特許 7700617 試験装置

(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】

(24)【登録日】2025-06-23

(45)【発行日】2025-07-01

(54)【発明の名称】試験装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 17/00 20060101AFI20250624BHJP

   C02F 5/00 20230101ALI20250624BHJP

   F28F 19/00 20060101ALI20250624BHJP

   G01N 25/14 20060101ALN20250624BHJP

【ＦＩ】

G01N17/00

C02F5/00 610Z

F28F19/00 501Z

G01N25/14 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021163947

(22)【出願日】2021-10-05

(65)【公開番号】P2023054933

(43)【公開日】2023-04-17

【審査請求日】2024-09-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩本 達志

【審査官】外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１０６３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０５８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１４６２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／０７７５３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２２８３０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２０１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３２５３６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第２５９１０８４（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２４１４７３５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １７／００

Ｆ２８Ｆ １９／００

Ｃ０２Ｆ ５／００

Ｇ０１Ｎ ２５／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器と、
供給管と、返送管と、吸入側が前記返送管に接続され、吐出側が前記供給管に接続されるポンプとを有する流体循環装置と、
一端が前記供給管に着脱可能に設けられ、他端が前記返送管に着脱可能に設けられ、前記容器内に配される試験体と、
を備える、試験装置。

【請求項2】

前記容器は、少なくとも一部が透明な材料で形成される、請求項１に記載の試験装置。

【請求項3】

前記容器は、少なくとも一部に開口が形成される、請求項１または２に記載の試験装置。

【請求項4】

前記容器は、硬度成分を含む溶液を貯留し、
前記容器内に貯留された前記溶液の温度を調整する温度調整部を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の試験装置。

【請求項5】

前記容器は、硬度成分を含む溶液を貯留し、
前記容器内に貯留された前記溶液に含まれる硬度成分の濃度を調整する濃度調整部を備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の試験装置。

【請求項6】

前記溶液に含まれる前記硬度成分によって、前記試験体の外表面にスケールが付着する、請求項４または５に記載の試験装置。

【請求項7】

前記容器内に設けられた撹拌部を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の試験装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、試験装置に関する。

【背景技術】

【0002】

熱交換器は、様々な分野で広く利用されている。熱交換器は、例えば、バイナリ発電機を構成する蒸発器および凝縮器として利用される。バイナリ発電機の蒸発器は、温泉水等の温水と、作動流体とを熱交換させる。バイナリ発電機の凝縮器は、井戸水等の冷水と、作動流体とを熱交換させる。

【0003】

上記温泉水、井戸水、水道水等の原水には、硬度成分が含まれている。したがって、熱交換器内の、原水が接触する伝熱面にスケールが付着したり、伝熱面が腐食したりするおそれがある（例えば、特許文献１）。

【0004】

このため、伝熱面にスケールが付着するまでの運転時間や伝熱面が腐食するまでの運転時間といった、伝熱面に不具合が生じるまでの運転時間を把握したり、スケール抑制剤や腐食抑制剤といった抑制剤の効果を評価したりすることが望まれる。

【0005】

そこで、従来、実機と同等の試験機を製作して、伝熱面に不具合が生じるまでの運転時間を算出したり、抑制剤の効果を評価したりしていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００９－７５０８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、上記従来技術では、試験機が大がかりなものとなり、伝熱面に不具合が生じるまでの運転時間を算出するために、試験機に大量に原水を通過させる必要があった。また、伝熱面に不具合が生じるまでの運転時間が、１０か月から１年程度と長期間にわたってしまう場合があった。

【0008】

本開示は、このような課題に鑑み、装置を小型化することが可能な試験装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る試験装置は、容器と、供給管と、返送管と、吸入側が返送管に接続され、吐出側が供給管に接続されるポンプとを有する流体循環装置と、一端が供給管に着脱可能に設けられ、他端が返送管に着脱可能に設けられ、容器内に配される試験体と、を備える。

【0010】

また、容器は、少なくとも一部が透明な材料で形成されてもよい。

【0011】

また、容器は、少なくとも一部に開口が形成されてもよい。

【0012】

また、容器は、硬度成分を含む溶液を貯留し、上記試験装置は、容器内に貯留された溶液の温度を調整する温度調整部を備えてもよい。

【0013】

また、容器は、硬度成分を含む溶液を貯留し、上記試験装置は、容器内に貯留された溶液に含まれる硬度成分の濃度を調整する濃度調整部を備えてもよい。

【0014】

また、溶液に含まれる硬度成分によって、試験体の外表面にスケールが付着してもよい。

【0015】

また、上記試験装置は、容器内に設けられた撹拌部を備えてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、装置を小型化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本実施形態に係る試験装置を説明する図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る中央制御部の機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0019】

［試験装置１００］
図１は、本実施形態に係る試験装置１００を説明する図である。試験装置１００は、熱交換器を模した装置である。図１に示すように、試験装置１００は、容器１１０と、流体循環装置１２０と、試験体１３０と、撹拌機１４０と、温度調整装置１５０と、液面調整装置１６０と、第１液面センサ１７０と、第２液面センサ１７２と、温度センサ１７４と、中央制御部１８０とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、冷媒の流れ方向を示す。また、図１中、破線の矢印は、信号の流れを示す。

【0020】

容器１１０は、溶液Ｓを貯留する。溶液Ｓは、例えば、温泉水、井戸水、水道水等の原水を模した液である。つまり、溶液Ｓは、硬度成分を含む液である。硬度成分は、スケールの原因となる物質である。硬度成分は、例えば、カルシウム化合物、マグネシウム化合物、ケイ素化合物である。カルシウム化合物は、例えば、炭酸カルシウムである。マグネシウム化合物は、例えば、炭酸マグネシウムである。ケイ素化合物は、例えば、シリカである。なお、評価をより早期に行うために、溶液Ｓとして、原水よりも高濃度の硬度成分を含む液を用いることもある。

【0021】

容器１１０は、例えば、円筒形状である。容器１１０は、例えば、ガラス、プラスチック等の透明な材料で形成される。ここで、透明とは、外部から容器１１０内が視認可能な程度に透明であることをいう。また、容器１１０は、耐熱性および耐薬性を有している。本実施形態において、容器１１０の上面は、開放されている。

【0022】

流体循環装置１２０は、後述する試験体１３０内に流体（例えば、冷媒）を循環させる。本実施形態において、流体循環装置１２０は、冷媒貯留部１２２と、ポンプ１２４と、供給管１２６と、返送管１２８とを含む。

【0023】

冷媒貯留部１２２は、冷媒を貯留する。また、本実施形態において、冷媒貯留部１２２は、貯留された冷媒を冷却する。

【0024】

ポンプ１２４は、冷媒貯留部１２２から冷媒を吸引し、供給管１２６を通じ試験体１３０に供給する。また、ポンプ１２４は、返送管１２８を通じ、試験体１３０から冷媒を吸引して冷媒貯留部１２２に供給する。ポンプ１２４の吸入側は、返送管１２８に接続される。ポンプ１２４の吐出側は、供給管１２６に接続される。

【0025】

供給管１２６および返送管１２８は、可撓性を有する材料で形成される。可撓性を有する材料は、例えば、ゴム、エラストマーである。つまり、供給管１２６および返送管１２８は、ゴムホースである。

【0026】

供給管１２６の一端側の開口は、ポンプ１２４の吐出側に接続される。供給管１２６の他端側の開口１２６ａは、試験体１３０の一端側の開口１３０ａに接続される。

【0027】

返送管１２８の一端側の開口は、ポンプ１２４の吸入側に接続される。返送管１２８の他端側の開口１２８ａは、試験体１３０の他端側の開口１３０ｂに接続される。

【0028】

流体循環装置１２０は、後述する循環制御部２１０によって駆動制御される。

【0029】

試験体１３０は、管形状である。本実施形態において、試験体１３０は、Ｕ字管である。試験体１３０は、金属で形成される。金属は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）、銅である。

【0030】

試験体１３０は、容器１１０内に配される。具体的に説明すると、試験体１３０は、容器１１０内に貯留された溶液Ｓに浸漬される。

【0031】

また、試験体１３０の一端側の開口１３０ａは、供給管１２６の開口１２６ａに着脱可能に接続される。試験体１３０の他端側の開口１３０ｂは、返送管１２８の開口１２８ａに着脱可能に接続される。なお、試験体１３０の外径は、供給管１２６および返送管１２８の内径よりもわずかに大きい。

【0032】

流体循環装置１２０のポンプ１２４が駆動されると、冷媒は、供給管１２６（開口１２６ａ）を通じて、試験体１３０に供給される。そして、冷媒は、試験体１３０内を通過した後、返送管１２８（開口１２８ａ）を通じて、流体循環装置１２０に返送される。こうして、冷媒は、試験体１３０を循環することになる。

【0033】

撹拌機１４０は、容器１１０内の溶液Ｓを撹拌する。本実施形態において、撹拌機１４０は、撹拌子１４２と、マグネチックスターラ１４４とを備える。撹拌子１４２（撹拌部）は、容器１１０内に設けられる。容器１１０は、マグネチックスターラ１４４に載置される。マグネチックスターラ１４４によって撹拌子１４２が回転される。撹拌子１４２の回転によって、容器１１０内の溶液Ｓが撹拌される。

【0034】

なお、撹拌機１４０は、容器１１０内の溶液Ｓを撹拌することができれば、構成に限定はない。撹拌機１４０は、容器１１０内に設けられた撹拌羽根（撹拌部）と、撹拌羽根を回転させるモータとを備えてもよい。

【0035】

撹拌機１４０は、後述する撹拌制御部２１６によって駆動制御される。

【0036】

温度調整装置１５０は、容器１１０内の溶液Ｓを加熱する。温度調整装置１５０は、例えば、電気ヒータである。温度調整装置１５０は、後述する温度調整部２１２によって駆動制御される。

【0037】

液面調整装置１６０は、容器１１０内に水（例えば、純水）を供給する。液面調整装置１６０は、後述する濃度調整部２１４によって駆動制御される。

【0038】

第１液面センサ１７０および第２液面センサ１７２は、容器１１０に貯留された溶液Ｓの液面の位置（液位）を検知する。

【0039】

温度センサ１７４は、容器１１０に貯留された溶液Ｓの温度を検知する。

【0040】

中央制御部１８０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。中央制御部１８０は、ＲＯＭからＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。中央制御部１８０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して試験装置１００全体を管理および制御する。

【0041】

図２は、本実施形態に係る中央制御部１８０の機能ブロック図である。なお、図２中、破線の矢印は、信号の流れを示す。

【0042】

図２に示すように、本実施形態において、中央制御部１８０は、循環制御部２１０、温度調整部２１２、濃度調整部２１４、撹拌制御部２１６として機能する。

【0043】

循環制御部２１０は、流体循環装置１２０を制御する。循環制御部２１０は、例えば、試験体１３０の表面温度が第１目標温度Ｔ１となるように、冷媒貯留部１２２による冷却、および、ポンプ１２４の出力のいずれか一方または両方を制御する。

【0044】

温度調整部２１２は、容器１１０内に貯留された溶液Ｓの温度を調整する。本実施形態において、温度調整部２１２は、温度センサ１７４の検出値が第２目標温度Ｔ２となるように、温度調整装置１５０を制御する。なお、第２目標温度Ｔ２は、第１目標温度Ｔ１よりも高い。

【0045】

また、温度調整部２１２は、第１液面センサ１７０の検出値が第１液位Ｌ１未満である場合に温度調整装置１５０を停止する。第１液位Ｌ１は、空焚きであるとみなすことができる液位である。

【0046】

濃度調整部２１４は、容器１１０内に貯留された溶液Ｓに含まれる硬度成分の濃度を調整する。本実施形態において、濃度調整部２１４は、第２液面センサ１７２の検出値が第２液位Ｌ２となるように、液面調整装置１６０を制御する。第２液位Ｌ２は、試験装置１００による試験開始前に、容器１１０内に貯留された溶液Ｓの液位である。第２液位Ｌ２は、第１液位Ｌ１超の値である。

【0047】

上記したように、容器１１０の上面が開放されているため、温度調整装置１５０によって加熱され続けると、溶液Ｓ中の水が蒸発して、溶液Ｓに含まれる硬度成分の濃度が上昇してしまう。そこで、濃度調整部２１４は、第２液面センサ１７２の検出値が第２液位Ｌ２となるように、液面調整装置１６０を制御して、水を供給させる。これにより、濃度調整部２１４は、容器１１０内に貯留された溶液Ｓに含まれる硬度成分の濃度を設定値に維持することが可能となる。

【0048】

撹拌制御部２１６は、撹拌機１４０を制御する。撹拌制御部２１６は、例えば、試験体１３０の外表面における溶液Ｓの流速温度が目標値となるように、撹拌子１４２の回転速度を制御する。

【0049】

以上説明したように、本実施形態に係る試験装置１００は、容器１１０と、流体循環装置１２０と、流体循環装置１２０に着脱可能に設けられた試験体１３０を備える。試験装置１００において、試験体１３０は、容器１１０内に貯留された溶液Ｓに浸漬することが可能な大きさであればよい。このため、試験装置１００は、実機と同等の従来の試験機と比較して、装置自体を小型化することができる。したがって、試験装置１００は、従来の試験機よりも、装置自体のコストを低減することが可能となる。

【0050】

また、試験装置１００では、試験体１３０の内部を冷媒が循環し、試験体１３０の外部に溶液Ｓが接触する。このため、溶液Ｓに含まれる硬度成分によって、試験体１３０の外表面（伝熱面）にスケールを付着させることができる。また、上記したように、容器１１０の上面が開放されており、容器１１０は、透明な材料で形成される。したがって、試験装置１００の外部から、試験体１３０の外表面（伝熱面）の不具合（スケールの付着や腐食）を確認（視認）することができる。このため、試験装置１００は、従来の試験機とは異なり、装置を分解することなく、伝熱面の不具合を確認することが可能となる。

【0051】

また、試験装置１００は、容器１１０に貯留する溶液Ｓ（初期状態の溶液Ｓ）における硬度成分の濃度を自在に変更できる。換言すれば、所望される濃度の硬度成分を含む溶液Ｓを容器１１０に貯留することができる。このため、例えば、実機に供給される原水よりも硬度成分の濃度が高い溶液Ｓを容器１１０に貯留して試験を行うことができる。この場合、容器１１０に原水を貯留する場合よりも、試験体１３０に不具合が生じるまでの時間を短縮することができる。これにより、例えば、スケール抑制剤や腐食抑制剤といった抑制剤を、容器１１０に導入して試験を行えば、抑制剤の効果を早期に評価することが可能となる。

【0052】

また、上記したように、試験装置１００は、循環制御部２１０および温度調整部２１２を備える。これにより、試験装置１００は、冷媒と溶液Ｓとの温度差を自在に変更できる。つまり、試験装置１００は、試験体１３０の内部と、外部との温度差（伝熱面の温度差）を自在に変更できる。このため、例えば、実機が設置される現場よりも、冷媒と溶液Ｓとの温度差を大きくして試験を行うことができる。この場合、実機が設置される現場環境よりも、試験体１３０に不具合が生じるまでの時間を短縮することができる。これにより、例えば、抑制剤を容器１１０に導入して試験を行えば、抑制剤の効果を早期に評価することが可能となる。

【0053】

また、上記したように、試験装置１００は、濃度調整部２１４を備える。これにより、試験装置１００は、設定した濃度に溶液Ｓを維持することができる。したがって、試験装置１００は、安定した試験を行うことが可能となる。

【0054】

また、上記したように、試験装置１００は、撹拌機１４０を備える。これにより、撹拌機１４０は、容器１１０内において溶液Ｓの濃度が偏ってしまう事態を回避することができる。

【0055】

また、上記したように、試験装置１００は、撹拌制御部２１６を備える。これにより、試験装置１００は、試験体１３０の外表面を流れる溶液Ｓの流速を自在に変更できる。このため、例えば、実機が設置される現場よりも、試験体１３０の外表面を流れる溶液Ｓの流速を大きくして試験を行うことができる。熱交換器が設置される現場よりも、スケールの付着時間を短縮することができる。この場合、実機が設置される現場環境よりも、試験体１３０に不具合が生じるまでの時間を短縮することができる。これにより、例えば、抑制剤を容器１１０に導入して試験を行えば、抑制剤の効果を早期に評価することが可能となる。

【0056】

また、上記したように、試験装置１００は、第１液面センサ１７０および温度調整部２１２を備える。これにより、試験装置１００は、温度調整装置１５０による空焚きを防止することが可能となる。

【0057】

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0058】

例えば、上述した実施形態において、容器１１０の上面が開放されている場合を例に挙げた。しかし、容器１１０の上面が開放されていなくてもよい。容器１１０は、少なくとも一部に開口が形成されていてもよい。例えば、容器１１０の側面における上部に開口が形成されていてもよい。この場合、開口から試験体１３０の外表面を確認することができる。

【0059】

また、上記実施形態において、容器１１０が透明な材料で形成される場合を例に挙げた。しかし、容器１１０は、少なくとも一部が透明な材料で形成されていればよい。この場合、透明な材料で形成されている部分（窓）から試験体１３０の外表面を確認することができる。

【0060】

また、上記実施形態において、試験装置１００が、温度調整装置１５０および温度調整部２１２を備える場合を例に挙げた。しかし、試験装置１００は、温度調整装置１５０および温度調整部２１２を備えずともよい。試験装置１００は、少なくとも流体循環装置１２０を備え、試験体１３０の内部と外部とにおいて温度差をつけることができればよい。

【0061】

また、上記実施形態において、冷媒貯留部１２２が、貯留された冷媒を冷却する場合を例に挙げた。しかし、冷媒貯留部１２２は、貯留された冷媒を加熱してもよい。試験装置１００は、試験体１３０の内部と外部とにおいて温度差をつけることができればよい。例えば、試験体１３０の内部が外部よりも高温であってもよい。

【0062】

また、上記実施形態において、温度調整装置１５０が、容器１１０内の溶液Ｓを加熱する場合を例に挙げた。しかし、温度調整装置１５０は、容器１１０内の溶液Ｓを冷却してもよい。試験装置１００は、試験体１３０の内部と外部とにおいて温度差をつけることができればよい。例えば、試験体１３０の内部が外部よりも高温であってもよい。

【0063】

また、上記実施形態において、試験装置１００が、液面調整装置１６０および濃度調整部２１４を備える場合を例に挙げた。しかし、試験装置１００は、液面調整装置１６０および濃度調整部２１４を備えずともよい。例えば、容器１１０が密閉容器である場合、液面調整装置１６０および濃度調整部２１４を省略することができる。

【0064】

また、上記実施形態において、試験装置１００が、撹拌機１４０を備える場合を例に挙げた。しかし、撹拌機１４０は、必須の構成ではない。

【0065】

本開示は、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１２「持続可能な消費と生産のパターンを確保する」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0066】

Ｓ 溶液
１００ 試験装置
１１０ 容器
１２０ 流体循環装置
１２４ ポンプ
１２６ 供給管
１２８ 返送管
１３０ 試験体
１４２ 撹拌子（撹拌部）
２１２ 温度調整部
２１４ 濃度調整部

【図1】

【図2】