冷却水性状測定装置及び冷却塔
【課題】冷却塔に簡易に設置して冷却塔における付着物を精度良く検出することができる冷却水性状測定装置と、この冷却水性状測定装置を備えた冷却塔を提供する。
【解決手段】冷却塔３０内の水がポンプ３２、熱交換器３４を通って冷却塔３０に戻り、散水管３６から充填材４０に注ぎかけられる。充填材４０を伝わり落ちてきた水は、上開容器状の集水部４１で集水され、配管４２を介して上開容器状の受水部４３に注ぎ込まれ、配管４４から計測チャンバ４５に導入され、配管４６を介して流出する。計測チャンバ４５にセンサ１が設置されており、計測チャンバ４５内に導入された冷却水と接触する。このセンサ１の検出温度Ｔ１，Ｔ２によって、この循環冷却水系におけるスライム発生状況が検出される。
【解決手段】冷却塔３０内の水がポンプ３２、熱交換器３４を通って冷却塔３０に戻り、散水管３６から充填材４０に注ぎかけられる。充填材４０を伝わり落ちてきた水は、上開容器状の集水部４１で集水され、配管４２を介して上開容器状の受水部４３に注ぎ込まれ、配管４４から計測チャンバ４５に導入され、配管４６を介して流出する。計測チャンバ４５にセンサ１が設置されており、計測チャンバ４５内に導入された冷却水と接触する。このセンサ１の検出温度Ｔ１，Ｔ２によって、この循環冷却水系におけるスライム発生状況が検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環式冷却水系などの冷却塔におけるスライムやスケールの検知に好適に用いられる冷却水性状測定装置と、この冷却水性状測定装置を備えた冷却塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却塔等の循環水中に発生する微生物によって熱交換器や配管等の壁面に形成される微生物膜厚さの増加量を検知する方法として、特開昭６１−２６８０９号には、配管内や配管外部に設けた発熱部を発熱させ、配管周囲に設けられた感温部（熱伝対等）で計測した伝熱部の温度と、予め計測された配管内の流体温度から伝熱量を計測し、配管内側壁面に付着した微生物膜（スライム）や析出物（スケール）等による伝熱阻害を前記伝熱量の変化より検出する方法が記載されている。
【０００３】
この特開昭６１−２６８０９号の方法は、配管内側壁面に付着する付着物によって生じる伝熱阻害を配管管肉内部に埋め込んだ測温体の温度上昇によって検出する方法であり、経時的な観察が可能であり、付着の短時間での検出が可能な方法である。しかしながら、(1)水温を計測する計測部を別途用意する必要がある。(2)測温体を埋め込んだ特別な配管を通常の配管以外に別途用意する必要がある。(3)加熱部を前記配管内に埋め込む又は配管外部に固定し、配管側への熱供給量を安定化させるために、配管外への放熱量を一定に保つ（外気温を一定にしたり保温する等）といった操作が必要となるため、計測のための手段の準備は容易ではない。
【０００４】
特開平１０−３３２６１０号には、平板上に白金等の抵抗体をパターン状に形成したヒーターを発熱させた時の抵抗変化から、前記平板上に形成されたスライムによって阻害される放熱量の減少を、計測温度の上昇（抵抗値の増加）によって計測する方法が記載されている。この方法によれば、小型の計測部を循環水系に浸漬することができ、ゴム板法や特開昭６１−２６８０９号の方法に比べて計測操作は容易になる。しかしながら、特開平１０−３３２６１０号では、水温や水流速度を計測していないために、水温や流速の変動による放熱量の変化と、スライム付着による放熱量の変化の区別が不可能であり、前記水温や流速の変化を別途計測する手段を設ける必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２６８０９号
【特許文献２】特開平１０−３３２６１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特開昭６１−２６８０９のように、ヒーターを発熱させた時の配管に埋め込んだ測温体の出力と、予め計測された配管内を流れる流体の温度から放熱量を計測する方法により、配管壁面等への付着物を常時検出することは可能である。しかしながら、循環水系においては、循環水ポンプによって冷却塔内の水が熱交換器に通水されて冷却塔に戻される様になっており、この冷却塔に上記特開昭６１−２６８０９のような方法でセンサを設置しようとした場合には、センサを埋め込んだ新たな配管を追加する工事を必要とするため、大きなコストがかかる。
【０００７】
また、特開昭６１−２６８０９及び特開平１０−３３２６１０号にあっては、流速による放熱量が流速変動により変化する場合、付着物による温度の変動と流速による変動との識別が困難であり、安定した計測のためには水流の影響を軽減する必要がある。特に特開平１０−３３２６１０号の計測手段を用いる場合、水の流れが直接計測手段にあたるときには、水流速の変化の影響を直接受けることとなる。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、冷却塔に簡易に設置して冷却塔における付着物を精度良く検出することができる冷却水性状測定装置と、この冷却水性状測定装置を備えた冷却塔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】
【０００９】
請求項１の冷却水性状測定装置は、冷却塔内部を流下する冷却水を集水する集水部と、該集水部からの冷却水が通過する通水部と、該通水部に設置された、冷却水の性状を計測するセンサと、を備えたものである。
【００１０】
請求項２の冷却水性状測定装置は、請求項１において、前記通水部は、前記集水部からの冷却水を満水又はオーバーフローの状態を保ちながら受け入れる、上部が開口した受水部と、該受水部からの冷却水が通過する計測チャンバとを備え、該計測チャンバに前記センサが設置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の冷却水性状測定装置は、請求項１又は２において、前記センサは、金属管と、該金属管内に挿入された発熱体及び測温体と、該発熱体及び測温体と該金属管の内面との間に充填された充填物とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の冷却水性状測定装置は、請求項３において、前記発熱体への通電制御手段と、前記測温体の計測温度から該金属管外面への付着物の付着判定を行う判定手段とを備え、該判定手段は、該発熱体への通電量を変化させた際に該測温体で計測される温度の変化に基づいて該金属管外面への付着物の付着を判定するものであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の冷却水性状測定装置は、請求項４において、前記発熱体に定電流ｉ１を所定時間ｔ１通電した後、所定時間ｔ２だけ非通電とするか、または、所定時間ｔ２だけ定電流ｉ１よりも小さい定電流ｉ２とするサイクルを繰り返し行い、該金属管外面への付着物の付着を判定するよう構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の冷却水性状測定装置は、請求項５において、該所定時間ｔ１の開始時または該所定時間ｔ２の終期における測温体の計測温度Ｔ１と、該所定時間ｔ１の終期または該所定時間ｔ２の開始時における測温体の計測温度Ｔ２との温度差の経時変化に基づいて、該金属管外面への付着物の付着を判定することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７の冷却塔は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の冷却水性状測定装置を備えた冷却塔であって、前記集水部は、冷却塔内に設置された充填材に接して設けられ、充填材に沿って流下する冷却水を集水することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷却水性状測定装置では、冷却塔上部からの冷却水を集水部で集水して通水部に通水し、この通水部に設けたセンサで冷却水の性状を測定する。
【００１７】
一般に、冷凍機の運転に連動して、循環ポンプによって冷却塔ピット内に溜まった冷却水が冷凍機内の熱交換器を通って冷却塔上部に供給され、冷却塔の上部からは、充填材を伝わって再び冷却塔ピットに戻ってくる。冷却塔上部から落下してくる冷却水を集水部で集めて通水部に供給することにより、無動力で通水部に冷却水を通水し、センサと接触させることができる。集水部からの水を受け入れる受水部がオーバーフローするなど満水位にあるときには、通水部に対し一定の流速で冷却水を通水することができ、冷却水の性状を精度よく測定することができる。
【００１８】
この集水部は冷却塔の充填材に接して設置されるのが好ましい。冷却塔の循環ポンプが運転を開始し、冷却塔上部に冷却水が供給されると、冷却水は充填材を伝わって落下する。集水部が充填材壁面を伝わり流れ落ちる冷却水を受ける。集水部の開口面積に比べて十分に小さくしておくと、通常の冷却塔の運転時における冷却塔上部からの落水が集水部を介して導入される受水部は満水またはオーバーフロー状態となり、通水部には一定流速にて冷却水が流れる。これにより、センサによって冷却水の性状を精度よく測定することができる。
【００１９】
本発明の冷却水性状測定装置に用いるセンサとしては、金属管内部に発熱体と測温体を設置したものが好ましい。通水部に通水して冷却水と該センサとを接触させ、一定時間毎に該発熱体への通電電流量を増減させる。そして、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を計測し、また、通電量を多くしたときに発熱量に依存した温度を計測する。これにより、一つのセンサーで水温と発熱時の内部温度を計測し、これに基づいてプローブへの付着物の付着状況を検知し、水系におけるスライムの発生状況を精度よく検知することが可能となる。
【００２０】
本発明では、上記のように通水部に冷却水を定量的に通水させることにより、センサからの放熱量は水の温度と、センサへのスライム等の付着物量のみに依存するようになる。このため、通電量をゼロとした（又は少なくした）ときの、水温に依存した内部温度と、通電量を多くしたときの、発熱に依存した内部温度を計測し、この２つの温度の差を算出すれば、スライム付着による伝熱阻害により上昇する内部温度上昇を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】循環冷却水系の系統図である。
【図２】図１の一部の拡大図である。
【図３】計測チャンバを含む通水部の断面図である。
【図４】実施の形態に用いられるセンサの断面図である。
【図５】実施の形態に係る測定装置の回路ブロック図である。
【図６】センサへの通電パターン及び検出温度変化パターン図である。
【図７】センサへの通電パターン及び検出温度変化パターン図である。
【図８】管壁付近の温度分布図である。
【図９】センサ出力と流速との関係を示すグラフである。
【図１０】センサの出力特性図である。
【図１１】測定結果を示すグラフである。
【図１２】比較例に係る循環冷却水系の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２３】
第１図は実施の形態に係る冷却水性状測定装置を備えた冷却塔の概略的な縦断面図及び開放式循環冷却水系の系統図である。第２図は第１図の一部を拡大した冷却水性状測定装置の側面図、第３図は通水部の断面図、第４図はセンサの断面図、第５図は測定装置のブロック図、第６図及び第７図はセンサの作動説明図、第８図は伝熱壁の模式的な断面図である。
【００２４】
第１図の通り、冷却塔３０内の水が配管３１、ポンプ３２、配管３３、熱交換器３４及び配管３５を通って冷却塔３０に戻り、散水管３６から冷却塔３０内の充填材４０に注ぎかけられる。冷却水は充填材４０に沿って伝わり落ち、この間に水の一部が蒸発し、冷却水が冷却される。
【００２５】
第２，３図の通り、充填材４０を伝わり落ちてきた水は、上開容器状の集水部４１で集水され、配管４２を介して上開容器状の受水部４３に注ぎ込まれる。受水部４３内の冷却水は、配管４４から計測チャンバ４５に導入され、この計測チャンバ４５の上部の配管４６を介して流出する。計測チャンバ４５にセンサ１が設置されており、計測チャンバ４５内に導入された冷却水と接触する。このセンサ１の検出温度Ｔ１，Ｔ２によって、この循環冷却水系におけるスライム発生状況が検出される。
【００２６】
なお、充填材４０は、多数枚のポリ塩化ビニルなどの合成樹脂等よりなる板状体を板面が略鉛直となるように間隙を介して積層状に配列したものである。集水部４１は、この充填材４０に対し留付部材によって固定されている。集水部４１は、上方に向って開放した容器状である。集水部４１は、充填材４０を伝わり落ちてきた冷却水を受け入れるように上縁の一辺部が充填材４０の板面に接している。配管４２は、その上端が集水部４１の底部に接続されており、下端は受水部４３の上方に位置している。
【００２７】
受水部４３は、上方に向って開放した容器状であり、充填材４０又は冷却塔３０に取り付けられている。受水部４３の底面に配管４４の上端が接続されており、配管４４の下端が計測チャンバ４５の側面の上下方向途中部分に接続されている。計測チャンバ４５は、筒軸心方向を上下方向とした筒形であり、その上部に配管４６の基端が接続されている。配管４６は、下向きＵ字状ないし略円弧状に湾曲しており、配管４６の先端側は下方を指向している。
【００２８】
センサ１は、細長いプローブ状であり、ホルダ４７に保持されて計測チャンバ４５内に下方から挿入されている。ホルダ４７は、パッキン４８及びナット４９によってチャンバ４５に保持されている。
【００２９】
なお、受水部４３、配管４４、計測チャンバ４５及び配管４６によって通水部が構成されている。
【００３０】
集水部４１の上面の開口面積及び配管４２の断面積を配管４４又は配管４６の断面積よりも大きくとっておくと、集水部４１から配管４２を介して受水部４３に注ぎ込まれる水量は、通水部の通過水量よりも多くなるので、受水部４３はオーバーフロー状態となる。そうすると、計測チャンバ４５内には、受水部４３の上縁と配管４６の先端との水頭差ｈに応じた定流速にて冷却水が通水されることになる。
【００３１】
このように、この実施の形態では、定量ポンプ等の高機能機器を用いることなく、一定の水頭差を利用する簡易な機構にて計測チャンバ４５に冷却水を定流量にて通水することができる。
【００３２】
なお、配管４４又は４６に流量調節弁を設け、計測チャンバ４５への流量を調節するようにしてもよい。
【００３３】
次に、第４図を参照してセンサ１の構造について説明する。
【００３４】
このセンサ１は、基端側が開放し先端側が閉じた真鍮、ステンレス等の耐食性金属よりなる金属管２と、該金属管２内に配置した発熱体３及び測温体４と、金属管２の内周面と該発熱体３及び測温体４との間のスペースに充填された電気絶縁性かつ熱良導性の酸化マグネシウム（マグネシア）粒子などの充填物５等を有する。センサ１の基端側はエポキシ樹脂等の樹脂６で封止されている。
【００３５】
金属管２の肉厚は０．０５〜０．５ｍｍ程度が好適である。金属管２の直径は２〜５ｍｍ程度が好適である。
【００３６】
発熱体３としては、絶縁性基板上に白金薄膜を形成したものなどが好適である。測温体４としては、熱電対やサーミスタ等が好適である。ただし、発熱体３及び測温体４としてはこれら以外のものを用いてもよい。
【００３７】
発熱体３は、金属管２の軸心部に配置されるのが好ましい。測温体４は、発熱体３と金属管２の内周面との間において金属管２の内周面と接するように設けられるのが好ましい。
【００３８】
発熱体３への通電用リード線３ａ，３ｂのうち、一方のリード線３ａはセンサ１外にまで延在し、他方のリード線３ｂは金属管２に半田付け等により接続され、金属管２を介してリード線３ｃに導通しているが、リード線３ｂもリード線３ａと同様にセンサ１外にまで延在してもよい。なお、リード線３ｃは金属管２の基端に半田付け等により接続されている。測温体４からの２本のリード線４ａ，４ｂは、センサ１外に引き出されている。これらのリード線には絶縁被覆が施されている。
【００３９】
このセンサ１は、管状ホルダ４７の先端に取り付けられている。センサ１の金属管２がホルダ４７の先端から計測チャンバ４５内に突出している。
【００４０】
前述の通り、このホルダ４７は、パッキン４８及びナット４９によって計測チャンバ４５に固定されている。センサ１の金属管２の先端は、配管４４と計測チャンバ４５との接続部（流入口）よりも上方に位置している。配管４４からの冷却水の流入口にはホルダ４７が対面している。
【００４１】
センサ１への付着物の検出装置は、この発熱体３への通電制御手段と、測温体４の出力信号を処理して付着物の付着状況の判定を行う判定手段とを有する。この付着物検出装置の回路の構成について第５図を参照して説明する。
【００４２】
この付着物検出装置は、発熱体３に電流を出力する電流出力部２１と、測温体４からの温度信号を入力してデジタル信号に変換する温度入力部２２と、温度入力部２２からの信号を入力して、測温体の温度情報に基づいて電流出力部２１が出力すべき電流値を演算すると共に、スライムの付着判定を行う演算部２３より構成される。この演算部２３はマイクロコンピュータ（μ−ＣＰＵ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）によって構成された演算処理回路である。演算部２３は、発熱体３への通電電流値を周期的に変動させながら、測温体４からの温度データに基づき、センサ１の表面に付着する付着物によって発生する伝熱抵抗の上昇から付着物の付着状況を判定する。
【００４３】
この付着物検出装置を用いて水系のスライム発生状況を観察するには、集水部４１で集水した冷却水を定流速にて計測チャンバ４５内に通水する。そして、第６図のように発熱体３にパルス状に通電を行い、測温体４の計測温度を検出し、この結果に基づいてセンサ１へのスライムの付着量を判定し、水系におけるスライムの発生状況（発生し易さ）を判定する。
【００４４】
第６図のように、発熱体３に通電を開始すると、発熱体３の発熱が測温体４に伝熱することにより、測温体４の検出温度がＴ１から上昇を開始する。測温体４の検出温度は、発熱体３からの発熱量と、センサ１の表面からの放熱量とがバランス（平衡）するまで上昇する。
【００４５】
通電時間ｔ１を、測温体４の検出温度がほぼ平衡温度Ｔ２に達するのに十分な時間となるように選定しておく。この時間ｔ１は、予め通電試験を行って決定すればよい。ただし、ｔ１を過度に長くすると、測定のリアルタイム性が乏しくなるので、実質的に平衡温度とみなせる温度（例えば、最終的な平衡温度との差が０．１℃以内となる温度）まで昇温するのに要する時間をｔ１として設定すればよい。通常の場合、ｔ１は５〜６０秒特に５〜２０秒程度が好ましい。
【００４６】
発熱体３への通電を停止すると、センサ１から周囲の水中に放熱することにより、測温体４の検出温度が低下し始める。通電停止時間ｔ２を、センサ１にスライムが付着している場合でも測温体４の検出温度が周囲水温とほぼ等しい平衡温度Ｔ１に達するのに十分な時間となるように選定しておく。この時間ｔ２は、予め通電試験を行って決定すればよい。ただし、ｔ２を過度に長くすると、測定のリアルタイム性が乏しくなるので、実質的に平衡温度とみなせる温度（例えば、水温との差が０．１℃以内となる温度）まで低下するのに要する時間をｔ２として設定すればよい。通常の場合、ｔ２は２０〜３００秒特に６０〜３００秒程度が好ましい。
【００４７】
なお、第６図ではｔ２時間帯では通電量をゼロとしているが、ｔ１時間帯の通電量ｉ１に比べて微量の定電流ｉ２を通電するようにしてもよい。ただし、ｉ２＝０とするのが好ましい。
【００４８】
集水部４１にて集水される冷却水の水温が変動しない場合、センサ１にスライムが付着していない状態では、１つの通電時間ｔ１開始前の計測温度Ｔ１と、この通電時間ｔ１末期の計測温度Ｔ２とはいずれも経時的に一定である。なお、Ｔ２とＴ１との差が５〜２０℃程度となるように発熱体３への通電量を設定するのが好ましい。
【００４９】
センサ１にスライムが付着した状態では、通電時間ｔ１末期の計測温度Ｔ２は、センサ１にスライムが付着してないときに比べて高い温度となる。これは、スライムによってセンサ１から水への伝熱が阻害されるからであり、詳しいメカニズムについては次に述べる。
【００５０】
従って、第６図に示すパルス通電を繰り返し行いながら温度Ｔ１，Ｔ２を経時的に測定し、Ｔ１とＴ２との差（Ｔ２−Ｔ１）の経時的変化からセンサ１へのスライムの付着の有無及び付着量を検知することができる。
【００５１】
上記の温度Ｔ１，Ｔ２からスライムの付着厚さを求める算出式は下記の数１の通りである。なお、この式は、第８図に示す伝熱モデルに基づくものである。
【００５２】
【数１】
【００５３】
第８図において、Ｔｗ（水温）はＴ１である。Ｔｓ（センサ表面温度）は、センサ内部の熱伝導度がｋｆに比べて無視できる程度に小さい値であるときには、Ｔ２に等しい値とすることができる。また、Ｔｗ、Ｔｓ以外の右辺の項目は、センサの形状、発熱体の抵抗値及び通電量などより求められる定数である。
【００５４】
例えば、熱流束ｑについては、発熱体３の電気抵抗値Ｒ、発熱体３への通電電流値ｉ，発熱体３のセンサ長手方向の長さＬ、金属管２の半径ｒ１より次式に従って算出することができる。
【００５５】
【数２】
【００５６】
従って、Ｔ１とＴ２を計測することにより、スライム（センサ表面付着物）の厚みを計測することができる。
【００５７】
但し、層流境膜伝熱係数を定数と見なすためには、層流境膜の厚みを一定にする必要があり、その為に計測チャンバ４５内に水を定流速にて通水する。なお、流速を層流境膜伝熱係数の変動が無視できる速度値以上としてもよい。
【００５８】
なお、冷却水を循環させるためのポンプ３２が停止した場合には、計測チャンバ４５への冷却水流入が停止し、センサ１の出力温度が上昇する。
【００５９】
即ち、空調用冷凍機などは、夜間や冬季に停止し、循環ポンプ３２が停止される場合がある。循環ポンプ３２の停止により冷却塔３０上部からの給水（散水）が停止すると、集水部４１への水の供給がなくなるので、計測チャンバ４５への冷却水の供給は停止し、従って計測チャンバ４５内の水の流れは停止する。そのため、センサ１からの放熱量が減少し、第７図の通り、センサ１における加熱時（時間帯ｔ１）にセンサ１の出力温度が急激に上昇する。また、一旦停止した循環ポンプ３２が再度運転を再開した場合には、再び集水部４１から計測チャンバ４５に冷却水が供給されることとなるため、計測チャンバ４５内に流速が発生し、これによりセンサ１の放熱量が増加するため加熱時のセンサ出力温度がポンプ３２の停止時に比べて急激に低下する。従って、定期的に繰り返す加熱時の温度上昇速度を監視することで、計測チャンバ４５内に流速が生じているかどうかを判断して、冷却塔の循環ポンプの運転状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を検知することが可能となる。すなわち、加熱上昇速度の閾値を設定しておき、その閾値を越える加熱上昇速度が検知された場合に、発熱体３への通電をＯＦＦする制御を行うことが可能である。
【００６０】
このように、循環ポンプ３２の動作状況をセンサ１の出力から検知し、加温工程でのセンサへの通電量を自動的に制御することが可能となり、無駄な消費電力の削減、および冷却塔の運転状態に影響を受けにくい適切なスライム付着状況のモニタリングが可能となる。
【実施例】
【００６１】
［実施例１］
直径３．０ｍｍ、肉厚０．１ｍｍ、長さ３５ｍｍのステンレス製の金属管２内の先端部に、発熱体３として、φ１．７×４．０ｍｍの金属被膜抵抗１２０Ωを設置した。また、この発熱体３に近接して、測温体４として熱電対を金属管２の内周面に接するように配置した。金属管２の内周面と発熱体３及び測温体４との間に、平均粒径約１００μｍの酸化マグネシウム粉体を充填した。金属管２の基端はエポキシ樹脂６で封じた。このセンサ１をホルダ４７の先端に取り付けた。センサ１のホルダ４７からの突出長さは１８ｍｍである。
【００６２】
このホルダ４７を第３図のように計測チャンバ４５に取り付け、第５図の如く結線した。計測チャンバ４５の内径は２０ｍｍ、上下方向長さは１２０ｍｍ、ホルダ４７の外径は１８ｍｍである。試験的にこの計測チャンバ４１に冷却水を流し、センサ１の発熱体３に対し、ｔ１＝６０ｓｅｃ，ｔ２＝６０ｓｅｃ、通電時の電流値ｉ＝４０ｍＡにて通電した。通水流速とＴ２−Ｔ１との関係を第９図に示す。また、このセンサ１に徐々にスライムが付着したときのスライム厚さとＴ２−Ｔ１との関係を第１０図に示した。
【００６３】
この計測チャンバ４５及び集水部４１を第１図のように冷却塔３０に設置した。集水部４１としては、上面の開口面積２００ｃｍ２のものを用いた。配管４２の内径は２０ｍｍ、配管４４の内径は８ｍｍ、配管４６の内径は８ｍｍである。その結果、計測チャンバ４５の通水量は３００ｃｍ３／ｍｉｎの一定流量であった。この通水流速では、センサ１の金属管２の表面に沿う被検水の流れは乱流となり、金属管２の表面からは均一に熱が水に伝達する。
【００６４】
センサ１の発熱体３に対し、ｔ１＝６０ｓｅｃ，ｔ２＝６０ｓｅｃ、通電時の電流値ｉ＝４０ｍＡにて通電した。Ｔ２−Ｔ１の経時変化を第１１図に示す。
【００６５】
この実施例１より、第１０図の如くセンサ１の出力温度からスライム付着厚さが検知可能であることが確認された。また、第１１図の通り、センサ１の出力温度に基づいて循環ポンプ３２のＯＮ／ＯＦＦを検知できることも確認された。
【００６６】
［比較例１］
第１２図に示すように、配管３６、ポンプ３７、フローセル１１及び配管３８よりなる計測専用循環ラインを設け、フローセル１１にセンサ１を設置した。冷却塔３０のピットの水が、採取用配管３６、定量ポンプ３７を介してフローセル１１内に導入され、フローセル１１内に設置されたプローブ１と接触した後、配管３８を経てピットに返送される。このプローブ１の検出温度Ｔ１，Ｔ２を測定し、第１１図に示した。
【００６７】
第１１図の通り、比較例１では定量ポンプ３７を用いて計測チャンバ４５に通水するので、循環ポンプ４２の停止時でもセンサ１の出力は殆ど変動しない。
【符号の説明】
【００６８】
１ プローブ
２ 金属管
３ 発熱体
４ 測温体
５ 充填物
１０ 付着物検出ユニット
１１ フローセル
２１ 電流出力部
２２ 温度入力部
２３ 演算部
３０ 冷却塔
３２ 循環ポンプ
３４ 熱交換器
３７ 定量ポンプ
４０ 充填材
４１ 集水部
４２，４４，４６ 配管
４３ 受水部
４５ 計測チャンバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環式冷却水系などの冷却塔におけるスライムやスケールの検知に好適に用いられる冷却水性状測定装置と、この冷却水性状測定装置を備えた冷却塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却塔等の循環水中に発生する微生物によって熱交換器や配管等の壁面に形成される微生物膜厚さの増加量を検知する方法として、特開昭６１−２６８０９号には、配管内や配管外部に設けた発熱部を発熱させ、配管周囲に設けられた感温部（熱伝対等）で計測した伝熱部の温度と、予め計測された配管内の流体温度から伝熱量を計測し、配管内側壁面に付着した微生物膜（スライム）や析出物（スケール）等による伝熱阻害を前記伝熱量の変化より検出する方法が記載されている。
【０００３】
この特開昭６１−２６８０９号の方法は、配管内側壁面に付着する付着物によって生じる伝熱阻害を配管管肉内部に埋め込んだ測温体の温度上昇によって検出する方法であり、経時的な観察が可能であり、付着の短時間での検出が可能な方法である。しかしながら、(1)水温を計測する計測部を別途用意する必要がある。(2)測温体を埋め込んだ特別な配管を通常の配管以外に別途用意する必要がある。(3)加熱部を前記配管内に埋め込む又は配管外部に固定し、配管側への熱供給量を安定化させるために、配管外への放熱量を一定に保つ（外気温を一定にしたり保温する等）といった操作が必要となるため、計測のための手段の準備は容易ではない。
【０００４】
特開平１０−３３２６１０号には、平板上に白金等の抵抗体をパターン状に形成したヒーターを発熱させた時の抵抗変化から、前記平板上に形成されたスライムによって阻害される放熱量の減少を、計測温度の上昇（抵抗値の増加）によって計測する方法が記載されている。この方法によれば、小型の計測部を循環水系に浸漬することができ、ゴム板法や特開昭６１−２６８０９号の方法に比べて計測操作は容易になる。しかしながら、特開平１０−３３２６１０号では、水温や水流速度を計測していないために、水温や流速の変動による放熱量の変化と、スライム付着による放熱量の変化の区別が不可能であり、前記水温や流速の変化を別途計測する手段を設ける必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２６８０９号
【特許文献２】特開平１０−３３２６１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特開昭６１−２６８０９のように、ヒーターを発熱させた時の配管に埋め込んだ測温体の出力と、予め計測された配管内を流れる流体の温度から放熱量を計測する方法により、配管壁面等への付着物を常時検出することは可能である。しかしながら、循環水系においては、循環水ポンプによって冷却塔内の水が熱交換器に通水されて冷却塔に戻される様になっており、この冷却塔に上記特開昭６１−２６８０９のような方法でセンサを設置しようとした場合には、センサを埋め込んだ新たな配管を追加する工事を必要とするため、大きなコストがかかる。
【０００７】
また、特開昭６１−２６８０９及び特開平１０−３３２６１０号にあっては、流速による放熱量が流速変動により変化する場合、付着物による温度の変動と流速による変動との識別が困難であり、安定した計測のためには水流の影響を軽減する必要がある。特に特開平１０−３３２６１０号の計測手段を用いる場合、水の流れが直接計測手段にあたるときには、水流速の変化の影響を直接受けることとなる。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、冷却塔に簡易に設置して冷却塔における付着物を精度良く検出することができる冷却水性状測定装置と、この冷却水性状測定装置を備えた冷却塔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】
【０００９】
請求項１の冷却水性状測定装置は、冷却塔内部を流下する冷却水を集水する集水部と、該集水部からの冷却水が通過する通水部と、該通水部に設置された、冷却水の性状を計測するセンサと、を備えたものである。
【００１０】
請求項２の冷却水性状測定装置は、請求項１において、前記通水部は、前記集水部からの冷却水を満水又はオーバーフローの状態を保ちながら受け入れる、上部が開口した受水部と、該受水部からの冷却水が通過する計測チャンバとを備え、該計測チャンバに前記センサが設置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の冷却水性状測定装置は、請求項１又は２において、前記センサは、金属管と、該金属管内に挿入された発熱体及び測温体と、該発熱体及び測温体と該金属管の内面との間に充填された充填物とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の冷却水性状測定装置は、請求項３において、前記発熱体への通電制御手段と、前記測温体の計測温度から該金属管外面への付着物の付着判定を行う判定手段とを備え、該判定手段は、該発熱体への通電量を変化させた際に該測温体で計測される温度の変化に基づいて該金属管外面への付着物の付着を判定するものであることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５の冷却水性状測定装置は、請求項４において、前記発熱体に定電流ｉ１を所定時間ｔ１通電した後、所定時間ｔ２だけ非通電とするか、または、所定時間ｔ２だけ定電流ｉ１よりも小さい定電流ｉ２とするサイクルを繰り返し行い、該金属管外面への付着物の付着を判定するよう構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６の冷却水性状測定装置は、請求項５において、該所定時間ｔ１の開始時または該所定時間ｔ２の終期における測温体の計測温度Ｔ１と、該所定時間ｔ１の終期または該所定時間ｔ２の開始時における測温体の計測温度Ｔ２との温度差の経時変化に基づいて、該金属管外面への付着物の付着を判定することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７の冷却塔は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の冷却水性状測定装置を備えた冷却塔であって、前記集水部は、冷却塔内に設置された充填材に接して設けられ、充填材に沿って流下する冷却水を集水することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の冷却水性状測定装置では、冷却塔上部からの冷却水を集水部で集水して通水部に通水し、この通水部に設けたセンサで冷却水の性状を測定する。
【００１７】
一般に、冷凍機の運転に連動して、循環ポンプによって冷却塔ピット内に溜まった冷却水が冷凍機内の熱交換器を通って冷却塔上部に供給され、冷却塔の上部からは、充填材を伝わって再び冷却塔ピットに戻ってくる。冷却塔上部から落下してくる冷却水を集水部で集めて通水部に供給することにより、無動力で通水部に冷却水を通水し、センサと接触させることができる。集水部からの水を受け入れる受水部がオーバーフローするなど満水位にあるときには、通水部に対し一定の流速で冷却水を通水することができ、冷却水の性状を精度よく測定することができる。
【００１８】
この集水部は冷却塔の充填材に接して設置されるのが好ましい。冷却塔の循環ポンプが運転を開始し、冷却塔上部に冷却水が供給されると、冷却水は充填材を伝わって落下する。集水部が充填材壁面を伝わり流れ落ちる冷却水を受ける。集水部の開口面積に比べて十分に小さくしておくと、通常の冷却塔の運転時における冷却塔上部からの落水が集水部を介して導入される受水部は満水またはオーバーフロー状態となり、通水部には一定流速にて冷却水が流れる。これにより、センサによって冷却水の性状を精度よく測定することができる。
【００１９】
本発明の冷却水性状測定装置に用いるセンサとしては、金属管内部に発熱体と測温体を設置したものが好ましい。通水部に通水して冷却水と該センサとを接触させ、一定時間毎に該発熱体への通電電流量を増減させる。そして、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を計測し、また、通電量を多くしたときに発熱量に依存した温度を計測する。これにより、一つのセンサーで水温と発熱時の内部温度を計測し、これに基づいてプローブへの付着物の付着状況を検知し、水系におけるスライムの発生状況を精度よく検知することが可能となる。
【００２０】
本発明では、上記のように通水部に冷却水を定量的に通水させることにより、センサからの放熱量は水の温度と、センサへのスライム等の付着物量のみに依存するようになる。このため、通電量をゼロとした（又は少なくした）ときの、水温に依存した内部温度と、通電量を多くしたときの、発熱に依存した内部温度を計測し、この２つの温度の差を算出すれば、スライム付着による伝熱阻害により上昇する内部温度上昇を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】循環冷却水系の系統図である。
【図２】図１の一部の拡大図である。
【図３】計測チャンバを含む通水部の断面図である。
【図４】実施の形態に用いられるセンサの断面図である。
【図５】実施の形態に係る測定装置の回路ブロック図である。
【図６】センサへの通電パターン及び検出温度変化パターン図である。
【図７】センサへの通電パターン及び検出温度変化パターン図である。
【図８】管壁付近の温度分布図である。
【図９】センサ出力と流速との関係を示すグラフである。
【図１０】センサの出力特性図である。
【図１１】測定結果を示すグラフである。
【図１２】比較例に係る循環冷却水系の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００２３】
第１図は実施の形態に係る冷却水性状測定装置を備えた冷却塔の概略的な縦断面図及び開放式循環冷却水系の系統図である。第２図は第１図の一部を拡大した冷却水性状測定装置の側面図、第３図は通水部の断面図、第４図はセンサの断面図、第５図は測定装置のブロック図、第６図及び第７図はセンサの作動説明図、第８図は伝熱壁の模式的な断面図である。
【００２４】
第１図の通り、冷却塔３０内の水が配管３１、ポンプ３２、配管３３、熱交換器３４及び配管３５を通って冷却塔３０に戻り、散水管３６から冷却塔３０内の充填材４０に注ぎかけられる。冷却水は充填材４０に沿って伝わり落ち、この間に水の一部が蒸発し、冷却水が冷却される。
【００２５】
第２，３図の通り、充填材４０を伝わり落ちてきた水は、上開容器状の集水部４１で集水され、配管４２を介して上開容器状の受水部４３に注ぎ込まれる。受水部４３内の冷却水は、配管４４から計測チャンバ４５に導入され、この計測チャンバ４５の上部の配管４６を介して流出する。計測チャンバ４５にセンサ１が設置されており、計測チャンバ４５内に導入された冷却水と接触する。このセンサ１の検出温度Ｔ１，Ｔ２によって、この循環冷却水系におけるスライム発生状況が検出される。
【００２６】
なお、充填材４０は、多数枚のポリ塩化ビニルなどの合成樹脂等よりなる板状体を板面が略鉛直となるように間隙を介して積層状に配列したものである。集水部４１は、この充填材４０に対し留付部材によって固定されている。集水部４１は、上方に向って開放した容器状である。集水部４１は、充填材４０を伝わり落ちてきた冷却水を受け入れるように上縁の一辺部が充填材４０の板面に接している。配管４２は、その上端が集水部４１の底部に接続されており、下端は受水部４３の上方に位置している。
【００２７】
受水部４３は、上方に向って開放した容器状であり、充填材４０又は冷却塔３０に取り付けられている。受水部４３の底面に配管４４の上端が接続されており、配管４４の下端が計測チャンバ４５の側面の上下方向途中部分に接続されている。計測チャンバ４５は、筒軸心方向を上下方向とした筒形であり、その上部に配管４６の基端が接続されている。配管４６は、下向きＵ字状ないし略円弧状に湾曲しており、配管４６の先端側は下方を指向している。
【００２８】
センサ１は、細長いプローブ状であり、ホルダ４７に保持されて計測チャンバ４５内に下方から挿入されている。ホルダ４７は、パッキン４８及びナット４９によってチャンバ４５に保持されている。
【００２９】
なお、受水部４３、配管４４、計測チャンバ４５及び配管４６によって通水部が構成されている。
【００３０】
集水部４１の上面の開口面積及び配管４２の断面積を配管４４又は配管４６の断面積よりも大きくとっておくと、集水部４１から配管４２を介して受水部４３に注ぎ込まれる水量は、通水部の通過水量よりも多くなるので、受水部４３はオーバーフロー状態となる。そうすると、計測チャンバ４５内には、受水部４３の上縁と配管４６の先端との水頭差ｈに応じた定流速にて冷却水が通水されることになる。
【００３１】
このように、この実施の形態では、定量ポンプ等の高機能機器を用いることなく、一定の水頭差を利用する簡易な機構にて計測チャンバ４５に冷却水を定流量にて通水することができる。
【００３２】
なお、配管４４又は４６に流量調節弁を設け、計測チャンバ４５への流量を調節するようにしてもよい。
【００３３】
次に、第４図を参照してセンサ１の構造について説明する。
【００３４】
このセンサ１は、基端側が開放し先端側が閉じた真鍮、ステンレス等の耐食性金属よりなる金属管２と、該金属管２内に配置した発熱体３及び測温体４と、金属管２の内周面と該発熱体３及び測温体４との間のスペースに充填された電気絶縁性かつ熱良導性の酸化マグネシウム（マグネシア）粒子などの充填物５等を有する。センサ１の基端側はエポキシ樹脂等の樹脂６で封止されている。
【００３５】
金属管２の肉厚は０．０５〜０．５ｍｍ程度が好適である。金属管２の直径は２〜５ｍｍ程度が好適である。
【００３６】
発熱体３としては、絶縁性基板上に白金薄膜を形成したものなどが好適である。測温体４としては、熱電対やサーミスタ等が好適である。ただし、発熱体３及び測温体４としてはこれら以外のものを用いてもよい。
【００３７】
発熱体３は、金属管２の軸心部に配置されるのが好ましい。測温体４は、発熱体３と金属管２の内周面との間において金属管２の内周面と接するように設けられるのが好ましい。
【００３８】
発熱体３への通電用リード線３ａ，３ｂのうち、一方のリード線３ａはセンサ１外にまで延在し、他方のリード線３ｂは金属管２に半田付け等により接続され、金属管２を介してリード線３ｃに導通しているが、リード線３ｂもリード線３ａと同様にセンサ１外にまで延在してもよい。なお、リード線３ｃは金属管２の基端に半田付け等により接続されている。測温体４からの２本のリード線４ａ，４ｂは、センサ１外に引き出されている。これらのリード線には絶縁被覆が施されている。
【００３９】
このセンサ１は、管状ホルダ４７の先端に取り付けられている。センサ１の金属管２がホルダ４７の先端から計測チャンバ４５内に突出している。
【００４０】
前述の通り、このホルダ４７は、パッキン４８及びナット４９によって計測チャンバ４５に固定されている。センサ１の金属管２の先端は、配管４４と計測チャンバ４５との接続部（流入口）よりも上方に位置している。配管４４からの冷却水の流入口にはホルダ４７が対面している。
【００４１】
センサ１への付着物の検出装置は、この発熱体３への通電制御手段と、測温体４の出力信号を処理して付着物の付着状況の判定を行う判定手段とを有する。この付着物検出装置の回路の構成について第５図を参照して説明する。
【００４２】
この付着物検出装置は、発熱体３に電流を出力する電流出力部２１と、測温体４からの温度信号を入力してデジタル信号に変換する温度入力部２２と、温度入力部２２からの信号を入力して、測温体の温度情報に基づいて電流出力部２１が出力すべき電流値を演算すると共に、スライムの付着判定を行う演算部２３より構成される。この演算部２３はマイクロコンピュータ（μ−ＣＰＵ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）によって構成された演算処理回路である。演算部２３は、発熱体３への通電電流値を周期的に変動させながら、測温体４からの温度データに基づき、センサ１の表面に付着する付着物によって発生する伝熱抵抗の上昇から付着物の付着状況を判定する。
【００４３】
この付着物検出装置を用いて水系のスライム発生状況を観察するには、集水部４１で集水した冷却水を定流速にて計測チャンバ４５内に通水する。そして、第６図のように発熱体３にパルス状に通電を行い、測温体４の計測温度を検出し、この結果に基づいてセンサ１へのスライムの付着量を判定し、水系におけるスライムの発生状況（発生し易さ）を判定する。
【００４４】
第６図のように、発熱体３に通電を開始すると、発熱体３の発熱が測温体４に伝熱することにより、測温体４の検出温度がＴ１から上昇を開始する。測温体４の検出温度は、発熱体３からの発熱量と、センサ１の表面からの放熱量とがバランス（平衡）するまで上昇する。
【００４５】
通電時間ｔ１を、測温体４の検出温度がほぼ平衡温度Ｔ２に達するのに十分な時間となるように選定しておく。この時間ｔ１は、予め通電試験を行って決定すればよい。ただし、ｔ１を過度に長くすると、測定のリアルタイム性が乏しくなるので、実質的に平衡温度とみなせる温度（例えば、最終的な平衡温度との差が０．１℃以内となる温度）まで昇温するのに要する時間をｔ１として設定すればよい。通常の場合、ｔ１は５〜６０秒特に５〜２０秒程度が好ましい。
【００４６】
発熱体３への通電を停止すると、センサ１から周囲の水中に放熱することにより、測温体４の検出温度が低下し始める。通電停止時間ｔ２を、センサ１にスライムが付着している場合でも測温体４の検出温度が周囲水温とほぼ等しい平衡温度Ｔ１に達するのに十分な時間となるように選定しておく。この時間ｔ２は、予め通電試験を行って決定すればよい。ただし、ｔ２を過度に長くすると、測定のリアルタイム性が乏しくなるので、実質的に平衡温度とみなせる温度（例えば、水温との差が０．１℃以内となる温度）まで低下するのに要する時間をｔ２として設定すればよい。通常の場合、ｔ２は２０〜３００秒特に６０〜３００秒程度が好ましい。
【００４７】
なお、第６図ではｔ２時間帯では通電量をゼロとしているが、ｔ１時間帯の通電量ｉ１に比べて微量の定電流ｉ２を通電するようにしてもよい。ただし、ｉ２＝０とするのが好ましい。
【００４８】
集水部４１にて集水される冷却水の水温が変動しない場合、センサ１にスライムが付着していない状態では、１つの通電時間ｔ１開始前の計測温度Ｔ１と、この通電時間ｔ１末期の計測温度Ｔ２とはいずれも経時的に一定である。なお、Ｔ２とＴ１との差が５〜２０℃程度となるように発熱体３への通電量を設定するのが好ましい。
【００４９】
センサ１にスライムが付着した状態では、通電時間ｔ１末期の計測温度Ｔ２は、センサ１にスライムが付着してないときに比べて高い温度となる。これは、スライムによってセンサ１から水への伝熱が阻害されるからであり、詳しいメカニズムについては次に述べる。
【００５０】
従って、第６図に示すパルス通電を繰り返し行いながら温度Ｔ１，Ｔ２を経時的に測定し、Ｔ１とＴ２との差（Ｔ２−Ｔ１）の経時的変化からセンサ１へのスライムの付着の有無及び付着量を検知することができる。
【００５１】
上記の温度Ｔ１，Ｔ２からスライムの付着厚さを求める算出式は下記の数１の通りである。なお、この式は、第８図に示す伝熱モデルに基づくものである。
【００５２】
【数１】
【００５３】
第８図において、Ｔｗ（水温）はＴ１である。Ｔｓ（センサ表面温度）は、センサ内部の熱伝導度がｋｆに比べて無視できる程度に小さい値であるときには、Ｔ２に等しい値とすることができる。また、Ｔｗ、Ｔｓ以外の右辺の項目は、センサの形状、発熱体の抵抗値及び通電量などより求められる定数である。
【００５４】
例えば、熱流束ｑについては、発熱体３の電気抵抗値Ｒ、発熱体３への通電電流値ｉ，発熱体３のセンサ長手方向の長さＬ、金属管２の半径ｒ１より次式に従って算出することができる。
【００５５】
【数２】
【００５６】
従って、Ｔ１とＴ２を計測することにより、スライム（センサ表面付着物）の厚みを計測することができる。
【００５７】
但し、層流境膜伝熱係数を定数と見なすためには、層流境膜の厚みを一定にする必要があり、その為に計測チャンバ４５内に水を定流速にて通水する。なお、流速を層流境膜伝熱係数の変動が無視できる速度値以上としてもよい。
【００５８】
なお、冷却水を循環させるためのポンプ３２が停止した場合には、計測チャンバ４５への冷却水流入が停止し、センサ１の出力温度が上昇する。
【００５９】
即ち、空調用冷凍機などは、夜間や冬季に停止し、循環ポンプ３２が停止される場合がある。循環ポンプ３２の停止により冷却塔３０上部からの給水（散水）が停止すると、集水部４１への水の供給がなくなるので、計測チャンバ４５への冷却水の供給は停止し、従って計測チャンバ４５内の水の流れは停止する。そのため、センサ１からの放熱量が減少し、第７図の通り、センサ１における加熱時（時間帯ｔ１）にセンサ１の出力温度が急激に上昇する。また、一旦停止した循環ポンプ３２が再度運転を再開した場合には、再び集水部４１から計測チャンバ４５に冷却水が供給されることとなるため、計測チャンバ４５内に流速が発生し、これによりセンサ１の放熱量が増加するため加熱時のセンサ出力温度がポンプ３２の停止時に比べて急激に低下する。従って、定期的に繰り返す加熱時の温度上昇速度を監視することで、計測チャンバ４５内に流速が生じているかどうかを判断して、冷却塔の循環ポンプの運転状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を検知することが可能となる。すなわち、加熱上昇速度の閾値を設定しておき、その閾値を越える加熱上昇速度が検知された場合に、発熱体３への通電をＯＦＦする制御を行うことが可能である。
【００６０】
このように、循環ポンプ３２の動作状況をセンサ１の出力から検知し、加温工程でのセンサへの通電量を自動的に制御することが可能となり、無駄な消費電力の削減、および冷却塔の運転状態に影響を受けにくい適切なスライム付着状況のモニタリングが可能となる。
【実施例】
【００６１】
［実施例１］
直径３．０ｍｍ、肉厚０．１ｍｍ、長さ３５ｍｍのステンレス製の金属管２内の先端部に、発熱体３として、φ１．７×４．０ｍｍの金属被膜抵抗１２０Ωを設置した。また、この発熱体３に近接して、測温体４として熱電対を金属管２の内周面に接するように配置した。金属管２の内周面と発熱体３及び測温体４との間に、平均粒径約１００μｍの酸化マグネシウム粉体を充填した。金属管２の基端はエポキシ樹脂６で封じた。このセンサ１をホルダ４７の先端に取り付けた。センサ１のホルダ４７からの突出長さは１８ｍｍである。
【００６２】
このホルダ４７を第３図のように計測チャンバ４５に取り付け、第５図の如く結線した。計測チャンバ４５の内径は２０ｍｍ、上下方向長さは１２０ｍｍ、ホルダ４７の外径は１８ｍｍである。試験的にこの計測チャンバ４１に冷却水を流し、センサ１の発熱体３に対し、ｔ１＝６０ｓｅｃ，ｔ２＝６０ｓｅｃ、通電時の電流値ｉ＝４０ｍＡにて通電した。通水流速とＴ２−Ｔ１との関係を第９図に示す。また、このセンサ１に徐々にスライムが付着したときのスライム厚さとＴ２−Ｔ１との関係を第１０図に示した。
【００６３】
この計測チャンバ４５及び集水部４１を第１図のように冷却塔３０に設置した。集水部４１としては、上面の開口面積２００ｃｍ２のものを用いた。配管４２の内径は２０ｍｍ、配管４４の内径は８ｍｍ、配管４６の内径は８ｍｍである。その結果、計測チャンバ４５の通水量は３００ｃｍ３／ｍｉｎの一定流量であった。この通水流速では、センサ１の金属管２の表面に沿う被検水の流れは乱流となり、金属管２の表面からは均一に熱が水に伝達する。
【００６４】
センサ１の発熱体３に対し、ｔ１＝６０ｓｅｃ，ｔ２＝６０ｓｅｃ、通電時の電流値ｉ＝４０ｍＡにて通電した。Ｔ２−Ｔ１の経時変化を第１１図に示す。
【００６５】
この実施例１より、第１０図の如くセンサ１の出力温度からスライム付着厚さが検知可能であることが確認された。また、第１１図の通り、センサ１の出力温度に基づいて循環ポンプ３２のＯＮ／ＯＦＦを検知できることも確認された。
【００６６】
［比較例１］
第１２図に示すように、配管３６、ポンプ３７、フローセル１１及び配管３８よりなる計測専用循環ラインを設け、フローセル１１にセンサ１を設置した。冷却塔３０のピットの水が、採取用配管３６、定量ポンプ３７を介してフローセル１１内に導入され、フローセル１１内に設置されたプローブ１と接触した後、配管３８を経てピットに返送される。このプローブ１の検出温度Ｔ１，Ｔ２を測定し、第１１図に示した。
【００６７】
第１１図の通り、比較例１では定量ポンプ３７を用いて計測チャンバ４５に通水するので、循環ポンプ４２の停止時でもセンサ１の出力は殆ど変動しない。
【符号の説明】
【００６８】
１ プローブ
２ 金属管
３ 発熱体
４ 測温体
５ 充填物
１０ 付着物検出ユニット
１１ フローセル
２１ 電流出力部
２２ 温度入力部
２３ 演算部
３０ 冷却塔
３２ 循環ポンプ
３４ 熱交換器
３７ 定量ポンプ
４０ 充填材
４１ 集水部
４２，４４，４６ 配管
４３ 受水部
４５ 計測チャンバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却塔内部を流下する冷却水を集水する集水部と、
該集水部からの冷却水が通過する通水部と、
該通水部に設置された、冷却水の性状を計測するセンサと、
を備えた冷却水性状測定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記通水部は、前記集水部からの冷却水を満水又はオーバーフローの状態を保ちながら受け入れる、上部が開口した受水部と、該受水部からの冷却水が通過する計測チャンバとを備え、該計測チャンバに前記センサが設置されていることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記センサは、金属管と、該金属管内に挿入された発熱体及び測温体と、該発熱体及び測温体と該金属管の内面との間に充填された充填物とを備えていることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記発熱体への通電制御手段と、
前記測温体の計測温度から該金属管外面への付着物の付着判定を行う判定手段とを備え、
該判定手段は、該発熱体への通電量を変化させた際に該測温体で計測される温度の変化に基づいて該金属管外面への付着物の付着を判定するものであることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項５】
請求項４において、前記発熱体に定電流ｉ１を所定時間ｔ１通電した後、所定時間ｔ２だけ非通電とするか、または、所定時間ｔ２だけ定電流ｉ１よりも小さい定電流ｉ２とするサイクルを繰り返し行い、該金属管外面への付着物の付着を判定するよう構成されていることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項６】
請求項５において、該所定時間ｔ１の開始時または該所定時間ｔ２の終期における測温体の計測温度Ｔ１と、該所定時間ｔ１の終期または該所定時間ｔ２の開始時における測温体の計測温度Ｔ２との温度差の経時変化に基づいて、該金属管外面への付着物の付着を判定することを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の冷却水性状測定装置を備えた冷却塔であって、
前記集水部は、冷却塔内に設置された充填材に接して設けられ、充填材に沿って流下する冷却水を集水することを特徴とする冷却塔。
【請求項１】
冷却塔内部を流下する冷却水を集水する集水部と、
該集水部からの冷却水が通過する通水部と、
該通水部に設置された、冷却水の性状を計測するセンサと、
を備えた冷却水性状測定装置。
【請求項２】
請求項１において、前記通水部は、前記集水部からの冷却水を満水又はオーバーフローの状態を保ちながら受け入れる、上部が開口した受水部と、該受水部からの冷却水が通過する計測チャンバとを備え、該計測チャンバに前記センサが設置されていることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記センサは、金属管と、該金属管内に挿入された発熱体及び測温体と、該発熱体及び測温体と該金属管の内面との間に充填された充填物とを備えていることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記発熱体への通電制御手段と、
前記測温体の計測温度から該金属管外面への付着物の付着判定を行う判定手段とを備え、
該判定手段は、該発熱体への通電量を変化させた際に該測温体で計測される温度の変化に基づいて該金属管外面への付着物の付着を判定するものであることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項５】
請求項４において、前記発熱体に定電流ｉ１を所定時間ｔ１通電した後、所定時間ｔ２だけ非通電とするか、または、所定時間ｔ２だけ定電流ｉ１よりも小さい定電流ｉ２とするサイクルを繰り返し行い、該金属管外面への付着物の付着を判定するよう構成されていることを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項６】
請求項５において、該所定時間ｔ１の開始時または該所定時間ｔ２の終期における測温体の計測温度Ｔ１と、該所定時間ｔ１の終期または該所定時間ｔ２の開始時における測温体の計測温度Ｔ２との温度差の経時変化に基づいて、該金属管外面への付着物の付着を判定することを特徴とする冷却水性状測定装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の冷却水性状測定装置を備えた冷却塔であって、
前記集水部は、冷却塔内に設置された充填材に接して設けられ、充填材に沿って流下する冷却水を集水することを特徴とする冷却塔。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２３７１０７（Ｐ２０１０−２３７１０７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８６８２１（Ｐ２００９−８６８２１）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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