JP4277129B2 - 界面活性剤の供給制御方法および熱搬送方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて流動摩擦を低減させる熱搬送方法において、界面活性剤の濃度を維持して摩擦低減効果の減少を防止するための界面活性剤の供給制御方法およびそれを用いる熱搬送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、地域冷暖房システムにおいて、熱供給側プラントから熱利用側のビルまで冷温熱媒体である水を循環させるための配管の長さは数ｋｍ以上になり、その水搬送動力はかなり大きく、地域冷暖房システムのランニングコストの約６０％〜７０％であるとも言われている。
【０００３】
そこで、この水搬送動力を低減させる有効な方法として、粘弾性を示す界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用い、流動摩擦抵抗を著しく低減させる方法が提案されている。
【０００４】
これは、配管内を流動する水に特定の陽イオン性界面活性剤とサリチル酸ナトリウム等の対イオンを数１０〜数１０００ｐｐｍ溶解させると、界面活性剤が水中で、疎水基部を中心に親水基部を外周部に配置してミセルを形成し、そのミセルが棒状の形態をなして高次に絡まって粘弾性を示すことに起因するといわれている。
【０００５】
このような特性を示す界面活性剤および水搬送配管内の摩擦抵抗低減方法として、例えば特公平３−７６３６０、特公平４−６２３１、特公平５−４７５３４、特開平８−３１１４３１等がある。
【０００６】
その一方で、このような効果を示す界面活性剤の濃度には特定の範囲があることが知られている。従って、常に摩擦低減効果を得るためには、配管内の界面活性剤濃度を常に効果の得られる範囲内に保つ必要がある。しかしながら、長期間、熱搬送装置を運転すると、動力ポンプのシール部分からの漏れなどにより、熱搬送媒体である界面活性剤水溶液の量が低下し、その分だけ膨張タンクから水が補給される。そのため、界面活性剤の濃度が低下し、摩擦低減効果が減少する。この時、界面活性剤水溶液を搬送するポンプ動力が一定だと、摩擦低減効果の減少により圧力損失が増大し、その結果、配管内を流れる界面活性剤水溶液の流量が減少する。そのため、熱利用側での熱量が不足するので、ポンプ動力を増加しなければならない。また、常に摩擦低減効果を維持しながら熱搬送装置を省エネルギー運転するためには、濃度が低下する度に界面活性剤を添加しなければならないが、これは手間がかかり、運転効率も悪くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、摩擦低減効果のある界面活性剤の水溶液を熱搬送媒体として用いる熱搬送方法において、漏れなどにより配管内の界面活性剤の濃度が低下して摩擦低減効果が減少した時に界面活性剤を自動的に供給することにより、常に摩擦低減効果を維持することのできる界面活性剤の供給制御方法およびそれを用いる熱搬送方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、熱搬送媒体を循環させる配管の一部に流量計および界面活性剤供給部を設け、流量計により検知された熱搬送媒体の流量に応じて、界面活性剤供給部から界面活性剤を供給または供給停止することにより、上記目的が達成されることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、下記に示すとおりの界面活性剤の供給制御方法およびそれを用いる熱搬送方法を提供するものである。
項１． 界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて配管内を循環させる熱搬送方法において前記熱搬送媒体中の界面活性剤濃度を目標値に保つための界面活性剤の供給制御方法であって、前記配管の一部に流量計および界面活性剤供給部を設け、前記流量計により検知された熱搬送媒体の流量が設定値より少ないときに前記界面活性剤供給部を作動させて界面活性剤を前記配管内に供給し、前記流量計により検知された熱搬送媒体の流量が設定値に達したときに前記界面活性剤供給部からの界面活性剤の供給を停止することを特徴とする界面活性剤の供給制御方法。
項２． 項１に記載の界面活性剤の供給制御方法を用いる熱搬送方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を、図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明の方法を実施するための装置の一例を示す概略図である。
【００１１】
熱搬送装置は、例えば、熱搬送媒体に熱を供給する熱供給側プラントと、熱搬送媒体の熱を利用する熱利用側プラントと、前記熱供給側プラントと前記熱利用側プラントとの間で熱搬送媒体を循環させる配管とを備えているが、本発明の界面活性剤の供給制御方法は、この配管の一部に流量計および界面活性剤供給部を設けて行われる。図１は、その配管の一部を概略的に示す。
【００１２】
一般的に、界面活性剤水溶液中の界面活性剤濃度によって摩擦低減効果が大きく変わることが知られている。例えば、漏れなどにより界面活性剤の濃度が低下すると、摩擦低減効果も減少し、配管内を流れる界面活性剤水溶液（熱搬送媒体）の圧力損失は増大する。
【００１３】
この際、図１において、界面活性剤水溶液を搬送するポンプ１１の動力を一定に保つ場合には、配管１２内の界面活性剤水溶液中の界面活性剤の濃度低下により圧力損失が大きくなると、配管内を流れる界面活性剤水溶液の流量が減少する。この時の流量を流量計１３により計測（検知）し、その値を制御装置１４に伝える。その検知した流量値が、予め設定していた流量値Ａより小さいときに、制御装置１４は駆動信号を送り、界面活性剤供給部である薬液注入装置１５のバルブを開き、界面活性剤薬液を配管１２内に供給する。
【００１４】
配管１２内に界面活性剤薬液が供給されることにより、配管内を循環して流れる界面活性剤水溶液中の界面活性剤濃度が上昇し、それに伴い摩擦低減効果が回復して圧力損失が減少するため、配管内を流れる界面活性剤水溶液の流量も増大する。そして、流量計１３から伝えられた流量値が、予め設定していた流量値Ｂに達すると、制御装置１４は駆動信号を送り、薬液注入装置１５のバルブを閉じ、界面活性剤薬液の供給を停止する。
【００１５】
流量値Ａと流量値Ｂとは同じであってもよいが、流量値Ｂが流量値Ａより少し大きいのが好ましい。
【００１６】
熱搬送媒体として用いる界面活性剤水溶液中の界面活性剤の濃度は、２００〜１００００ｐｐｍが好ましく、２５０〜２０００ｐｐｍがより好ましい。
【００１７】
【実施例】
本発明を、ビルの空調用の冷房ラインにおいて実施した。
【００１８】
３階建ての事務所ビル（延べ床面積約２９００ｍ²）の冷房ラインに、摩擦低減効果のある界面活性剤を添加した。冷房システムは、冷房能力１５０ＲＴの吸収式冷凍機、熱搬送媒体としては、水に、摩擦低減剤（界面活性剤）としてエソカードＯ−１２（ライオン社製）とサリチル酸ナトリウム（和光純薬社製）を、重量比で５対３の比率で添加して溶解した界面活性剤水溶液（以下、摩擦抵抗低減水溶液ともいう）を用いた。摩擦抵抗低減水溶液の流量および冷凍機出口温度は、冷凍機の定格値である９１ｍ³／ｈおよび７℃にそれぞれ制御した。また、摩擦抵抗低減水溶液を循環させるポンプの動力は定格（６０ｋＨｚ）では１５ｋＷであり、インバータ制御を行うことによりポンプ動力の調整を行うことができる。
【００１９】
まず、摩擦抵抗低減水溶液の流量が定格値の９１ｍ³／ｈで一定になるように、ポンプ動力をインバータ制御した。従って、配管内の摩擦抵抗低減水溶液中の界面活性剤の濃度が低下して摩擦低減効果が減少すると、配管内を流れる摩擦抵抗低減水溶液の流量が減少しようとする。この時、流量を一定に保とうとしてポンプ動力が増加する。一般に、ポンプ動力はインバータ周波数の３乗に比例するので、ポンプ動力低減率は、｛ｌ−（インバータ周波数／６０）³｝×１００で求められる。これより算出したポンプ動力低減率とエソカードＯ−１２の濃度との関係を、図２に示す。図２より、エソカードＯ−１２の濃度が２５０ｐｐｍ以下ではポンプ動力低減率が低く、２００ｐｐｍ以下ではほとんどポンプ動力低減効果がないことがわかる。
【００２０】
次に、ポンプ動力を、ポンプ動力低減率が３５％になるインバータ周波数５３．５ｋＨｚに固定して運転を行った。この場合には、配管内の摩擦抵抗低減水溶液中の界面活性剤の濃度が低下して摩擦低減効果が減少すると、そのまま配管内を流れる摩擦抵抗低減水溶液の流量が減少する。このときの流量の減少を超音波流量計（パナメトリックス社製、型番「ＰＴ８６８Ｒ」）にて計測し、配管内の流量が８８ｍ³／ｈ以下に減少したとき、制御装置が薬液注入装置（栗田工業社製、製品名「クリフィーダーＣＳ−３１」）に信号を送り、自動的に配管内に摩擦低減剤（界面活性剤薬液）を注入させる。摩擦低減剤を注入することにより、摩擦抵抗低減水溶液中の界面活性剤の濃度が上昇し、それに伴って摩擦低減効果が回復して圧力損失が減少するため、配管内の摩擦抵抗低減水溶液の流量が増加する。配管内の流量が増加して９４ｍ³／ｈに達すると、制御装置が薬液注入装置に信号を送り、摩擦低減剤の注入を停止させる。
【００２１】
以上の方法を用いることにより、配管内の摩擦抵抗低減水溶液中の界面活性剤の濃度が低下しても、自動的に摩擦低減剤を配管内に供給することができ、常に摩擦低減効果を維持することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、配管内を流れる界面活性剤水溶液中の界面活性剤の濃度が低下して摩擦低減効果が減少した時に界面活性剤を自動的に供給することができるので、常に摩擦低減効果を維持することができる。従って、界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いる熱搬送方法を常に効率よく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置の一例を示す概略図である。
【図２】実施例におけるポンプ動力低減率とエソカードＯ−１２の濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１…ポンプ
１２…配管
１３…流量計
１４…制御装置
１５…薬液注入装置

Claims (2)

1. 界面活性剤水溶液を熱搬送媒体として用いて配管内を循環させる熱搬送方法において前記熱搬送媒体中の界面活性剤濃度を目標値に保つための界面活性剤の供給制御方法であって、前記配管の一部に流量計および界面活性剤供給部を設け、前記流量計により検知された値を伝えられてポンプ動力をインバータ制御する制御装置を設け、前記流量計により検知された熱搬送媒体の流量が設定値より少ないときに、前記制御装置は駆動信号を送り、前記界面活性剤供給部を作動させて界面活性剤を前記配管内に供給し、前記流量計により検知された熱搬送媒体の流量が設定値に達したときに、前記制御装置は駆動信号を送り、前記界面活性剤供給部からの界面活性剤の供給を停止することを特徴とする界面活性剤の供給制御方法。
2. 請求項１に記載の界面活性剤の供給制御方法を用いる熱搬送方法。

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