JPH02126145A - 熱抵抗測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、伝熱面に付着して成長する水垢（スケール）
等が原因となる熱抵抗（汚れ係数）を測定する方法に関
する。更に詳述すると、本発明は、伝熱面を破壊するこ
となく、非接触で熱抵抗を求める熱抵抗測定方法に関す
る。

（従来の技術） 熱抵抗測定は、熱交換器を有する全ての熱利用設備に共
通した保守管理技術の１つである。特に、スケールやス
ライム等の熱抵抗物質は、設備の運転時間の増加に伴い
、熱交換器伝熱面に付着して成長する。これは、単に熱
効率の低下による運転コストの上昇につながるだけでな
く、時には熱交換器に過熱陣害を引き起こし、経済性、
安全性の而から大きな問題となることさえある。このた
め、これら熱利用設備では、これらスケールやスライム
等の熱抵抗を定期的に除去する方策がとられているが、
その判断根拠は一般には経験によるものが多く、熱抵抗
そのもののの実測値を基準とした熱抵抗除去の判定はほ
とんど行なわれていない。

これは、熱抵抗測定がきわめて鉗しく、現状では、実用
化された技術がほとんどないためである。

従来提案されている伝熱面熱抵抗の測定方法としては、
伝熱壁に熱電対を埋め込み、熱交換器が稼働中の熱電対
指示値の時間変化から熱抵抗を求めようとするものがほ
とんどであった。

また、伝熱壁の熱流方向に２本の熱な対を埋め込み、熱
抵抗並びに熱流の両者を同時測定する方法も提案されて
いる（特開昭５１−１０７４００号）、ボイラチューブ
の管壁内部に熱電対用挿入孔を２ケ所、その挿入孔の先
端部がボイラチューブの半径方向に間隔をあけて位置す
るように穿ち、各六に熱な対を挿入して２ケ所の点の温
度を測定し、基本温度勾配を求めるようにしている。即
ち、稼動中機器のチューブの温度検出位置の温度を測定
してその温度勾配を求め、両者の温度勾配を対比してス
ケールの付着量を検出するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前者の方法では、熱交換器に生じる経時
的な熱流変化をもとらえてしまうため、温度指示値と熱
抵抗値との間に相関が得られない問題が生じる。また、
後者の方法では熱電対指示値の不安定性、あるいは加工
の複雑さ等から実験室レベルで終わっており実用化には
至っていない。

従って、現在実用化されている熱抵抗測定法は、伝熱壁
を切り取り、スケールの厚さや付着量の形で熱抵抗物質
の熱抵抗量を求めているのが、唯一の方法である。例え
ば、巨大な熱交換器であるボイラを存する火力発電所に
おいては、ボイラの伝熱面管理に必要な信頼できる熱抵
抗値を求めるため、定期検査時に伝熱管を抜管している
。実際には、この抜管検査は、かなり高額となるため広
い伝熱面に対して十分な検査が行なわれているとはいい
難いのが実状である。

このように、従来の熱抵抗測定技術は、温度計測による
熱抵抗測定方法では、外乱要因に対する配慮、計測の簡
便性あるいは加工の複雑さ等に対する配慮がなされてお
らず、また伝熱壁を切り取る直接的な方法では、検査費
用の増大、作業の煩雑性あるいは復旧後の安全性等の問
題を有している。

本発明は、外乱に影響されず、伝熱壁を破壊することな
く安全かつ簡便に、しかも低廉に熱抵抗を測定する方法
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） かかる目的を達成するため、本発明の熱抵抗測定方法は
、伝熱壁の熱抵抗物質が付着した面とは反対側の面を一
定熱流束で局所的に加熱し、所定量加熱した後、前記伝
熱壁の加熱面の定常温度を測定し、熱抵抗物質が付着し
ていないときに同じ熱流束を与えた場合の定常温度と比
較して前記熱抵抗物質の熱抵抗による温度上昇分を求め
、これと相関関係にある他面の熱抵抗物質の熱抵、抗量
を測定するようにしている。

また、本発明の熱抵抗測定方法は、伝熱壁の熱抵抗物質
が付着した面とは反対側の面を一定熱流束で局所的に加
熱し、所定量加熱した後加熱を停止して冷却し、前記伝
熱壁の加熱面の温度と冷却時間を測定Ｌ、熱抵抗物質が
付着していないときに同じ熱流束を与えかつ同じ条件で
冷却することによって生ずる温度変化と比較し、その冷
却時間の差からこれと相関関係にある曲面の熱抵抗物質
の熱抵抗量を測定するようにしている。

（作用） 伝熱壁は、加熱面側と熱抵抗物質の付着する作動流体側
とが管状あるいは平板状の金属で仕切られている。この
加熱面側の局所を熱源で加熱すると、伝熱壁では、伝熱
壁そのものの持つ熱抵抗により温度上昇ｄＴ１が生じる
。さらに、伝熱壁の作動流体側に熱抵抗物質が付着ずれ
ば、この熱抵抗Ｒｓによる温度上昇ｄＴ２か新たに生じ
、この場合の伝熱壁の加熱面側の温度は、両者を含んだ
状態即ちｄＴｌ十ｄＴ２となる。従って、ｄＴｌ　とｄ
Ｔｌ−ｄＴ２との両者を測定すればｄＴ２のみは計算で
容易に求めることができ、さらに、ｄＴ２　を求めるこ
とによって熱抵抗量を求めることが可能となる。また、
加熱後作動流体を流して冷却すれば、熱抵抗物質が付着
している場合とそうでない場合とでは、更にその付着量
に応じて冷却時間に差が生じ、しかもこの差が温度との
関係において熱抵抗と相関関係を有するのでこれを利用
して熱抵抗を求めることができる。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本発明の熱抵抗測定方法の原理を示す。

鎖国において、１は加熱源、２は非接触温度計、３は伝
熱壁に相当する熱交換器の管（伝熱管）、４はスケール
などの熱抵抗物質、５はシャッタ駆動用モータ、６は加
熱源と被加熱物とを遮断するシャッタである。尚、伝熱
管３内には測定時に一定温度の水が流され、加熱によっ
て伝熱管３が破壊ないし劣化するのを防ぐため冷却する
ように設けられている。

加熱源１としては、測定に十分でかつ管を破壊しない程
度の熱量例えば２０万Ｋｃａｌ／ｈ、熱流束換算で４０
万Ｋｃａｌ／　ｃｄｈ程度の熱流束をビンポイントで安
定的に加えて局所的な加熱を実現するため、レーザ、Ｘ
口０ロラング、赤外線あるいは電磁波のような非接触の
熱源が採用される。

温度計２としては、熱源の影響を避けるため、離れた箇
所から非接触で選択波長による放射温度測定を行なうも
の、例えばアンチモン素子と色フィルタの併用方式等が
採用されている。

このような非接触での加熱、測温は伝熱湯を乱さないた
め精度よい熱抵抗測定を行なう上で不可欠のものである
。

以上のような構成において、まず伝熱管３の表面の汚れ
、スラツジ等を落としてから、管厚を超音波測定器等を
使ってあらかじめ測定する０次いで、伝熱管３の外表面
が所定温度に達するまで、加熱レーザ１によって加熱す
る。加熱は直径５〜１０叩φのビンポイントの局所的範
囲で行なわれる。また、このときの加熱量は少なくとも
２０万Ｋｃａ　ｌ／ｈ程度であれば足りる。加熱と同時
に非接触式温度計２によって加熱面の温度が測定される
。

加熱によって、伝熱管３はそれ自体の熱抵抗によって表
面温度が一■−昇する。この管表面の温度上昇は、管内
面にスケール４が付着したときの方が無いときよりも大
きい。即ち、温度上昇は熱抵抗１に比例する。

したがって、ある量の熱流束を加えるときの伝熱管３の
表面の温度上昇量とスケールが付着していない時の温度
上昇量との差を求められれば、スケール等の熱抵抗物質
４に因る熱抵抗量を求めることができる。

その後、加熱を停止し、加熱部分の定常状態における温
度を測定ずろ。加熱の停止はシャッタ６をモータ５を駆
動さ片てレーザ１の前に回転させることによって瞬時に
行なわれる。これによって、管表面の温度は、第２図に
示すように、定常状態を経た後、管内を流れる水によっ
て冷却され降下し始める。

そこで、定常状態の温度を測定し、熱抵抗物質４に因る
管表面での温度上昇分ｄＴ２を求める。

ここで、定常状態とは加熱源を遮断した直後の温度かバ
ランスして動きがない落着いた状態であり、温度降下直
前の僅かな時間に存在する。

この定常状態の温度は熱抵抗物質４に因る温度上昇分ｄ
Ｔ２の曲、伝熱管３自体の熱抵抗に因る温度上昇分ｄＴ
１を含んでいるため、スケールのない条件での温度上昇
分ｄ’Ｔ’１を差し引いてｄＴ２を求める。

スケールのない条件での温度上昇分ｄＴ１は計算によっ
て求められる。加熱しないときの温度を測定すると、管
内の温度と管外の温度は同じになるから、管外表面の温
度自体が流体湯境（管内を流れる水の温度）となる。こ
の永め温度は一定であり、管内壁面を一様に冷却する。

また、管厚はあらかじめ測定されており、伝熱管の熱伝
導率も既知である。このことから、スケールのない場合
のある熱流束における管外表面の温度ｄＴ１はｑ”＝ｌ
（■ＬニエＬ し より計算によって求められる。

但し、　　４・・・　熱流束、 ｋ・・・　熱伝導率、 Ｔ１・・・管外表面温度、 Ｔ２・・・管内表面温度、 し・・・　管厚 そこで、非接触式温度計２によって測定された前述の加
熱源１から与えられる一定の熱流束における管表面温度
から上述のｄＴｌ　を差し引けば、熱抵抗物質４に因る
管表面での温度上昇分ｄＴ２を求めることができる。そ
して、管内面熱抵抗と管表面温度ｄＴ２との関係より、
該当加熱熱流束における管内面熱抵抗を求めることがで
きる。例えば低合金鋼製、直径３１゜８市、管厚５．５
開の伝熱管３に直径５．０間でビンポイント加熱した場
合の実験結果を第３図に示す。該グラフより明らかなよ
うに、例えば温度］−昇ｄＴ２が０．８°Ｃで加熱熱流
束か２０　ｘ　１０４　Ｋｃａｌ／　ｒｒｆｈの場合、
１．３３ｘｆＯＸ１０″ｉｈ’ｃ／ｋｃａｌの熱抵抗が
管内面に存在することがわかる。

以上の方法で熱抵抗が求められないときには、冷却時間
の差即ちスゲールがあるときと無いときのある温度に冷
却するまでに要する時間の差を利用して抵抗を求めるこ
とらできる。この場合、冷却時間の差Δｔと温度を同時
に測定しその比を求める。即ち、ある基準温度までの冷
却時間の差Δしと熱抵抗量との間には第４図に示すよう
に一定の関係があり、熱抵抗物質４に起因する冷却時間
のずれから熱抵抗量を求めることができる。

例えば、基準温度６０゛Ｃ１加熱熱流束２５×１０４に
ｃａｌ／　ｒｒｆｈにおける基準温度までの冷却時間と
管内面熱抵抗との関係を示す第４図において、冷却時間
が３３０１ｓｅｃのとき管内面熱抵抗は２０ｘ　１０５
ｒｒＩｌｈＣ／にｃａｌである。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明の熱抵抗測定方
法は、伝熱壁の熱抵抗物質が付着した面とは反対側の面
を一定熱流束で局所的に加熱し、熱抵抗物質に因る温度
上昇を起させた後、これを熱抵抗物質が付着していない
ときに同じ熱流束を与えることによって生じる温度と比
較して、加熱面の定常温度での温度差として求めること
によっであるいは冷却時間の差として捉えることによっ
て、これと相関関係にある他面の熱抵抗物質の熱抵抗量
を測定するようにしているので、非破壊によって管表面
側から管内面の熱抵抗が測定できる。

また、本発明方法によると、伝熱壁を破壊せずに内部の
熱抵抗を測定するなめ、測定対象たる１云熱管などを抜
管する必要がないので熱抵抗検査費用を大「１１に削減
できる。しがも、非接触により伝熱面の温度場を乱すこ
となく測定できるなめ測定精度か良い。更に、本発明の
熱抵抗測定方法は、局所的に加熱しかつ加熱停止後の管
表面温度を測定するたけなので、短時間で測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定方法の原理図、第２図は冷却速度
と管内熱抵抗との関係を示すグラフ、第３図は管内面熱
抵抗と管表面温度との関係を示すグラフ、第４図は基準
温度までの冷却時間と管内面ｐ！！、抵抗との関係を示
すグラフである。 １・・・加熱源、２・・・非接触式ａ度計、３・・・熱
交換器管（伝熱管）、４・・・熱抵抗物質、６・・・シ
ャッタ。 熱ｌｌ（杭による管表面での温庇十４ ｄＴｚ 藷 〜 囚 装 因

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）伝熱壁の熱抵抗物質が付着した面とは反対側の面
   を一定熱流束で局所的に加熱し、所定量加熱した後、前
   記伝熱壁の加熱面の定常温度を測定し、熱抵抗物質が付
   着していないときに同じ熱流束を与えた場合の定常温度
   と比較して前記熱抵抗物質の熱抵抗による温度上昇分を
   求め、これと相関関係にある他面の熱抵抗物質の熱抵抗
   量を測定することを特徴とする熱抵抗測定方法。
2. （２）伝熱壁の熱抵抗物質が付着した面とは反対側の面
   を一定熱流束で局所的に加熱し、所定量加熱した後加熱
   を停止して冷却し、前記伝熱壁の加熱面の温度と冷却時
   間を測定し、熱抵抗物質が付着していないときに同じ熱
   流束を与えかつ同じ条件で冷却することによって生ずる
   温度変化と比較し、その冷却時間の差からこれと相関関
   係にある他面の熱抵抗物質の熱抵抗量を測定することを
   特徴とする熱抵抗測定方法。