JP3907266B2 - 水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗の低減方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所、下水処理場、ゴミ処理場、工場等の排熱発生地域と都市間のエネルギーネットワークシステムにおける省エネルギー熱輸送の確立に資するものである。地域冷暖房設備における、水又は氷水スラリーの高密度熱輸送及び石油精製工場、石油化学工場の冷却水循環システム、消火放出水など、水の大量移送システムにおいて、配管内の摩擦抵抗を低減し、搬送動力の低減、熱損失の低減、搬送水量の増加(搬送エネルギーの増加)、配管径の縮小等、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱エネルギーの効率的な管内輸送手段として、乱流域にある温冷水の搬送において、ある種の鎖状高分子を添加すると配管内摩擦抵抗が著しく減少する現象(トムズ効果)が50年前に発見されている。トムズ効果は数ppm〜数千ppm程度の鎖状高分子を水に添加する事により配管内摩擦抵抗低減効果を意味し、管内輸送において摩擦損失の減少による流量増加やポンプ動力の減少が期待出来る。このトムズ効果のメカニズムは、添加した鎖状高分子が糸巻き状(ランダムコイル状)となって流体中に混合し、そのランダムコイルが乱流渦の発生や発達を抑止することとされている。しかし、高分子はポンプの剪断力により壊され、配管内摩擦抵抗低減機能が失われるため循環系配管には不向きである。一方、約10年前にカチオン系界面活性剤であるセチルトリメチルアンモニウムブロマイド(CTAB)等の第四級アンモニウム塩は、その添加量を増大すると棒状のミセル構造を形成し、鎖状高分子のランダムコイルと同様に配管内摩擦抵抗低減効果がありポンプの剪断力を受けてもその機能を回復する事が発見され、その適用研究等が国内外で行われている。しかし、カチオン系界面活性剤は強い殺菌作用があることから廃棄に際して環境に対する負荷が大きく、又化合物中の塩素・臭素等のハロゲン元素は毒性及び腐食性が強く配管による熱輸送用界面活性剤として使用するのには問題があり、その実用化の阻害因子となっている。又、特許出願公開昭60-99199(審査請求未請求)記載の化合物は、(１)Ｒ1が特定の炭素数を持ったアルキルアリール又はアリールアルキル、又はエチレンオキシド（ＥＯ）を0〜5モル付加した特定の炭素数を持ったアルキル又はアルケニルであり、Ｒ2及びＲ3が炭素数１〜４のアルキル又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキルであるアミンオキシド化合物、(２)Ｒ1が特定の炭素数を持ったアルキル又はアルケニルであり、Ｒ2及びＲ3がジメチル又はジヒドロキシエチルである、アミンオキシド化合物を加えることを特徴とする、流動する水性媒体の摩擦抵抗の減少方法である。しかし、これらのアミンオキシドの水溶液から形成したミセルは、サイズが小さい等適切な形状でないため配管内摩擦抵抗低減効果は弱い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
鎖状高分子化合物のようにポンプの剪断力により壊され、配管内摩擦抵抗低減機能が失われる事のない化合物であり、さらに化合物は殺菌作用が無く、塩素・臭素等のハロゲン元素は含まれず、毒性及び腐食性が弱く廃棄に際して環境に対する負荷が少ない界面活性剤の開発。 開発する界面活性剤は、その水溶液から形成したミセルは適切な形状である事から、優れた配管内摩擦抵抗低減効果を示し、搬送動力の低減、熱損失の低減、搬送水量の増加、配管径の縮小等、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤に関するものである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
発明者らは特定構造を有するアルキルエーテルのアミンオキシドが、水溶液中でミセルを形成した時、熱輸送用界面活性剤として適切なミセルの硬さ及びサイズを形成し、摩擦抵抗低減効果に特徴的な効果を発揮する事を見出した。詳しくは、乱流域にある水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗を低減させる方法として、水系熱搬送媒体に下記化２で表されるアミンオキシド化合物を加える事を特徴とする、水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗を低減する方法である。
【化２】
式中Ｒ1は式Ｒ4−Ｒ5−であり、Ｒ4は炭素原子が１〜３６のアルキル、又は炭素原子が２〜３６のアルケニル、又は二重結合を２個以上有する炭素原子が３〜３６のジオレフィン系炭化水素、ポリオレフィン系炭化水素、又は炭素原子が２〜３６のアセチレン系炭化水素、Ｒ5は−(ＯＣ2Ｈ4)m−(ＯＣnＨ2n)q−又は−(−ＯＣsＨ2s−)m−で表されるアルキルエーテルを意味する。（nは３か４又はそのミックスを意味する。sは２〜４であり、その２つ以上のミックス、又は各々が２モル以上付加反応した生成物としてのブロックが２つ以上ランダムにつながっている。m及びqは１〜１００,０００の数である。）またＲ2及びＲ3は炭素原子が１〜３６のアルキル、又は炭素原子が２〜３６のアルケニル、又は二重結合を２個以上有する炭素原子が３〜３６のジオレフィン系炭化水素、ポリオレフィン系炭化水素、又は炭素原子が２〜３６のアセチレン系炭化水素、又は炭素数が１〜３６のヒドロキシアルキル、又はＨ−(ＯＣ2Ｈ4)m−(ＯＣnＨ2n)q−又はＨ−(−ＯＣsＨ2s−)m−で表されるアルキルエーテルを意味する。（nは３か４又はそのミックスを意味する。sは２〜４であり、その単独又は２つ以上のミックス、又は各々が２モル以上付加反応した生成物としてのブロックが２つ以上ランダムにつながっている。m及びqは１〜１００,０００の数である。）
【０００５】
【発明の実施の形態】
次の方法により(ポリオキシエチレンＰＥＯ)5・(ポリオキシプロピレンＰＰＯ)1ヤシ油アルキルジメチルアミンオキシド水溶液、及び(ＰＥＯ)8・(ＰＰＯ)2ラウリルジメチルアミンオキシド水溶液の合成を行う。
(ＰＥＯ)5・(ＰＰＯ)1ヤシ油アルキルジメチルアミン、(ＰＥＯ)8・(ＰＰＯ)2ラウリルジメチルアミンそれぞれ1モルに対してエチレンジアミン四酢酸塩(試薬一級)300ppmを加え、30%過酸化水素水(試薬一級)1.05モルを反応させた後、過剰の過酸化水素を水酸化ナトリゥムを加えて分解し、次に塩酸（試薬一級）で中和し固形分30%の(ＰＥＯ)5・(ＰＰＯ)1ヤシ油アルキルジメチルアミンオキシド水溶液、及び(ＰＥＯ)8・(ＰＰＯ)2ラウリルジメチルアミンオキシドを得た。
上記アミンオキシド化合物は水系熱搬送媒体の配管内の摩擦抵抗を低減させる為に０.００５〜１０重量％、特に０.０５〜１.０重量％の濃度で添加する。温度範囲は冷房時の低温域から暖房時の８０℃位、特に１０℃〜７５℃で適用する。上記アミンオキシド化合物の摩擦抵抗低減効果の評価試験は、アミンオキシド化合物のそれぞれの水溶液について、直径D(m)を有する配管を搬送する際の配管の長さＬ(m)における圧力損失△Ｐをいろいろな流速υ(m/s)について測定する事によって行う。 これらの値から摩擦損失Ｆ及びレイノルズ数Ｒｅを計算する。
また、これらの値を用いて薬剤の添加効果を次式から算出する。
【０００６】
実施例１
Ａ地点を出た液がＢ地点で冷暖房に使用されて温度が変化し、またＡ地点に戻る事を想定して実験を行なった。
図１に本実施例で実験に用いたプロセスのフロ−を示した。温度調節装置▲１▼で一定温度にコントロ−ルされた液をポンプ▲２▼で流量計▲３▼を通して流し、Ａ点の圧力計▲４▼とＢ点の圧力計▲５▼の数値を記録する。戻った液は膨張タンク▲６▼のついた配管内でまた温度コントロ−ルされて循環する。
(1)条件
Ａ点からＢ点までの管長(L) 10 m
管径(D) 100 mm(=0.1m)
Ａ点からＢ点(往)の温度(T1) 80 ℃
Ｂ点からＡ点(復)の温度(T2) 60 ℃
平均流速(υ) 2.0 m/s
Re:レイノルズ数、△P:圧力損失、F:摩擦損失(直円管内)
V:体積流量(m3/s)
(2)結果
水の場合
【表１】
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nヤシ油アルキル
ジメチルアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 5 , n = 1
添加量 : 500ppm
【表２】
【０００７】
実施例２ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nヤシ油アルキル
ジエタノールアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表３】
【０００８】
実施例３ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nラウリルジメチル
アミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表４】
【０００９】
実施例４ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nラウリルジメチル
アミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 3 , n = 1
【表５】
【００１０】
実施例５ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nリノレニル
ジエタノールアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表６】
【００１１】
実施例６ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nリノレイル
ジメチルアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 1
【表７】
【００１２】
実施例７ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nリノレイル
ジメチルアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表８】
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、発電所、下水処理場、ゴミ処理場、工場等の排熱発生地域と都市間のエネルギーネットワークシステムにおける省エネルギー熱輸送の確立に資するものである。地域冷暖房設備における水又は氷水スラリーの高密度熱輸送及び石油精製工場、石油化学工場の冷却水循環システム、消火放出水など、水の大量移送システムにおいて、配管内の摩擦抵抗を低減し、搬送動力の低減、熱損失の低減、搬送水量の増加、配管径の縮小等、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤に関するものである。本発明品は、従来技術の第四級アンモニウム塩及び特定のアミンオキシド化合物と比較して、より優れた配管内摩擦抵抗低減効果を示し、流量増加やポンプ動力を低減させる事が出来、又腐食性電解質を含有していない事から廃棄に際して環境負荷が少ない事を見出した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる実験装置のフロ−図である。
【符号の説明】
▲１▼ 温度調節装置
▲２▼ ポンプ
▲３▼ 流量計
▲４▼ 圧力計
▲５▼ 圧力計
▲６▼ 膨張タンク
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所、下水処理場、ゴミ処理場、工場等の排熱発生地域と都市間のエネルギーネットワークシステムにおける省エネルギー熱輸送の確立に資するものである。地域冷暖房設備における、水又は氷水スラリーの高密度熱輸送及び石油精製工場、石油化学工場の冷却水循環システム、消火放出水など、水の大量移送システムにおいて、配管内の摩擦抵抗を低減し、搬送動力の低減、熱損失の低減、搬送水量の増加(搬送エネルギーの増加)、配管径の縮小等、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱エネルギーの効率的な管内輸送手段として、乱流域にある温冷水の搬送において、ある種の鎖状高分子を添加すると配管内摩擦抵抗が著しく減少する現象(トムズ効果)が50年前に発見されている。トムズ効果は数ppm〜数千ppm程度の鎖状高分子を水に添加する事により配管内摩擦抵抗低減効果を意味し、管内輸送において摩擦損失の減少による流量増加やポンプ動力の減少が期待出来る。このトムズ効果のメカニズムは、添加した鎖状高分子が糸巻き状(ランダムコイル状)となって流体中に混合し、そのランダムコイルが乱流渦の発生や発達を抑止することとされている。しかし、高分子はポンプの剪断力により壊され、配管内摩擦抵抗低減機能が失われるため循環系配管には不向きである。一方、約10年前にカチオン系界面活性剤であるセチルトリメチルアンモニウムブロマイド(CTAB)等の第四級アンモニウム塩は、その添加量を増大すると棒状のミセル構造を形成し、鎖状高分子のランダムコイルと同様に配管内摩擦抵抗低減効果がありポンプの剪断力を受けてもその機能を回復する事が発見され、その適用研究等が国内外で行われている。しかし、カチオン系界面活性剤は強い殺菌作用があることから廃棄に際して環境に対する負荷が大きく、又化合物中の塩素・臭素等のハロゲン元素は毒性及び腐食性が強く配管による熱輸送用界面活性剤として使用するのには問題があり、その実用化の阻害因子となっている。又、特許出願公開昭60-99199(審査請求未請求)記載の化合物は、(１)Ｒ1が特定の炭素数を持ったアルキルアリール又はアリールアルキル、又はエチレンオキシド（ＥＯ）を0〜5モル付加した特定の炭素数を持ったアルキル又はアルケニルであり、Ｒ2及びＲ3が炭素数１〜４のアルキル又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキルであるアミンオキシド化合物、(２)Ｒ1が特定の炭素数を持ったアルキル又はアルケニルであり、Ｒ2及びＲ3がジメチル又はジヒドロキシエチルである、アミンオキシド化合物を加えることを特徴とする、流動する水性媒体の摩擦抵抗の減少方法である。しかし、これらのアミンオキシドの水溶液から形成したミセルは、サイズが小さい等適切な形状でないため配管内摩擦抵抗低減効果は弱い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
鎖状高分子化合物のようにポンプの剪断力により壊され、配管内摩擦抵抗低減機能が失われる事のない化合物であり、さらに化合物は殺菌作用が無く、塩素・臭素等のハロゲン元素は含まれず、毒性及び腐食性が弱く廃棄に際して環境に対する負荷が少ない界面活性剤の開発。 開発する界面活性剤は、その水溶液から形成したミセルは適切な形状である事から、優れた配管内摩擦抵抗低減効果を示し、搬送動力の低減、熱損失の低減、搬送水量の増加、配管径の縮小等、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤に関するものである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
発明者らは特定構造を有するアルキルエーテルのアミンオキシドが、水溶液中でミセルを形成した時、熱輸送用界面活性剤として適切なミセルの硬さ及びサイズを形成し、摩擦抵抗低減効果に特徴的な効果を発揮する事を見出した。詳しくは、乱流域にある水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗を低減させる方法として、水系熱搬送媒体に下記化２で表されるアミンオキシド化合物を加える事を特徴とする、水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗を低減する方法である。
【化２】
【０００５】
【発明の実施の形態】
次の方法により(ポリオキシエチレンＰＥＯ)5・(ポリオキシプロピレンＰＰＯ)1ヤシ油アルキルジメチルアミンオキシド水溶液、及び(ＰＥＯ)8・(ＰＰＯ)2ラウリルジメチルアミンオキシド水溶液の合成を行う。
(ＰＥＯ)5・(ＰＰＯ)1ヤシ油アルキルジメチルアミン、(ＰＥＯ)8・(ＰＰＯ)2ラウリルジメチルアミンそれぞれ1モルに対してエチレンジアミン四酢酸塩(試薬一級)300ppmを加え、30%過酸化水素水(試薬一級)1.05モルを反応させた後、過剰の過酸化水素を水酸化ナトリゥムを加えて分解し、次に塩酸（試薬一級）で中和し固形分30%の(ＰＥＯ)5・(ＰＰＯ)1ヤシ油アルキルジメチルアミンオキシド水溶液、及び(ＰＥＯ)8・(ＰＰＯ)2ラウリルジメチルアミンオキシドを得た。
上記アミンオキシド化合物は水系熱搬送媒体の配管内の摩擦抵抗を低減させる為に０.００５〜１０重量％、特に０.０５〜１.０重量％の濃度で添加する。温度範囲は冷房時の低温域から暖房時の８０℃位、特に１０℃〜７５℃で適用する。上記アミンオキシド化合物の摩擦抵抗低減効果の評価試験は、アミンオキシド化合物のそれぞれの水溶液について、直径D(m)を有する配管を搬送する際の配管の長さＬ(m)における圧力損失△Ｐをいろいろな流速υ(m/s)について測定する事によって行う。 これらの値から摩擦損失Ｆ及びレイノルズ数Ｒｅを計算する。
実施例１
Ａ地点を出た液がＢ地点で冷暖房に使用されて温度が変化し、またＡ地点に戻る事を想定して実験を行なった。
図１に本実施例で実験に用いたプロセスのフロ−を示した。温度調節装置▲１▼で一定温度にコントロ−ルされた液をポンプ▲２▼で流量計▲３▼を通して流し、Ａ点の圧力計▲４▼とＢ点の圧力計▲５▼の数値を記録する。戻った液は膨張タンク▲６▼のついた配管内でまた温度コントロ−ルされて循環する。
(1)条件
管径(D) 100 mm(=0.1m)
Ａ点からＢ点(往)の温度(T1) 80 ℃
Ｂ点からＡ点(復)の温度(T2) 60 ℃
平均流速(υ) 2.0 m/s
Re:レイノルズ数、△P:圧力損失、F:摩擦損失(直円管内)
V:体積流量(m3/s)
(2)結果
水の場合
【表１】
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nヤシ油アルキル
ジメチルアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 5 , n = 1
添加量 : 500ppm
【表２】
実施例２ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nヤシ油アルキル
ジエタノールアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表３】
実施例３ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nラウリルジメチル
アミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表４】
実施例４ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nラウリルジメチル
アミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 3 , n = 1
【表５】
実施例５ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nリノレニル
ジエタノールアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表６】
実施例６ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nリノレイル
ジメチルアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 1
【表７】
実施例７ 条件は実施例１と同じ。
界面活性剤添加の場合
(ポリオキシエチレン)m・(ポリオキシプロピレン)nリノレイル
ジメチルアミンオキシド水溶液(有効成分30%) m = 8 , n = 2
【表８】
【発明の効果】
本発明は、発電所、下水処理場、ゴミ処理場、工場等の排熱発生地域と都市間のエネルギーネットワークシステムにおける省エネルギー熱輸送の確立に資するものである。地域冷暖房設備における水又は氷水スラリーの高密度熱輸送及び石油精製工場、石油化学工場の冷却水循環システム、消火放出水など、水の大量移送システムにおいて、配管内の摩擦抵抗を低減し、搬送動力の低減、熱損失の低減、搬送水量の増加、配管径の縮小等、省エネルギー搬送技術に貢献する高密度熱輸送用界面活性剤に関するものである。本発明品は、従来技術の第四級アンモニウム塩及び特定のアミンオキシド化合物と比較して、より優れた配管内摩擦抵抗低減効果を示し、流量増加やポンプ動力を低減させる事が出来、又腐食性電解質を含有していない事から廃棄に際して環境負荷が少ない事を見出した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わる実験装置のフロ−図である。
【符号の説明】
▲１▼ 温度調節装置
▲２▼ ポンプ
▲３▼ 流量計
▲４▼ 圧力計
▲５▼ 圧力計
▲６▼ 膨張タンク
Claims (1)
- 水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗を低減させる方法として、水系熱搬送媒体に化１で表されるアミンオキシド化合物を加える事を特徴とする、水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗の低減方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12287597A JP3907266B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗の低減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP12287597A JP3907266B2 (ja) | 1997-04-28 | 1997-04-28 | 水系熱搬送媒体の配管内摩擦抵抗の低減方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10298585A JPH10298585A (ja) | 1998-11-10 |
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| CN110410604B (zh) * | 2019-07-31 | 2021-07-20 | 山东仕展电力设备有限公司 | 一种复合消防栓接口 |
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1997
- 1997-04-28 JP JP12287597A patent/JP3907266B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10298585A (ja) | 1998-11-10 |
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