用于吸收式冷卻機的工作材料的制作方法
【專利摘要】用于吸收式機器的工作材料，該工作材料使用氨（NH3）或甲胺（CH3NH2）或二甲胺((CH3)2NH)作為工作劑并使用水作為溶劑，向其中加入少量的堿性水玻璃，即，水玻璃和堿的某混合物，其不包含任何鉻鹽作為緩蝕劑。本發(fā)明提供用于吸收式冷卻機的工作材料。
【專利說明】用于吸收式冷卻機的工作材料
[0001]相關(guān)申請交叉引用
[0002]本申請要求享受2012年9月28日提交的美國臨時專利申請61/707，216的權(quán)益，上述申請的全部公開內(nèi)容通過引用并入本申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大致涉及用于吸收式冷卻機的工作材料體系。本發(fā)明還大致涉及在不使用任何鉻鹽的情況下抑制銹蝕的用于吸收式冷卻機的工作材料。
【背景技術(shù)】
[0004]這部分提供了與本公開內(nèi)容相關(guān)的背景信息，這些背景信息不一定是現(xiàn)有技術(shù)。
[0005]工作劑(工質(zhì))可以在吸收式機器中使用，特別是具有或不具有惰性氣體的吸收式制冷機、吸收式熱泵、吸收式熱變換器和吸收-壓縮式熱泵以及單級設(shè)計或多級設(shè)計的制冷機。
[0006]引用下述關(guān)于吸收式機器、它們的工作方式和它們在制冷、氣候控制和加熱技術(shù)中的用途的技術(shù)現(xiàn)狀的參考文獻:1998年3月10日公告的Keller等人的美國專利U.S.5，725，793;和2002年8月29日公告的德國專利DE19710082，這兩篇專利均通過引用在此并入，如同在這里被 充分闡明一樣。
[0007]雖然就它們的預(yù)期目的而言，先前的用于吸收式機器的工作劑可能已證明是可接受的，但在相關(guān)技術(shù)中仍然有持續(xù)的改進需要。例如，理想的是，當(dāng)移除鉻鹽時，工作劑仍保留緩蝕性質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]這部分提供了公開內(nèi)容的概括性總結(jié)，而并不是它的全部范圍或它的全部特征的全面公開。
[0009]本發(fā)明的一個目的旨在替換至今仍在包含氨(NH3)和水(H2O)的吸收式工作材料體系中作為緩蝕劑使用的鉻鹽。
[0010]本發(fā)明的一個目的在于使用不是環(huán)境污染物的物質(zhì)替換鉻鹽，例如Na2CrO4或Na2Cr2O7.2Η20，迄今為止，在包含氨(NH3)和水(H2O)的吸收式化學(xué)試劑體系中，這些鉻鹽仍用作緩蝕劑。根據(jù)歐盟第2002/95/EC號指令(R0HS指令)，六價鉻位于造成環(huán)境污染的重金屬離子之首，根據(jù)指令的第4條，不允許其在電氣或電子設(shè)備中使用。
[0011]然而，在用于使用吸收器技術(shù)的家用冰箱和旅館用冰箱的第9號指令附錄(Annexto the Guideline)中形成了例外，在該附錄中，允許鉻鹽作為緩蝕劑使用直到2013年12月31日。不過，在那之后，將需要關(guān)于進一步使用鉻鹽的新的研究結(jié)果(findings)。
[0012]根據(jù)一個【具體實施方式】，本教導(dǎo)提供了用于吸收式機器的工作材料。所述工作材料包含選自由氨(NH3)、甲胺(CH3NH2)和二甲胺((CH3)2NH)所組成的組的工作劑。水(H2O)作為溶劑提供。提供至少一種堿，所述堿選自由氫氧化鈉溶液(NaOH)、氫氧化鉀溶液(KOH)和銫氧化物溶液(CsOH)所組成的組。所述工作材料附加地包含至少一種水玻璃，所述水玻璃選自由以下物質(zhì)所組成的組:具有7-8wt.%氧化鈉(Na2O)和26-30wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的鈉水玻璃；具有12-14wt.%氧化鉀(K2O)和22-28wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的鉀水玻璃；及具有18-28wt.%氧化銫(Cs2O)和20-26wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的銫水玻璃。堿性水玻璃的重量與水的重量的比率在0.5%<x<3%的范圍內(nèi)，其中x=(堿性水玻璃的重量)/(水的重量)。所述堿性水玻璃中所含的所有堿的重量與水玻璃的總重量的比率在0.l〈y〈10的范圍內(nèi)，其中y=(堿的重量)/(水玻璃的重量)。在與堿性水玻璃混合之前，純水的pH值至少為6。水和堿性水玻璃的溶液的pH值設(shè)定為在20°C約10.5至約
12.0的范圍內(nèi)。
[0013]通過這里提供的說明，進一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。在
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體的實施例僅僅是為了說明的目的，并非旨在限定本公開內(nèi)容的范圍。
【具體實施方式】
[0014]現(xiàn)在將對示例實施方案進行更充分的描述。
[0015]本教導(dǎo)提供了用于吸收式機器的工作材料，所述工作材料包含工作劑。所述工作劑可以選自由氨(NH3)、甲胺(CH3NH2)和二甲胺((CH3)2NH)所組成的組。在多種實施方案中，所述工作劑為包含氨或甲胺或二甲胺的蒸氣，且包含小于0.lwt.%的水(H2O)和小于
0.05wt.%的二氧化硅(SiO2)。水(H2O)作為溶劑提供。
[0016]本教導(dǎo)的所述工作材料進一步包含至少一種堿。所述至少一種堿可以選自由氫氧化鈉溶液(NaOH)、氫氧化鉀溶液(KOH)和銫氧化物溶液(CsOH)所組成的組。
[0017]本教導(dǎo)的所述工·作材料附加地包含至少一種水玻璃，所述水玻璃選自由以下物質(zhì)所組成的組:具有7-8wt.%氧化鈉(Na2O)和26-30wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的鈉水玻璃；具有12-14wt.%氧化鉀(K2O)和22-28wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的鉀水玻璃；具有18-28wt.%氧化銫(Cs2O)和20-26wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的銫水玻璃。堿性水玻璃的重量與水的重量的比率在0.5%<x<3%的范圍內(nèi)，其中X=(堿性水玻璃的重量)/ (水的重量)。堿性水玻璃中所含的所有堿的總重量與水玻璃的總重量的比率在0.l〈y〈10的范圍內(nèi)，其中y=(堿的重量)/ (水玻璃的重量)。在與堿性水玻璃混合之前，純水的pH值至少為6。水和堿性水玻璃的溶液的pH值設(shè)定為在20°C 10.5-12.0的范圍內(nèi)。
[0018]迄今為止，水玻璃，即，至少一種堿和水玻璃的混合物，已被作為用作緩蝕劑的鉻鹽的替代物提出。就此而言，可以參考2002年8月29日公告的德國專利DE19710082，其通過引用在此并入，如同在此被充分闡明一樣。本教導(dǎo)改進了該技術(shù)。
[0019]關(guān)于本教導(dǎo)的改進，可以報道以下信息:
[0020]a)用于在(_35°C至200°C )的溫度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)的吸收式機器的堿性水玻璃的最佳組合物，即重量比率
[0021]y=(堿的重量)/ (水玻璃的重量)可以在0.l〈y〈10的范圍內(nèi)。
[0022]b)堿性水玻璃在作為溶劑的水中的最佳劑量可以在0.5wt.%-3wt.%的范圍內(nèi)。
[0023]c)堿性水玻璃對吸收過程特別是它的效率，即，對蒸發(fā)器的制冷功率與吸收式機器的排出器(expeller)的加熱功率的比率幾乎沒有負(fù)面影響。這一點對短期運轉(zhuǎn)和長期運轉(zhuǎn)都不變。[0024]在關(guān)于六臺具有125W的最大加熱功率的普拉頓-姆恩特斯(Platen-Munters)型試驗機的實驗室試驗中，根據(jù)對蒸發(fā)器管道上形成的冰的量的測定，在1999-2010年發(fā)現(xiàn)添加堿性水玻璃總是改善吸收過程。這在全負(fù)荷和部分負(fù)荷的運轉(zhuǎn)中均已被觀察到。
[0025]此外，堿性水玻璃也充當(dāng)緩蝕劑:當(dāng)若干試驗單元在全負(fù)荷條件下連續(xù)運轉(zhuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10年后，再打開時，在所述單元中完全沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕的痕跡。
[0026]d)盡管根據(jù)本教導(dǎo)的堿性水玻璃的緩蝕效果還沒有在電化學(xué)上得到充分的解釋，但一般而言，可以推斷，向作為溶劑的水中添加堿液肯定會減少金屬容器和管道中的所謂水基腐蝕。
[0027]添加的水玻璃充當(dāng)化學(xué)緩沖液，即使運轉(zhuǎn)了許多年之后，仍能確保溶劑保持高的pH值，即ρΗ>11。化學(xué)分析還表明，與溶劑中傳統(tǒng)的鉻鹽形成對照的是，經(jīng)過一段時間后，堿性水玻璃沒有被消耗掉而是被保留了下來。水玻璃似乎能促進在吸收式設(shè)備內(nèi)部形成基本由磁鐵礦晶體(Fe3O4)及硅組成的薄的惰性保護層。
[0028]當(dāng)前的工作材料能夠在包括由碳質(zhì)鋼制成的容器和管道的吸收式機器中使用。所述碳質(zhì)鋼可以選自由ST34-2、ST14-3和ST37-2所組成的組。此外，所述工作材料可以在氣封的吸收式機器中使用，而無需緩蝕劑例如鉻鹽(Na2CrO4或Na2Cr2O7.2H20),并在再吸收或冷凝的情況下、在有或沒有機械壓縮機的情況下、在填充或沒有填充惰性氣體例如氫氣(H2)、氦氣(He)或氮氣(N2)的情況下、和具有或不具有渦流管降壓技術(shù)的情況下使用于該機器。在各種實施方案中，所述工作材料可以在家用冰箱和電器、商用制冷設(shè)備和單元例如開放式冷凍箱、工業(yè)制冷裝置、加熱泵或利用或沒有利用余熱的熱變換器中使用。
[0029]如上所述，所述工作材料能夠用于填充吸收式機器。用于填充吸收式機器的方法包括:在預(yù)先清洗它的內(nèi)部 之后，排空整個系統(tǒng)，通過抽吸來引入水和堿性水玻璃的混合物作為溶劑；壓縮所述工作劑氨(NH3)或甲胺(CH3NH2)或二甲胺((CH3)2NH)，其中所述工作劑與所述溶劑的重量比率在25-50wt.%的范圍內(nèi)；和當(dāng)使用用于均衡所述系統(tǒng)的各個部分之間的壓力的惰性氣體時，壓縮所述惰性氣體(氫氣(H2)、氦氣(He)、氮氣(N2))直到在系統(tǒng)內(nèi)的總壓在25-40巴的范圍內(nèi)。
[0030]為了說明和描述的目的，已經(jīng)提供了所述實施方案的前述描述。這些描述并沒有試圖窮盡或試圖限制公開內(nèi)容。特定實施方案的個別元素或特征通常不局限于該特定實施方案，而是在適用的情況下，即使沒有被具體地顯示或描述，也是可互換的且能夠用于所選的實施方案。這些也可以在許多方面變化。這些變化不應(yīng)該被視為背離了所述公開內(nèi)容，且所有的這些修改應(yīng)當(dāng)包含于所述公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于吸收式機器的工作材料，包含: a.工作劑，所述工作劑選自由氨(NH3)、甲胺(CH3NH2)和二甲胺((CH3)2NH)所組成的組； b.作為溶劑的水(H2O); c.至少一種堿，所述堿選自由氫氧化鈉溶液(NaOH)、氫氧化鉀溶液(KOH)和銫氧化物溶液(CsOH)所組成的組；和 d.至少一種水玻璃，所述水玻璃選自由以下水玻璃所組成的組:具有7-8wt.%氧化鈉(Na2O)和26-30wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的鈉水玻璃；具有12_14wt.%氧化鉀(K2O)和22-28wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的鉀水玻璃；和具有18-28wt.%氧化銫(Cs2O)和20-26wt.% 二氧化硅(SiO2)的水溶液的銫水玻璃， 其中，所述水玻璃的重量與水的重量的比率在0.5%<x<3%的范圍內(nèi)，其中x=(堿性水玻璃的重量)/(水的重量)，所述堿性水玻璃中所含的所有堿的重量與所述水玻璃的總重量的比率在0.l〈y〈10的范圍內(nèi)，其中y=(堿的重量)/(水玻璃的重量)，在與所述堿性水玻璃混合之前，純水的PH值至少為6，水和堿性水玻璃的溶液的pH值設(shè)定為在約20°C約10.5-12.0的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的工作材料，其中，所述工作劑為包含氨(NH3)或甲胺(CH3NH2)或二甲胺((CH3)2NH)的蒸氣，且所述工作劑包含小于0.1wt.%的水(H2O)和小于0.05wt.%的二氧化硅(SiO2)。
3.使用權(quán)利要求1所述的工作材料的吸收式機器，其中，所述吸收式機器包括由碳質(zhì)鋼制成的 容器和管道，所述碳質(zhì)鋼選自由ST34-2、ST14-3和ST37-2所組成的組。
4.權(quán)利要求1所述的工作材料的用途，所述用途為在沒有緩蝕劑例如鉻鹽(Na2CrO4或Na2Cr2O7.2H20)的情況下，在再吸收或冷凝的情況下，在有或沒有機械壓縮機的情況下、在填充或沒有填充惰性氣體例如氫氣(H2)、氦氣(He)或氮氣(N2)的情況下、和具有或不具有渦流管降壓技術(shù)的情況下，所述工作材料在氣封的吸收式機器中的用途。
5.權(quán)利要求1所述的工作材料的用途，所述用途為所述工作材料在家用冰箱和用于類似目的的電器、商用制冷設(shè)備和單元例如開放式冷凍箱、工業(yè)制冷裝置、加熱泵或利用或沒有利用余熱的熱變換器中的用途。
6.用于填充具有權(quán)利要求1所述的工作材料的吸收式機器的方法，其中，按照下述操作步驟將所述工作材料引入所述吸收式機器: a.在預(yù)先清洗整個系統(tǒng)的內(nèi)部之后，排空整個系統(tǒng)； b.通過抽吸來引入水和堿性水玻璃的混合物作為所述溶劑； c.壓縮所述工作劑氨(NH3)或甲胺(CH3NH2)或二甲胺((CH3)2NH),其中，所述工作劑與所述溶劑的重量比率在25-50wt.%的范圍內(nèi)；和 d.當(dāng)將惰性氣體用于均衡所述系統(tǒng)的各個部分之間的壓力時，壓縮所述惰性氣體(氫氣(H2)、氦氣(He)、氮氣(N2))直到在該系統(tǒng)內(nèi)的總壓在25-40巴的范圍內(nèi)。
【文檔編號】C09K5/04GK103710002SQ201310452062
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】喬根·凱勒 申請人:塞特福德公司