得た補正関数を適用したところ、比較例では測定対象水の流量の低下に伴う評価チューブ２５の測定温度の上昇傾向が見られたのに対し、実施例では測定対象水の流量の変動に対する評価チューブ２５の測定温度の上昇を抑えることができた。このことから、ヒータ３５の設定温度及び測定対象水の測定温度を変数とした補正関数を用いることにより、評価チューブ２５の測定温度のより正確な補正が可能になることが分かった。

【0059】

また、図１１に示すように、モニタリングセンサ２０の評価チューブ２５の測定温度に約１０℃の上昇が見られた（図１１の補正前）。また、測定終了後にモニタリングセンサ２０を取り出したところ、モニタリングセンサ２０の表面に顕著なスケールの付着が見られた。モニタリングの過程で測定対象水の測定流量の低下が見られたため、実施例で作成した補正関数を用いた補正を行ったが、補正後の値からも評価チューブ２５の測定温度の顕著な上昇傾向が得られた（図１１の補正後）。
本発明で用いた補正関数を適用することで、測定対象水の測定流量の低下による評価チューブ２５の測定温度の上昇と、付着物による温度上昇を判別できることが分かった。

【符号の説明】

【0060】

１０ 障害発生監視装置
１５ 採取配管
１６ 排水配管
２０ モニタリングセンサ
２４ 模擬伝熱部材
２５ 評価チューブ
２８ 模擬伝熱部材監視センサ
２９ 評価チューブ温度センサ
３０ 通水セル
３４ 加熱部
３５ ヒータ
５２ 温度センサ
５４ 流量センサ
６０ 演算器
６２ ヒータ制御部
６４ 記憶部
６６ 補正部
１００ 水系設備
２００ 冷却塔
３００ 熱交換器
Ｓ１ 監視結果信号
Ｓ２ 温度信号
Ｓ３ 流量信号
Ｓ４ 補正監視結果信号
Ｓ５ ヒータ制御信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】