(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検液に接する第１接液部、前記第１接液部を加熱する第１発熱部、前記第１接液部の温度を測定する第１測温部を含む第１センサと、
被検液に接する第２接液部、前記第２接液部を加熱する第２発熱部、前記第２接液部の温度を測定する第２測温部を含む第２センサと、
一定の電力を前記第１発熱部へ常時供給し、前記第１発熱部へ供給する電力と同じ大きさの電力を所定時間のみ前記第２発熱部へ供給し、前記第２発熱部へ電力を供給しているときに、前記第１測温部の検出温度と前記第２測温部の検出温度との温度差から前記第１接液部のスケール付着状況を判定する制御装置と、を備えるスケール検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のスケール検出装置において、前記制御装置は、前記第２発熱部への電力供給を定期的に実行する、ことを特徴とするスケール検出装置。
【請求項３】
被検液に接する第１接液部、前記第１接液部を加熱する第１発熱部、前記第１接液部の温度を測定する第１測温部を含む第１センサを設け、
被検液に接する第２接液部、前記第２接液部を加熱する第２発熱部、前記第２接液部の温度を測定する第２測温部を含む第２センサを設け、
一定の電力を前記第１発熱部へ常時供給し、
前記第１発熱部へ供給する電力と同じ大きさの電力を所定時間のみ前記第２発熱部へ供給し、
前記第２発熱部へ電力を供給しているときに、前記第１測温部の検出温度と前記第２測温部の検出温度との温度差から前記第１接液部のスケール付着状況を判定する、スケール検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水系等の工業用水系において発生するスケールを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば循環式冷却水系においては、冷却水の循環利用により冷却水の濃度が上昇すると、水に含まれている炭酸カルシウムやシリカ等のスケールが熱交換器等に付着することがある。そして循環式冷却水系の熱交換器等にスケールが付着すると、熱交換率の低下等の障害を引き起こすことが知られている。このようなことから循環式冷却水系等の冷却水系においては、スケールの付着を早い段階で検出し、そのスケールに起因する障害を未然に防止する必要がある。
【０００３】
スケール等の付着物を検出する従来技術の一例として、金属管内に発熱体及び測温体が挿入され、その発熱体及び測温体と金属管の内面との間に充填材が充填されてなるプローブを備え、その発熱体への通電量を変化させた際に測温体で計測される温度の変化に基づいて金属管外面への付着物を検出する付着物検出装置が公知である。このような付着物検出装置は、上記のプローブを水中に配置し、例えば一定時間毎に発熱体への通電電流量を増減させ、通電量をゼロとした又は少なくしたときに水温に依存した温度、通電量を多くしたときに発熱量に依存した温度をそれぞれ計測する。そしてその水温に依存した温度、通電量を多くしたときに発熱量に依存した温度に基づいて、金属管外面への付着物の付着状況を判定する（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０１８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記の従来技術においては、被検液の水温や流速の変化によって、測温体の計測温度（金属管外面の温度）が変動する。そして上記の従来技術は、発熱体への通電量を変化させた際に測温体で計測される温度の変化に基づいて金属管外面への付着物を検出することから、被検疫の水温や流速等の環境条件の変動がその検出精度に大きく影響する。したがって上記の従来技術においては、系内のスケール付着状況を高精度に検出する上で、被検液の水温や流速を所定の範囲に管理する付帯設備等が不可欠になるという課題がある。
【０００６】
このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、冷却水系等の工業用水系において、被検液の流速や水温を管理することなく、系内のスケール付着状況を高精度に検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、被検液に接する第１接液部、前記第１接液部を加熱する第１発熱部、前記第１接液部の温度を測定する第１測温部を含む第１センサと、被検液に接する第２接液部、前記第２接液部を加熱する第２発熱部、前記第２接液部の温度を測定する第２測温部を含む第２センサと、一定の電力を前記第１発熱部へ常時供給し、前記第１発熱部へ供給する電力と同じ大きさの電力を所定時間のみ前記第２発熱部へ供給し、前記第２発熱部へ電力を供給しているときに、前記第１測温部の検出温度と前記第２測温部の検出温度との温度差から前記第１接液部のスケール付着状況を判定する制御装置と、を備えるスケール検出装置である。
【０００８】
ここでスケールとは、水中に溶解又は懸濁している物質が種々の原因で金属表面に析出又は沈殿固化したものである。そしてスケールの生成に影響する環境因子の一つとして温度が挙げられる。例えば炭酸カルシウムやシリカ等のスケールは、一般に温度が高くなると結晶の成長速度定数が大きくなり発生しやすくなる。
【０００９】
第１センサは、一定の電力が第１発熱部へ常時供給されているので、第１接液部は常時加熱されて高温になる。より具体的には第１接液部の温度は、一定の電力による第１発熱部の発熱量と第１接液部から被検液への放熱量とが等しくなる温度で一定になる。他方、第２センサの第２接液部は、第２発熱部へ電力が供給されていないときは被検液の温度とほぼ同じ温度になる。つまり第１接液部は、被検液より温度が高い状態が維持されるのでスケールが発生しやすい。他方、第２接液部は、被検液の温度とほぼ同じ温度に維持されるのでスケールが発生しにくい。そのため被検液の水質やｐＨ、濃縮度等の条件によりスケールが発生しやすい環境になると、第１接液部にはスケールが発生するものの、第２接液部にはスケールが発生していない状態になる。
【００１０】
そして第１接液部にスケールが発生すると、その第１接液部の表面に付着したスケールによって第１接液部の放熱効率が低下する。そのため第１接液部の温度は、そのスケール付着量に応じて上昇することになる。したがって第１接液部の温度上昇を検出することによって、第１接液部のスケール付着状況を判定することができる。しかし第１接液部の温度は、被検液の流速や水温によっても変動し得る。そのため第１接液部のスケール付着状況は、その第１接液部の温度だけから判定することは困難である。
【００１１】
そこでスケール付着状況を判定するときには、さらに第２発熱部にも一定の電力（第１発熱部に供給している電力と同じ大きさの電力）を所定時間のみ供給する。この所定時間は、一定の電力による第２発熱部の発熱量と第２接液部から被検液への放熱量とが等しくなって、第２測温部が検出する温度が一定の温度で維持される状態になるのに充分な時間である。そしてそのときの第１接液部の温度と第２接液部の温度との温度差から第１接液部のスケール付着状況を判定する。つまり第１発熱部と第２発熱部に同じ大きさの電力を供給している状態において、スケールが付着している第１接液部の温度とスケールが付着していない第２接液部の温度、両者を同時に測定し、その温度差から第１接液部のスケール付着状況を判定する。
【００１２】
この第１接液部と第２接液部との温度差は、同時に測定した温度の相対的な温度差である。したがって測定時における被検液の流速や水温等の条件は、第１接液部と第２接液部とで全く同じになる。そのため被検液の流速や水温の変化に起因する温度の変動は、第１接液部と第２接液部との温度差の測定に影響しない。また第１発熱部と第２発熱部には、同じ大きさの電力が供給されている。
【００１３】
したがって仮に第１接液部にスケールが付着していなければ、第１接液部と第２接液部との温度差は、第１センサと第２センサのそれぞれの加熱特性や放熱特性に従って画一的に定まる一定の温度差になるはずである。特に第１センサと第２センサの加熱特性や放熱特性が全く同じである場合には、仮に第１接液部にスケールが付着していなければ、第１接液部の温度と第２接液部の温度は同じ温度になるはずである。したがって第１接液部と第２接液部との温度差から、第１接液部にスケールが付着して放熱効率が低下することに起因する第１接液部の温度上昇分を高精度に特定することができる。すなわち第２発熱部にも一定の電力を供給し、そのときに第１接液部と第２接液部との温度差を求めることによって、その温度差から、第１接液部のスケール付着状況を高精度に判定することができる。
【００１４】
これにより本発明の第１の態様によれば、冷却水系等の工業用水系において、被検液の流速や水温を管理することなく、系内のスケール付着状況を高精度に検出することができるという作用効果が得られる。
【００１５】
＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記制御装置は、前記第２発熱部への電力供給を定期的に実行する、ことを特徴とするスケール検出装置である。
このような特徴によれば、定期的に第１接液部のスケール付着状況を判定することができるので、系内のスケール付着状況を定期的に検出することができる。それによって冷却水系等の工業用水系においてスケールに起因する障害が生ずる虞を低減することができる。
【００１６】
＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、被検液に接する第１接液部、前記第１接液部を加熱する第１発熱部、前記第１接液部の温度を測定する第１測温部を含む第１センサを設け、被検液に接する第２接液部、前記第２接液部を加熱する第２発熱部、前記第２接液部の温度を測定する第２測温部を含む第２センサを設け、一定の電力を前記第１発熱部へ常時供給し、前記第１発熱部へ供給する電力と同じ大きさの電力を所定時間のみ前記第２発熱部へ供給し、前記第２発熱部へ電力を供給しているときに、前記第１測温部の検出温度と前記第２測温部の検出温度との温度差から前記第１接液部のスケール付着状況を判定する、スケール検出方法である。
本発明の第３の態様によれば、冷却水系等の工業用水系において、前述した本発明の第１の態様と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、冷却水系等の工業用水系において、被検液の流速や水温を管理することなく、系内のスケール付着状況を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】循環式冷却水系の構成を図示した系統図。
【図２】スケール検出装置の構成を図示したブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
＜冷却水系の構成＞
循環式冷却水系の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、循環式冷却水系の構成を図示した系統図である。
【００２１】
循環式冷却水系は、冷却塔１０、濃縮管理装置２０、スケール検出装置３０及び通信装置４０を備える。
【００２２】
冷却塔１０は、周囲空気と冷却水とを直接接触させることにより、空気と冷却水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１０は、循環ポンプ１１、熱交換機１２、散水板１３、送風機１４、電気伝導率計１５、補給バルブ１６、ブローバルブ１７及び水中ポンプ１８を含む。
【００２３】
循環ポンプ１１は、循環流路１１１を通じて冷却塔１０の冷却水を散水板１３へ送出するポンプである。熱交換機１２は、循環流路１１１に設けられており、循環流路１１１の冷却水を冷却媒体とする熱交換装置である。散水板１３は、熱交換機１２で温度が上昇した冷却水を冷却塔１０の中へ散布する装置である。送風機１４は、冷却塔１０の上部の排気口１１２に設けられており、ルーバ１１３から空気を導入して排気口１１２へ排出する装置である。熱交換機１２で温度が上昇した冷却水は、散水板１３から散布され、そのときにルーバ１１３から導入された空気に接して冷却される。
【００２４】
電気伝導率計１５は、冷却塔１０の冷却水の電気伝導率を測定する測定器である。電気伝導率計１５が測定した冷却水の電気伝導率は、濃縮管理装置２０へ出力される。補給バルブ１６は、冷却塔１０へ補給水を供給する流路となる補給流路１１４に設けられた開閉バルブであり、濃縮管理装置２０によって制御される。ブローバルブ１７は、冷却塔１０から冷却水をブローする流路となるブロー流路１１５に設けられた開閉バルブであり、濃縮管理装置２０によって制御される。濃縮管理装置２０は、冷却塔１０の冷却水の電気伝導率が一定範囲になるように補給バルブ１６及びブローバルブ１７を制御する。
【００２５】
水中ポンプ１８は、冷却塔１０の冷却水の中に設けられており、送出流路１１６を通じてスケール検出装置３０へ冷却水を送出するポンプである。スケール検出装置３０へ送出された冷却水は、戻り流路１１７を通じて冷却塔１０へ戻される。通信装置４０は、スケール検出装置３０が出力する警報信号をサーバ又は管理者の端末装置等へ有線又は無線の通信回線を通じて送信する装置である。
【００２６】
＜スケール検出装置＞
本発明に係るスケール検出装置３０の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００２７】
図２は、スケール検出装置３０の構成を図示したブロック図である。
本発明に係るスケール検出装置３０は、フローセル３１、第１電流発生装置３２、第１温度検出装置３３、第２電流発生装置３４、第２温度検出装置３５、制御装置３６、第１センサ５０及び第２センサ６０を含む。
【００２８】
フローセル３１は、「被検液」としての冷却水が送出流路１１６を通じて冷却塔１０から送出される。フローセル３１へ送出された冷却水は、戻り流路１１７を通じて冷却塔１０へ戻される。
【００２９】
第１センサ５０は、フローセル３１の下流側に設けられており、第１接液部５１、第１ヒータ５２、第１測温抵抗体５３を含む。第１接液部５１は、フローセル３１に流れる冷却水に表面が接するように配置されており、例えば真鍮やステンレス等の耐食性を有する金属管からなる部材である。「第１発熱部」としての第１ヒータ５２は、第１接液部５１を加熱するための電子部品であり、第１接液部５１の中に設けられている。「第１測温部」としての第１測温抵抗体５３は、第１接液部５１の温度を測定するための電子部品であり、第１接液部５１の中に設けられている。第１接液部５１の中の隙間には、酸化マグネシウム粒子等の熱導電性が良い材料からなる充填材が充填されている。
【００３０】
第２センサ６０は、フローセル３１の上流側に設けられており、第２接液部６１、第２ヒータ６２、第２測温抵抗体６３を含む。第２接液部６１は、フローセル３１に流れる冷却水に表面が接するように配置されており、第１接液部５１と同様に、例えば真鍮やステンレス等の耐食性を有する金属管からなる部材である。「第２発熱部」としての第２ヒータ６２は、第２接液部６１を加熱するための電子部品であり、第２接液部６１の中に設けられている。「第２測温部」としての第２測温抵抗体６３は、第２接液部６１の温度を測定するための電子部品であり、第２接液部６１の中に設けられている。第２接液部６１の中の隙間には、第１接液部５１と同様に、酸化マグネシウム粒子等の熱導電性が良い材料からなる充填材が充填されている。
【００３１】
第１電流発生装置３２は、第１ヒータ５２に接続されており、第１ヒータ５２へ供給する電流を発生する装置である。第１電流発生装置３２は、例えば公知の定電流電源（図示せず）と電流制御回路（図示せず）で構成されており、その出力電流は制御装置３６によって制御される。第１温度検出装置３３は、第１測温抵抗体５３に接続されており、第１測温抵抗体５３の抵抗値から第１接液部５１の温度を検出する装置である。第１温度検出装置３３は、検出した第１接液部５１の温度を制御装置３６へ出力する。
【００３２】
第２電流発生装置３４は、第２ヒータ６２に接続されており、第２ヒータ６２へ供給する電流を発生する装置である。第２電流発生装置３４は、例えば公知の定電流電源（図示せず）と電流制御回路（図示せず）で構成されており、その出力電流は制御装置３６によって制御される。第２温度検出装置３５は、第２測温抵抗体６３に接続されており、第２測温抵抗体６３の抵抗値から第２接液部６１の温度を検出する装置である。第２温度検出装置３５は、検出した第２接液部６１の温度を制御装置３６へ出力する。
【００３３】
制御装置３６は、公知のマイコン制御装置であり、第１電流発生装置３２及び第２電流発生装置３４を制御するとともに、第１温度検出装置３３及び第２温度検出装置３５の出力信号に基づいて、循環式冷却水系のスケール付着状況を検出する。
【００３４】
より具体的には制御装置３６は、第１ヒータ５２へ一定の電力を常時供給する。それによって第１接液部５１は、常時加熱されて高温になる。この第１接液部５１の温度は、一定の電力による第１ヒータ５２の発熱量と第１接液部５１から冷却水への放熱量とが等しくなるときの温度である。第１ヒータ５２へ供給する電力は、第１接液部５１の温度が一般的にスケールの発生しやすい温度（例えば９０度くらい）になるように、あるいは例えば熱交換機１２の周囲と同じ位の温度になるように設定するのが好ましい。他方、制御装置３６は、通常時は第２ヒータ６２に電力を供給しない。それによって第２接液部６１の温度は、通常時は、冷却水の温度とほぼ同じ温度に維持される。
【００３５】
つまり通常時は、第１接液部５１は、冷却水の温度より高い状態（スケールが発生しやすい状態）が維持され、第２接液部６１は、冷却水の温度とほぼ同じ温度（スケールが発生しにくい状態）に維持される。そのため冷却水の水質やｐＨ、濃縮度等の条件によりスケールが発生しやすい環境になると、第１接液部５１にはスケールが発生するものの、第２接液部６１にはスケールが発生していない状態になる。
【００３６】
第１接液部５１にスケールが発生すると、その第１接液部５１の表面に付着したスケールによって第１接液部５１の放熱効率が低下する。そのため一定の電力が第１ヒータ５２に供給されている状態において、その第１接液部５１の温度は、そのスケール付着量に応じて上昇することになる。したがって第１接液部５１の温度上昇を検出することによって、第１接液部５１のスケール付着状況を判定することができる。
【００３７】
制御装置３６は、スケール付着状況を判定するときだけ、第１ヒータ５２へ供給する電力と同じ大きさの電力を所定時間のみ第２ヒータ６２へ供給する。この所定時間は、一定の電力による第２ヒータ６２の発熱量と第２接液部６１から冷却水への放熱量とが等しくなり、第２測温抵抗体６３が検出する温度が一定の温度で維持される状態になるのに充分な時間である。そしてそのときの第１測温抵抗体５３の検出温度と第２測温抵抗体６３の検出温度との温度差から第１接液部５１のスケール付着状況を判定する。つまり第１ヒータ５２と第２ヒータ６２に同じ大きさの電力を供給している状態において、スケールが付着している第１接液部５１の温度とスケールが付着していない第２接液部６１の温度、両者を同時に測定し、その温度差から第１接液部５１のスケール付着状況を判定する。
【００３８】
この第１接液部５１と第２接液部６１との温度差は、同時に測定した温度の相対的な温度差である。したがって測定時における冷却水の流速や水温等の条件は、第１接液部５１と第２接液部６１とで全く同じになる。そのため冷却水の流速や水温の変化に起因する温度の変動は、第１接液部５１と第２接液部６１との温度差の測定に影響しない。また第１ヒータ５２と第２ヒータ６２には、同じ大きさの電力が供給されている。
【００３９】
したがって仮に第１接液部５１にスケールが付着していなければ、第１接液部５１と第２接液部６１との温度差は、第１センサ５０と第２センサ６０のそれぞれの加熱特性や放熱特性に従って画一的に定まる一定の温度差になるはずである。特に第１センサ５０と第２センサ６０の加熱特性や放熱特性が全く同じであるのが好ましく、その場合には、仮に第１接液部５１にスケールが付着していなければ、第１接液部５１の温度と第２接液部６１の温度は同じ温度になるはずである。したがって第１接液部５１と第２接液部６１との温度差から、第１接液部５１にスケールが付着して放熱効率が低下することに起因する第１接液部５１の温度上昇分を高精度に特定することができる。すなわち第２ヒータ６２にも一定の電力を供給し、そのときに第１接液部５１と第２接液部６１との温度差を求めることによって、その温度差から、第１接液部５１のスケール付着状況を高精度に判定することができる。
【００４０】
そして制御装置３６は、その第１接液部５１のスケール付着状況に基づいて、通信装置４０へ警報信号を出力する。それによってスケールに起因する障害が発生する前に、例えば低分子量ポリマー、ホスホン酸塩、無機ポリリン酸塩等のスケール防止剤を冷却塔１０の冷却水に注入する等の対策を講じることができる。あるいは第１接液部５１のスケール付着状況に基づいて、濃縮管理装置２０による冷却水の補給とブローを行うことにより冷却塔１０の冷却水の濃度を調整してもよい。
【００４１】
このようにして本発明によれば、循環式冷却水系において、冷却水の流速や水温を管理することなく、系内のスケール付着状況を高精度に検出することができる。
【００４２】
また本発明に係るスケール検出装置３０は、第２ヒータ６２への電力供給を制御装置３６が定期的に実行するのが好ましい。例えば１時間に１回、あるいは１日１回、第２ヒータ６２への電力供給とスケール付着状況の判定を制御装置３６が実行するようにすればよい。定期的に第１接液部５１のスケール付着状況を判定することができるので、系内のスケール付着状況を定期的に検出することができる。それによって循環式冷却水系においてスケールに起因する障害が生ずる虞を低減することができる。
【００４３】
また本発明に係るスケール検出装置３０は、上記説明した実施例のように、冷却水の流路となるフローセル３１の上流側に第２センサ６０を設け、その下流側に第１センサ５０を設けるのが好ましい。それによって通常時に、常時発熱している第１接液部５１によって第２接液部６１の温度が上昇する虞を低減することができる。つまり通常時に、第２接液部６１の温度が上昇して第２接液部６１にもスケールが発生する虞を低減することができる。
【００４４】
＜他の実施例、変形例＞
本発明は、上記説明した実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【００４５】
例えば上記の実施例では、制御装置３６による自動制御で第１接液部５１のスケール付着状況を判定する態様を例に説明したが、制御装置３６を設けずに、第１電流発生装置３２、第１温度検出装置３３、第２電流発生装置３４及び第２温度検出装置３５を作業者が操作して第１接液部５１のスケール付着状況を判定することもできる。より具体的には、上記説明した実施例において、スケール検出時に作業者は、第１ヒータ５２へ供給する電力と同じ大きさの電力を所定時間のみ第２ヒータ６２へ供給し、そのときの第１測温抵抗体５３の検出温度と第２測温抵抗体６３の検出温度を測定し、その温度差から第１接液部５１のスケール付着状況を判定することができる。このような態様でも本発明は実施可能であり、本発明による作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  冷却塔
３０  スケール検出装置
３１  フローセル
３２  第１電流発生装置
３３  第１温度検出装置
３４  第２電流発生装置
３５  第２温度検出装置
３６  制御装置
５０  第１センサ
５１  第１接液部
５２  第１ヒータ
５３  第１測温抵抗体
６０  第２センサ
６１  第２接液部
６２  第２ヒータ
６３  第２測温抵抗体
【図１】
0005822076.tif 000002
【図２】
0005822076.tif 000003