JP5567364B2 - Surfactant concentration control device and heat transfer system provided with the same - Google Patents
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Description
本発明は、熱搬送システムの熱搬送媒体として用いる界面活性剤溶液の濃度を制御する界面活性剤濃度制御装置及びこれを備えた熱搬送システムに関する。 The present invention relates to a surfactant concentration control device that controls the concentration of a surfactant solution used as a heat transfer medium of a heat transfer system and a heat transfer system including the same.
例えば、地域冷暖房システムにおいては、熱供給側システムと熱利用側システム（例えば、ビルの冷暖房装置）とが供給側流路及び戻り側流路を介して接続され、熱を搬送する熱搬送媒体としての例えば水が、供給側流路及び戻り側流路を通して熱供給側システムと熱利用側システムとの間を循環される。このような地域冷暖房システムにおける供給側流路及び戻り側流路を規定する配管の長さは数ｋｍ以上になり、その水搬送動力はかなり大きく、この水を搬送するために費やすコストは、地域冷暖房システムのランニングコストの約３０〜５０％であるとも言われている。 For example, in a district air conditioning system, a heat supply side system and a heat utilization side system (for example, a building air conditioning system) are connected via a supply side flow path and a return side flow path, and serve as a heat transfer medium for transferring heat. For example, water is circulated between the heat supply side system and the heat utilization side system through the supply side flow path and the return side flow path. In such a district cooling and heating system, the length of the piping that defines the supply-side flow path and the return-side flow path is several kilometers or more, and its water transport power is considerably large. The cost of transporting this water is It is also said that it is about 30-50% of the running cost of an air conditioning system.
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、配管との間の流動摩擦抵抗を低減させる方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４）。この方法では、配管を通して循環する水に特定の陽イオン性界面活性剤とサリチル酸塩との双方がそれぞれ数１０〜数１０００ｐｐｍずつ溶解され、このように溶解させた界面活性剤水溶液では、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し、このことに起因して界面活性剤水溶液の流動摩擦抵抗が低減すると言われている。
As an effective method for reducing the water conveyance power, a method of reducing the fluid friction resistance between the pipe and a pipe using a surfactant aqueous solution exhibiting viscoelasticity as a heat conveyance medium has been proposed (for example, Patent Document 1).
このような効果を示す界面活性剤水溶液の濃度には特定の範囲があることが知られており、摩擦低減効果を得るためには、配管内の界面活性剤水溶液の濃度を常に所望の効果が得られる所定範囲内に保つ必要がある。 It is known that there is a specific range in the concentration of the surfactant aqueous solution that exhibits such an effect. In order to obtain a friction reducing effect, the concentration of the surfactant aqueous solution in the pipe always has a desired effect. It is necessary to keep within the predetermined range obtained.
しかしながら、長期間熱搬送システムを運転すると、動力ポンプのシール部分からの漏れなどの原因により、熱搬送媒体である界面活性剤水溶液の量が減少し、この減少量を補うために、減少した量だけ例えば膨張タンクから水が補給するようになる。このように水を補給すると、界面活性剤水溶液中の界面活性剤の濃度が下がり、界面活性剤による摩擦低減効果が低下する。この時、界面活性剤水溶液を搬送するポンプ動力が一定であると、界面活性剤による摩擦低減効果の低下により、圧力損失が増大するようになり、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。このように流量が低下すると、熱利用側システムでの熱量が不足し、この熱量不足を解消するためには、動力ポンプの動力を増加しなければならず、熱搬送システムの省エネルギー運転が難しくなる。 However, if the heat transfer system is operated for a long period of time, the amount of the surfactant aqueous solution, which is the heat transfer medium, decreases due to leakage from the seal portion of the power pump, etc. Only water will be replenished from the expansion tank, for example. When water is replenished in this way, the concentration of the surfactant in the surfactant aqueous solution decreases, and the friction reducing effect by the surfactant decreases. At this time, if the pump power for conveying the surfactant aqueous solution is constant, the pressure loss increases due to the decrease in the friction reducing effect by the surfactant, and as a result, the surfactant aqueous solution flowing in the pipe The flow rate decreases. When the flow rate decreases in this way, the amount of heat in the heat utilization side system becomes insufficient, and in order to resolve this insufficiency, the power of the power pump must be increased, making it difficult to save energy in the heat transfer system. .
そこで、常に摩擦低減効果を維持しながら熱搬送システムを省エネルギー運転するためには、界面活性剤水溶液の濃度を一定に維持する（換言すると、界面活性剤水溶液の濃度が低下する度に界面活性剤を添加する）ようにすればよいが、従来、界面活性剤水溶液の濃度を簡単に且つ正確に検出することができず、このことに起因して、界面活性剤を添加して所定の濃度にするのに手間がかかり、熱搬送システムの運転効率が悪くなる問題があった。 Therefore, in order to save energy by operating the heat transfer system while always maintaining the friction reduction effect, the concentration of the surfactant aqueous solution is kept constant (in other words, whenever the concentration of the surfactant aqueous solution decreases) However, conventionally, the concentration of the surfactant aqueous solution cannot be detected easily and accurately, and as a result, a surfactant is added to a predetermined concentration. There is a problem that it takes time and effort and the operation efficiency of the heat transfer system deteriorates.
本発明の目的は、熱搬送媒体として用いる界面活性剤溶液の濃度を比較的簡単に検出し、界面活性剤溶液の濃度を所定濃度に維持することができる界面活性剤濃度制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a surfactant concentration control device capable of detecting the concentration of a surfactant solution used as a heat transfer medium relatively easily and maintaining the concentration of the surfactant solution at a predetermined concentration. It is.
また、本発明の他の目的は、熱搬送媒体の流動摩擦抵抗を低減してその搬送動力を小さくすることができる熱搬送システムを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a heat transfer system that can reduce the flow frictional resistance of the heat transfer medium and reduce the transfer power.
本発明者等は、界面活性剤溶液中の界面活性剤の濃度が屈折率と密接な関係にあることに注目し、この界面活性剤の濃度と屈折率との関係を利用して、界面活性剤溶液の屈折率を所定範囲に保つように界面活性剤の供給を制御することによって、その濃度を所定範囲に維持することができ、上記目的が達成されることを見出した。 The present inventors have noted that the concentration of the surfactant in the surfactant solution is closely related to the refractive index, and utilizing the relationship between the concentration of the surfactant and the refractive index, It has been found that the concentration can be maintained within a predetermined range by controlling the supply of the surfactant so that the refractive index of the agent solution is maintained within a predetermined range, and the above object is achieved.
本発明の請求項１に記載の界面活性剤濃度制御装置は、熱供給側システムと熱利用側システムとの間を循環する界面活性剤溶液を用いて熱を搬送する熱搬送システムにおける界面活性剤溶液の濃度を制御する界面活性剤濃度制御装置であって、
界面活性剤を供給するための界面活性剤供給手段と、前記界面活性剤供給手段から供給される界面活性剤の供給量を制御するための制御手段と、循環される界面活性剤溶液の屈折率を検出するための屈折率検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記屈折率検出手段からの検出信号に基づいて、前記界面活性剤供給手段から界面活性剤溶液に供給される界面活性剤の供給量を制御することを特徴とする。
The surfactant concentration control apparatus according to
Surfactant supply means for supplying the surfactant, control means for controlling the supply amount of the surfactant supplied from the surfactant supply means, and the refractive index of the surfactant solution to be circulated A refractive index detecting means for detecting
The control means controls a supply amount of the surfactant supplied from the surfactant supply means to the surfactant solution based on a detection signal from the refractive index detection means.
また、本発明の請求項２に記載の界面活性剤濃度制御装置では、前記熱供給側システムと前記熱利用側システムとの間には、前記熱供給側システムからの界面活性剤溶液を前記熱利用側システムに供給する供給側流路と、前記熱利用側システムからの界面活性剤溶液を前記熱供給側システムに戻す戻り側流路が設けられており、前記界面活性剤供給手段は前記供給側流路及び前記戻り側流路のいずれか一方に接続され、前記屈折率検出手段はそれらの他方に配設されていることを特徴とする。
Further, in the surfactant concentration control apparatus according to
また、本発明の請求項３に記載の界面活性剤濃度制御装置では、前記供給側流路及び前記戻り側流路の前記他方には、その一部をバイパスしてバイパス検出流路が設けられ、前記バイパス検出流路に溶液溜め部が設けられ、前記屈折率検出手段は前記溶液溜め部を流れる界面活性剤溶液の屈折率を検出することを特徴とする。 In the surfactant concentration control apparatus according to claim 3 of the present invention, a bypass detection flow path is provided in the other of the supply side flow path and the return side flow path by bypassing a part thereof. The bypass detection flow path is provided with a solution reservoir, and the refractive index detection means detects the refractive index of the surfactant solution flowing through the solution reservoir.
更に、本発明の請求項４に記載の熱搬送システムは、請求項１〜３のいずれかに記載の界面活性剤濃度制御装置を備えたことを特徴とする。 Furthermore, a heat transfer system according to a fourth aspect of the present invention includes the surfactant concentration control apparatus according to any one of the first to third aspects.
本発明の請求項１に記載の界面活性剤濃度制御装置によれば、屈折率検出手段は界面活性剤溶液の屈折率を検出し、制御手段はこの屈折率検出手段からの検出信号に基づいて、界面活性剤供給手段から界面活性剤溶液に供給される界面活性剤供給量を制御するので、溶液中の界面活性剤の濃度を所定範囲に維持することができる。その結果、熱搬送システムにおいて熱供給側システムと熱利用側システムとの間を循環する界面活性剤溶液の摩擦抵抗が低減され、熱搬送システムの省エネルギー化が達成される。特に、界面活性剤溶液の屈折率を利用して溶液中の界面活性剤の濃度を検出するので、溶液中のイオンなどの影響を受けずに濃度を検出することができ、例えば水道水に界面活性剤を溶解させた界面活性剤溶液を用いたときにも比較的簡単に且つ正確に界面活性剤の濃度を検出することができる。 According to the surfactant concentration control apparatus of the first aspect of the present invention, the refractive index detecting means detects the refractive index of the surfactant solution, and the control means is based on the detection signal from the refractive index detecting means. Since the surfactant supply amount supplied to the surfactant solution from the surfactant supply means is controlled, the concentration of the surfactant in the solution can be maintained within a predetermined range. As a result, the frictional resistance of the surfactant solution circulating between the heat supply side system and the heat utilization side system in the heat transfer system is reduced, and energy saving of the heat transfer system is achieved. In particular, since the concentration of the surfactant in the solution is detected using the refractive index of the surfactant solution, the concentration can be detected without being affected by ions in the solution. Even when a surfactant solution in which an active agent is dissolved is used, the concentration of the surfactant can be detected relatively easily and accurately.
また、本発明の請求項２に記載の界面活性剤濃度制御装置によれば、界面活性剤供給手段が熱搬送システムの供給側流路（又は戻り側流路）に接続され、屈折率検出手段が熱搬送システムの戻り側流路（又は供給側流路）に配設されているので、界面活性剤の補給箇所と屈折率の検出箇所とが離れており、従って、補給された界面活性剤が溶液中に充分に混合された後に屈折率を検出するようになり、界面活性剤溶液の屈折率（換言すると、界面活性剤の濃度）をより正確に検出することができる。 According to the surfactant concentration control apparatus of the second aspect of the present invention, the surfactant supply means is connected to the supply side flow path (or return side flow path) of the heat transfer system, and the refractive index detection means. Is disposed in the return-side flow path (or supply-side flow path) of the heat transfer system, the surfactant replenishment location is separated from the refractive index detection location, and therefore the replenished surfactant is provided. The refractive index is detected after sufficiently mixing in the solution, and the refractive index of the surfactant solution (in other words, the concentration of the surfactant) can be detected more accurately.
また、本発明の請求項３に記載の界面活性剤濃度制御装置によれば、熱搬送システムの戻り側流路（又は供給側流路）に、溶液溜め部を有するバイパス流路が設けられているので、この溶液溜め部における界面活性剤溶液の流速は遅くなる。そして、屈折率検出手段はこの溶液溜め部の界面活性剤溶液の屈折率を検知するので、流速の影響を少なくしてその屈折率を正確に検出することができる。 According to the surfactant concentration control apparatus of the third aspect of the present invention, the bypass channel having the solution reservoir is provided in the return side channel (or the supply side channel) of the heat transfer system. Therefore, the flow rate of the surfactant solution in the solution reservoir becomes slow. Since the refractive index detection means detects the refractive index of the surfactant solution in the solution reservoir, the refractive index can be accurately detected with less influence of the flow velocity.
更に、本発明の請求項４に記載の熱搬送システムによれば、上述した界面活性剤濃度制御装置を備えているので、この界面活性剤濃度制御装置によって界面活性剤溶液の濃度を所定範囲に維持することができ、熱搬送システムにおいて熱供給側システムと熱利用側システムとの間を循環する界面活性剤溶液の摩擦抵抗が低減され、省エネルギー化した熱搬送システムが実現可能となる。
Furthermore, according to the heat transfer system according to
以下、添付図面を参照して、本発明に従う界面活性剤濃度制御装置及びこれを備えた熱搬送システムについて説明する。図１は、本発明に従う熱搬送システムの一実施形態を簡略的に示すブロック図であり、図２は、熱搬送システムに装備された界面活性剤濃度制御装置を示す簡略図であり、図３は、界面活性剤濃度制御装置の屈折率センサの検出原理を説明するための説明図である。 Hereinafter, a surfactant concentration control device and a heat transfer system including the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating an embodiment of a heat transfer system according to the present invention, and FIG. 2 is a simplified diagram illustrating a surfactant concentration control apparatus installed in the heat transfer system. These are explanatory drawings for demonstrating the detection principle of the refractive index sensor of surfactant concentration control apparatus.
図１において、図示の熱搬送システムは、熱供給側システム２と、熱利用側システム４と、これらの間に設けられる供給側流路６及び戻り側流路８とを備え、例えば供給側流路６に送給ポンプ１０が配設され、この送給ポンプ１０の作用によって、供給側流路６及び戻り側流路８を通して熱搬送媒体が循環される。
In FIG. 1, the illustrated heat transfer system includes a heat
熱供給側システム２は、例えば暖房用に用いるときには熱搬送媒体を加熱するボイラなどであり、また例えば冷房用に用いるときには熱搬送媒体を冷却するガス吸収冷凍機などであり、また熱利用側システム４はビルの空調装置などである。このような熱搬送システムでは、供給側流路６及び戻り側流路８は、各種形状の配管から構成される。
The heat
この形態の熱搬送システムでは、熱搬送媒体として界面活性剤溶液、例えば水（水道水など）に界面活性剤を溶解させた界面活性剤水溶液が用いられる。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、配管との間の摩擦抵抗が大きく変わり、界面活性剤による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水溶液中の界面活性剤の濃度が低下すると、その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の圧力損失が増大する。 In the heat transfer system of this form, a surfactant solution, for example, a surfactant aqueous solution in which a surfactant is dissolved in water (such as tap water) is used as a heat transfer medium. In general, it is known that the frictional resistance between the pipes varies greatly depending on the concentration of the surfactant in the surfactant aqueous solution, and the friction reduction effect by the surfactants varies greatly. For example, when the concentration of the surfactant in the surfactant aqueous solution decreases due to leakage or the like, the friction reducing effect also decreases, and the pressure loss of the surfactant aqueous solution flowing in the pipe increases.
界面活性剤水溶液濃度の変動に伴う摩擦低減効果の低下を防止するために、この熱搬送システムでは、界面活性剤濃度制御装置１０が設けられている。図示の界面活性剤濃度制御装置１０は、界面活性剤を供給するための界面活性剤供給手段１２と、この界面活性剤供給手段１２から供給される界面活性剤の供給量を制御するための制御手段１４とを備え、界面活性剤供給手段１２は、例えば補給する界面活性剤を貯めるタンク１６と、このタンク１６の排出口を開閉制御する供給制御弁１８から構成される。この形態では、界面活性剤供給手段１２は供給側流路６に接続され、供給制御弁１８が開放されると、タンク１６内の界面活性剤（又は濃い濃度の界面活性剤水溶液）が供給側流路６に供給される。
In this heat transfer system, a surfactant
このような界面活性剤水溶液の濃度は、その屈折率と密接な関係にあり、この密接な関係を利用して界面活性剤濃度制御装置１０によって界面活性剤水溶液の濃度を後述するように所定の濃度に維持する。例えば、界面活性剤としてオレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムサリチレートを用いた場合、その水溶液中の界面活性剤の濃度と屈折率の関係は、図４に示す通りの比例関係にあり、後述する各種界面活性剤においても、その水溶液中の界面活性剤の濃度と屈折率の関係は同様の比例関係にある。
The concentration of such an aqueous surfactant solution is closely related to its refractive index, and using this close relationship, the concentration of the aqueous surfactant solution is determined by the
上述した密接な関係を利用して界面活性剤の濃度を制御する界面活性剤濃度制御装置１０は、更に、界面活性剤水溶液の屈折率を検出するための屈折率検出手段２０を備え、この屈折率検出手段２０は例えば屈折率センサ２２から構成される。
The surfactant
ここで、図２及び図３を参照して、屈折率検出手段２０に関連する構成について説明すると、戻り側流路８には、その所定部位をバイパスしてバイパス流路２４が設けられ、このバイパス流路２４に、流路容積が拡大した溶液溜め部２６が設けられ、この溶液溜め部２６に屈折率センサ２２が配設されている。バイパス流路２４の流入側はその流出側よりも界面活性剤水溶液の流れ方向（図２において矢印２８で示す）に見て上流側に位置し、戻り管側流路８を流れる界面活性剤水溶液の一部が流入側からバイパス流路２４に流入し、矢印３０で示す方向にバイパス流路２４及び溶液溜め部２６を流れ、流出側から戻り側流路８に戻される。この実施形態では、バイパス流路２４の上流側部、即ち溶液溜め部２６より上流側の部位に、界面活性剤溶液を加熱するための加熱手段３２が配設されている。
Here, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, the configuration related to the refractive index detection means 20 will be described. The return
次に、屈折率センサ２２の屈折率計測原理について説明すると、屈折率センサ２２は、計測液体Ｌ（この具体例では、溶液溜め部２６を流れる界面活性剤溶液）に向けて光を投射する光源部３４と、この計測液体に接触して投射光の一部を反射させるプリズム３６と、プリズム３６からの反射光を受光する受光部３８とを備えている。このような屈折率センサ２２では、光源部３４からの光は、実線矢印で示すように、プリズム３６と計測液体Ｌとの境界面Ｐに向けて投射され、投射された光は、異なる角度方向の光としてこの境界面Ｐに当たる。光源部３４からの光がこのように投射されると、ある角度方向の光はこの境界面Ｐで全反射し、また他の角度方向の一部の光は部分反射し、ほとんどの光は屈折して計測液体（界面活性剤溶液）に入る。一方、この境界面Ｐにて反射された反射光は受光部３８に向けて反射され、この反射光は、破線矢印で示すように受光部３８に受光される。受光部３８においては、境界面Ｐからの全反射の光は明るい領域ａとして受光され、また境界面Ｐからの部分反射の光は暗い領域ｂとして受光され、暗い領域ｂと明るい領域ａとの間には明確な境界線４０が出現する。この出現する境界線４０に相当する角度は、全反射の臨界角と呼ばれ、この臨界角から屈折率が求められ、この境界線４０が図３において左側に移動する、換言すると暗い領域ｂが大きくなるほど屈折率が大きくなり、図３において右側に移動する、換言すると明るい領域ａが大きくなるほど屈折率が小さくなる。
Next, the principle of refractive index measurement of the
バイパス流路２４に溶液溜め部２６を設けることによって、この溶液溜め部２６において界面活性剤溶液の流速が一時的に低下し、界面活性剤溶液の屈折率を後述するようにして正確に検出することができる。バイパス流路２４における溶液溜め部２６の形状、容積などは特に限定されるものではないが、計測精度の観点から、そこを流れる界面活性剤水溶液の流速が０．２〜０．５ｍ／ｓになるようにするのが好ましく、界面活性剤水溶液の流速が０．３〜０．４ｍ／ｓにするのが更に好ましい。流速が遅くなると、界面活性剤溶液が溶液溜め部２６において淀むようになり、またその流速が速くなると、流れの影響を受けて正確な屈折率の計測が難しくなる。
By providing the
加熱手段３２は、各種の加熱ヒータを用いることができるが、バイパス流路２４を規定する配管の外部より設置できるテープ状ヒータから構成するのが好ましい。界面活性剤水溶液の濃度と屈折率の関係は、約２０℃を境にして顕著に変化することを本発明者は確認し、このことより、屈折率計測における温度条件を満たすために、加熱手段３２により、界面活性剤水溶液の温度を２０℃以上（例えば、２０℃）に加温するのが望ましい。戻り側流路８内を流れる界面活性剤水溶液の温度が２０℃以上ある場合、例えば熱供給システム２において加温された界面活性剤水溶液（界面活性剤水溶液が温熱を搬送する）を熱利用側システム４において消費する場合は、加熱手段３２により界面活性剤水溶液を加熱する必要はないが、戻り側流路８内を流れる界面活性剤水溶液の温度が２０℃より低い場合、例えば熱供給側システム２において冷却された界面活性剤水溶液（界面活性剤水溶液が冷熱を搬送する）を熱利用側システム４において消費する場合は、加熱手段３２により界面活性剤水溶液を加熱するのが望ましい。
Various heating heaters can be used for the heating means 32, but it is preferable that the heating means 32 is composed of a tape-like heater that can be installed from the outside of the piping that defines the
バイパス流路２４の溶液溜め部２６に配設される屈折率センサ２２は、その屈折率計測部が界面活性剤溶液Ｌ（計測液体）に接触するように配設され、この溶液溜め部２６の下部に位置するように設けるのが好ましい。このように配設することにより、界面活性剤水溶液中に微小な空気泡があった場合にでも、屈折率センサ２２の屈折率計測部にその空気泡が捕捉され、屈折率計測の妨害になることを防止することができる。
The
また、この屈折率センサ２２は、図２に示すように、界面活性剤水溶液の流れ方向に対して傾斜対向するような角度位置でもって配設させる。このように配設することにより、界面活性剤水溶液中に含まれた微小なゴミが屈折率センサ２２の屈折率計測部に付着することを防止することができる。界面活性剤水溶液の流れ方向に対する屈折率センサ２２の屈折率計測部の傾斜角度α（図２）は、０〜８０度であるのが好ましく、３０〜６０度であるのが更に好ましい。
Further, as shown in FIG. 2, the
バイパス流路２４を規定する配管及び溶液溜め部２６を規定する計測容器の材質についても特に制限はなく、鉄、銅、ステンレスなどの金属やポリエチレン、ポリブテン、シリコン、テフロン（登録商標）などの樹脂などを用いることができる。
There are no particular restrictions on the material of the piping that defines the
この形態では、屈折率検出手段２０は戻り側流路８に配設され、戻り側流路８を流れる界面活性剤水溶液の屈折率を検出し、この屈折率検出手段２０からの検出信号は制御手段１４に送給され、制御手段１４はこの検出信号に基づいて供給制御弁１８を後述するように開閉制御する。
In this embodiment, the refractive index detection means 20 is disposed in the return
この実施形態では、界面活性剤供給手段１２を供給側流路６に接続し、屈折率検出手段２０を戻り側流路８に設けているので、供給側流路６にて後述する如く補給された界面活性剤は熱利用側システム４を流れる間に充分混合され、屈折率検出手段２０にはこの混合された界面活性剤水溶液の屈折率を検出するようになり、かくして界面活性剤水溶液の濃度を正確に検出することができる。上述した構成に代えて、界面活性剤供給手段１２を戻り側流路８に接続し、屈折率検出手段２０を供給側流路６に設けるようにしても、その屈折率を正確に検出することができる。なお、これら界面活性剤供給手段１２及び屈折率検出手段２０の双方を供給側流路６又は戻り側流路８に設けるようにしてもよい。
In this embodiment, the surfactant supply means 12 is connected to the supply-
この熱搬送システムにおける界面活性剤水溶液中の界面活性剤の濃度制御は、例えば次のようにして行われる。戻り側流路８を流れる界面活性剤水溶液の一部がバイパス流路２４を通して流れ、このバイパス流路２４を流れる界面活性剤水溶液が溶液溜め部２６を流れる際に屈折率検出手段２０が界面活性剤水溶液の濃度を検出し、屈折率検出手段２０からの検出信号が制御手段１４に送給される。
The concentration control of the surfactant in the aqueous surfactant solution in this heat transfer system is performed as follows, for example. A part of the surfactant aqueous solution flowing through the
界面活性剤水溶液の濃度とその屈折率とは、上述したように図４に示す通りの比例関係にあるので、界面活性剤水溶液の濃度が低下すると、その屈折率も低下する。このようなことから、屈折率検出手段２０の検出屈折率が第１の所定値Ｔ１（例えば、０．１８０Ｂｒｉｘ％）より小さくなると、制御手段１４は供給信号を生成し、この供給信号に基づいて供給制御弁１８を開放する。かくすると、タンク１６内の界面活性剤が供給制御弁１８を通して供給側流路６に供給され、循環する界面活性剤水溶液の濃度が上昇し、それに伴い界面活性剤による摩擦低減効果が回復して圧力損失が減少し、供給側流路６及び戻り側流路８を流れる界面活性剤水溶液の流量も増大する。
Since the concentration of the surfactant aqueous solution and its refractive index are in a proportional relationship as shown in FIG. 4 as described above, when the concentration of the surfactant aqueous solution decreases, the refractive index also decreases. For this reason, when the detected refractive index of the refractive
このように界面活性剤水溶液の濃度が上昇して屈折率検出手段２０の検出屈折率が、第１の所定値Ｔ１より大きい第２の所定値Ｔ２（例えば、０．３３０Ｂｒｉｘ％）（Ｔ１＜Ｔ２）に達すると、制御手段１４は、屈折率検出手段２０からの検出信号に基づいて供給制御弁１８を閉塞する。かくすると、タンク１６からの界面活性剤の供給が停止し、循環する界面活性剤水溶液の濃度はその濃度に維持される。
In this way, the concentration of the surfactant aqueous solution increases, and the detected refractive index of the refractive
かくの通りであるので、界面活性剤水溶液の濃度は、屈折率の第１の所定値Ｔ１に対応する第１の濃度値と屈折率の第２の所定値Ｔ２に対応する第２の濃度値との間に保たれ、かくして界面活性剤水溶液の濃度を所定範囲（例えば、４００〜８００ｐｐｍ）に保ってその流動摩擦抵抗を低減して熱搬送システムの搬送動力を小さくすることができる。 As described above, the concentration of the aqueous surfactant solution includes the first concentration value corresponding to the first predetermined value T1 of the refractive index and the second concentration value corresponding to the second predetermined value T2 of the refractive index. Thus, the concentration of the aqueous surfactant solution can be maintained within a predetermined range (for example, 400 to 800 ppm) to reduce the flow friction resistance and to reduce the conveyance power of the heat conveyance system.
上述した形態では、屈折率の第２の所定値Ｔ２（界面活性剤の供給を停止する値）を第１の所定値Ｔ１（界面活性剤の供給を開始する値）よりも大きい値に設定して、界面活性剤水溶液の濃度制御の安定化を図っているが、上記第１の所定値と上記第２の所定値とを同じ値に設定するようにしてもよい。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種類については、特に制限されるものではなく、例えば、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムサリチレート、セチルトリメチルアンモニウムナフトエート、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムサリチレート、ステアリルトリメチルアンモニウムナフトエート、オレイルビス（ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムクロライド、オレイルビス（ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムサリチレート、オレイルビス（ヒドロキシエチル）メチルアンモニウムナフトエートなどを用いることができる。この界面活性剤の濃度は、少ないと摩擦低減効果が発現せず、また多すぎると粘度が増大し、これもまた摩擦低減効果が発現しない。このようなことから、その濃度は、２００〜４０００ｐｐｍが好ましく、３００〜２５００ｐｐｍがより好ましい。 In the embodiment described above, the second predetermined value T2 (value for stopping the supply of the surfactant) of the refractive index is set to a value larger than the first predetermined value T1 (the value for starting the supply of the surfactant). Thus, the concentration control of the aqueous surfactant solution is stabilized, but the first predetermined value and the second predetermined value may be set to the same value. The type of the surfactant in the aqueous surfactant solution used as the heat transfer medium is not particularly limited. For example, cetyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium salicylate, cetyltrimethylammonium naphthoate, stearyltrimethylammonium Chloride, stearyltrimethylammonium salicylate, stearyltrimethylammonium naphthoate, oleylbis (hydroxyethyl) methylammonium chloride, oleylbis (hydroxyethyl) methylammonium salicylate, oleylbis (hydroxyethyl) methylammonium naphthoate, etc. can be used . If the concentration of this surfactant is small, the friction reducing effect does not appear, and if it is too large, the viscosity increases, and this also does not exhibit the friction reducing effect. Therefore, the concentration is preferably 200 to 4000 ppm, more preferably 300 to 2500 ppm.
本発明の効果を確認するために、ビル空調の冷房ラインを用い、この冷房ラインに図２に示す形態の界面活性剤濃度制御装置を取り付けて次の通りの実験を行った。この実験では、３階建ての事務所ビル（延床面積約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。冷房システムでは、冷房能力５２８ｋＷのガス吸収冷凍機を用い、熱搬送媒体として、水に界面活性剤（以下、「摩擦低減剤」ともいう）としてオレイルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウムサリチレートを溶解させた水溶液（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冷凍機出口温度は、冷凍機の定格値である７℃に制御した。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（６０Ｈｚ）で１５ｋＷであり、インバーター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ものであった。更に、屈折率検出手段２０により計測される摩擦抵抗低減水溶液（即ち、バイパス流路の溶液溜め部を流れる摩擦抵抗低減水溶液）の水温を２０℃となるように加熱手段で加熱した。
In order to confirm the effect of the present invention, a cooling line for building air conditioning was used, and a surfactant concentration control device having the configuration shown in FIG. 2 was attached to the cooling line, and the following experiment was conducted. In this experiment, a surfactant having a friction reducing effect was added to a cooling line of a three-story office building (total floor area: about 2900 m 2 ). In the cooling system, a gas absorption refrigerator having a cooling capacity of 528 kW was used, and oleyltri (hydroxyethyl) ammonium salicylate was dissolved in water as a surfactant (hereinafter also referred to as “friction reducing agent”) as a heat transfer medium. An aqueous solution (hereinafter also referred to as “friction resistance reducing aqueous solution”) was used. The refrigerator outlet temperature of the frictional resistance-reducing aqueous solution was controlled at 7 ° C., which is the rated value of the refrigerator. Moreover, the power of the pump that circulates the frictional resistance-reducing aqueous solution is rated (60 Hz) and 15 kW, and the pump power can be adjusted by performing inverter control. Further, the water temperature of the frictional resistance-reducing aqueous solution (that is, the frictional resistance-reducing aqueous solution flowing through the solution reservoir of the bypass channel) measured by the refractive
まず、摩擦抵抗低減水溶液の流量をポンプの定格流量値（９１ｍ３／ｍｉｎ）で一定になるように、ポンプ動力をインバーター制御した。このように制御すると、循環流路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、この循環流路内を流れる摩擦抵抗低減水溶液の流量が減少する。一般に、ポンプ動力はインバーター周波数の３乗に比例するので、ポンプ動力低減率は、｛１−（インバーター周波数／６０）３｝×１００で求められ、これより算出したポンプ動力低減率と摩擦低減剤の濃度との関係は、図５に示す通りであった。図５には、予め計測した摩擦低減剤の濃度に対応する屈折率値も示してある。図５から明らかな通り、摩擦低減剤の濃度が３００ｐｐｍ以下ではポンプ動力低減率が低く、２５０ｐｐｍ以下では殆どポンプ動力低減効果がないことが分かる。次に、ポンプ動力を、ポンプ動力低減率が３５％になるインバーター周波数５３．５Ｈｚに固定してガス吸収冷凍機の運転を行った。まず、界面活性剤を熱搬送媒体に注入したすぐ後、即ち界面活性剤の濃度が低下していない状態での屈折率を記録した。この実験においてこのときの屈折率は０．３２０Ｂｒｉｘ％であった。この運転状態を継続し、循環流路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、循環流路内を流れる摩擦抵抗低減水溶液の流量が減少し、このとき、界面活性剤水溶液の屈折率も減少し、屈折率が０．１８０Ｂｒｉｘ％（界面活性剤の濃度：４００ｐｐｍ）に低下すると、制御手段から界面活性剤供給手段（栗田工業株式会社製、製品名「クリフィーダーＣＳ−３１」）に供給信号を送り、自動的に循環流路内に摩擦低減剤（界面活性剤薬液）を注入した。摩擦低減剤を注入すると、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し、循環流路内の摩擦抵抗低減水溶液の流量が増加し、これと同時に摩擦抵抗低減水溶液の屈折率値も上昇した。そして、循環流路内の摩擦抵抗低減水溶液の屈折率値が０．３３０Ｂｒｉｘ％（界面活性剤の濃度：８００ｐｐｍ）に達すると、制御手段から界面活性剤供給手段に供給停止信号を送り、摩擦低減剤の注入を停止させた。 First, the pump power was inverter-controlled so that the flow rate of the frictional resistance-reducing aqueous solution was constant at the rated flow rate value of the pump (91 m 3 / min). By controlling in this way, when the concentration of the surfactant in the frictional resistance-reducing aqueous solution in the circulation channel decreases and the frictional reduction effect decreases, the flow rate of the frictional resistance-reducing aqueous solution flowing in the circulation channel decreases. Generally, since pump power is proportional to the cube of the inverter frequency, the pump power reduction rate is obtained by {1- (inverter frequency / 60) 3 } × 100, and the pump power reduction rate calculated from this and the friction reducer The relationship with the concentration of was as shown in FIG. FIG. 5 also shows the refractive index value corresponding to the pre-measured concentration of the friction reducing agent. As is clear from FIG. 5, it can be seen that the pump power reduction rate is low when the concentration of the friction reducing agent is 300 ppm or less, and there is almost no pump power reduction effect when the concentration is 250 ppm or less. Next, the pump power was fixed at an inverter frequency of 53.5 Hz where the pump power reduction rate was 35%, and the gas absorption refrigerator was operated. First, the refractive index was recorded immediately after the surfactant was injected into the heat transfer medium, that is, in a state where the concentration of the surfactant was not lowered. In this experiment, the refractive index at this time was 0.320 Brix%. If this operation state is continued and the concentration of the surfactant in the frictional resistance-reducing aqueous solution in the circulation channel decreases and the frictional reduction effect decreases, the flow rate of the frictional resistance-reducing aqueous solution flowing in the circulation channel decreases, At this time, the refractive index of the surfactant aqueous solution also decreases, and when the refractive index decreases to 0.180 Brix% (surfactant concentration: 400 ppm), the surfactant supply means (manufactured by Kurita Kogyo Co., Ltd., product) The supply signal was sent to the name “Cliffider CS-31”), and a friction reducing agent (surfactant chemical) was automatically injected into the circulation channel. When the friction reducing agent is injected, the concentration of the surfactant in the frictional resistance reducing aqueous solution is increased, and the friction reducing effect is recovered, the pressure loss is reduced, and the flow rate of the frictional resistance reducing aqueous solution in the circulation channel is reduced. At the same time, the refractive index value of the aqueous solution with reduced frictional resistance increased. When the refractive index value of the frictional resistance-reducing aqueous solution in the circulation channel reaches 0.330 Brix% (surfactant concentration: 800 ppm), a supply stop signal is sent from the control means to the surfactant supply means to reduce friction. Agent infusion was stopped.
上述した運転を行うことにより、循環流路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、摩擦低減剤を循環流路内に自動的に供給することで、常に摩擦低減効果を維持することができ、摩擦抵抗低減水溶液の屈折率値を０．１８０〜０．３３０Ｂｒｉｘ％に維持した時、ガス吸収冷凍機のポンプ動力を３６％削減できた。 By performing the above-described operation, even if the concentration of the surfactant in the frictional resistance-reducing aqueous solution in the circulation flow path is reduced, the friction reducing agent is automatically supplied into the circulation flow path, so that friction is always reduced. The effect can be maintained, and when the refractive index value of the frictional resistance reduced aqueous solution is maintained at 0.180 to 0.330 Brix%, the pump power of the gas absorption refrigerator can be reduced by 36%.
２ 熱供給側システム
４ 熱利用側システム
６ 供給側流路
８ 戻り側流路
１０ 界面活性剤濃度制御装置
１２ 界面活性剤供給手段
１４ 制御手段
２０ 屈折率検出手段
DESCRIPTION OF
Claims (4)
界面活性剤を供給するための界面活性剤供給手段と、前記界面活性剤供給手段から供給される界面活性剤の供給量を制御するための制御手段と、循環される界面活性剤溶液の屈折率を検出するための屈折率検出手段と、を備え、
前記熱供給側システムと前記熱利用側システムとの間には、前記熱供給側システムからの界面活性剤溶液を前記熱利用側システムに供給する供給側流路と、前記熱利用側システムからの界面活性剤溶液を前記熱供給側システムに戻す戻り側流路が設けられており、前記界面活性剤供給手段は前記供給側流路及び前記戻り側流路のいずれか一方に接続され、前記屈折率検出手段はそれらの他方に配設されており、
前記供給側流路及び前記戻り側流路の前記他方には、その一部をバイパスしてバイパス検出流路が設けられ、前記バイパス検出流路に溶液溜め部が設けられ、前記屈折率検出手段は前記溶液溜め部を流れる界面活性剤溶液の屈折率を検出する手段であり、
前記制御手段は、前記屈折率検出手段からの検出信号に基づいて、前記界面活性剤供給手段から界面活性剤溶液に供給される界面活性剤の供給量を制御することを特徴とする界面活性剤濃度制御装置。 A surfactant concentration control device that controls the concentration of a surfactant solution in a heat transfer system that transfers heat using a surfactant solution that circulates between a heat supply side system and a heat utilization side system,
Surfactant supply means for supplying the surfactant, control means for controlling the supply amount of the surfactant supplied from the surfactant supply means, and the refractive index of the surfactant solution to be circulated A refractive index detecting means for detecting
Between the heat supply side system and the heat utilization side system, a supply side flow path for supplying a surfactant solution from the heat supply side system to the heat utilization side system, and from the heat utilization side system, A return side flow path for returning the surfactant solution to the heat supply side system is provided, and the surfactant supply means is connected to one of the supply side flow path and the return side flow path, and The rate detection means are arranged on the other of them,
The other of the supply side flow path and the return side flow path is provided with a bypass detection flow path by bypassing a part thereof, a solution reservoir is provided in the bypass detection flow path, and the refractive index detection means Is a means for detecting the refractive index of the surfactant solution flowing through the solution reservoir,
The control unit controls a supply amount of the surfactant supplied from the surfactant supply unit to the surfactant solution based on a detection signal from the refractive index detection unit. Concentration control device.
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