節(jié)能流體的制作方法
【專利說(shuō)明】節(jié)能流體發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種新型并且改進(jìn)的用于節(jié)省能量的水-二醇基能量傳輸流體，該流體在用水操作的閉路系統(tǒng)中使用。
現(xiàn)有技術(shù)
[0002]隨著能量成本的增加，系統(tǒng)效率變得至關(guān)重要。傳熱流體在能量的有效利用中起重要的作用，并且設(shè)計(jì)新型系統(tǒng)或組合物來(lái)避免效率的降低。這些預(yù)防措施的目的是防止腐蝕、鈣化、藻類形成以及凍結(jié)的影響。
[0003]在工業(yè)應(yīng)用中，無(wú)論何處不能使用水，石油基流體在高溫下的傳熱系統(tǒng)中使用，盡管石油基流體存在風(fēng)險(xiǎn)。
[0004]最常用的水-二醇基流體涉及乙二醇(EG)和丙二醇(PG)。與水相比，乙二醇及其解毒劑丙二醇憑借其適合的特征如具有低的冰點(diǎn)被作為防凍流體使用。這些水基流體還提供了凍結(jié)保護(hù)和爆炸保護(hù)。還已知乙二醇(C2H602)憑借其低粘度特征是一種比丙二醇(C3H802)更好的傳熱流體。
[0005]另一方面，丙二醇毒性更低并且在其中關(guān)注毒性的應(yīng)用中被考慮。在低溫下，丙二醇本身是高度粘性的。
[0006]除以上這些特征之外，為了降低操作系統(tǒng)成本并且優(yōu)化這樣的傳熱流體的能量效率，在降低熱損耗的同時(shí)增加該熱交換流體的熱吸收是關(guān)鍵點(diǎn)之一。比熱、熱傳導(dǎo)率、密度、粘度、流動(dòng)速率以及泵送能力也是重要的因素，因?yàn)樗鼈冇绊懺摬僮鞯慕?jīng)濟(jì)性。例如，如果粘度太高，那么將要消耗大量的電來(lái)將該流體泵送穿過(guò)該系統(tǒng)。另外，在這些系統(tǒng)中，熱量不是均勻分布的。當(dāng)在這些流體中僅使用乙二醇或丙二醇時(shí)，因?yàn)槠涓g作用，遲早發(fā)生點(diǎn)蝕和磨損。
[0007]編號(hào)EP 1857520的歐洲專利文件披露了一種具有高儲(chǔ)熱特性的組合物。為防止熱損耗，通過(guò)羥基(如乙二醇或丙二醇)與羧基(如三乙醇胺)之間的交聯(lián)反應(yīng)來(lái)形成該組合物。
[0008]編號(hào)EP 0055488的歐洲專利文件披露了水基能量傳輸流體組合物。該組合物的主要概念由硝基芳香化合物和羥基芳香酸組成并且該發(fā)明提高了組合物的潤(rùn)滑性和抗磨損特性。該組合物還含有大于50%的水，在商業(yè)應(yīng)用中此類已知流體通常被限制至該百分比。該組合物涉及TEA(由于其腐蝕抑制作用)以及的EG(或PG)(由于其防凍作用)。
[0009]編號(hào)WO 0196493的國(guó)際專利文件披露了一種無(wú)害的、毒性降低的乙二醇基的傳熱流體。該流體由乙二醇和一種用于乙二醇中毒的解毒劑組成，該解毒劑具有高于約150°C的沸點(diǎn)。在這個(gè)發(fā)明中，發(fā)現(xiàn)將丙二醇或丙三醇添加到乙二醇基防凍劑中出乎意料地將毒性降低了比基于這些成分本身的毒性將預(yù)期的更多。
[0010]然而，水-二醇型傳熱流體(如以上引用的專利)總體上在閉路操作系統(tǒng)應(yīng)用中具有相對(duì)高的能量消耗特性。前述現(xiàn)有技術(shù)專利都沒(méi)有披露一種在閉路操作系統(tǒng)應(yīng)用中具有用于降低能量消耗并且提高傳熱性能的改進(jìn)的并且獨(dú)特的特征的化學(xué)組合物。
[0011]加熱/冷卻系統(tǒng)的效率與能量消耗效率和傳熱效率有關(guān)。在該系統(tǒng)內(nèi)，難以將從加熱器/冷卻器中獲得的總熱能傳遞到系統(tǒng)的管路中而沒(méi)有任何損失。在這些系統(tǒng)中，優(yōu)選使用水。然而，水的傳熱效率非常低并且還有使用水的系統(tǒng)涉及蒸發(fā)和膨脹問(wèn)題。
[0012]盡管關(guān)于含有添加劑的流體的以上所列益處的現(xiàn)有技術(shù)的披露內(nèi)容，在本發(fā)明之前，水-二醇型流體的此類特征已經(jīng)限制了此類流體在閉路操作系統(tǒng)中用于最小化水的負(fù)面作用并且用于創(chuàng)造最佳條件來(lái)增加效率的用途。
[0013]發(fā)明概述
[0014]本發(fā)明的目的是提供一種用于閉路操作系統(tǒng)應(yīng)用的節(jié)能流體組合物。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種節(jié)能流體組合物，該節(jié)能流體組合物減少了用水操作的傳熱系統(tǒng)中的能量消耗。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種節(jié)能流體組合物，該節(jié)能流體組合物通過(guò)提高該系統(tǒng)效率改進(jìn)了傳熱性能并且減少了能量消耗。
[0017]發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明
[0018]為達(dá)到本發(fā)明的目的所實(shí)現(xiàn)的“一種節(jié)能流體”在附圖中進(jìn)行說(shuō)明，其中，
[0019]圖1是展示了對(duì)于本發(fā)明和水，比熱容隨溫度變化的曲線圖。
[0020]圖2是展示了對(duì)于本發(fā)明和水，在輸入和輸出之間的溫差隨溫度變化的曲線圖。
[0021]—種節(jié)能流體，該節(jié)能流體主要由以下各項(xiàng)組成；
[0022]-按該流體組合物的體積計(jì)在70%至80%的總范圍內(nèi)的單乙二醇(MEG)，
[0023]-按該流體組合物的體積計(jì)在10%至20%的總范圍內(nèi)的甘油，
[0024]-按該流體組合物的體積計(jì)在0.01 %至3%的總范圍內(nèi)的三乙醇胺，
[0025]-按該流體組合物的體積計(jì)在0.01 %至3%的總范圍內(nèi)的腐蝕抑制劑，
[0026]-按該流體組合物的體積計(jì)在0.01 %至4%的總范圍內(nèi)的一種pH控制劑，
[0027]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該節(jié)能流體組合物含有按該流體組合物的體積計(jì)在10%至20%的總范圍內(nèi)的丙二醇(PG)。
[0028]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該節(jié)能流體組合物含有按該組合物的體積計(jì)0.5 %的PH控制劑。本發(fā)明使用一種pH控制劑來(lái)將該節(jié)能流體的pH調(diào)節(jié)并且維持在7.5與8.5之間。
[0029]該優(yōu)選實(shí)施例的節(jié)能流體組合物含有按該組合物的體積計(jì)0.25%的腐蝕抑制劑。該腐蝕抑制劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:用于鐵、鋅、鋁、銅及其組合的抑制劑。
[0030]本發(fā)明中所述的流體被認(rèn)為是現(xiàn)成可用的一種節(jié)能流體并且通過(guò)用水稀釋至任何程度來(lái)使用，該稀釋根據(jù)需要滿足的操作條件。
[0031]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該節(jié)能流體被水稀釋到40%至60%以在傳熱系統(tǒng)中使用。優(yōu)選以50%的稀釋形式來(lái)使用該稀釋的組合物。術(shù)語(yǔ)“組合物”和“節(jié)能流體”如在此使用(除非另有定義)，是指稀釋的節(jié)能流體組合物。
[0032]與使用100%水的應(yīng)用相比，該節(jié)能流體提供了傳熱系統(tǒng)中操作持續(xù)時(shí)間和能量消耗的減少。
[0033]該具有增強(qiáng)的傳熱性能和減少的能量消耗特性包含一種水性組合物的節(jié)能流體具有在0.015-0.025Pa.s范圍內(nèi)的粘度。本發(fā)明的冰點(diǎn)是約_40°C并且沸點(diǎn)是約180°C。該寬的溫度范圍給予了有待在加熱和冷卻系統(tǒng)中使用的本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)勢(shì)。
[0034]大多數(shù)流體的熱容不是常數(shù)。相反，它依賴于熱力學(xué)體系的狀態(tài)變量。具體地，它依賴于它本身的溫度，還依賴于該系統(tǒng)的壓力和體積，以及當(dāng)該系統(tǒng)已經(jīng)從一個(gè)溫度變?yōu)榱硪粋€(gè)溫度時(shí)已經(jīng)允許壓力和體積變化的方式。通常在傳熱系統(tǒng)中液體的比熱容在所有溫度下隨著升高的溫度而增大。
[0035]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)升高溫度緩慢降低本發(fā)明的比熱容；因此在40°C之后，與使用100%水的應(yīng)用相比，該節(jié)能流體提供了該系統(tǒng)的加熱速率上的增加(圖1)。對(duì)于低于40°C的溫度，本發(fā)明的比熱容的降低不足以有效地在加熱傳熱系統(tǒng)中提供比使用水的應(yīng)用更好的加熱性能。相反，對(duì)于低于40 °C的溫度，本發(fā)明的比熱容比水的比熱容更高并且因此本發(fā)明比水加熱得更慢，這適合于冷卻傳熱系統(tǒng)。
[0036]對(duì)于高于40°C的溫度，該節(jié)能流體要求較少的熱能來(lái)加熱；因此減少了能量消耗并且提高了傳熱性能。對(duì)于低于40°C的溫度，該節(jié)能流體憑借該比熱容提供了隨著增加熱承載能力的壓縮機(jī)的循環(huán)數(shù)的減少。因此減少了能量消耗并且提高了傳熱性能。
[0037]在約40°C下，該節(jié)能流體具有與水大約相同的比熱容值。
[0038]在低于40°C的度數(shù)下，通過(guò)降低溫度提升該節(jié)能流體的比熱容值。在低于40°C的溫度下，本發(fā)明具有比水更高的比熱容值。因此，本發(fā)明提供了對(duì)熱量的傳熱能力的增加，并且隨著在低于40°C下本發(fā)明的比熱容的增加，與高于40°C的溫度相比本發(fā)明在低于40°C下加熱得更慢，本發(fā)明比水加熱得更慢并且將較低溫度維持得比水更長(zhǎng)。
[0039]本發(fā)明用于在不同溫度下的加熱和冷卻系統(tǒng)。在高于40°C下，該節(jié)能流體用在加熱系統(tǒng)中并且在低于40°C下它被用在冷卻系統(tǒng)中用于節(jié)省能量。對(duì)于加熱和冷卻系統(tǒng)二者，本發(fā)明提供了能量消耗的減少以及傳熱性能的提高。
[0040]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)升高溫度增加一種傳熱系統(tǒng)的輸入和輸出溫差。在使用100%水的傳熱系統(tǒng)的應(yīng)用中，輸入和輸出溫差隨著溫度升高而降低。具體地，在高于40°C下，該溫差高于水的溫差，并且在低于40°C下，該溫差低于水的溫差(圖2)。
[0041]一般而言在加熱系統(tǒng)中，增加流動(dòng)速率和傳遞表面積以能夠改進(jìn)傳熱性能。在本發(fā)明中，不要求此類優(yōu)化。
[0042]本發(fā)明用于加熱和冷卻系統(tǒng)二者以節(jié)省能量。在這兩個(gè)系統(tǒng)中，本發(fā)明提供了能量消耗的減少和傳熱性能的提高。它對(duì)于冷卻系統(tǒng)在低于40°C下并且對(duì)于加熱系統(tǒng)在高于40°C下提供這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)。對(duì)于加熱系統(tǒng)，本發(fā)明提供了燃料消耗的減少；對(duì)于冷卻系統(tǒng)，本發(fā)明提供了這些壓縮機(jī)的操作持續(xù)時(shí)間的減少。
[0043]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在用于熱傳遞的加熱系統(tǒng)中，與使用100%水的系統(tǒng)相比在大于40°C下降低加熱器和泵的操作持續(xù)時(shí)間以維持一個(gè)穩(wěn)定的溫度。
[0044]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在該冷卻系統(tǒng)中，與使用100%水的系統(tǒng)相比在低于40°C下降低冷卻器和泵的操作持續(xù)時(shí)間以維持一個(gè)穩(wěn)定的溫度。
[0045]因?yàn)樵摴?jié)能流體的粘度比水的粘度(1.0020Pa.s)值更低，所以用于加熱和冷卻系統(tǒng)二者的泵的能量消耗比具有目的是改變冰點(diǎn)和沸點(diǎn)的添加的化學(xué)品的流體的能量消耗更少。
[0046]使用本發(fā)明的這些系統(tǒng)的能量節(jié)省與使用100%水的系統(tǒng)相比最高達(dá)35%。
[0047]在此基本概念的范圍內(nèi)，可能發(fā)展出本發(fā)明的“一種節(jié)能流體”的多個(gè)實(shí)施例。不能將本發(fā)明限制于在此所描述的實(shí)例；其基本上是根據(jù)權(quán)利要求書。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種節(jié)能流體組合物，主要由以下各項(xiàng)組成； -按該流體組合物的體積計(jì)在70%至80%的總范圍內(nèi)的單乙二醇(MEG)， -按該流體組合物的體積計(jì)在10%至20%的總范圍內(nèi)的甘油， -按該流體組合物的體積計(jì)在0.01%至3%的總范圍內(nèi)的三乙醇胺， -按該流體組合物的體積計(jì)在0.01 %至3%的總范圍內(nèi)的腐蝕抑制劑， -按該流體組合物的體積計(jì)在0.01 %至4%的總范圍內(nèi)的一種pH控制劑，2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其中該組合物含有按該流體組合物的體積計(jì)在10%至20%的總范圍內(nèi)的丙二醇(PG)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合物，其中腐蝕抑制劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:用于鐵、鋅、鋁、銅及其組合的抑制劑。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合物，將該組合物用水稀釋。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的組合物，將該組合物用水稀釋到40%至60%以在傳熱系統(tǒng)中使用。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合物，其中該組合物具有在0.015-0.025Pa.s范圍內(nèi)的粘度。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組合物，其中該組合物具有約-40°C的冰點(diǎn)和約180°C的沸點(diǎn)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的組合物，其中通過(guò)升高溫度緩慢降低該組合物的比熱容。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，其中在高于40°C下該組合物的比熱容低于水的比熱容。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的組合物，其中在低于40°C下該組合物的比熱容高于水的比熱容。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種節(jié)能流體組合物，該組合物在冷卻和加熱傳熱系統(tǒng)二者中使用。該節(jié)能流體組合物在用水操作的傳熱系統(tǒng)中減少了能量消耗并且提高了傳熱性能。
【IPC分類】C09K5/10
【公開號(hào)】CN104955918
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201280077282
【發(fā)明人】烏米特·奧茲多魯克
【申請(qǐng)人】海德羅麥克斯國(guó)際化工貿(mào)易公司
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2012年10月30日
【公告號(hào)】CA2884466A1, EP2914679A1, US20140299812, WO2014068367A1