WO2013084641A1

WO2013084641A1 - 付着物検出用のセンサー及び付着物検出装置

Info

Publication number: WO2013084641A1
Application number: PCT/JP2012/078682
Authority: WO
Inventors: 由子岸; 信太郎森
Original assignee: 栗田工業株式会社
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2013-06-13
Also published as: JP2013120173A; TW201329440A

Abstract

　発熱体への通電によって生じる金属管内の温度の変化により、検出面に付着する付着物を検出する場合に、付着物の検出にタイムラグを生じさせないようにした。　発熱体１１と測温体１２とが挿入され、これらを囲むように熱良導性の充填材１３が充填されている金属管１０の外面をスケールＧで覆い、このスケールＧの表面を、付着物の調査水と接触して、この調査水による付着物を付着させる検出面Ｋ１とした。検出面Ｋ１は、スケール粒子によって凹凸が生じているとともに、金属管外面に比べて、エネルギー的に安定なため、この検出面Ｋ１にはスケール等の付着物がムラ無く付着しやすい。したがって、この検出面Ｋ１を有するセンサー１で、タイムラグを生じさせることなく、付着物の検出をすることができる。

Description

付着物検出用のセンサー及び付着物検出装置

　この発明は、例えば冷却水系のような工業用水系、又は、紙パルプ製造プロセスにおいて用いられる、スケール等の発生状況を検出するための、付着物検出用のセンサー及び付着物検出装置に関するものである。

　例えば、工業用水系又は紙パルプ製造プロセスでは、使用される水の濃縮等により、水中に溶解している不純物が固体となって析出し、これが機器又は配管の内面に付着して固化することにより、この機器又は配管の内面にスケールが発生する。また、工業用水系又は紙パルプ製造プロセスでは、水中に存在する微生物等が機器又は配管の内面に付着して増殖することにより、又は、この増殖したものが分離して機器又は配管の内面に付着することにより、この機器又は配管の内面にスライムが発生する。

　このようなスケール、スライム、又は、スケール及びスライム（以下付着物という）の発生状況を連続的に検出可能なものには、例えば、特許文献１に記載される付着物検出装置がある。この付着物検出装置はセンサーと計測ユニットとを有している。センサーは、発熱体と測温体とが挿入され、これらを囲むように熱良導性の充填材が充填されている金属管の外面を、水中の付着物質を付着させる検出面としている。このセンサーは、通電によって発熱体に一定の熱量を発生させつつ、この発熱体により加熱された金属管内の温度を測温体により計測して、計測された温度の違いから、計測ユニットに、検出面への付着物の付着検出を行わせる。

特開２０１０－１０１８４０号公報

　しかしながら、このような付着物検出用のセンサーは、検出面が滑らかな金属管の外面から形成されているので、検出面に付着物が付着しづらくなっている。このため、付着物は、検出面に部分的に付着した後、その付着が全体に広がっていくような形態で付着し、付着物が検出面に均一に付着していくという形態をとらない。したがって、このような付着物検出用のセンサーでは、付着物の付着初期においては、測温体が付着物による温度上昇を充分に捉えることができず、付着物の付着開始時と付着物の検出時とにタイムラグが生じてしまうという問題があった。

　この発明は、以上の点に鑑み、発熱体への通電によって生じる金属管内の温度の変化により、検出面に付着する付着物を検出する場合に、付着物の検出にタイムラグを生じさせない付着物検出用のセンサー及びこのセンサーを備えた付着物検出装置を提供することを目的とする。

　この発明の第１の発明は、外面が所定の表面粗度を有する凹凸面に形成されていて、この外面が、付着物の調査水と接触して、この調査水による付着物を付着させる検出面となる金属管と、前記金属管内に充填される熱良導性の充填材と、前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、通電によってこの金属管内に一定の熱量を発生させることにより、この金属管内の温度を、前記検出面への前記付着物の付着によって変化させる発熱体と、前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、この金属管内の温度を計測するとともに、計測した温度の違いに基づいて、前記付着物の付着検出を行わせる測温体とを有する、ということである。

　この発明では、外面が検出面となった金属管が付着物を調査する調査水中に浸漬された後、発熱体に通電がなされて、発熱体を一定の熱量で発熱させ、この熱量を検出面外方にほぼ均一に放出する。この結果、測温体は、例えば、金属管の内面温度Ｔ₀を計測することにより、水温＋水の伝熱境膜による温度上昇分＋金属管の熱伝導による温度上昇分を計測する。また、測温体は、温度Ｔ₀の計測から所定時間経過後、金属管の内面温度Ｔ_pを計測する。したがって、この発明では、水の温度と水の伝熱境膜による温度上昇分とが一定の場合、温度Ｔ₀，Ｔ_p間に、温度差（Ｔ_p－Ｔ₀）が生じれば、検出面に付着物が付着したことを検出させることができる。

　ところで、検出面が滑らかな金属管外面である場合には、付着物は、付着しづらいため、検出面に部分的に付着した後、これが全体に広がっていくような形態で付着していく。この場合、付着物の熱伝導率は、金属管のそれより小さいため、付着物の付着当初、すなわち、検出面に部分的に付着物が生じた状態においては、発熱体からの熱は、付着物のない金属管の外面側から多くが放出される。このため、測温体は、付着物による温度上昇を充分に計測できない。

　ところが、この発明では、検出面が所定の表面粗度を有する凹凸面で形成されているので、これが滑らかな金属管外面である場合に比べて、検出面周りの水の流れ抵抗を大きくできる。その結果、この発明では、検出面周りの水の流速を低下させて、検出面近傍の水の粘着層を厚くできる。すなわち、この発明では、検出面に対して、水中の付着物質が滞留して付着し易い状態となり、検出面全体に付着物を容易に付着させることができる。

　この発明の第２の発明は、金属管と、前記金属管内に充填される熱良導性の充填材と、前記金属管の外面をスケールで覆い、このスケールの表面が、付着物の調査水と接触して、この調査水による付着物を付着させる検出面となるスケール被覆部と、前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、通電によってこの金属管内に一定の熱量を発生させることにより、この金属管内の温度を、前記検出面への前記付着物の付着によって変化させる発熱体と、前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、この検出管内の温度を計測するとともに、計測した温度の違いに基づいて、前記付着物の付着検出を行わせる測温体とを有する、ということである。

　この発明では、検出面が、スケール粒子によって凹凸が生じているスケールの表面によって形成されているので、これが滑らかな金属管の外面である場合に比べて、検出面周りの水の流れ抵抗を大きくでき、水中の付着物質が滞留して検出面に付着し易い状態を作ることができる。このため、付着物は、付着当初から検出面の全面に容易に付着する。また、この発明では、スケールの表面を検出面としているので、水中のスケール物質を、金属管外面に比べてエネルギー的に安定なスケールの表面、すなわち、この検出面に容易に付着させることができる。このため、この発明では、スケールを検出面に早期に付着させることができる。

　この発明の第３の発明は、第２の発明の場合において、前記スケールの成分は、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、シュウ酸カルシウム、水酸化マグネシウム、又は水酸化亜鉛のうちの何れか、又は、これらのうちの少なくとも２つが混合されたものである、ということである。

　この発明の第４の発明は、発熱体と測温体とが挿入され、これらを囲むように熱良導性の充填材が充填されている金属管の外面をスケールで覆い、このスケールの表面を、付着物の調査水と接触して、この調査水による付着物を付着させる検出面としているセンサーと、前記センサーの発熱体への通電量を制御して、この発熱体に一定の熱量を発生させることにより、前記センサーの金属管内の温度を、前記センサーの検出面への前記付着物の付着によって変化させる通電量制御手段と、前記センサーの測温体により計測された前記センサーの金属管内の温度の違いに基づいて、前記付着物の付着検出を行う付着物検出手段とを備えた、ということである。

　この発明の第５の発明は、第４の発明の場合において、前記通電量制御手段は、第１の時間帯では電流値を所定の大きさとするが、これに続く第２の時間帯では電流値をゼロ又はゼロに近い値とすることを、連続的に繰り返すように、前記センサーの前記発熱体への通電量を制御する、ということである。

　この発明では、発熱体への通電電流値がゼロ又はゼロに近い値（第２の時間帯）の場合に、測温体は、調査水の温度を測定することができる。

　この発明の第１の発明では、検出面を所定の表面粗度を有する凹凸面から形成しているので、この検出面の全面にスケール、スライム、又は、スケール及びスライムと言った付着物が付着しやすい状態となり、実機における付着物の付着時とタイムラグなく、付着物の付着検出を行わせることができる。

　この発明の第２、第３、又は第４の発明では、検出面を、スケール粒子によって凹凸が生じているスケールの表面によって形成しているので、この検出面の全面にスケール、スライム、又は、スケール及びスライムと言った付着物が付着しやすい状態となり、実機における付着物の付着時とタイムラグなく付着物の付着検出を行い、又は、行わせることができる。また、これらの発明では、スケールの表面が検出面となっているので、調査水中のスケール物質も、実機の場合に比べて、検出面に付着し易く、実機においてスケールが付着する前に、スケールの付着検出を行い、又は、行わせることができる。

　この発明の第５の発明では、測温体で付着物の調査水の温度も測定できるので、付着物検出装置の構成が単純化され、その分、付着物の検出を容易に行うことができる。

図１はセンサーの断面図である。図２はセンサーの金属管外面に、スケール被覆部を形成する場合の説明図である。図３はスケール発生水がスケールを発生させる場合に、スケール付着速度が時間によって変化する状態を示すグラフである。図４はセンサーを用いて調査水によるスケールの発生を検出している状態を示す図である。図５はセンサーに供給される加熱電流の電流値の変化と、加熱電流に対応した検出部内の温度の変化とを示すグラフである。図６は検出部の断面周りの温度を説明する図であり、（ａ）はスケールの付着前の状態を示し、（ｂ）はスケールの付着後の状態を示す。図７はスケールの発生による検出部内の温度上昇の変化を示すグラフである。図８は冷却塔内における、冷却水によるスケールの発生を、センサーを用いて検出している状態を示す図である。

　以下、この発明の好適な実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
　図１は、この発明の一実施の形態に係る付着物検出用のセンサーを示している。

　センサー１は、図１で示されるように、一端側が閉じた金属管１０と、金属管１０内に挿入されている発熱体１１及び測温体１２と、発熱体１１と測温体１２とを囲むように金属管１０内に充填されている充填材１３と、金属管１０の開口端部１０ａ側を閉じるように、この金属管１０と一体化され、この金属管１０の支持部となるように、金属管１０より充分に大径に形成された樹脂部１４と、樹脂部１４から突出する金属管１０の突出部１０ｂの外面全体を、所定のスケール成分からなるスケール（以下被覆スケールＧという）で覆っているスケール被覆部１５とから構成されている。

　なお、付着物の検出部Ｋは、金属管１０の突出部１０ｂと、この突出部１０ｂ内の発熱体１１、測温体１２、及び充填材１３と、スケール被覆部１５とから構成される。

　このセンサー１は、付着物（説明を分かり易くするために、以下付着物をスケールと記載する）の発生を調査する水（以下調査水Ｗ０という）中に検出部Ｋを浸漬して、検出部Ｋの外面（以下検出面Ｋ１という）に、スケールが付着したか否かを検出させるものである。すなわち、このセンサー１は、発熱体１１に一定の熱量を発生させつつ、発熱体１１により加熱された検出部Ｋ内の温度を測温体１２により計測して、計測された温度の違いに基づいて、検出制御ユニット２（後述）に、検出面Ｋ１へのスケールの付着検出を行わせる。

　金属管１０は、一端側が半球面状に閉じられていて、真鍮、ステンレス等の耐食性金属によって、外面が滑らかになるように形成されている。この金属管１０のサイズは、例えば、直径Ｄが３ｍｍ、肉厚が、０．１ｍｍ、突出部１０ｂの長さＬが、１８ｍｍとなっている。

　発熱体１１は、通電によって発熱し、所定量の熱流束を、検出部Ｋ全体に与える。この発熱体１１には、絶縁基板上に白金薄膜を形成したものが使用されるが、具体的には、直径１．７ｍｍ、長さ４．０ｍｍの大きさで、１２０Ωの抵抗値を有する金属被膜抵抗が使用されている。この発熱体１１は、中心線が金属管１０の中心軸と重なるように、金属管１０の中央位置に位置決めされていて、検出面Ｋ１側に向かってほぼ均一な熱流束を発生させる。この発熱体１１は、金属管１０を介して３本のリード線１１ａ，１１ｂ，１１ｃと接続されおり、このリード線１１ａ，１１ｂ，１１ｃと金属管１０を通して、加熱電流Ｉの供給を受ける。

　測温体１２は、検出部Ｋの内部温度、できれば、金属管１０の内面温度を計測する。この測温体１２には熱電対が使用されている。この測温体１２は、金属管１０の内面に接するように位置決めされている。この測温体１２は、２本のリード線１２ａ，１２ｂと接続され、外部に温度信号Ｓを伝達する。

　充填材１３は、金属管１０内の温度をほぼ均一にするために使用される。この充填材１３には、熱良導性と電気絶縁性とを有した、例えば、平均粒径１００μｍの酸化マグネシウム（マグネシア）粉が用いられる。また、樹脂部１４は、断熱性と電気絶縁性を有するエポキシ樹脂から形成されている。

　スケール被覆部１５は、検出するスケール（以下付着スケールＦという）のスケール成分と同種のスケール成分からなる被覆スケールＧから形成されているのが好ましい。この実施の形態では、被覆スケールＧのスケール成分には、付着スケールＦのスケール成分と同じ炭酸カルシウムが用いられている。

　ここで、被覆スケールＧは、例えば、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、シュウ酸カルシウム、水酸化マグネシウム、又は水酸化亜鉛のうちの何れか、又は、これらのうちの少なくとも２つのものを混合したスケール成分から形成される。

　この場合、被覆スケールＧのスケール成分は、これを実機中の使用水によって生じる付着スケールＦのスケール成分にできるだけ近づけることが好ましい。理由は、スケールの付着が容易になって、より早くスケールの付着を検出することができるからである。被覆スケールＧのスケール成分を付着スケールＦのスケール成分に近づける例として、これらのスケール成分が同種であることが考えられる。スケール成分の同種の例として、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛といった炭酸塩系のもの、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウムといった硫酸塩系のもの、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛といったリン酸塩系のもの、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムといったケイ酸塩系のもの、シュウ酸カルシウムといったシュウ酸塩系のもの、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛といった水酸化物系のものがある。

　また、付着スケールＦのスケール成分が、炭酸塩系のスケール成分、硫酸塩系のスケール成分、リン酸塩系のスケール成分、ケイ酸塩系のスケール成分、シュウ酸塩系のスケール成分、水酸化物系のスケール成分、又はリン酸系のスケール成分の内，少なくとも何れか２つの系内のスケール成分を混合したものである場合、被覆スケールＧを、例えば、付着スケールＦのスケール成分のうち主要な２つ又は３つのスケール成分を含んだものから形成してもよい。この場合でも、被覆スケールＧのスケール成分は、付着スケールＦのスケール成分と同種といえる。

　つぎに、金属管１０の突出部１０ｂの外面に、被覆スケールＧによるスケール被覆部１５を形成する方法を説明する。図２は、金属管１０の突出部１０ｂの外面にスケール被覆部１５を形成するためのスケール形成設備Ａを示している。

　スケール形成設備Ａは、図２で示されるように、スケールを発生させるスケール発生水Ｗ１で満たされ、下端が閉じた、容量１Ｌ（リッター）の円筒状の容器１００と、スケール発生水Ｗ１で満たされた容器１００が載置され、撹拌子１１１を用いて、スケール発生水Ｗ１を磁力により撹拌するスターラー１１０と、容器１００中のスケール発生水Ｗ１を一定温度（例えば３０℃）に保つ恒温槽１２０と、容器１００中に硬度成分（カルシウム）を補給するカルシウム硬度成分補給機１３０と、容器１００中にＭアルカリ度成分（炭酸水素塩）とマレイン酸ポリマーとを補給するＭアルカリ度成分等補給機１４０と、容器１００中のスケール発生水Ｗ１をオーバーフローさせるオーバーフロー管１５０とから構成されている。なお、カルシウム硬度成分補給機１３０は、ポンプ１３１と、配管１３２と、塩化カルシウム水溶液が満たされた容器１３３とを有している。また、Ｍアルカリ度成分等補給機１４０は、ポンプ１４１と、配管１４２と、炭酸水素ナトリウム水溶液中にマレイン酸ポリマーが加えられた液で満たされた容器１４３とを有している。

　スケール発生水Ｗ１は、蒸留水に、カルシウム硬度成分をＣａＣＯ₃換算で５００ｍｇ／Ｌ、Ｍアルカリ度成分をＣａＣＯ₃換算で５００ｍｇ／Ｌ、及び、マレイン酸ポリマーを５ｍｇ／Ｌ（固形分濃度）だけ溶解させたものであり、炭酸カルシウム成分のスケールを生じさせるスケール物質を充分に有している。なお、マレイン酸ポリマーは、スケール発生前に、固形の炭酸カルシウムが生成して水中で沈殿するのを防止する反応抑制剤である。

　スターラー１１０は、容器１００中のスケール発生水Ｗ１を撹拌子１１１を用いて撹拌し、このスケール発生水Ｗ１中のカルシウム硬度成分と、Ｍアルカリ度成分と、マレイン酸ポリマーの各濃度を一定にする働きを有する。なお、このスターラー１１０は、センサー１によりスケールの検出を行う場合に、スケール発生水Ｗ１中に浸漬された検出部Ｋ周りの水の流速を一定にして、水の伝熱境膜による温度上昇（後述）を一定にする働きも有している。

　カルシウム硬度成分補給機１３０とＭアルカリ度成分等補給機１４０とは、スケールの発生とオーバーフローによって不足する、スケール発生水Ｗ１中のカルシウム硬度成分とＭアルカリ度成分とマレイン酸ポリマーとを補給する。これらによる、カルシウム硬度成分等の供給量は、容器１００内におけるカルシウム硬度成分等の滞留時間が例えば２００分となる程度であり、微量である。カルシウム硬度成分等の水溶液は、容器１００のオーバーフロー管１５０から、ほぼ供給量だけオーバーフローされる。

　図３は、スケール発生水Ｗ１によるスケールの付着速度（ｍｃｍ、詳細には、ｍｇ／ｃｍ²／ｍｏｎｔｈ）が、時間の経過とともに、どのように変化するかを示している。スケールの付着速度は、容器１００内のスケール発生水Ｗ１中にステンレス（ＳＵＳ３０４）製のテストピースを浸漬し、これを一定時間毎に取り出して重量を測定することにより算出される。この図では、スケールの付着速度がほぼ直線的に増加しているので、スケール発生水Ｗ１は、充分にスケールを発生させることができると考えられる。

　スケール被覆部１５は、検出部Ｋとなる金属管１０の突出部１０ｂを、容器１００内のスケール発生水Ｗ１中に、例えば４８時間だけ浸漬して、この突出部１０ｂ外面に、スケール発生水Ｗ１中のスケール物質を付着させることにより形成される。このスケール被覆部１５は、金属管１０の突出部１０ｂの外面全体に、炭酸カルシウム成分からなる被覆スケールＧがほぼ等厚に付着して形成されている。

　つぎに、センサー１を用いてスケールを検出する場合の具体例について説明する。
　図４は、スケール形成設備Ａ中のスケール発生水Ｗ１によるスケールの発生を、センサー１を備えた付着物検出装置Ｂで検出している状態を示している。なお、付着物検出装置Ｂやセンサー１にとって、スケール発生水Ｗ１は、スケールの発生を調査する調査水Ｗ０とも言えるので、以降このスケール発生水Ｗ１を調査水Ｗ０と称する。

　付着物検出装置Ｂは、センサー１と、検出制御ユニット２と、電源３とを有している。
　検出制御ユニット２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）や、ＲＡＭ、ＲＯＭといったメモリー、及び入出力インターフェース等を備えたコンピュータであり、プログラムに従って動作する。この検出制御ユニット２は、プログラムに従って動作すＣＰＵの機能として、通電量制御手段２０と付着物検出手段２１とを有している。

　通電量制御手段２０は、電源３からセンサー１に与えられる加熱電流Ｉが、図５で示されるような方形波電流となるように、電源３を制御する。すなわち、通電量制御手段２０は、センサー１の発熱体１１に与える電流値を、第１の時間帯ｔ１では、所定の大きさＩ₀とするが、第１の時間帯ｔ１に続く第２の時間帯ｔ２では、ゼロとすることを、連続的に繰り返すように、電源３を制御する。また、通電量制御手段２０は、第１の時間帯ｔ１と第２の時間帯ｔ２の各終了タイミングを付着物検出手段２１に知らせる機能も有している。

　ここで、図５の上部側のグラフで示されるように、センサー１の発熱体１１に、第１の時間帯ｔ１の間、大きさＩ₀の一定電流が流されると、発熱体１１は、所定熱量だけ発熱して、センサー１の検出部Ｋ内から検出面Ｋ１に向かって、ほぼ均一な熱流束を生じさせる。この熱流束は、例えば、図６の（ａ）で示されるように、検出面Ｋ１にスケールが付着していない場合、検出部Ｋ内に、金属管壁による温度上昇ΔＴ₁と、被覆スケールＧによる温度上昇ΔＴ₂と、調査水Ｗ０の流れ等に起因する水の伝熱境膜よる温度上昇ΔＴ₃とを生じさせる。すなわち、センサー１の測温体１２は、これらの温度上昇の合計（ΔＴ₁＋ΔＴ₂＋ΔＴ₃）に調査水Ｗ０の水温ＴＷ₀を加えた温度Ｔ₀を計測する。

　つづいて、図５の上部側のグラフで示されるように、センサー１の発熱体１１への電流を第２の時間帯ｔ２の間、ゼロにすると、発熱体１１は熱を発せないので、検出部Ｋ内からの熱流束は消滅する。このことにより、センサー１の金属管１０内の温度は、しだいに下降して、調査水Ｗ０の水温ＴＷ₀と同じ温度に近づき、測温体１２は最終的に調査水Ｗ０の水温ＴＷ₀を計測する。
すなわち、Ｔ₀＝ΔＴ₁＋ΔＴ₂＋ΔＴ₃＋ＴＷ₀　となり、
　　　　　Ｔ₀－ＴＷ₀＝ΔＴ₁＋ΔＴ₂＋ΔＴ₃　・・・・・・・・・（１）
となって、上記（１）式により、Ｔ₀－ＴＷ₀を算出することができる。

　なお、図５の下部側のグラフは、発熱体１１が発熱している場合と発熱していない場合の検出部Ｋ内の温度変化を示している。このグラフは、測温体１２で計測された温度が、求めようとする物（例えば調査水Ｗ０）の温度になるまでには、一定の時間が必要となることを示している。

　一方、検出面Ｋ１にスケールが付着している場合、測温体１２は、図６の（ｂ）で示されるように、発熱体１１の発熱により、前述の温度上昇（ΔＴ₁＋ΔＴ₂＋ΔＴ₃）に、付着スケールによる温度上昇ΔＴ₄と、調査水Ｗ０の温度ＴＷ_pとを加えた温度Ｔ_pを計測する。この場合、調査水Ｗ０の伝熱境膜よる温度上昇（ΔＴ₃）は、スターラー１１０の作用により一定値となる。つづいて、電流がゼロとなって、発熱体１１が発熱しないと、測温体１２は、調査水Ｗ０の温度ＴＷ_pを計測する。
すなわち、Ｔ_p＝ΔＴ₁＋ΔＴ₂＋ΔＴ₃＋ΔＴ₄＋ＴＷ_p　となり、
　　　　　Ｔ_p－ＴＷ_p＝ΔＴ₁＋ΔＴ₂＋ΔＴ₃＋ΔＴ₄　・・・・・（２）
となって、上記（２）式により、Ｔ_p－ＴＷ_pを算出することができる。

　したがって、スケール付着による温度上昇ΔＴ₄は、（２）式－（１）式により、
　　　　　ΔＴ₄＝（Ｔ_p－ＴＷ_p）－（Ｔ₀－ＴＷ₀）
　　　　　　　＝Ｔ_p－Ｔ₀－（ＴＷ_p－ＴＷ₀）　・・・・・・・（３）
となる。この場合、調査水Ｗ０の温度が一定であれば、温度上昇ΔＴ₄は、
　　　　　ΔＴ₄＝Ｔ_p－Ｔ₀　　・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
となる。

　付着物検出手段２１は、センサー１からの温度信号Ｓに基づいて、センサー１の検出面Ｋ１にスケールが付着したか否かを演算して検出する。この付着物検出手段２１は、センサー１の検出面Ｋ１に付着スケールＦがない場合の、検出部Ｋ内の温度Ｔ₀とその時の調査水Ｗ０の温度ＴＷ₀とを記憶している。そして、この付着物検出手段２１は、この温度Ｔ₀，ＴＷ₀と、次に一定時間毎に測定した検出部Ｋ内の温度Ｔ_n（ｎ＝１，２，３，・・）と調査水Ｗ０の温度ＴＷ_n（ｎ＝１，２，３，・・）とから、（３）式を用いて、スケールによる温度上昇ΔＴ₄を算出する。

　この付着物検出装置Ｂでは、通電量制御手段２０は、例えば、第１の時間帯ｔ１を６０秒、第２の時間帯ｔ２を６０秒、第１の時間帯ｔ１における電流の大きさＩ₀を４０ｍＡとなるように電源３を制御し、付着物検出手段２１は、（３）式又は（４）式に基づいて、付着スケールＦによる温度上昇ΔＴ₄を一定時間毎に算出する。図７のグラフａは、検出部Ｋ内の温度上昇、すなわち、付着スケールＦによる温度上昇ΔＴ₄を示している。また、図７のグラフｂは、金属管１０の外面にスケール被覆部１５を有しない従来のセンサーを使用した場合の、同様な検出部内の温度上昇を示している。

　金属管の外面を検出面とした従来のセンサーでは、図７のグラフｂから明らかなように、時間が経過しても、検出部内に大きな温度上昇は生じていない。この場合、スケールは、センサーの検出面が滑らかな金属管外面であるため、検出面に付着しづらく、この検出面に部分的に付着しつつ、これが全体に広がっていくような形態で付着していく。また、付着物の熱伝導率は、一般的に、検出面を形成する金属管のそれより小さいため、スケールの付着当初、すなわち、検出面に部分的にスケールが生じた状態においては、発熱体からの熱は、スケールのない金属面側から多くが放出される。このため、スケールの付着当初においては、測温体は、スケールによる検出部内の温度上昇を充分に捉えることができない。

　一方、スケール被覆部１５の外面を検出面Ｋ１としたセンサー１では、検出部Ｋ内の温度は、図７のグラフａから明らかなように、温度の計測開始直後から上昇し始め、１４時間経過後には、約０．２℃だけ上昇している。このことは、温度の計測開始直後から、スケールが、センサー１の検出面Ｋ１の全面に付着し始めていることを示している。

　すなわち、このセンサー１は、付着物の検出面Ｋ１が、スケール粒子により凹凸生じている被覆スケールＧの表面によって形成されているので、これが滑らかな金属管外面である場合に比べて、検出面Ｋ１周りの水の流れ抵抗を大きくできる。その結果、このセンサー１は、検出面Ｋ１周りの水の流速を低下させ、検出面Ｋ１近傍の水の粘着層を厚くすることができる。すなわち、このセンサー１は、検出面Ｋ１に対して、水中のスケール物質が滞留して付着し易い状態を作り、検出面Ｋ１全体にスケールを容易に付着させる。このことは、調査水Ｗ０中の微生物等によって生じるスライムについても同様のことが言える。したがって、このセンサー１は、スケール、スライム、又は、スケール及びスライムと言った付着物を、付着当初から検出面Ｋ１の全面に付着させることができ、検出制御ユニット２に、実機における付着物の付着時とタイムラグなく、付着物の付着検出を行わせることができる。

　また、このセンサー１は、被覆スケールＧの表面を検出面Ｋ１としているので、調査水Ｗ０中のスケール物質を、金属管外面に比べて、エネルギー的に安定な被覆スケールＣ上、すなわち、検出面Ｋ１上に容易に付着させる。このため、このセンサー１は、調査水Ｗ０中のスケール物質を、実機の場合に比べて、検出面Ｋ１に付着させ易く、検出制御ユニット２に、実機においてスケールが付着する前に、スケールの付着検出を行わせることができる。

　この場合、このセンサー１は、被覆スケールＧのスケール成分を、付着スケールＦのスケール成分と同じものとしているので、スケールが検出面Ｋ１により付着し易くなり、検出制御ユニット２に、より早くスケールの付着検出を行わせることができる。

　さらに、このセンサー１を備えた付着物検出装置Ｂは、第１の時間帯ｔ１では電流値を所定の大きさＩ₀とするが、これに続く第２の時間帯ｔ２では電流値をゼロとすることを、連続的に繰り返すように、センサー１の発熱体１１への通電量を制御する通電量制御手段２０を有している。このため、この付着物検出装置Ｂは、発熱体１１への通電電流値をゼロにした場合（第２の時間帯ｔ２中）に、センサー１の測温体１２により、調査水Ｗ０の温度を測定できる。したがって、この付着物検出装置Ｂは、装置の簡単化を図ることができ、このことにより、付着物の検出の容易化を図ることができる。

　ここで、センサー１は、検出部Ｋにスケール被覆部１５を有さず、検出面Ｋ１となる金属管１０の突出部１０ｂの外面が、所定の表面粗度を有する凹凸面で形成されていてもよい。このセンサー１は、検出部Ｋの外面が滑らかな金属管の外面である場合に比べて、検出面Ｋ１周りの水の流れ抵抗を大きくできるので、この検出面Ｋ１周りの水の流速を低下させ、検出面Ｋ１に対して、水中の付着物質が滞留して付着し易い状態を作ることができる。このため、このセンサー１は、スケール、スライム、又は、スケール及びスライムと言った付着物を、付着当初から検出面Ｋ１の全面に付着させることができ、検出制御ユニット２に、実機における付着物の付着時とタイムラグなく、付着物の付着検出を行わせることができる。この場合の金属管１０の外面の表面粗度は、例えば、被覆スケールＧの表面粗度と同様のものとするか、又は、配管等の内面で表面粗度が大きいと考えられる、鋳物管の内面粗度と同様のものとすればよい。

　また、このセンサー１は、被覆スケールＧのスケール成分が、付着スケールＦのスケール成分と同一となっているが、これを、付着スケールＦのスケール成分と同種のものとしてもよい。このセンサー１は、被覆スケールＧのスケール成分が、付着スケールＦのスケール成分と同種でない場合に比べて、検出面Ｋ１にスケールを付着させ易いので、検出制御ユニット２に、より早くスケールの付着を検出させることができる。

　さらに、通電量制御手段２０は、センサー１の発熱体１１への通電に当たって、電流を流さない時間帯（第２の時間帯ｔ２）がないように、電源３を制御するようにしてもよい。この場合、調査水Ｗ０の温度は、測温体１２とは別な温度測定手段により測定し、この温度測定手段からの測定温度の信号を、検出制御ユニット２に伝達すればよい。

　また、通電量制御手段２０は、第２の時間帯ｔ２における電流値をゼロとはせず、ゼロに近い小さな値となるように電源３を制御するようにしてもよい。

　つぎに、冷却塔２００内における、冷却水Ｗ２によるスケールの発生を、別の付着物検出装置Ｃを用いて検出する場合について説明する。図８は、冷却塔２００周りに設置された付着物検出装置Ｃを示している。

　ここで、冷却塔２００は、図８で示されるように、上部のヘッダ２０１に設けられた散水ノズル２０１ａから冷却水Ｗ２を散水し、この散水された冷却水Ｗ２を、充填材２０２内で外気Ｑと気液接触させて冷却し、この冷却された冷却水Ｗ２を下部のタンク部２０３に一時貯留する。また、タンク部２０３内の冷却水Ｗ２は、ポンプ２１０と配管２２０を用いて、熱交換器２３０に送られ、この熱交換器２３０内の流体を冷却して暖められた後、配管２２０により冷却塔２００のヘッダ２０１に戻されるように循環する。

　付着物検出装置Ｃは、センサー１と、検出制御ユニット２と、電源３と、測定セル４と、ポンプ５と、入口配管６及び出口配管７とから構成されている。

　測定セル４は、内部にセンサー１が設置されているとともに、入口配管６と出口配管７とを用いて、冷却塔２００のタンク部２０３と接続されている。冷却塔２００のタンク部２０３内の冷却水Ｗ２、すなわち、調査水Ｗ０は、入口配管６とポンプ５を用いて測定セル４内に送り込まれ、この測定セル４内でセンサー１の検出部Ｋと接触した後、出口配管７を用いて冷却塔２００に戻される。

　ここで、測定セル４内における検出部Ｋ周りの調査水Ｗ０の流速は、調査水Ｗ０の伝熱境膜による温度上昇ΔＴ₃が常に一定となるように調整されているものとする。また、電源３からセンサー１に加熱電流Ｉとして方形波電流が供給される場合に、調査水Ｗ０の温度は、第１の時間帯ｔ１終了時から第２の時間帯ｔ２終了時までの間一定であるものとする。

　この調査水Ｗ０が、例えば、硫酸塩系のスケール成分を付着させるスケール物質を有していると考えられる場合には、センサー１のスケール被覆部１５は、スケール成分が、例えば、硫酸カルシウムからなる被覆スケールＧで形成される。また、調査水Ｗ０が、例えば、炭酸塩系とリン酸塩系のスケール成分を付着させるスケール物質を有していると考えられる場合には、センサー１のスケール被覆部１５は、スケール成分が、例えば、炭酸カルシウムとリン酸カルシウムからなる被覆スケールＧで形成される。

　検出制御ユニット２の付着物検出手段２１は、（３）式を用いて付着スケールＦによる温度上昇ΔＴ₄を算出するが、この温度上昇ΔＴ₄が、例えば、０．１℃以上あれば、センサー１の検出部Ｋにスケールが付着していると判断する。なお、スケール付着の判断基準となる温度上昇の値（０．１℃）は、温度の測定誤差等を充分に考慮して定められるべき値である。

　この付着物検出装置Ｃでも、検出面Ｋ１がスケール被覆部１５の表面から形成されるセンサー１を用いているので、冷却塔２００内にスケールが付着する前に、スケールの発生を検出することができる。付着スケールＦの検出後、続けてスケールの付着検出を行う場合、付着物検出手段２１は、付着スケールＦが生じていると判断した時点の温度Ｔ_n，ＴＷ_nを、Ｔ₀，ＴＷ₀とおいて、センサー１の検出面Ｋ１への新たなスケールの付着を検出すればよい。

　　　１　　センサー
　　１０　　金属管
　　１１　　発熱体
　　１２　　測温体
　　１３　　充填材
　　２０　　通電量制御手段
　　２１　　付着物検出手段
　　Ｂ，Ｃ　　付着物検出装置
　　Ｇ　　　被覆スケール
　　Ｋ　　　検出部
　　Ｋ１　　検出面
　　Ｗ０　　調査水　　

Claims

　外面が所定の表面粗度を有する凹凸面に形成されていて、この外面が、付着物の調査水と接触して、この調査水による付着物を付着させる検出面となる金属管と、
　前記金属管内に充填される熱良導性の充填材と、
　前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、通電によってこの金属管内に一定の熱量を発生させることにより、この金属管内の温度を、前記検出面への前記付着物の付着によって変化させる発熱体と、
　前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、この金属管内の温度を計測するとともに、計測した温度の違いに基づいて、前記付着物の付着検出を行わせる測温体とを有することを特徴とする付着物検出用のセンサー。
　金属管と、
　前記金属管内に充填される熱良導性の充填材と、
　前記金属管の外面をスケールで覆い、このスケールの表面が、付着物の調査水と接触して、この調査水による付着物を付着させる検出面となるスケール被覆部と、
　前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、通電によってこの金属管内に一定の熱量を発生させることにより、この金属管内の温度を、前記検出面への前記付着物の付着によって変化させる発熱体と、
　前記金属管内に前記充填材で囲まれるように挿入され、この検出管内の温度を計測するとともに、計測した温度の違いに基づいて、前記付着物の付着検出を行わせる測温体とを有することを特徴とする付着物検出用のセンサー。
　前記スケールの成分は、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸アルミニウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、シュウ酸カルシウム、水酸化マグネシウム、又は水酸化亜鉛のうちの何れか、又は、これらのうちの少なくとも２つが混合されたものであることを特徴とする請求項２記載の付着物検出用のセンサー。
　発熱体と測温体とが挿入され、これらを囲むように熱良導性の充填材が充填されている金属管の外面をスケールで覆い、このスケールの表面を、付着物の調査水と接触して、この調査水による付着物を付着させる検出面としているセンサーと、
　前記センサーの発熱体への通電量を制御して、この発熱体に一定の熱量を発生させることにより、前記センサーの金属管内の温度を、前記センサーの検出面への前記付着物の付着によって変化させる通電量制御手段と、
　前記センサーの測温体により計測された前記センサーの金属管内の温度の違いに基づいて、前記付着物の付着検出を行う付着物検出手段とを備えたことを特徴とする付着物検出装置。
　前記通電量制御手段は、第１の時間帯では電流値を所定の大きさとするが、これに続く第２の時間帯では電流値をゼロ又はゼロに近い値とすることを、連続的に繰り返すように、前記センサーの発熱体への通電量を制御することを特徴とする請求項４記載の付着物検出装置。