(57)【要約】  発熱化学反応又は吸熱化学反応を制御する方法が提供される。本方法は第1の流速で流れる第1の反応物の温度を測定することと、第1の反応物を第2の流速で流れる第2の反応物に接触させることであって、それにより反応生成物を形成することと、反応生成物の温度を測定することと、第1の反応物の温度と反応生成物の温度との温度差を求めることと、を含む。本方法は、温度差に基づき、第1の反応物及び第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整すること又は流れを遮断することを更に含み得る。本方法を実行する装置も提供される。本方法及び本装置は、モノクロラミンを形成する、次亜塩素酸ナトリウムとアンモニアとの反応を含む多くの様々な反応を制御するのに有用であり得る。【選択図】図1
2016500556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱化学反応又は吸熱化学反応を制御する方法であって、
第1の流速で流れる第1の反応物の温度を測定することと、
続いて、前記第1の反応物を第2の流速で流れる第2の反応物に接触させることであって、該接触が該第1の反応物と該第2の反応物とが互いに反応し、反応生成物を形成するような条件下で起こることと、
前記反応生成物の温度を測定することと、
前記第1の反応物の測定温度と前記反応生成物の測定温度との温度差を求めることと、
前記温度差が所定の温度差に達した場合に、前記第1の反応物及び前記第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記化学反応が発熱反応であり、前記温度差が温度の上昇である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記化学反応が吸熱反応であり、前記温度差が温度の低下である、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記第1の反応物がアンモニアを含み、前記第2の反応物が次亜塩素酸ナトリウムを含み、前記反応生成物がモノクロラミンを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
アンモニア溶液を希釈水により希釈することにより前記第1の反応物を調製することを更に含み、該第1の反応物の温度が、該アンモニア溶液を該希釈水と接触させた時点で測定される、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記第1の反応物が第1の導管を通って流れ、前記第2の反応物が第2の導管を通って流れ、該第1の導管と該第2の導管とがそれぞれ、リアクタに流体連通しており、前記接触が該リアクタ内において起こる、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記第1の反応物が希釈されたアンモニア溶液であり、前記第2の反応物が次亜塩素酸ナトリウムであり、前記リアクタが1日当たり僅か10ポンドのモノクロラミンを生成するように構成されている、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記温度差が約10.0℃以下である、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記温度差が約2.0℃以下である、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記温度差が許容可能な範囲外にあると判定するとともに、該温度差が該許容可能な範囲外にあることを示すアラームを作動することを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記温度差が最大値を超えていると判定するとともに、該温度差が該最大値を超えていることを示す第1のアラームを作動することを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
前記温度差が最小値を下回っていると判定するとともに、該温度差が該最小値を下回っていることを示す前記第1のアラームとは異なる第2のアラームを作動することを更に含む、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記第2の反応物の温度を測定することと、該第2の反応物の測定温度と前記反応生成物の測定温度との第2の温度差を求めることと、該第2の温度差が所定の温度差に達した場合に前記第1の反応物及び前記第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することとを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記反応生成物を工業用水、プロセス用水、冷却塔用水、又は飲用水の供給源と混ぜ合わせることを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
反応を制御する装置であって、
リアクタと、
前記リアクタと流体連通する第1の導管と、
第1の反応物が前記第1の導管を通って前記リアクタへと移動するように構成された第1のポンプと、
前記第1の導管を通って流れる第1の反応物の温度を測定するように構成された第1の温度センサと、
前記リアクタと流体連通する第2の導管と、
第2の反応物が前記第2の導管を通って前記リアクタへと移動するように構成された第2のポンプと、
前記リアクタ内の反応生成物の温度を測定するように構成された第2の温度センサと、
前記第1の温度センサにより測定される温度と、前記第2の温度センサにより測定される温度との温度差を求めるように構成されるとともに、該温度差に基づき、前記第1のポンプ、前記第2のポンプ、又はその両方を調整するように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
【請求項１６】
前記リアクタが導管、容器、インライン混合機、又はそれらの組合せを備える、請求項15に記載の装置。
【請求項１７】
前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサがそれぞれ独立して、熱電対センサ、白金抵抗温度計、サーミスタ、又はそれらの組合せを備える、請求項15に記載の装置。
【請求項１８】
前記第1の導管と流体連通するアンモニア溶液の供給源と、前記第2の導管と流体連通する次亜塩素酸ナトリウムの供給源とを更に備える、請求項15に記載の装置。
【請求項１９】
前記制御ユニットが許容不能な温度差を判定した場合に、該制御ユニットによって作動されるように構成されたアラームを更に備える、請求項15に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置は、希釈水が前記第1の導管及び前記第2の導管の一方又は両方を通って送り込まれるように構成された第3のポンプを更に備え、前記制御ユニットが、アラーム状態の場合において、該第3のポンプの稼動を持続するとともに、前記第1のポンプ、前記第2のポンプ、又はその両方の稼動を停止するように構成されている、請求項15に記載の装置。
【請求項２１】
前記第1のポンプ及び前記第2のポンプのそれぞれが蠕動定量ポンプを含む、請求項15に記載の装置。
【請求項２２】
前記制御ユニットが冗長デュアル出力温度モニタリング回路を更に備える、請求項15に記載の装置。
【請求項２３】
前記制御ユニットは、補給水の流れがユーザーによってプログラムされた最小設定値を下回った場合に作動し、前記第1のポンプ及び前記第2のポンプへの電力の供給を止めるように構成された補給水フロースイッチを更に備える、請求項15に記載の装置。
【請求項２４】
前記フロースイッチがラッチングリレーへと配線され、前記制御ユニットは、該フロースイッチの作動が、前記第1のポンプ及び前記第2のポンプへの電力の供給を止める該ラッチングリレーの作動を含むように構成されている、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記制御ユニットが、前記第1のポンプ若しくは前記第2のポンプのいずれかが適切に機能していない場合又は補給水の流速が閾値レベルを超えた場合に点灯するように構成された、1つ又は複数の低温インジケータライトを更に備える、請求項15に記載の装置。
【請求項２６】
前記装置は、ユーザーが、（1）第1の反応物の第1の流速、（2）第2の反応物の第2の流速、及び（3）前記第1の温度センサにより測定される温度と前記第2の温度センサにより測定される温度との温度差の許容可能な範囲を入力するように構成されたグラフィカルユーザーインターフェースを更に備え、前記制御ユニットが、入力された第1の流速に基づき前記第1のポンプを制御するとともに、入力された第2の流速に基づき前記第2のポンプを制御するように構成されている、請求項15に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して化学反応のモニタリング及び制御の分野に関するものである。
【０００２】
本願は2012年10月12日付けで出願された先行の米国仮特許出願第61/713,189号の米国特許法第119条(e)項に基づく利益を主張するものであり、この出願は引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
吸熱化学反応及び発熱化学反応は、反応物を制御せずに混ぜ合わせるか又は反応物を混ぜ合わせる比率が正しくないと、激しくなることがある。激しく反応しないとしても、反応物の混ぜ合わせが不正確であることで、不要な副生成物の形成及び所望の生成物の不十分な収率が引き起こされる場合がある。このような反応を行う機器の安全な稼動は、オペレータが流速を適切な比率に設定することに依っている。残念ながら、反応物の適切なモル比が保証される同じ精密ポンプ及び流量制御であっても、使用する初期設定が正しくなければ、比率は誤ったままとなる。このようなシステムには、オペレータが機器を不注意に設定することで反応物が不安全に混ぜ合わされるのを防ぐ内蔵型安全装置がない。この問題は特に、モノクロラミンが生成される漂白剤とアンモニアとの反応に例示される。
【０００４】
現在利用可能な市販の発生機器により生成することができるモノクロラミンの最小量は、1日当たり100ポンドを超えるNH2Clである。この量は大規模な工業用途（製紙工場、発電所等）には適切であるが、多くのより小規模な用途（逆浸透システム、オフィスビル用の冷却塔等）では、従来の市販ユニットが生成する最小量の10分の1（又はそれ以下）しか必要とされていない。機器サイズの縮小は、従来の機器の安全性は正確な流速を高い信頼性で実現することができるポンプ及び流量計の使用に依っていることから、簡単ではない。これら低mL/分の流速で同程度の精度を伴って働くポンプ及び流量計が利用可能ではあるが、これらのデバイスは高価であり、主な工業用途には脆すぎる傾向がある。
【０００５】
漂白剤：アンモニアの反応生成物を評価するための従来の技法は、通常オンライン又はオフラインの比色測定を用いる、或る種の混合物の化学分析を伴うものである。これらの比色法の使用には欠点がある。このような測定法には完了までに数分を要し、この期間中に制御不能な激しい反応が起こる可能性がある。定期的に補充しなければならない1つ又は複数の試薬の使用が必要とされる。オンライン測定機器では、試薬は蠕動ポンプを用いて供給され、この蠕動ポンプは定期的に点検しなければならない。比色法は非常に高感度であり、低ppmレベルと極めて希薄なサンプルとともに使用しなければならず、このため1 %以上のモノクロラミンを含有する濃縮サンプルは、通例100倍〜1000倍に希釈しなければならない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明によれば、上述の欠陥は発熱化学反応又は吸熱化学反応のモニタリング及び制御に温度差を用いる方法及び装置により克服される。本発明の目的は、発熱反応又は吸熱反応を起こす2種以上の化学物質の混ぜ合わせをモニタリング及び制御するためのロバストなあまり手のかからない低コストのデバイスを提供することである。本方法及び本装置は、制御できない激しい反応により生じ得る損傷及び／又は傷害を防ぐのに有用であるとともに、所望の生成物を発生するのに用いられる反応物の混ぜ合わせを最適化するのにも有用である。
【０００７】
本発明の例示的な実施の形態では、電子デバイスが、漂白剤とアンモニア溶液との混ぜ合わせをモニタリングして、次亜塩素酸ナトリウムとアンモニアとの比を正しいものにするのに使用される。所望の反応に期待される温度を超えた反応混合物の温度の上昇を検出し、それを用いることで、エラーが訂正されるまで、流速を調整するか又は1つ若しくは複数のケミカル供給ポンプを止めるのに使用することができる信号を発生させることができる。場合によっては、装置は調整又は停止が自動的に起きるように構成することができる。
【０００８】
例示的な実施の形態では、モノクロラミンを形成する、漂白剤とアンモニアとの所望の反応により、温度変化、本件では反応物が適切な比率で混合された場合、およそ摂氏1度の温度上昇が起こる。より大きい温度上昇又はより小さい温度上昇が検出された場合、1つ又は複数の反応物の流速の調整を用いて、より適切な反応物の比率、より多くの所望の反応、及び反応生成物のより良好な収率を得ることができる。
【０００９】
本方法及び本装置を用いることで、水処理又は他の用途についてのモノクロラミン溶液、例えば比較的少量のモノクロラミン溶液（1日当たり5 lb〜10 lbのNH2Cl）を発生させるのに安全かつ信頼性の高いシステムを提供することができる。
【００１０】
本教示は添付の図面を参照して説明される。図面は本発明を例示するものであり、限定するものではないことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による容量の小さいモノクロラミン発生装置の一例の概略フロー図である。
【図２】漂白剤とアンモニアとの適切な比、したがって塩素と窒素との適切なモル比を用いると、およそ摂氏1度の温度上昇が起こり、1:1を超えるモル比では、はるかに迅速な温度上昇が起こることを示すグラフである。
【図３Ａ】本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の一例の概略図である。
【図３Ｂ】本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の一例の概略図である。
【図３Ｃ】本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の一例の概略図である。
【図３Ｄ】本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の一例の概略図である。
【図３Ｅ】本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の一例の概略図である。
【図３Ｆ】本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の一例の概略図である。
【図３Ｇ】本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の一例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は少なくとも2つの反応物又は成分を混合して、反応生成物を形成する方法及び装置を提供する。本方法及び本装置は、本質的に危険な、例えば成分の混合が有害な化合物又は成分を生成する可能性がある反応の制御に有用であり得る。本発明によれば、各反応物のモル比、及び反応に使用される場合には流入する補給水が正確に秤量されるように注意を払う。例として、本方法及び本装置は、アンモニア含有化学物質（例えばアンモニア）と本質的に危険な性質がある次亜塩素酸塩含有化学物質（例えば次亜塩素酸塩）とを混合するのに使用することができる。アンモニア含有化学物質と次亜塩素酸塩含有化学物質との混合は、ジクロラミン、トリクロラミン及び塩素ガス等の有害な化合物の生成を避けるために慎重に制御しなければならない。
【００１３】
温度差により発熱化学反応又は吸熱化学反応を制御する方法が提供される。化学反応は発熱反応である場合があり、温度差は温度上昇であり得る。化学反応は吸熱反応である場合があり、温度差は温度低下であり得る。本方法は、第1の流速で流れる第1の反応物の温度を測定することと、第1の反応物を第2の反応物と接触させることと、次いで第1の反応物と第2の反応物との反応により形成される反応生成物の温度を測定することとを含み得る。第1の反応物の測定温度と、反応生成物の測定温度との温度差を反応のモニタリングに用いることができ、調整をこの温度差に基づいて行うことができる。第1の反応物の流速をこの温度差に基づいて調整することができる。第2の反応物を第2の流速で流すことができ、第1の反応物及び／又は第2の反応物の流速をこの温度差に基づいて調整することができる。本発明の目的上、本発明に用いられる温度差はデルタT（ΔT）とすることができ、ここでの温度差は正の（+）差又は負の（-）差とすることができる。t0（第1の温度読み取り）及びt1（第2の温度読み取り）を求めるために、第1の温度読み取りを、第2の反応物を第1の反応物に接触させる（例えば混ぜ合わせる）直前（例えば1秒又は数秒前）に行うことができる。第1の温度読み取りは、任意に初めて反応物を一つにしたまさにその時点に、又は所望に応じてまた別の時点のものとすることができる。温度差を得るのに用いられる第2の読み取りは、反応による最大の温度上昇又は低下（例えば発熱反応による最大の上昇又は吸熱反応による最大の低下のいずれであってもよい）が生じた時点のものとすることができる。本発明では、反応によるこの温度差を用いることで、反応及び反応による生成物が所望の反応生成物となるように、及び／又は反応が効率的に若しくは正しく進行するように、反応が判定及び制御される。最大の温度差の代わりに、反応に応じて、第2の温度読み取りを行う時点を選択することができる。例えば、第2の温度読み取りは、約5秒〜約30分以降のいずれの時点でも行うことができ、反応の速度及び関連する反応物に応じて変えることができる。反応物の半連続供給又は連続供給を行う場合、この温度差を継続的に又はほぼ継続的にモニタリングして（例えばデルタTの読み取りが継続的に又はほぼ継続的に行われる／求められることを意味する）、本明細書に記載のように温度差の判定／モニタリングに基づき、半連続的に又は連続的に形成される反応生成物が所望の生成物となるようにすることができる。
【００１４】
第1の反応物と第2の反応物との接触は、第1の反応物と第2の反応物とが互いに反応して反応生成物を形成する条件下において起こる。1つ又は複数の付加的な反応物又は試薬も反応の一部とすることができ、少なくとも1つの付加的な反応物又は試薬の流速を更に又は代わりに、温度差に基づき調整することができる。反応物又は試薬の流速は、1つ又は複数の定量ポンプの速度を制御することにより制御することができる。本方法は、反応生成物を、工業用水、プロセス用水、冷却塔用水又は飲用水等の水供給源と混ぜ合わせることを更に含むことができる。
【００１５】
本発明を、得られる反応生成物がモノクロラミンである、第1の反応物であるアンモニアと、第2の反応物として次亜塩素酸ナトリウム又は漂白剤を含む第2の反応物との間の反応について本明細書ではかなり詳細に例示している。反応物の濃度に応じて、これらの一方又は両方を、例えば希釈水を用いて希釈することができる。希釈は反応の直前に行っても、又は1つ若しくは複数の反応物を予め希釈しておいてもよい。希釈剤の供給は、反応物の供給の一方又は両方が停止しても希釈剤が装置を通って流れるように、提供／構成することができる。モノクロラミンを形成する反応において、第1の反応物はアンモニア溶液を、希釈水又は補給水によって希釈することにより調製することができ、このような場合、第1の反応物の温度は、アンモニア溶液が補給水に接触した時点で測定することができる。
【００１６】
本発明の装置は、リアクタ、リアクタシステム、発生装置、容量の小さい発生装置、容器、インライン混合機等を含むことができる。本装置は第1の反応物が流れる第1の導管と、第2の反応物が流れる第2の導管とを備えることができる。第1の導管及び第2の導管はそれぞれ、リアクタ、インライン混合機等と流体連通しており、その中で第1の反応物と第2の反応物との接触を起こすことができる。第1の反応物は、希釈されたアンモニア溶液又は他の窒素供給源とすることができ、第2の反応物は、次亜塩素酸ナトリウム又は他の次亜塩素酸塩供給源とすることができる。本装置は、限定するものではないが、1日当たり20ポンド以上のモノクロラミン、又はこれに満たない量を含むいずれの量のモノクロラミンを生成するように構成することができる。本方法及び本装置によりモニタリングされる温度差を、許容可能及び許容不能な値又は範囲と比較して、調整を行う必要があるかを判断することができる。適切な比率の反応物を示す目的となる温度差は、行われる反応に応じて変わるが、約10.0℃以下、例えば約2.0℃以下の温度差とすることができる。本装置は、温度差が許容可能な範囲外にあると判定されると、温度差が許容可能な範囲外にあることを示すアラームを作動することができるように構成することができる。本装置は、温度差が最大値を超えていると判定されると、温度差が最大値を超えていることを示す第1のアラームを作動することができるように構成することができる。本装置は、温度差が最小値を下回っていると判定されると、温度差が最小値を下回っていることを示す、第1のアラームとは異なる第2のアラームを作動することができるように構成することができる。
【００１７】
本装置は、第1の反応物及び第2の反応物の温度を測定することで、第1の反応物の測定温度と反応生成物の測定温度との第1の温度差、及び第2の反応物の測定温度と反応生成物の測定温度との第2の温度差がそれぞれ求められるように構成することができる。次いで、第1の反応物及び／又は第2の反応物の流速を第1の温度差及び第2の温度差のいずれか又は両方に基づき調整することができる。
【００１８】
化学反応を制御する装置を提供することができる。本装置は、リアクタ、例えば導管、容器、インライン混合機、又はそれらの任意の組合せを備えることができる。第1の導管はリアクタと流体連通させることができ、第1のポンプは、第1の反応物が第1の導管を通ってリアクタへと移動するように構成することができる。第1の温度センサは、第1の導管を通って流れる第1の反応物の温度を測定するように構成することができる。第2の導管もリアクタと流体連通させることができる。第2のポンプは、第2の反応物が第2の導管を通ってリアクタへと移動するように構成することができる。第2の温度センサは、リアクタから出る際の又は出た後の反応生成物の温度を測定するように構成することができる。制御ユニットは、第1の温度センサにより測定される温度と、第2の温度センサにより測定される温度との温度差を求めるように構成することができ、またその温度差に基づき第1のポンプ、第2のポンプ、又はその両方を調整するように構成することができる。
【００１９】
本装置は、第1の温度センサ及び第2の温度センサのそれぞれとして、独立して熱電対センサ、白金抵抗温度計、サーミスタ、又はそれらの組合せを備えることができる。
【００２０】
稼動中、本装置は第1の反応物の供給源、例えばアンモニア溶液と流体連通させることができる。第1の導管は、該供給源とリアクタとの流体連通をもたらすことができる。第2の導管と流体連通する次亜塩素酸ナトリウム等の第2の反応物の供給源を提供することができ、該第2の導管はリアクタと流体連通している。本装置は、希釈水等の希釈剤が、第1の導管及び第2の導管の一方又は両方を通って送り込まれるように構成された第3のポンプを更に備えることができる。制御ユニットは、アラーム状態の場合において、第3のポンプの稼動を持続するとともに、第1のポンプ、第2のポンプ、又は両方の稼動が停止するように構成又はプログラムすることができる。
【００２１】
本装置は1つ又は複数のアラーム又はアラームシステムを備えることができる。本装置は、制御ユニットが許容不能な温度差を判定した場合に制御ユニットによって作動されるように構成されたアラームを備えることができる。第1のポンプ、第2のポンプ、及び任意に第3のポンプのそれぞれは蠕動ポンプとすることができる。
【００２２】
本装置は、ユーザーが1つ又は複数の処理パラメータ、例えば1つ又は複数の流速、ポンプ速度、秤量した量、温度、温度差、温度閾値等を入力するように構成されたグラフィカルユーザーインターフェースを備えることができる。例えば、グラフィカルユーザーインターフェースは、ユーザーが（1）第1の反応物の第1の流速、（2）第2の反応物の第2の流速、及び（3）温度差の許容可能な範囲を入力するように構成することができる。温度差は、第1の温度センサにより測定される温度と、第2の温度センサにより測定される温度との差とすることができる。制御ユニットは、入力された第1の流速に基づき第1のポンプを制御するとともに、入力された第2の流速に基づき第2のポンプを制御するように構成することができる。制御ユニットは、希釈剤用の第3のポンプ、1つ又は複数の弁、1つ又は複数のレギュレータ、1つ又は複数の較正カラム、1つ又は複数の較正システム、1つ又は複数の遮断弁、1つ又は複数の閾値、それらの任意の組合せ等を制御するように構成することができる。
【００２３】
本発明の方法及び装置は、化学反応用の機器の安全な稼動を提供することができる。モノクロラミンを形成する、漂白剤とアンモニアとの反応が本明細書において詳細に例示されているが、本発明の温度差を測定する方法及び装置は、多くの他の発熱化学反応又は吸熱化学反応をモニタリング及び制御するのにも有用であることが理解される。本発明の方法及び装置を例示するのに、モノクロラミンのオンサイト発生用の機器の稼動を可能とし、適切な比率で反応物同士が接触するように希釈水、漂白剤、及びアンモニア溶液の流速を正確に制御することにより達成することができる。この接触が、導管内において、オンライン静的混合機により、リアクタ内において、又は同様の容器若しくはコンテナ内において反応物の流れを併合させることができる。ポンプ速度、流量制御、又はその両方が設定されると、本装置は希釈水、漂白剤及びアンモニアの流れを調節することで、所望の混合物を得ることができる。選択肢として、次亜塩素酸ナトリウムとアンモニアとの1:1のモル比が得られている場合に、制御を適切に設定することができ、供給システムは1:1のモル比が維持されるように流れを正確に調節することができる。希釈水の流れの遮断等のこれらの反応条件を変える事象が起こった場合、本装置は制御不能な激しい反応を引き起こす比率にて漂白剤とアンモニア溶液とが混ぜ合わさる可能性を排除するため、自動的に停止するように構成することができる。
【００２４】
モノクロラミン反応について、漂白剤対アンモニアのモル比が1:1を超えていると、第1の反応物又は第2の反応物に対する反応生成物の急速な温度上昇、例えば摂氏1度を超える又は摂氏数度の上昇が起こる場合がある。本発明の装置は、許容不能な温度上昇が検出されると、本装置により反応の制御、アラームの作動、又はその両方の工程が行われるように構成することができる。選択肢として、ケミカル供給ポンプを調整又は停止することができる。選択肢として、漂白剤、アンモニア、希釈水、又はそれらの任意の組合せの流れを独立して、増大、低減、又は遮断することができる。選択肢として、アラーム回路を作動することができる。これらの工程と警告との組合せを実行することができる。例えば、ケミカル供給ポンプを停止することができ、及び／又はアラームを作動することができる。
【００２５】
本装置は、許容不能な温度上昇が、例えば条件によって変動する、リアクタ条件に左右される、及び／又は1つ若しくは複数の反応物の開始温度に依存する、又はそれらの任意の組合せに依存するように設定することができる。許容不能な温度上昇は、摂氏1.1度以上の温度上昇、摂氏1.2度以上の温度上昇、摂氏1.3度以上の温度上昇、摂氏1.4度以上の温度上昇、摂氏1.5度以上の温度上昇、摂氏1.75度以上の温度上昇、摂氏2.0度以上の温度上昇、摂氏2.5度以上の温度上昇、摂氏3.0度以上の温度上昇、又は更にはそれを超える温度上昇とすることができる。モノクロラミンを形成する、漂白剤とアンモニアとの反応を例示しているが、本発明の温度差を測定する方法及び装置は多くの他の発熱化学反応をモニタリング及び制御するのにも有用であることが理解される。本発明に従ってモニタリング及び／又は制御することができる他の発熱化学反応の例としては、酸と塩基との中和反応、濃酸の水への添加、石灰とアルミニウムとの反応、金属の酸化反応、ポリマーを形成するモノマーの反応（重合反応）、並びに窒素ガス及び水素ガスからアンモニアを生成するハーバーボッシュ法が挙げられる。
【００２６】
同様に、漂白剤対アンモニアのモル比が本明細書に記載のモノクロラミン反応において1:1を大きく下回っていると、摂氏1度を下回る温度上昇が観察される場合がある。本装置は、1度を下回る温度上昇が検出されると、本装置により反応の制御、アラームの作動、又はその両方の工程が行われるように構成することができる。例えば、上記工程はケミカル供給ポンプの調整又は停止を含むことができる。漂白剤、アンモニア及び／又は希釈水、又はそれらの任意の組合せの流れを独立して、増大、低減、又は遮断することができる。選択肢として、アラーム回路を作動することができる。選択肢として、これらの工程と警告との組合せを実行することができる。例えばケミカル供給ポンプを停止するとともに、アラームを作動することができる。温度上昇が小さすぎる事象では、アラーム回路を作動して、温度上昇が大きすぎる又は急速である場合に作動するアラーム回路とは異なるエラーをオペレータに警告することができる。
【００２７】
選択肢として、摂氏1度を大きく下回る温度上昇を許容不能と指定することができる。摂氏1度を大きく下回る温度上昇は、僅か摂氏0.9度以下の温度上昇、僅か摂氏0.8度以下の温度上昇、僅か摂氏0.7度以下の温度上昇、僅か摂氏0.6度以下の温度上昇、僅か摂氏0.5度以下の温度上昇、僅か摂氏0.25度以下の温度上昇、温度上昇なし、又は温度低下とすることができる。
【００２８】
本発明の温度差を測定する方法及び装置は多くの他の吸熱化学反応をモニタリング及び制御するのにも有用であることが理解される。本発明に従ってモニタリング及び／又は制御することができる吸熱化学反応の例としては、分解反応、気相における原子からのカチオンの形成等の形成反応、水中での塩化アンモニウムの溶解等が挙げられる。吸熱反応のモニタリング及び制御について、急すぎる若しくは大きすぎる又は十分に急ではない若しくは大きくない温度低下が調整及びアラームを誘導する場合がある。
【００２９】
温度差を測定する方法及び装置は、代替技法を上回る幾つかの有利点をもたらすことができる。温度差は反応物の比が正しくないことの即席の指標となり、深刻な危険に発展し得る前に修正措置を取ることが可能である。この測定手順には、多くの従来の方法では必要となる滴定剤又は発色試薬等の化学物質の添加は何ら必要とされない。これらの有利点の結果として、定期的な整備が大幅に軽減される。オンライン滴定又は比色機器の可動部を用いない本発明の装置は、故障モードが少なく、そのため従来のシステムよりも信頼性が高い。
【００３０】
発熱反応において、本方法及び本装置は温度の上昇をモニタリングして、反応生成物の絶対温度を使用するのではなく、温度上昇を誘導パラメータとして使用することができる。そのため、本発明は温度差の測定値を取得することを含む。モノクロラミンを形成する、漂白剤とアンモニアとの例示的な反応において、第1の温度は、アンモニア溶液を希釈水と混ぜ合わせた時点で測定することができる。第2の温度の測定は、次いで、漂白剤が、希釈されたアンモニア溶液に接触した場合に、又はその下流で行うことができる。これらの反応物間の接触、及び第2の測定は、静的インライン混合機内において若しくはその下流で、又は例えばリアクタ内において行うことができる。第1の温度と第2の温度との差を電子的に求めて、反応物／ケミカル供給ポンプのモニタリング及び制御に使用することができる。
【００３１】
第2の反応物、例えば上記の例示的な反応における漂白剤の温度を、許容不能な温度上昇又は低下が起こっているか否かを判断する際にモニタリング及び考慮することができる。一方の反応物がもう一方の反応物よりも高温である場合、2つの反応物間の反応生成物は2つの間の温度とすることができる。そのため、反応生成物の温度はより高温の反応物の温度よりも低くなり得る。これは発熱反応が起こっているかに関わらず当てはめることができる。したがって場合によっては、反応生成物を形成するのに許容可能な温度上昇又は低下の限度を求める際、2つ以上の反応物の温度を考慮及びモニタリングすることもある。
【００３２】
2つ以上の反応物の温度をモニタリングすることが有益であり得る例として、30℃のアンモニア溶液と、26℃の漂白剤との反応を考える。結果として生じる2つの反応物の混合物の温度は、発熱反応がない場合、約27℃又は28℃であると予測される。しかしながら、これらの反応物間の反応が発熱性であると、2つの反応物の混合物、すなわち反応生成物の温度が、いくらか上昇し、より高く、例えば約29℃となる。このように、反応生成物（モノクロラミン）は一方の反応物（アンモニア溶液）の温度より低い温度である。したがって、2つ以上の反応物の温度に応じて、発熱反応が行われているかに関わらず、反応生成物の温度は一方の反応物の温度よりも低い可能性がある。
【００３３】
そのため上記から分かるように、上で概説された考慮を不要なものとし、温度差を求めるのに2つの温度のみを使用するように、反応物が接触する前に、反応物の温度を平衡に、すなわち同じ温度にすることが望ましい場合がある。
【００３４】
漂白剤を初めに希釈し、その時点で初期温度の測定を行うために、アンモニア溶液と漂白剤との注入点を逆にすることができる。同様に、漂白剤とアンモニア溶液とを別々に希釈することができ、2つの希釈された溶液を混ぜ合わせた際に起こる温度上昇を測定することができる。例としては、熱電対センサを、溶液の温度を測定するのに使用することができる。他の電子温度センサを使用することもできることを理解されたい。例えば更なる分解能又は精度が望ましい又は必要とされる場合、白金抵抗温度計（RTD）又はサーミスタを使用することができる。
【００３５】
本方法及び本装置を用いることで、水処理又は他の用途についての比較的少量のモノクロラミン溶液（1日当たり5 lb〜10 lbのNH2Cl）を発生する安全かつ信頼性のあるシステムを提供することができる。本方法及び本装置を用いることで、工業用水処理、冷却水処理、流入水／流出水処理、逆浸透システム、プロセス用水の処理、紙パルプ材料の処理、飲用水の消毒、食品加工用途での消毒、及び概して吸熱化学反応又は発熱化学反応を伴うあらゆる産業プロセスについての生成物を生成することができる。
【００３６】
添付の図面を参照して、図1は容量の小さいモノクロラミン発生装置の一例の概略フロー図である。容量の小さい発生装置が下記に例示されているが、大容量の又はより容量の大きい発生装置で、本発明の方法及びシステムを実行することができる。同じ発生装置、又は類似の発生装置及び構成を用いて、本発明に従って他の反応をモニタリング及び制御することができる。図1に示されるように、水源からの希釈水又は補給水は、圧力調節器18、逆止弁20、ニードル弁26、及びインライン流量計28を通ってフロースイッチ24へと流すことができる。これらの構成要素を用いることで、希釈水の流れをT字連結部60へと正確に制御することができる。アンモニア溶液の供給源は、二次閉じ込めケミカルタンク42内に位置するケミカル貯蔵タンク44に貯蔵することができる。ケミカル貯蔵タンク44からのアンモニア溶液はケミカルタンク弁46を通ってタンクから出て、T字連結部30を通って定量ポンプ38に入る。定量ポンプ38は二次ポンプコンテナ50内に備え付けることができる。ポンプ排出ライン48は、ケミカル貯蔵タンク44と定量ポンプ38とのプライミングループが完全なものとなるように、定量ポンプ38及びケミカル貯蔵タンク44と流体連通して設けることができる。T字連結部30はボール弁40を介して較正カラム36とも流体連通させることができる。較正カラム36を用いることで、定量ポンプ38を較正することができる。
【００３７】
アンモニア溶液を、定量ポンプ38により、逆止弁22を通ってT字連結部60へと送り込むことができ、そこでアンモニア溶液を補給水と接触させ、補給水により希釈することができる。T字連結部60の下流にある希釈されたアンモニア溶液の温度を、T字連結部60のすぐ下流に位置するデュアル出力熱電対62（パーフルオロアルキルで被覆された）により測定することができる。熱電対62を用いることで、本明細書に記載の第1の温度を得ることができる。熱電対62及びT字連結部60の下流に、アンモニア溶液と希釈水とを十分に混合するように構成されているインライン静的混合機64が存在する。
【００３８】
更に図1に示されるように、ケミカル貯蔵タンク45に貯蔵される漂白剤の供給はT字連結部61において希釈されたアンモニア溶液と併合するように送ることができる。ケミカル貯蔵タンク45は二次閉じ込めケミカルタンク43内に備え付けられている。漂白剤はケミカル貯蔵タンク45内からケミカルタンク弁47を通ってT字連結部31へと流し、T字連結部31から定量ポンプ39へと流すことができる。定量ポンプ39は二次ポンプコンテナ51内に備え付けられている。ポンプ排出ライン49は、定量ポンプ39についてのプライミングループが完全なものとなるように、定量ポンプ39及びケミカル貯蔵タンク45と流体連通して設けられている。較正カラム37は、ボール弁41を介してT字連結部31と流体連通して設けられており、定量ポンプ39又は発生装置の他の態様を較正するために使用することができる。漂白剤は、定量ポンプ39から逆止弁23を通ってT字連結部61へと送られ、そこで漂白剤は希釈されたアンモニア溶液と接触する。
【００３９】
図1から分かるように、希釈されたアンモニア溶液と漂白剤とをT字連結部61にて互いに接触させ、ともにインライン静的混合機65を通って下流へと流すことができる。インライン静的混合機65により、希釈されたアンモニア溶液と漂白剤とが完全に混合されるようにすることができる。これらの反応物がT字連結部61にて互いに接触してすぐ、希釈されたアンモニア溶液と漂白剤との反応を開始させることができるが、インライン静的混合機65により十分に混合することで、反応物の均質な混合が促され、反応生成物の収率が最大となり、下流での温度測定がより正確なものとなる。静的インライン混合機65の下流であるが、反応生成物が発生装置から外に出る前に、反応生成物の温度がデュアル出力熱電対63により測定される。
【００４０】
図1に示される発生装置に、発生装置の多くの構成要素と操作可能に連結されている制御ユニット又はコントローラ52が更に設けられる。制御ユニット52は、定量ポンプ38及び39の速度、並びに希釈水の流れを制御するのに用いられる様々な弁及び調節器を制御するように構成されている。コントローラ52は、熱電対62及び63と電気通信することができ、熱電対62及び63からの温度信号を受け取るように構成することができる。コントローラ52は、熱電対63により検出される温度と、熱電対62により検出される温度との差を求め、その温度差を用いることで、定量ポンプ38、定量ポンプ39、又はその両方の速度を維持、調整、又は停止することができるプロセッサを備えることができる。熱電対62及び熱電対63により検出される温度は、コントローラ52により、温度差を求め、ケミカルタンク弁46及び47、逆止弁20、22及び23、ニードル弁26、インライン流量計28、フロースイッチ24、ボール弁40及び41、並びにインライン静的混合機64及び65の1つ又は複数を制御するために用いることができる。操作可能な接続は、コントローラ52とこれらの構成要素のいずれか又は全てとの間で構築することができる。インライン流量計28はコントローラ52と電気通信することができ、インライン流量計28により発生された流量信号は、コントローラ52により、発生装置の1つ又は複数の構成要素を制御するために用いることができる。図1に示される容量の少ない発生装置は柔軟性が高く、本明細書にて詳細に例示されているモノクロラミン反応以外の多くの化学反応を行うのに使用することができる。
【００４１】
図2は、漂白剤とアンモニアとの適切な比、したがって塩素と窒素との適切なモル比が使用される場合、およそ摂氏1度の温度上昇が起こることを示しているグラフである。図2は、1:1を超えるモル比では、更に迅速な温度上昇が起こることも示している。反応物のモル比の正確な制御は所望の反応を制御する上で重要であり得る。正確な制御は、本発明の方法及び装置を使用することによりもたらされる。
【００４２】
図3A〜図3Gは、本発明の一例によるモノクロラミンの生成に有用な容量の小さい発生装置を制御するための制御方式の概略図である。三部制御方式をこの装置の制御に組み込むことができる。このような制御方式は潜在的に危険な状況が起こるのを防ぐことができる。三部制御方式には、制御1−冗長デュアル出力温度のモニタリング、制御2−補給水フロースイッチ、及び制御3−低温インジケータが含まれ得る。このような制御方式の一例が図3A〜図3Gに記載の電気回路に示されている。示された電気回路を図1に示される装置の制御に使用することができる。
【００４３】
図3A〜図3Gは、例えば、漂白剤、アンモニア溶液及び希釈（補給）水からのモノクロラミンの生成のための容量の少ない発生装置に有用な制御方式の概略図である。図3A〜図3Gに示される制御方式の第1の制御機構は、冗長デュアル出力温度のモニタリングを含むものである。図3Aは、制御ブロックライン66と端子ブロックライン68とを備える回路を含む制御方式の一部を示しており、制御ブロックライン（CBL）及び端子ブロックライン（TBL）へと配線されているそれぞれのラインの例が図3B〜図3Gに示されている。この制御方式には、デュアル検知パーフルオロアルキル（PFA）被覆K型熱電対74、76、78、80の2つのセット（図3Cに示される70及び図3Dに示される72）が含まれる。各熱電対は、コネチカット州スタンフォードのOmegaEngineering, Inc.製のオメガプロセスコントローラ82、84（図3C及び図3Dにも示される）へと直列に配線されている。各コントローラ82、84はケミカル供給ポンプを独立して制御しており、そのためコントローラ82、84のいずれかが不安全な状態と判定した場合、ケミカル供給ポンプを停止することができる。図3Bに示されるように、コントローラ82、84がラッチングリレー82、84へと配線されており、ラッチングリレー82、84からラッチングリレー86へと電力供給アウトラインが配線されている。ラッチングリレー86は、希釈水についての低い流量状態を検知するフロースイッチ90により制御されている。このようにして、ケミカル供給ポンプに電力を供給する電力供給アウトライン88（図3Bに示される）は、ラッチングリレー82（図3Cに示されるオメガプロセスコントローラ82により制御される）を通して、ラッチングリレー84（図3Dに示されるオメガプロセスコントローラ84により制御される）を通して、及びラッチングリレー86（希釈水フロースイッチ90により制御される）を通して配線されている。
【００４４】
この制御方式はケミカルポンプの稼動状態を示すことができる。ケミカルポンプがオン又はオフのいずれであるかは、ケミカルポンプONライト92及びケミカルポンプOFFライト94により示すことができ、これらは図3Eに示されるように、ケミカルポンプ及び非ラッチングリレー96へと配線されている。
【００４５】
電気コンセント、ひいては回路を、コンセントへと配線されたライン及びスイッチとして図3F及び図3Gに示す。図3Fに示されるように、1215ポンプコンセントと示される、アンモニア溶液ポンプに電力を供給するポンプコンセント97がスイッチ98へと配線されており、そのスイッチ98が端子板A4ライン100へと配線されている。漂白剤コンセントと示される、漂白剤ポンプに電力を供給するポンプコンセント99がスイッチ102へと配線されており、そのスイッチ102が端子板A4ライン104へと配線されている。図3Gに示されるように、水ポンプコンセントと示される、水ポンプに電力を供給するポンプコンセント105はスイッチへと配線されていない。図3Gは、更に漂白剤ポンプに電力を供給するポンプコンセント105がスイッチ106へと配線されており、そのスイッチ106が端子ブロックライン108へと配線されていることを示している。
【００４６】
熱電対は2つの化学的供給点間の温度の上昇又は差をモニタリングするものであり、示されているモノクロラミン反応方式について、供給点はアンモニア溶液が希釈水によって希釈される時点、及び漂白剤が希釈されたアンモニア溶液と接触する時点である。温度上昇が、ユーザーによってプログラムされた設定点を超えると、コントローラ82、84は補給水ポンプをオンにしたまま、ケミカル供給ポンプを両方ともオフにする。これにより、補給水を流し続けるとともに、リアクタ又は反応導管、及びインライン静的混合機に存在する任意の有害な化学物質を一掃することが可能となる。本機器が適切な稼動に安全となったら、オペレータは手動でケミカルポンプを再始動することができる。この設定を用いて、1つのコントローラ82、84、又は1つの熱電対74、76、78、80が故障したとしても、温度上昇が不安全なプロセス条件を示している場合に、他のコントローラ82、84により依然適切な安全性が得られると考えられる。
【００４７】
図3A〜図3Gに示される制御方式の第2の制御機構は、図3Bに示されるように補給水フロースイッチ90の使用を伴うものである。フロースイッチ90を補給水注入口に設けて、ラッチングリレー86へと配線することができる。補給水の流れが、ユーザーによってプログラムされた最小設定値を下回るか又は流れが完全に止まった場合、フロースイッチ90はラッチングリレー86を作動させることにより、ケミカル供給ポンプへの電力供給を遮断する。本機器が適切な稼動に安全となったら、オペレータは手動で該装置を再始動することができる。
【００４８】
図3A〜図3Gに示される制御方式の第3の制御機構は、図3C及び図3Dの回路に示される低温インジケータライト92、94の使用を伴うものである。2つの化学反応物が適切なモル比で混合されている場合、2つの供給点間の温度上昇が或る特定のパラメータ内であることが予測される。温度差がこれらのパラメータを下回ると、低温インジケータライト92、94のいずれか又は両方が点灯することにより、オペレータにユニットが最適に機能していないことを警告する。この装置は、ケミカル供給ポンプの1つが正常に機能していない場合、補給水の流速が大きすぎる場合、又はいずれかの条件下において、低温インジケータライト92、94が点灯するように構成することができる。概して、制御ユニットは、任意のケミカルポンプが適切に作動していない場合、又は補給水の流速が閾値レベルを超える場合に点灯するように構成された1つ又は複数の低温インジケータライトを備えることができる。閾値レベルは、オペレータが、制御ユニットの一部であり得るグラフィカルユーザーインターフェースによって設定することができる。
【００４９】
さらにこの装置は、低温インジケータライト92、94の一方又は両方が点灯しているとき、行われる反応を鑑みて低い温度差が本質的に危険ではない場合にケミカル供給ポンプへの電力供給を無効とするように構成することができる。ケミカルポンプの1つが故障しているか、又は補給水の流れが大きすぎる場合、殺生物剤又はより多くの希釈された生成物混合物として反応物の1つを供給することがより良好である場合がある。オペレータに、ユニットが適切に機能していないが、ポンプを完全に無効にするよりも望ましい結果となり得ることを警告することもできる。
【００５０】
本発明は、任意の順序及び／又は任意の組合せでの以下の態様／実施形態／特徴を包含する。
1.発熱化学反応又は吸熱化学反応を制御する方法であって、
第1の流速で流れる第1の反応物の温度を測定することと、
続いて、第1の反応物を第2の流速で流れる第2の反応物に接触させることであって、該接触が該第1の反応物と該第2の反応物とが互いに反応し、反応生成物を形成するような条件下で起こることと、
反応生成物の温度を測定することと、
第1の反応物の測定温度と反応生成物の測定温度との温度差を求めることと、
温度差が所定の温度差に達した場合に、第1の反応物及び第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することと、
を含む、方法。
2．化学反応が発熱反応であり、温度差が温度の上昇である、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
3．化学反応が吸熱反応であり、温度差が温度の低下である、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
4．第1の反応物がアンモニアを含み、第2の反応物が次亜塩素酸ナトリウムを含み、反応生成物がモノクロラミンを含む、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
5．アンモニア溶液を希釈水により希釈することにより第1の反応物を調製することを更に含み、該第1の反応物の温度が、該アンモニア溶液を該希釈水と接触させた時点で測定される、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
6．第1の反応物が第1の導管を通って流れ、第2の反応物が第2の導管を通って流れ、該第1の導管と該第2の導管とがそれぞれ、リアクタに流体連通しており、接触が該リアクタ内において起こる、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
7．第1の反応物が希釈されたアンモニア溶液であり、第2の反応物が次亜塩素酸ナトリウムであり、リアクタが1日当たり僅か10ポンドのモノクロラミンを生成するように構成されている、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
8．温度差が約10.0℃以下である、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
9．温度差が約2.0℃以下である、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
10．温度差が許容可能な範囲外にあると判定するとともに、該温度差が該許容可能な範囲外にあることを示すアラームを作動することを更に含む、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
11．温度差が最大値を超えていると判定するとともに、該温度差が該最大値を超えていることを示す第1のアラームを作動することを更に含む、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
12．温度差が最小値を下回っていると判定するとともに、該温度差が該最小値を下回っていることを示す第1のアラームとは異なる第2のアラームを作動することを更に含む、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
13．第2の反応物の温度を測定することと、該第2の反応物の測定温度と反応生成物の測定温度との第2の温度差を求めることと、該第2の温度差が所定の温度差に達した場合に第1の反応物及び第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することとを更に含む、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
14．反応生成物を工業用水、プロセス用水、冷却塔用水、又は飲用水の供給源と混ぜ合わせることを更に含む、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の方法。
15．反応を制御する装置であって、
リアクタと、
リアクタと流体連通する第1の導管と、
第1の反応物が第1の導管を通ってリアクタへと移動するように構成された第1のポンプと、
第1の導管を通って流れる第1の反応物の温度を測定するように構成された第1の温度センサと、
リアクタと流体連通する第2の導管と、
第2の反応物が第2の導管を通ってリアクタへと移動するように構成された第2のポンプと、
リアクタ内の反応生成物の温度を測定するように構成された第2の温度センサと、
第1の温度センサにより測定される温度と、第2の温度センサにより測定される温度との温度差を求めるように構成されるとともに、該温度差に基づき、第1のポンプ、第2のポンプ、又はその両方を調整するように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
16．リアクタが導管、容器、インライン混合機、又はそれらの組合せを備える、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
17．第1の温度センサ及び第2の温度センサがそれぞれ独立して、熱電対センサ、白金抵抗温度計、サーミスタ、又はそれらの組合せを備える、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
18．第1の導管と流体連通するアンモニア溶液の供給源と、第2の導管と流体連通する次亜塩素酸ナトリウムの供給源とを更に備える、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
19．制御ユニットが許容不能な温度差を判定した場合に、該制御ユニットによって作動されるように構成されたアラームを更に備える、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
20．装置は、希釈水が第1の導管及び第2の導管の一方又は両方を通って送り込まれるように構成された第3のポンプを更に備え、制御ユニットが、アラーム状態の場合において、該第3のポンプの稼動を持続するとともに、第1のポンプ、第2のポンプ、又はその両方の稼動を停止するように構成されている、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
21．第1のポンプ及び第2のポンプのそれぞれが蠕動定量ポンプを含む、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
22．制御ユニットが冗長デュアル出力温度モニタリング回路を更に備える、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
23．制御ユニットは、補給水の流れがユーザーによってプログラムされた最小設定値を下回った場合に作動し、第1のポンプ及び第2のポンプへの電力の供給を止めるように構成された補給水フロースイッチを更に備える、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
24．フロースイッチがラッチングリレーへと配線され、制御ユニットは、該フロースイッチの作動が、第1のポンプ及び第2のポンプへの電力の供給を止める該ラッチングリレーの作動を含むように構成されている、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
25．制御ユニットが、第1のポンプ若しくは第2のポンプのいずれかが適切に機能していない場合又は補給水の流速が閾値レベルを超えた場合に点灯するように構成された、1つ又は複数の低温インジケータライトを更に備える、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
26．装置は、ユーザーが、（1）第1の反応物の第1の流速、（2）第2の反応物の第2の流速、及び（3）第1の温度センサにより測定される温度と第2の温度センサにより測定される温度との温度差の許容可能な範囲を入力するように構成されたグラフィカルユーザーインターフェースを更に備え、制御ユニットが、入力された第1の流速に基づき第1のポンプを制御するとともに、入力された第2の流速に基づき第2のポンプを制御するように構成されている、任意の上記又は下記の実施形態／特徴／態様に記載の装置。
【００５１】
本教示の範囲及び趣旨を逸脱することがなければ、本教示に対する変更及び修正が可能であることが明らかである。そのため、添付の特許請求の範囲が、本教示が属する技術分野の当業者により均等であると扱われる全ての特徴を含む、本教示に存在する特許新規性のある全ての特徴を包含すると解釈されることを理解されたい。本明細書で言及される全ての米国特許、国際特許、並びに外国の特許及び公報、並びに非特許文献は引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする。本明細書で言及される全ての公報、特許及び特許出願は、それぞれ個々の公報、特許又は特許出願が具体的に個々に引用することにより本明細書の一部をなすことを示す場合と同じ程度まで引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００５２】
本教示の実施形態が本明細書において示され、説明されているが、このような実施形態が例示のみを目的として提示されていることは当業者にとって明らかである。現時点において当業者であれば、本教示から逸脱することなく、多くの変更、変化及び置換を想到し得るであろう。本明細書に記載の開示の実施形態に対する様々な代替形態を本教示の実施に使用することができることを理解されたい。添付の特許請求の範囲が本教示の範囲を規定していること、並びにそれらの特許請求の範囲内にある方法及び構造並びにその均等物が本教示に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５３】
図1
Water In  水の流入
Product Out  生成物の流出
図2
TemperatureIncrease from Combination of Busan 1215 with Bleach：
Busan 1215と漂白剤とを混ぜ合わせることによる温度上昇
Chlorine:NitrogenMolar Ratio  
塩素：窒素のモル比 
図3A
66  Control Box Line "CBL"         ：制御ボックスライン「CBL」
68  Terminal Block Line "TBL"      ：端子ブロックライン「TBL」
StabilineSurge Protector  Stabiline：サージ保護装置
Neutral                            ：中性
Line                               ：ライン
TerminalBlock                      ：端子ブロック
5A Breaker                         ：5Aブレーカー
Control BoxSwitch                  ：制御ボックススイッチ
図3B
82  DPDF Relay #1 Latching 110 V Coils  ：DPDFリレー#1ラッチング110 Vコイル
84  DPDF Relay #2 Latching 110 V Coils  ：DPDFリレー#2ラッチング110 Vコイル
86  DPDF Relay #3 Latching 24 V Coils   ：DPDFリレー#3ラッチング24 Vコイル
88  Terminal Strip A4 (Power to Chemical Pumps)
：端子ストリップA4
（ケミカルポンプへの電力供給）
90  Flow Switch                         ：フロースイッチ
Reset Button                            ：リセットボタン
Reset Light                             ：リセットライト
Output                                  ：出力
Input                                   ：入力
Power Supply                            ：電源
Cont. #1Output                          ：#1出力に続く
Cont. #2Output                          ：#2出力に続く 
図3C
74  Bleach #1 Thermocouple  漂白剤#1熱電対
76  1215 #1 Thermocouple              ：1215 #1熱電対
82  Omega CN77332-PV Controller #1    ：オメガCN77332-PVコントローラ#1
92  Low Temp Light #1                 ：低温ライト#1
Temp OK Light#1                       ：温度OKライト#1
Relay #1 Coil                         ：リレー#1コイル
Binding posts                         ：電極柱
Out 1                                 ：出力1
Out 2                                 ：出力2
Alarm 1                               ：アラーム1
Power                                 ：電源
Analog Out                            ：アナログ出力
Process In TCType K                   ：K型TCにおけるプロセス
図3D
78  Bleach #2 Thermocouple      ：漂白剤#2熱電対
80  1215 #2 Thermocouple        ：1215 #2熱電対
84  Omega CN77332 Controller #2 ：オメガCN77332コントローラ#2
94  Low Temp Light #2           ：低温ライト#2
Temp OK Light#2                 ：温度OKライト#2
Relay #2 Coil                   ：リレー#2コイル
Out 1                                 ：出力1
Out 2                                 ：出力2
Alarm 1                               ：アラーム1
Power                                 ：電源
Analog Out                            ：アナログ出力
Process In TCType K                   ：K型TCにおけるプロセス 
図3E
92  Chemical Pumps ON Light   ：ケミカルポンプONライト
94  Chemical Pumps OFF Light  ：ケミカルポンプOFFライト
96  DPDF Relay #4 Non Latching 110 V Coils  
：DPDFリレー#4ノンラッチング110 Vコイル
図3F
97  1215 Pump Outlet  ：1215ポンプコンセント
98  1215 Switch       ：1215スイッチ
99  Bleach Outlet     ：漂白剤コンセント
102  Bleach Switch    ：漂白剤スイッチ 
図3G
105  Bleach Outlet  ：漂白剤コンセント
Water PumpOutlet    ：水ポンプコンセント
【図１】
2016500556.tif 000003
【図２】
2016500556.tif 000004
【図３Ａ】
2016500556.tif 000005
【図３Ｂ】
2016500556.tif 000006
2016500556.tif 000007
【図３Ｃ】
2016500556.tif 000008
【図３Ｄ】
2016500556.tif 000009
【図３Ｅ】
2016500556.tif 000010
【図３Ｆ】
2016500556.tif 000011
【図３Ｇ】
2016500556.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月2日(2014.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱化学反応又は吸熱化学反応を制御する方法であって、
第1の流速で流れる第1の反応物の温度を測定することと、
続いて、前記第1の反応物を第2の流速で流れる第2の反応物に接触させることであって、該接触が該第1の反応物と該第2の反応物とが互いに反応し、反応生成物を形成するような条件下で起こることであって、該第１の反応物がアンモニアを含み、該第２の反応物が次亜塩素酸ナトリウムを含み、該反応生成物がモノクロラミンを含むことと、
前記反応生成物の温度を測定することと、
前記第1の反応物の測定温度と前記反応生成物の測定温度との温度差を求めることと、
前記温度差が所定の温度差に達した場合に、前記第1の反応物及び前記第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記化学反応が発熱反応であり、前記温度差が温度の上昇である、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記化学反応が吸熱反応であり、前記温度差が温度の低下である、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
アンモニア溶液を希釈水により希釈することにより前記第1の反応物を調製することを更に含み、該第1の反応物の温度が、該アンモニア溶液を該希釈水と接触させた時点で測定される、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記第1の反応物が第1の導管を通って流れ、前記第2の反応物が第2の導管を通って流れ、該第1の導管と該第2の導管とがそれぞれ、リアクタに流体連通しており、前記接触が該リアクタ内において起こる、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記第1の反応物が希釈されたアンモニア溶液であり、前記第2の反応物が次亜塩素酸ナトリウムであり、前記リアクタが1日当たり僅か10ポンドのモノクロラミンを生成するように構成されている、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記温度差が約10.0℃以下である、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記温度差が約2.0℃以下である、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記温度差が許容可能な範囲外にあると判定するとともに、該温度差が該許容可能な範囲外にあることを示すアラームを作動することを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記温度差が最大値を超えていると判定するとともに、該温度差が該最大値を超えていることを示す第1のアラームを作動することを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記温度差が最小値を下回っていると判定するとともに、該温度差が該最小値を下回っていることを示す前記第1のアラームとは異なる第2のアラームを作動することを更に含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記第2の反応物の温度を測定することと、該第2の反応物の測定温度と前記反応生成物の測定温度との第2の温度差を求めることと、該第2の温度差が所定の温度差に達した場合に前記第1の反応物及び前記第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することとを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応生成物を工業用水、プロセス用水、冷却塔用水、又は飲用水の供給源と混ぜ合わせることを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
反応を制御する装置であって、
リアクタと、
前記リアクタと流体連通する第1の導管と、
前記第1の導管と流体連通するアンモニア溶液を含む第1の反応物の供給源と、
前記第1の反応物が前記第1の導管を通って前記リアクタへと移動するように構成された第1のポンプと、
前記第1の導管を通って流れる第1の反応物の温度を測定するように構成された第1の温度センサと、
前記リアクタと流体連通する第2の導管と、
前記第2の導管と流体連通する次亜塩素酸ナトリウムを含む第2の反応物の供給源と、
前記第2の反応物が前記第2の導管を通って前記リアクタへと移動するように構成された第2のポンプと、
前記リアクタ内の反応生成物の温度を測定するように構成され、前記反応生成物がモノクロラミンを含む第2の温度センサと、
前記第1の温度センサにより測定される温度と、前記第2の温度センサにより測定される温度との温度差を求めるように構成されるとともに、該温度差に基づき、前記第1のポンプ、前記第2のポンプ、又はその両方を調整するように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
【請求項１５】
前記リアクタが導管、容器、インライン混合機、又はそれらの組合せを備える、請求項14に記載の装置。
【請求項１６】
前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサがそれぞれ独立して、熱電対センサ、白金抵抗温度計、サーミスタ、又はそれらの組合せを備える、請求項14に記載の装置。
【請求項１７】
前記制御ユニットが許容不能な温度差を判定した場合に、該制御ユニットによって作動されるように構成されたアラームを更に備える、請求項14に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置は、希釈水が前記第1の導管及び前記第2の導管の一方又は両方を通って送り込まれるように構成された第3のポンプを更に備え、前記制御ユニットが、アラーム状態の場合において、該第3のポンプの稼動を持続するとともに、前記第1のポンプ、前記第2のポンプ、又はその両方の稼動を停止するように構成されている、請求項14に記載の装置。
【請求項１９】
前記第1のポンプ及び前記第2のポンプのそれぞれが蠕動定量ポンプを含む、請求項14に記載の装置。
【請求項２０】
前記制御ユニットが冗長デュアル出力温度モニタリング回路を更に備える、請求項14に記載の装置。
【請求項２１】
前記制御ユニットは、補給水の流れがユーザーによってプログラムされた最小設定値を下回った場合に作動し、前記第1のポンプ及び前記第2のポンプへの電力の供給を止めるように構成された補給水フロースイッチを更に備える、請求項14に記載の装置。
【請求項２２】
前記フロースイッチがラッチングリレーへと配線され、前記制御ユニットは、該フロースイッチの作動が、前記第1のポンプ及び前記第2のポンプへの電力の供給を止める該ラッチングリレーの作動を含むように構成されている、請求項21に記載の装置。
【請求項２３】
前記制御ユニットが、前記第1のポンプ若しくは前記第2のポンプのいずれかが適切に機能していない場合又は補給水の流速が閾値レベルを超えた場合に点灯するように構成された、1つ又は複数の低温インジケータライトを更に備える、請求項14に記載の装置。
【請求項２４】
前記装置は、ユーザーが、（1）第1の反応物の第1の流速、（2）第2の反応物の第2の流速、及び（3）前記第1の温度センサにより測定される温度と前記第2の温度センサにより測定される温度との温度差の許容可能な範囲を入力するように構成されたグラフィカルユーザーインターフェースを更に備え、前記制御ユニットが、入力された第1の流速に基づき前記第1のポンプを制御するとともに、入力された第2の流速に基づき前記第2のポンプを制御するように構成されている、請求項14に記載の装置。
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月9日(2015.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱化学反応を制御する方法であって、
第1の流速で流れる第1の反応物の温度を測定することと、
続いて、前記第1の反応物を第2の流速で流れる第2の反応物に接触させることであって、該接触が該第1の反応物と該第2の反応物とが発熱化学反応において互いに反応し、反応生成物を形成するような条件下で起こることであって、該第１の反応物がアンモニアを含み、該第２の反応物が次亜塩素酸ナトリウムを含み、該反応生成物がモノクロラミンを含むことと、
リアクタ内において前記反応生成物の温度を測定することと、
前記第1の反応物の測定温度と前記反応生成物の測定温度との温度差を求めることと、
前記温度差が所定の温度差に達した場合に、前記第1の反応物及び前記第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することと、
前記反応生成物を工業用水、プロセス用水、冷却塔用水、飲用水、又は紙パルプ材料の供給源と混ぜ合わせること
を含む、方法。
【請求項２】
アンモニア溶液を希釈水により希釈することにより前記第1の反応物を調製することを更に含み、該第1の反応物の温度が、該アンモニア溶液を該希釈水と接触させた時点で測定される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第1の反応物が第1の導管を通って流れ、前記第2の反応物が第2の導管を通って流れ、該第1の導管と該第2の導管とがそれぞれ、前記リアクタに流体連通しており、前記接触が該リアクタ内において起こる、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記第1の反応物が希釈されたアンモニア溶液であり、前記第2の反応物が次亜塩素酸ナトリウムであり、前記リアクタが1日当たり僅か10ポンドのモノクロラミンを生成するように構成されている、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記温度差が約10.0℃以下である、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記温度差が約2.0℃以下である、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記温度差が該温度差のための最大値及び最小値を有する範囲の範囲外にあると判定するとともに、該温度差が該許容可能な範囲外にあることを示すアラームを作動することを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記温度差が最大値を超えていると判定するとともに、該温度差が該最大値を超えていることを示す第1のアラームを作動することを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記温度差が最小値を下回っていると判定するとともに、該温度差が該最小値を下回っていることを示す前記第1のアラームとは異なる第2のアラームを作動することを更に含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記第2の反応物の温度を測定することと、該第2の反応物の測定温度と前記反応生成物の測定温度との第2の温度差を求めることと、該第2の温度差が所定の温度差に達した場合に前記第1の反応物及び前記第2の反応物の少なくとも一方の流速を調整することとを更に含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
発熱化学反応を制御する装置であって、
リアクタと、
前記リアクタと流体連通する第1の導管と、
前記第1の導管と流体連通するアンモニア溶液を含む第1の反応物の供給源と、
前記第1の反応物が前記第1の導管を通って前記リアクタへと移動するように構成された第1のポンプと、
前記第1の導管を通って流れる第1の反応物の温度を測定するように構成された第1の温度センサと、
前記リアクタと流体連通する第2の導管と、
前記第2の導管と流体連通する次亜塩素酸ナトリウムを含む第2の反応物の供給源と、
前記第2の反応物が前記第2の導管を通って前記リアクタへと移動するように構成され、該第１の反応物と該第２の反応物の接触が前記リアクタ内において起こる第2のポンプと、
前記リアクタ内の反応生成物の温度を測定するように構成され、前記反応生成物がモノクロラミンを含む第2の温度センサと、
前記第1の温度センサにより測定される温度と、前記第2の温度センサにより測定される温度との温度差を求めるように構成されるとともに、該温度差に基づき、前記第1のポンプ、前記第2のポンプ、又はその両方を調整するように構成された制御ユニットと、
を備える、装置。
【請求項１２】
前記リアクタが導管、容器、インライン混合機、又はそれらの組合せを備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
前記第1の温度センサ及び前記第2の温度センサがそれぞれ独立して、熱電対センサ、白金抵抗温度計、サーミスタ、又はそれらの組合せを備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１４】
前記制御ユニットが前記温度差のための最大値及び最小値を有する範囲の範囲外にある温度差を判定した場合に、該制御ユニットによって作動されるように構成されたアラームを更に備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置は、希釈水が前記第1の導管及び前記第2の導管の一方又は両方を通って送り込まれるように構成された第3のポンプを更に備え、前記制御ユニットが、アラーム状態の場合において、該第3のポンプの稼動を持続するとともに、前記第1のポンプ、前記第2のポンプ、又はその両方の稼動を停止するように構成されている、請求項11に記載の装置。
【請求項１６】
前記第1のポンプ及び前記第2のポンプのそれぞれが蠕動定量ポンプを含む、請求項11に記載の装置。
【請求項１７】
前記制御ユニットが冗長デュアル出力温度モニタリング回路を更に備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１８】
前記制御ユニットは、補給水の流れがユーザーによってプログラムされた最小設定値を下回った場合に作動し、前記第1のポンプ及び前記第2のポンプへの電力の供給を止めるように構成された補給水フロースイッチを更に備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１９】
前記フロースイッチがラッチングリレーへと配線され、前記制御ユニットは、該フロースイッチの作動が、前記第1のポンプ及び前記第2のポンプへの電力の供給を止める該ラッチングリレーの作動を含むように構成されている、請求項18に記載の装置。
【請求項２０】
前記制御ユニットが、前記第1のポンプ若しくは前記第2のポンプのいずれかが適切に機能していない場合又は補給水の流速が閾値レベルを超えた場合に点灯するように構成された、1つ又は複数の低温インジケータライトを更に備える、請求項11に記載の装置。
【請求項２１】
前記装置は、ユーザーが、（1）第1の反応物の第1の流速、（2）第2の反応物の第2の流速、及び（3）前記第1の温度センサにより測定される温度と前記第2の温度センサにより測定される温度との温度差の許容可能な範囲を入力するように構成されたグラフィカルユーザーインターフェースを更に備え、前記制御ユニットが、入力された第1の流速に基づき前記第1のポンプを制御するとともに、入力された第2の流速に基づき前記第2のポンプを制御するように構成されている、請求項11に記載の装置。
【国際調査報告】
2016500556.tif 000013
2016500556.tif 000014
2016500556.tif 000015