JPH1082597A - 熱交換器の付着物監視装置ならびにその方法 - Google Patents
熱交換器の付着物監視装置ならびにその方法Info
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- JPH1082597A JPH1082597A JP9217643A JP21764397A JPH1082597A JP H1082597 A JPH1082597 A JP H1082597A JP 9217643 A JP9217643 A JP 9217643A JP 21764397 A JP21764397 A JP 21764397A JP H1082597 A JPH1082597 A JP H1082597A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱交換器伝熱面に対する汚染度係数および清
潔度を連続的に監視することのできる、熱交換器の付着
物監視装置を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 熱交換器の付着物監視装置は、ファウリ
ングセンサ１０と、直流定電圧供給手段２０と、精密抵
抗測定手段３０と、入出口水温測定手段４１、４２、４
３、４４と、用水流量調節手段５１、５２と、試料演算
装置６１、６２とを含む。
潔度を連続的に監視することのできる、熱交換器の付着
物監視装置を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 熱交換器の付着物監視装置は、ファウリ
ングセンサ１０と、直流定電圧供給手段２０と、精密抵
抗測定手段３０と、入出口水温測定手段４１、４２、４
３、４４と、用水流量調節手段５１、５２と、試料演算
装置６１、６２とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、熱交換器の付着
物監視装置ならびにその方法に関し、より特定的には、
伝熱面全体の平均温度の測定方式を用いて産業体の冷却
システムのうち、水中の不純物による熱交換器の汚染現
象を敏感で高精密度に連続して監視することができる、
熱交換器の付着物監視装置、ならびにその方法に関する
ものである。
物監視装置ならびにその方法に関し、より特定的には、
伝熱面全体の平均温度の測定方式を用いて産業体の冷却
システムのうち、水中の不純物による熱交換器の汚染現
象を敏感で高精密度に連続して監視することができる、
熱交換器の付着物監視装置、ならびにその方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】発電所、および石油化学工場等の冷却水
系統には多数の熱交換器（heat exchanger）が用いられ
ている。このような冷却水系統に流れる水の中には、硬
度成分、浮遊物質、微生物、腐食生成物等のように多様
な形態の不純物が存在するため、このような不純物等が
含有された用水が熱交換器を通過すると、高温、および
低流速の伝熱面には、付着物が生じるようになり、この
ような付着物の発生は、熱交換器の熱伝達効率を低下さ
せることはもちろん、流体の流れの抵抗を増加させるこ
とになる。
系統には多数の熱交換器（heat exchanger）が用いられ
ている。このような冷却水系統に流れる水の中には、硬
度成分、浮遊物質、微生物、腐食生成物等のように多様
な形態の不純物が存在するため、このような不純物等が
含有された用水が熱交換器を通過すると、高温、および
低流速の伝熱面には、付着物が生じるようになり、この
ような付着物の発生は、熱交換器の熱伝達効率を低下さ
せることはもちろん、流体の流れの抵抗を増加させるこ
とになる。
【０００３】前記の熱交換器伝熱面の付着物を形成する
代表的なスケール（scale ）成分としては、炭酸カルシ
ウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、硅酸マグネ
シウム、酸化鉄、シリカなどの鉱物質があるところ、こ
れらは下記のような代表的なスケール生成反応によって
生成される。
代表的なスケール（scale ）成分としては、炭酸カルシ
ウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、硅酸マグネ
シウム、酸化鉄、シリカなどの鉱物質があるところ、こ
れらは下記のような代表的なスケール生成反応によって
生成される。
【０００４】１） 炭酸カルシウム（calcite ）： Ｃａ+2＋ＨＣＯ3 - → ＣａＣＯ3 ＋ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏ ２） リン酸カルシウム（hydroxy apatite ／ whitloc
kists ）： ５Ｃａ+2＋３ＨＰＯ4 -2＋４ＯＨ- → ３Ｈ2 Ｏ＋Ｃａ
5 （ＰＯ4 ）3ＯＨ ３Ｃａ+2＋２ＰＯ4 -3 → Ｃａ3 （ＰＯ4 ）2 ３） 硫酸カルシウム（gypsum）： Ｃａ+2＋ＳＯ4 -2＋２Ｈ2 Ｏ → ＣａＳＯ4 ・２Ｈ2
Ｏ ４） 硅酸マグネシウム（sepiolite ）： ２Ｍｇ+2＋３Ｓｉ（ＯＨ）4 ＋４ＯＨ-→ 4.5 Ｈ2 Ｏ
＋Ｍｇ2 Ｓｉ3 Ｏ7.6 （ＯＨ）・３Ｈ2 Ｏ これらのスケール成分は、下記の表１から見られるよう
に、金属に比べて非常に低い熱伝達係数を有しているの
で、熱交換器の伝熱面に付着される場合には、熱交換器
の熱伝達を妨げ、工程の効率を大幅に低下させるように
なる。
kists ）： ５Ｃａ+2＋３ＨＰＯ4 -2＋４ＯＨ- → ３Ｈ2 Ｏ＋Ｃａ
5 （ＰＯ4 ）3ＯＨ ３Ｃａ+2＋２ＰＯ4 -3 → Ｃａ3 （ＰＯ4 ）2 ３） 硫酸カルシウム（gypsum）： Ｃａ+2＋ＳＯ4 -2＋２Ｈ2 Ｏ → ＣａＳＯ4 ・２Ｈ2
Ｏ ４） 硅酸マグネシウム（sepiolite ）： ２Ｍｇ+2＋３Ｓｉ（ＯＨ）4 ＋４ＯＨ-→ 4.5 Ｈ2 Ｏ
＋Ｍｇ2 Ｓｉ3 Ｏ7.6 （ＯＨ）・３Ｈ2 Ｏ これらのスケール成分は、下記の表１から見られるよう
に、金属に比べて非常に低い熱伝達係数を有しているの
で、熱交換器の伝熱面に付着される場合には、熱交換器
の熱伝達を妨げ、工程の効率を大幅に低下させるように
なる。
【０００５】
【表１】
【０００６】したがって、熱交換器の伝熱面に付着した
付着物によって熱交換器の効率が低下されることを前も
って防ぐために、汚染度および付着物の監視装置が必須
的に要求され、このような付着物の監視装置から得られ
る結果に基づき、冷却水の系統についての水の処理法を
改善したり、熱交換器チューブの適正洗浄周期決定、お
よび装置効率の計算等に大切に活用することができる。
付着物によって熱交換器の効率が低下されることを前も
って防ぐために、汚染度および付着物の監視装置が必須
的に要求され、このような付着物の監視装置から得られ
る結果に基づき、冷却水の系統についての水の処理法を
改善したり、熱交換器チューブの適正洗浄周期決定、お
よび装置効率の計算等に大切に活用することができる。
【０００７】一方、下記表２は、産業現場において、一
般的に適用されている熱交換器の汚染度係数に対する許
容値を示したものであって、下記の表２から見られるよ
うに、熱交換器を通過する流体の種類によって許容され
る汚染度係数は多様な値を有している。実際的に、熱交
換器の運転の際、このような許容値以内で熱交換器が汚
染されないで清潔な状態で運転することだけが工程から
所望の設計効率を得ることができるだろう。
般的に適用されている熱交換器の汚染度係数に対する許
容値を示したものであって、下記の表２から見られるよ
うに、熱交換器を通過する流体の種類によって許容され
る汚染度係数は多様な値を有している。実際的に、熱交
換器の運転の際、このような許容値以内で熱交換器が汚
染されないで清潔な状態で運転することだけが工程から
所望の設計効率を得ることができるだろう。
【０００８】
【表２】
【０００９】水中の不純物による熱交換器の汚染現状を
監視するための従来の方法としては、熱交換器のチュー
ブを抜粋して伝熱面に付着された汚染物質を肉眼で直接
観察したり、付着量を測定する方法があったが、このよ
うな方法によっては、設備の稼働中には連続的な観察が
不可能であり、汚染現状を監視するためには設備を停止
するべきだという制限のため、適用に限界を持ってい
た。
監視するための従来の方法としては、熱交換器のチュー
ブを抜粋して伝熱面に付着された汚染物質を肉眼で直接
観察したり、付着量を測定する方法があったが、このよ
うな方法によっては、設備の稼働中には連続的な観察が
不可能であり、汚染現状を監視するためには設備を停止
するべきだという制限のため、適用に限界を持ってい
た。
【００１０】一方、前記の問題点を解決するために、伝
熱面に熱伝帯を挿入設置して、付着物が生じるか否かを
確認する付着物の監視装置が実験室的規模として試みた
ことがあるが、図１に示されたように、このような従来
技術による付着物の監視装置は、装置の入出口に水温測
定のための入口温度センサ（inlet temperature senso
r）１と、出口温度センサ（outlet temperature sensor
）２とを設け、電源供給装置（power supply unit ）
３から供給された電源により熱を発生する電熱装置（he
ating element ）４の外部に備えられた金属（たとえば
ステンレススチール）材質の熱交換器伝熱面５に温度セ
ンサ「熱伝帯（the rmocouple ）、Ｐｔ−１００Ω、サ
ーミスタ」６を挿入して設け、伝熱面の内部の温度変化
を観察することによって、熱交換器の汚染度を監視する
ように構成した。
熱面に熱伝帯を挿入設置して、付着物が生じるか否かを
確認する付着物の監視装置が実験室的規模として試みた
ことがあるが、図１に示されたように、このような従来
技術による付着物の監視装置は、装置の入出口に水温測
定のための入口温度センサ（inlet temperature senso
r）１と、出口温度センサ（outlet temperature sensor
）２とを設け、電源供給装置（power supply unit ）
３から供給された電源により熱を発生する電熱装置（he
ating element ）４の外部に備えられた金属（たとえば
ステンレススチール）材質の熱交換器伝熱面５に温度セ
ンサ「熱伝帯（the rmocouple ）、Ｐｔ−１００Ω、サ
ーミスタ」６を挿入して設け、伝熱面の内部の温度変化
を観察することによって、熱交換器の汚染度を監視する
ように構成した。
【００１１】図１において、電熱装置４から発生した熱
は、伝熱面５を通って冷却水へ放出するのが冷却水の原
理であるが、熱伝達係数の低いスケール層（付着物）が
伝熱面５の周りに付着される場合には、伝熱面５の内部
の熱の流れが遮られ、冷却水の方に向かわないで、伝熱
面５の温度だけが上乗するようになる。
は、伝熱面５を通って冷却水へ放出するのが冷却水の原
理であるが、熱伝達係数の低いスケール層（付着物）が
伝熱面５の周りに付着される場合には、伝熱面５の内部
の熱の流れが遮られ、冷却水の方に向かわないで、伝熱
面５の温度だけが上乗するようになる。
【００１２】このような伝熱面５の表面に付着されたス
ケール層が厚くなるに従って、冷却水の方に放出される
熱は次第に減ることに反して、スケール層により断熱さ
れる熱の量はますます増加され、伝熱面５の温度が上乗
するようになる。
ケール層が厚くなるに従って、冷却水の方に放出される
熱は次第に減ることに反して、スケール層により断熱さ
れる熱の量はますます増加され、伝熱面５の温度が上乗
するようになる。
【００１３】このとき、伝熱面５の温度変化は、熱伝達
を妨げるスケール層の厚さ、すなわち、伝熱面５の汚染
程度により直接的な影響を受けることになる。前記のよ
うに、伝熱面５の温度が伝熱面５の汚染程度により変化
するという点に着目して、伝熱面５に温度センサ６を設
けて、伝熱面５内部の温度変化を測定することによっ
て、熱交換器伝熱面５の汚染程度を推定することが従来
の付着物監視装置の原理である。
を妨げるスケール層の厚さ、すなわち、伝熱面５の汚染
程度により直接的な影響を受けることになる。前記のよ
うに、伝熱面５の温度が伝熱面５の汚染程度により変化
するという点に着目して、伝熱面５に温度センサ６を設
けて、伝熱面５内部の温度変化を測定することによっ
て、熱交換器伝熱面５の汚染程度を推定することが従来
の付着物監視装置の原理である。
【００１４】しかしながら、前記の従来技術に伴う熱交
換器の汚染度監視方法は、次のような２つの重大な問題
点を有していた。
換器の汚染度監視方法は、次のような２つの重大な問題
点を有していた。
【００１５】第１に、前記の伝熱面５に設けられた温度
センサ６を用いる付着物の監視方法は、伝熱面５に付着
物が相当量生じなければ、温度増加を観察することがで
きないので、伝熱面５に微量の付着物が生ずる場合に
は、伝熱面５の温度変化を感知することが難しいため、
伝熱面５についての微細な汚染程度の変化を正確に監視
できないという問題点を有していた。
センサ６を用いる付着物の監視方法は、伝熱面５に付着
物が相当量生じなければ、温度増加を観察することがで
きないので、伝熱面５に微量の付着物が生ずる場合に
は、伝熱面５の温度変化を感知することが難しいため、
伝熱面５についての微細な汚染程度の変化を正確に監視
できないという問題点を有していた。
【００１６】第２に、実際的には付着物が伝熱面５の全
体にわたって均一な厚さで付着しないため、温度センサ
６の位置によって測定された汚染度係数は常に大きな誤
差を内包していた。
体にわたって均一な厚さで付着しないため、温度センサ
６の位置によって測定された汚染度係数は常に大きな誤
差を内包していた。
【００１７】熱交換器の汚染を発生させる重要な要素と
しては、伝熱面の温度、金属表面の条件、流速、水質等
が挙げられるが、このような特性等は伝熱面の全体にわ
たって一定に働かないので、伝熱面のスケール層が均一
に形成されない。すなわち、伝熱面の与えられた条件に
より高流速部位において付着物の脱落が発生し、低流速
の部位では付着物層が厚くなる。実際の試験において、
伝熱面に形成された付着物層の厚さが伝熱面の全体にわ
たって不均一に形成することと観察されるので、１つの
地点で測定した温度を伝熱面全体の代表温度とみなして
汚染度係数を計算する方法には大きな矛盾があるし、誤
差発生の主な要因となっている。
しては、伝熱面の温度、金属表面の条件、流速、水質等
が挙げられるが、このような特性等は伝熱面の全体にわ
たって一定に働かないので、伝熱面のスケール層が均一
に形成されない。すなわち、伝熱面の与えられた条件に
より高流速部位において付着物の脱落が発生し、低流速
の部位では付着物層が厚くなる。実際の試験において、
伝熱面に形成された付着物層の厚さが伝熱面の全体にわ
たって不均一に形成することと観察されるので、１つの
地点で測定した温度を伝熱面全体の代表温度とみなして
汚染度係数を計算する方法には大きな矛盾があるし、誤
差発生の主な要因となっている。
【００１８】図２は、図１に示された従来技術の付着物
監視装置についての作動原理を示した概略図であって、
図２（Ａ）に示されたように、伝熱面５が全く汚染され
なかった場合と、図２（Ｂ）に示されたように、伝熱面
５に均一な厚さのスケールが発生する場合には、温度セ
ンサ６によって測定された温度を伝熱面５の代表温度と
みなすのは問題にはならないが、図２（Ｃ）に示された
ように伝熱面５に局部的にスケールが発生する場合に
は、温度センサ６の設置位置によって測定された温度値
が大きく異なっているので、その測定値から計算される
汚染度係数には必然的に非常に大きな誤差が発生する。
監視装置についての作動原理を示した概略図であって、
図２（Ａ）に示されたように、伝熱面５が全く汚染され
なかった場合と、図２（Ｂ）に示されたように、伝熱面
５に均一な厚さのスケールが発生する場合には、温度セ
ンサ６によって測定された温度を伝熱面５の代表温度と
みなすのは問題にはならないが、図２（Ｃ）に示された
ように伝熱面５に局部的にスケールが発生する場合に
は、温度センサ６の設置位置によって測定された温度値
が大きく異なっているので、その測定値から計算される
汚染度係数には必然的に非常に大きな誤差が発生する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記従来
技術の問題点を解決するためのものであり、この発明の
目的は、冷却システムの中の水中不純物による熱交換器
伝熱面に対する微細な汚染発生の感知が可能であり、誤
差の発生なく高精密度で熱交換器の汚染度および清潔度
を連続的に監視することができる付着物監視装置ならび
にその方法を提供することにある。
技術の問題点を解決するためのものであり、この発明の
目的は、冷却システムの中の水中不純物による熱交換器
伝熱面に対する微細な汚染発生の感知が可能であり、誤
差の発生なく高精密度で熱交換器の汚染度および清潔度
を連続的に監視することができる付着物監視装置ならび
にその方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成する、
この発明に従う熱交換器の付着物監視装置は、内部の熱
線（heating wire）と熱線の外部に螺旋形として均一に
巻かれた伝熱面温度測定用金属線とが内装され、熱交換
器伝熱面の温度変化を金属線の抵抗値の変化として測定
するためのファウリングセンサ（fouling sensor）と、
前記ファウリングセンサの熱線に電圧を供給するための
直流定電圧供給手段と、前記ファウリングセンサの温度
測定用金属線に連結され、金属線の電気抵抗を測定する
ための精密抵抗測定手段と、装置入・出口の水の温度測
定のための入出口水温測定手段と、装置に流入される用
水の流量を調節するための用水流量調節手段と、前記フ
ァウリングセンサ、直流定電圧供給手段、精密抵抗測定
手段、入出口水温測定手段、および用水流量調節手段か
ら発生されたアナログ出力信号を用いて熱交換器伝熱面
に対する汚染度係数および清潔度の演算を行なうための
試料演算装置とを含む。
この発明に従う熱交換器の付着物監視装置は、内部の熱
線（heating wire）と熱線の外部に螺旋形として均一に
巻かれた伝熱面温度測定用金属線とが内装され、熱交換
器伝熱面の温度変化を金属線の抵抗値の変化として測定
するためのファウリングセンサ（fouling sensor）と、
前記ファウリングセンサの熱線に電圧を供給するための
直流定電圧供給手段と、前記ファウリングセンサの温度
測定用金属線に連結され、金属線の電気抵抗を測定する
ための精密抵抗測定手段と、装置入・出口の水の温度測
定のための入出口水温測定手段と、装置に流入される用
水の流量を調節するための用水流量調節手段と、前記フ
ァウリングセンサ、直流定電圧供給手段、精密抵抗測定
手段、入出口水温測定手段、および用水流量調節手段か
ら発生されたアナログ出力信号を用いて熱交換器伝熱面
に対する汚染度係数および清潔度の演算を行なうための
試料演算装置とを含む。
【００２１】併せて、この発明に従う熱交換器の付着物
監視方法は、熱交換器伝熱面の周りに抵抗温度係数が高
い金属線を一定の間隔で敷設し、前記伝熱面の温度変化
を前記金属線の前記抵抗値の変化として測定し、前記金
属線の電気抵抗値から伝熱面全体の平均温度を算出する
ことによって、熱交換器伝熱面に対する汚染度係数およ
び清潔度を演算する段階を含む。
監視方法は、熱交換器伝熱面の周りに抵抗温度係数が高
い金属線を一定の間隔で敷設し、前記伝熱面の温度変化
を前記金属線の前記抵抗値の変化として測定し、前記金
属線の電気抵抗値から伝熱面全体の平均温度を算出する
ことによって、熱交換器伝熱面に対する汚染度係数およ
び清潔度を演算する段階を含む。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、この発明に従う熱交換器の
付着物監視装置、およびその方法を図を用いて、より詳
しく説明する。
付着物監視装置、およびその方法を図を用いて、より詳
しく説明する。
【００２３】図３は、この発明の一実施例に従う付着物
監視装置の全体構成図である。図３に示されたように、
この発明に従う熱交換器の付着物監視装置は、内部の熱
線と熱線の外部に螺旋形として均一に巻かれた伝熱面温
度測定用金属線とが内装され、熱交換器伝熱面の温度変
化を金属線の抵抗値の変化として測定するためのファウ
リングセンサ１０と、ファウリングセンサ１０の熱線に
電圧を供給するための直流定電圧供給手段２０と、ファ
ウリングセンサ１０の温度測定用金属線に繋がれ、金属
線の電気抵抗を測定するための精密抵抗測定手段３０
と、入口温度センサ４１と信号伝送路（transmitter ）
４２および出口温度センサ４３と信号伝送器４４とで構
成され、装置入出口の水の温度測定のための入出口水温
測定手段と、流量センサ（flow sensor ）５１と流量調
節バルブ５２とで構成され、装置に流入される用水の流
量を感知して流量を調節するための用水の流量調節手段
と、バッファメモリ（buffer memory ）が備えられた試
料演算部６１と、現在の測定試料と計算結果とを外部に
表示および出力するためののモニタとプリンタ６２とで
構成され、前記ファウリングセンサ１０、直流定電圧供
給手段２０、精密抵抗測定手段３０、入出口水温測定手
段、および用水流量調節手段から発生されたアナログ出
力信号を用いて、熱交換器伝熱面に対する汚染度係数お
よび清潔度の演算を行なうための試料演算装置とで構成
される。
監視装置の全体構成図である。図３に示されたように、
この発明に従う熱交換器の付着物監視装置は、内部の熱
線と熱線の外部に螺旋形として均一に巻かれた伝熱面温
度測定用金属線とが内装され、熱交換器伝熱面の温度変
化を金属線の抵抗値の変化として測定するためのファウ
リングセンサ１０と、ファウリングセンサ１０の熱線に
電圧を供給するための直流定電圧供給手段２０と、ファ
ウリングセンサ１０の温度測定用金属線に繋がれ、金属
線の電気抵抗を測定するための精密抵抗測定手段３０
と、入口温度センサ４１と信号伝送路（transmitter ）
４２および出口温度センサ４３と信号伝送器４４とで構
成され、装置入出口の水の温度測定のための入出口水温
測定手段と、流量センサ（flow sensor ）５１と流量調
節バルブ５２とで構成され、装置に流入される用水の流
量を感知して流量を調節するための用水の流量調節手段
と、バッファメモリ（buffer memory ）が備えられた試
料演算部６１と、現在の測定試料と計算結果とを外部に
表示および出力するためののモニタとプリンタ６２とで
構成され、前記ファウリングセンサ１０、直流定電圧供
給手段２０、精密抵抗測定手段３０、入出口水温測定手
段、および用水流量調節手段から発生されたアナログ出
力信号を用いて、熱交換器伝熱面に対する汚染度係数お
よび清潔度の演算を行なうための試料演算装置とで構成
される。
【００２４】このとき、前記のこの発明の付着物監視装
置から得られた測定試料と演算結果とを遠隔地ＰＣなど
から確認するように、試料演算装置はモデム（data mod
em）７１を通じて電話回線に連結されるように構成する
ことができる。
置から得られた測定試料と演算結果とを遠隔地ＰＣなど
から確認するように、試料演算装置はモデム（data mod
em）７１を通じて電話回線に連結されるように構成する
ことができる。
【００２５】図４は、この発明の付着物監視装置の構成
装置であるファウリングセンサ１０に対する一部切り欠
き断面図であって、図示したように、ファウリングセン
サ１０は、その内部に熱を発生するための熱線（およそ
１４Ω）１１が一定の間隔でファウリングセンサ１０の
全体の外周面に均一に巻かれており、隣接の熱線１１
は、熱線の間の空間に埋込まれたセラミック絶縁体１２
によって絶縁がなされ、前記熱線１１の外部には直径が
約７０μｍ程度、純度約９９．９９％の純粋な白金線の
ような伝熱面温度測定用の金属線１３が一定の抵抗値
（１０〜２０００Ω）に相当する長さだけ螺旋形として
ファウリングセンサ１０の全体の外周面にしっかりと巻
かれており、隣接の金属線１３はセラミック絶縁体１２
によって絶縁され、その外部には、伝熱面のステンレス
スチール材質の外装材（sheath）１４が覆われて構成さ
れる。
装置であるファウリングセンサ１０に対する一部切り欠
き断面図であって、図示したように、ファウリングセン
サ１０は、その内部に熱を発生するための熱線（およそ
１４Ω）１１が一定の間隔でファウリングセンサ１０の
全体の外周面に均一に巻かれており、隣接の熱線１１
は、熱線の間の空間に埋込まれたセラミック絶縁体１２
によって絶縁がなされ、前記熱線１１の外部には直径が
約７０μｍ程度、純度約９９．９９％の純粋な白金線の
ような伝熱面温度測定用の金属線１３が一定の抵抗値
（１０〜２０００Ω）に相当する長さだけ螺旋形として
ファウリングセンサ１０の全体の外周面にしっかりと巻
かれており、隣接の金属線１３はセラミック絶縁体１２
によって絶縁され、その外部には、伝熱面のステンレス
スチール材質の外装材（sheath）１４が覆われて構成さ
れる。
【００２６】この際、前記の金属線１３としては、抵抗
温度係数の高い金属である白金、タングステン、ニッケ
ル、銅のような金属線を使うのが好ましく、より好まし
くは、抵抗が温度の増加に対して線型的に増加する電気
的特性の優れた白金線を使用する。金属線１３のリード
線は、精密抵抗測定手段３０に繋がれ、内部の熱線１１
の端子は外部の定電圧供給手段２０に繋がれる。このと
き、熱線１１に交流電流を供給する場合には、金属線１
３に電流が誘導されて電気抵抗測定値に誤差を発生させ
るので、前記の定電圧供給手段２０としては直流電源を
用いるのが好ましい。
温度係数の高い金属である白金、タングステン、ニッケ
ル、銅のような金属線を使うのが好ましく、より好まし
くは、抵抗が温度の増加に対して線型的に増加する電気
的特性の優れた白金線を使用する。金属線１３のリード
線は、精密抵抗測定手段３０に繋がれ、内部の熱線１１
の端子は外部の定電圧供給手段２０に繋がれる。このと
き、熱線１１に交流電流を供給する場合には、金属線１
３に電流が誘導されて電気抵抗測定値に誤差を発生させ
るので、前記の定電圧供給手段２０としては直流電源を
用いるのが好ましい。
【００２７】熱線１１から発生される熱量を計算する方
法には２種類があるところ、そのうち１つは熱線に供給
される電圧と電流とを用いる方法があり、もう１つの方
法は、入出口の水温差、流量および水の比熱を用いる方
法である。
法には２種類があるところ、そのうち１つは熱線に供給
される電圧と電流とを用いる方法があり、もう１つの方
法は、入出口の水温差、流量および水の比熱を用いる方
法である。
【００２８】前記のこの発明の付着物監視装置において
は、定電圧供給手段２０の電圧を５０〜１２０Ｖに変化
させ、ファウリングセンサ１０の内部から発生される熱
量を調節することによって、実際的な熱交換器の運転条
件と類似な伝熱面の熱負荷を有するように維持させるこ
とができる。かつ、伝熱面のスケールの付着量は、流速
が低ければ低いほど甚だしく付着される傾向があるた
め、現場の流速条件と類似するように用水の流量調節手
段の流量調節バルブ５２を用いて流量を調節する。
は、定電圧供給手段２０の電圧を５０〜１２０Ｖに変化
させ、ファウリングセンサ１０の内部から発生される熱
量を調節することによって、実際的な熱交換器の運転条
件と類似な伝熱面の熱負荷を有するように維持させるこ
とができる。かつ、伝熱面のスケールの付着量は、流速
が低ければ低いほど甚だしく付着される傾向があるた
め、現場の流速条件と類似するように用水の流量調節手
段の流量調節バルブ５２を用いて流量を調節する。
【００２９】一方、試料演算装置においては、ファウリ
ングセンサ１０、入出口水温測定手段、用水の流量調節
手段、定電圧供給手段２０、精密抵抗測定手段３０等か
ら発生されたアナログ出力信号を用いて、この発明で提
示する汚染度係数と清潔度との計算が行なわれ、計算結
果は測定時間とともに試料演算装置のバッファメモリに
自動貯蔵される。
ングセンサ１０、入出口水温測定手段、用水の流量調節
手段、定電圧供給手段２０、精密抵抗測定手段３０等か
ら発生されたアナログ出力信号を用いて、この発明で提
示する汚染度係数と清潔度との計算が行なわれ、計算結
果は測定時間とともに試料演算装置のバッファメモリに
自動貯蔵される。
【００３０】この発明の付着物監視装置の構成要素のう
ち、ファウリングセンサ１０の金属線１３として白金線
を用いた場合、ファウリングセンサ白金線の温度補正方
法について段階別に説明すれば次のようである。
ち、ファウリングセンサ１０の金属線１３として白金線
を用いた場合、ファウリングセンサ白金線の温度補正方
法について段階別に説明すれば次のようである。
【００３１】１） ３地点以上の任意の温度においてフ
ァウリングセンサ白金線の抵抗値を測定する。
ァウリングセンサ白金線の抵抗値を測定する。
【００３２】この際、温度センサの汚染のために一般的
に使われるオイルバスを使って測定するようになるが、
任意の温度でオイルバスの温度を設定した後、オイルバ
ス内にファウリングセンサ１０を入れて、一定の時間が
経過した後、白金線の抵抗値を精密抵抗測定手段３０を
用いて正確に測定する。前記の方法で３地点以上の温度
で白金線の抵抗値を測定し、温度と抵抗値とをそれぞれ
記録する。
に使われるオイルバスを使って測定するようになるが、
任意の温度でオイルバスの温度を設定した後、オイルバ
ス内にファウリングセンサ１０を入れて、一定の時間が
経過した後、白金線の抵抗値を精密抵抗測定手段３０を
用いて正確に測定する。前記の方法で３地点以上の温度
で白金線の抵抗値を測定し、温度と抵抗値とをそれぞれ
記録する。
【００３３】２） ファウリングセンサ１０の白金線の
温度計算パラメータ値［ＩＰＴＳ−６８（internationa
l practical temperature scale 1968）coefficient ］
を計算する。前記１）の実験により得られた温度と抵抗
値とを用いて、白金線の抵抗値から温度を算出するため
に必要なパラメータを計算する。前記の方法によって測
定した温度と抵抗値対を下記の式に代入して連立方程式
の形態に作った後、これによってパラメータ（ＩＰＴＳ
−６８ coefficient）を計算する。
温度計算パラメータ値［ＩＰＴＳ−６８（internationa
l practical temperature scale 1968）coefficient ］
を計算する。前記１）の実験により得られた温度と抵抗
値とを用いて、白金線の抵抗値から温度を算出するため
に必要なパラメータを計算する。前記の方法によって測
定した温度と抵抗値対を下記の式に代入して連立方程式
の形態に作った後、これによってパラメータ（ＩＰＴＳ
−６８ coefficient）を計算する。
【００３４】Ｒ1 ＝Ｒ0 ×［１＋α×｛Ｔ−δ×（Ｔ／
１００）×（Ｔ／１００−１）｝］ 前記の式において、Ｔは温度（℃）、Ｒ1 は白金線の抵
抗（Ω）、Ｒ0 、α、δはパラメータ常数をそれぞれ示
している。
１００）×（Ｔ／１００−１）｝］ 前記の式において、Ｔは温度（℃）、Ｒ1 は白金線の抵
抗（Ω）、Ｒ0 、α、δはパラメータ常数をそれぞれ示
している。
【００３５】この発明の付着物監視装置において用いら
れるファウリングセンサ１０の白金線の温度計算パラメ
ータ値は次のようである。
れるファウリングセンサ１０の白金線の温度計算パラメ
ータ値は次のようである。
【００３６】Ｒ0 ＝１９０．１０５Ω α＝３．９２５７２×１０-3 δ＝７．３０８１９ ３） 前記の実験から計算された温度計算パラメータ値
の利用方法は次のようである。
の利用方法は次のようである。
【００３７】前記２）において計算された温度計算パラ
メータを精密抵抗測定手段２０に入力してファウリング
センサ白金線の抵抗値に該する温度を数字として表示す
るようにし、この出力信号（電圧）はこの発明の試料演
算装置に送って汚染度の係数と清潔度の計算に用いる。
このような方法で測定された温度値は、実際に伝熱面全
体の平均温度値を意味するようになる。
メータを精密抵抗測定手段２０に入力してファウリング
センサ白金線の抵抗値に該する温度を数字として表示す
るようにし、この出力信号（電圧）はこの発明の試料演
算装置に送って汚染度の係数と清潔度の計算に用いる。
このような方法で測定された温度値は、実際に伝熱面全
体の平均温度値を意味するようになる。
【００３８】前記のこの発明の付着物監視装置の構成要
素のうち、試料演算装置の内部で行なわれる計算につい
て説明すれば次のようである。
素のうち、試料演算装置の内部で行なわれる計算につい
て説明すれば次のようである。
【００３９】各種の測定センサと機器から伝送された０
〜１０Ｖ、および４〜２０ｍＡのアナログ信号は演算装
置に伝送され、次の手順によって汚染度係数と清潔度と
の計算が行なわれる。この際、測定試料は試料演算部６
１内部のバッファメモリに時間別に自動貯蔵され、現在
の測定試料と計算結果とはモニタおよびプリンタ６２へ
表示、あるいは出力して実時間監視が可能になるように
コンピュータプログラムが作成される。かつ、モデム７
１と電話回線とを用いて遠隔地ＰＣから測定試料と計算
結果との確認も可能である。
〜１０Ｖ、および４〜２０ｍＡのアナログ信号は演算装
置に伝送され、次の手順によって汚染度係数と清潔度と
の計算が行なわれる。この際、測定試料は試料演算部６
１内部のバッファメモリに時間別に自動貯蔵され、現在
の測定試料と計算結果とはモニタおよびプリンタ６２へ
表示、あるいは出力して実時間監視が可能になるように
コンピュータプログラムが作成される。かつ、モデム７
１と電話回線とを用いて遠隔地ＰＣから測定試料と計算
結果との確認も可能である。
【００４０】１） 時間あたり伝熱量（Ｑ）（単位：
Ｗ、Ｂｔｕ／ｈｒ、ｋｃａｌ／ｓｅｃ）の計算： 方法１：Ｑ＝用水比熱×流量×（出口水温−入口水温） 方法２：Ｑ＝電圧×電流 ＝（電圧）2 ／熱線抵抗 ２） 総括伝熱係数（Ｕ）（単位：Ｗ／ｃｍ2 ／℃、Ｂ
ｔｕ／ｆｔ2 ／ｈｒ／Ｆ、ｋｃａｌ／ｃｍ2 ／ｈｒ／
℃）の計算 測定時間開始直後：Ｕ1 ＝１／（１／ｈ＋ｘ／ｋ）＝Ｑ
1 ／（Ａ×ΔＴm1） 一定時間経過後：Ｕ2 ＝１（１／ｈ＋ｘ／ｋ＋Ｒf ）＝
Ｑ2 ／（Ａ×ΔＴm2） 前記式において、Ａは、伝熱面積、ｘは、伝熱面金属の
厚さ、ｈは、膜（film）電熱係数、ｋは、伝熱面金属の
熱伝達係数、Ｑ1 は、測定初期の電熱量、Ｑ2 は、ｔ時
間経過後の電熱量、Ｕ1 は、測定初期の総括電熱係数、
Ｕ2 は、ｔ時間経過後の総括電熱係数、ΔＴm1は、測定
初期の水の伝熱面との間の対数平均温度差、ΔＴm2は、
ｔ時間経過後の水の伝熱面との間の対数平均温度差、を
それぞれ示している。
Ｗ、Ｂｔｕ／ｈｒ、ｋｃａｌ／ｓｅｃ）の計算： 方法１：Ｑ＝用水比熱×流量×（出口水温−入口水温） 方法２：Ｑ＝電圧×電流 ＝（電圧）2 ／熱線抵抗 ２） 総括伝熱係数（Ｕ）（単位：Ｗ／ｃｍ2 ／℃、Ｂ
ｔｕ／ｆｔ2 ／ｈｒ／Ｆ、ｋｃａｌ／ｃｍ2 ／ｈｒ／
℃）の計算 測定時間開始直後：Ｕ1 ＝１／（１／ｈ＋ｘ／ｋ）＝Ｑ
1 ／（Ａ×ΔＴm1） 一定時間経過後：Ｕ2 ＝１（１／ｈ＋ｘ／ｋ＋Ｒf ）＝
Ｑ2 ／（Ａ×ΔＴm2） 前記式において、Ａは、伝熱面積、ｘは、伝熱面金属の
厚さ、ｈは、膜（film）電熱係数、ｋは、伝熱面金属の
熱伝達係数、Ｑ1 は、測定初期の電熱量、Ｑ2 は、ｔ時
間経過後の電熱量、Ｕ1 は、測定初期の総括電熱係数、
Ｕ2 は、ｔ時間経過後の総括電熱係数、ΔＴm1は、測定
初期の水の伝熱面との間の対数平均温度差、ΔＴm2は、
ｔ時間経過後の水の伝熱面との間の対数平均温度差、を
それぞれ示している。
【００４１】３） 汚染度係数（Ｒf ）（単位：℃・ｃ
ｍ2 ／Ｗ、Ｆ・ｆｔ2 ・ｈｒ／Ｂｔｕ、℃・ｃｍ2 ・ｈ
ｒ／ｋｃａｌ）の計算： Ｒf ＝１／Ｕ2 −１／Ｕ1 ４） 清潔度（ＣＦ）（単位：％）の計算： ＣＦ＝Ｕ2 ／Ｕ1 ×１００
ｍ2 ／Ｗ、Ｆ・ｆｔ2 ・ｈｒ／Ｂｔｕ、℃・ｃｍ2 ・ｈ
ｒ／ｋｃａｌ）の計算： Ｒf ＝１／Ｕ2 −１／Ｕ1 ４） 清潔度（ＣＦ）（単位：％）の計算： ＣＦ＝Ｕ2 ／Ｕ1 ×１００
【００４２】
【実施例】この発明の付着物監視装置を用いて伝熱面の
流速条件を変化させながら、下記の実験条件下において
熱交換器伝熱面に対する汚染度係数および清潔度を測定
した。
流速条件を変化させながら、下記の実験条件下において
熱交換器伝熱面に対する汚染度係数および清潔度を測定
した。
【００４３】 実験条件：水質：Ｃａ+2 １３６ｐｐｍ ａｓ ＣａＣＯ3 ＳＯ4 -2 ２２０ｐｐｍ ａｓ ＣａＣＯ3 Ｍｇ+2 ８６ｐｐｍ ａｓ ＣａＣＯ3 Ｃｌ- ２１０ｐｐｍ ａｓ ＣａＣＯ3 Ｎａ+ ３５０ｐｐｍ ａｓ ＣａＣＯ3 ＳｉＯ2 ３ｐｐｍ ａｓ ＳｉＯ2 ＨＣＯ3 - ２２３ｐｐｍ ａｓ ＣａＣＯ3 伝熱面の熱負荷：１５Ｗ／ｃｍ2 伝熱面の流速条件：３ｆｔ／ｓｅｃ、５ｆｔ／ｓｅｃ、７ｆｔ／ｓｅｃ 伝熱面金属材料：ＳＵＳ３０４ 付着物発生量が平衡に至るときの汚染度係数および清潔
度測定試験結果を下記の表３に表示した。
度測定試験結果を下記の表３に表示した。
【００４４】
【表３】
【００４５】表３の結果から見られるように、汚染度係
数の測定試験結果、流速が増加すれば汚染程度は減少す
るが、付着物発生量の平行到達時間は増加することがわ
かる。さらに、７ｆｔ／ｓｅｃの流速であるとき、汚染
度係数が許容基準値以内であれ、３ｆｔ／ｓｅｃの場合
には、水質改善および水処理剤の使用などのような新た
な水処理法の適用が必要であることがわかる。この発明
の付着物監視装置についての性能試験結果を見れば、測
定試料の精密度と再現性が非常に優れていて、産業現場
に直接的に適用が可能であり、熱交換器の効率向上と水
処理の費用節減に大きく寄与するものと思料する。
数の測定試験結果、流速が増加すれば汚染程度は減少す
るが、付着物発生量の平行到達時間は増加することがわ
かる。さらに、７ｆｔ／ｓｅｃの流速であるとき、汚染
度係数が許容基準値以内であれ、３ｆｔ／ｓｅｃの場合
には、水質改善および水処理剤の使用などのような新た
な水処理法の適用が必要であることがわかる。この発明
の付着物監視装置についての性能試験結果を見れば、測
定試料の精密度と再現性が非常に優れていて、産業現場
に直接的に適用が可能であり、熱交換器の効率向上と水
処理の費用節減に大きく寄与するものと思料する。
【００４６】
【発明の効果】この発明の付着物監視装置は、石油化学
工場や発電所の冷却水系統に適用して、熱交換器の汚染
度を連続的に監視することによって、水質管理の最適化
と適正洗浄周期の決定および装置の効率計算等に効果的
に活用することができる。
工場や発電所の冷却水系統に適用して、熱交換器の汚染
度を連続的に監視することによって、水質管理の最適化
と適正洗浄周期の決定および装置の効率計算等に効果的
に活用することができる。
【００４７】この発明に従う熱交換器伝熱面の付着物監
視装置および方法によれば、冷却システムのうち、水中
不純物による熱交換器の伝熱面付着物に対する微細な汚
染発生も感知が可能であり、誤差発生なく高精密度で熱
交換器の汚染度および清潔度を連続的に監視することの
できることが確認された。
視装置および方法によれば、冷却システムのうち、水中
不純物による熱交換器の伝熱面付着物に対する微細な汚
染発生も感知が可能であり、誤差発生なく高精密度で熱
交換器の汚染度および清潔度を連続的に監視することの
できることが確認された。
【図１】従来の技術に従う付着物監視装置の構成図であ
る。
る。
【図２】図１に示された従来技術の付着物監視装置につ
いての作動原理を示した概略図である。
いての作動原理を示した概略図である。
【図３】この発明の一実施例に従う付着物監視装置の全
体構成図である。
体構成図である。
【図４】この発明の付着物監視装置の構成要素であるフ
ァウリングセンサについての一部切り欠き断面図であ
る。
ァウリングセンサについての一部切り欠き断面図であ
る。
１０ ファウリングセンサ ２０ 定電圧供給手段 ３０ 精密抵抗測定手段 ４１，４３ 温度センサ ４２，４４ 信号伝送器 ５１ 流量センサ ５２ 流量調節バルブ ６１ 試料演算部 ６２ モニタ／プリンタ
Claims (9)
- 【請求項１】 熱交換器の伝熱面の周りに金属線を一定
の間隔で内装させて、伝熱面の温度変化を前記金属線の
抵抗値変化として測定するためのファウリングセンサ
と、 前記金属線の電気抵抗を測定するための電気抵抗測定手
段と、 装置入・出口の水の温度測定のための入出口水温測定手
段と、 装置に流入される用水の流量を感知するための用水流量
測定手段とを備え、 前記ファウリングセンサ、電気抵抗測定手段、入出口水
温測定手段、および用水流量測定手段から発生されたア
ナログ出力信号を用いて熱交換器伝熱面の汚染度係数お
よび清潔度を測定するための熱交換器の付着物監視装
置。 - 【請求項２】 前記ファウリングセンサは、伝熱面内部
（または、外部）に熱を発生させるための熱線が一定の
間隔で均一に巻かれており、隣接の熱線の間は電気絶縁
体によって絶縁がなされ、前記熱線の外部（あるいは、
内部）には、伝熱面の温度測定用金属線が一定抵抗値の
生成する長さだけ巻かれており、隣接の金属線は電気絶
縁体により電気絶縁され、前記金属線の外部（または内
部）には熱交換器の金属材質の外装材が覆われて構成さ
れたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の付着
物監視装置。 - 【請求項３】 熱線の供給される電源は、金属線の抵抗
を正確に測定するために、直流電源供給装置を用いて、
前記ファウリングセンサの熱負荷を直流電源供給装置の
電圧の加減調整でなされることを特徴とする、請求項１
に記載の熱交換器の付着物監視装置。 - 【請求項４】 前記入出口水温測定手段は、入口温度セ
ンサと信号伝送器および出口温度センサと信号伝送器と
で構成されたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器
の付着物監視装置。 - 【請求項５】 前記用水流量調節手段は、流量センサと
流量調節バルブとで構成されたことを特徴とする請求項
１に記載の熱交換器の付着物監視装置。 - 【請求項６】 前記試料演算装置は、メモリ装置が備え
られた試料演算部と、現在の測定試料と計算結果とを外
部に表示および出力するためのモニタおよびプリンタと
で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換
器の付着物監視装置。 - 【請求項７】 前記付着物監視装置から得られた測定試
料と演算結果とを遠隔地ＰＣなどから確認するように、
前記試料演算装置はモデムを介して電話回線に繋がるよ
うに構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱交
換器の付着物監視装置。 - 【請求項８】 前記金属線の材質としては、白金、タン
グステン、ニッケル、銅、およびこれらの合金から選択
されたいずれか１つの金属を用いることを特徴とする請
求項１または２記載の熱交換器の付着物監視装置。 - 【請求項９】 熱交換器の伝熱面の周りに抵抗温度係数
の高い金属線を一定の間隔で敷設し、前記伝熱面の温度
変化を前記金属線の電気抵抗値の変化として測定し、前
記金属線の電気抵抗値から伝熱面の平均温度を算出する
ことによって、熱交換器伝熱面の汚染度係数および清潔
度を演算する段階を含むことを特徴とする熱交換器の付
着物監視方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960033524A KR100206660B1 (ko) | 1996-08-13 | 1996-08-13 | 열교환기 전열면의 부착물 감시장치 및 방법 |
| KR96P33524 | 1996-08-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1082597A true JPH1082597A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=19469449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9217643A Pending JPH1082597A (ja) | 1996-08-13 | 1997-08-12 | 熱交換器の付着物監視装置ならびにその方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5992505A (ja) |
| JP (1) | JPH1082597A (ja) |
| KR (1) | KR100206660B1 (ja) |
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