提高中央加熱系統(tǒng)效能的添加劑和方法
【專利摘要】本發(fā)明與提高中央供暖系統(tǒng)效能的方法相關(guān)。本發(fā)明對中央供暖系統(tǒng)的效能進(jìn)行了改善，即提出一種烷基多糖苷添加劑以減少中央供暖系統(tǒng)中的中央加熱流體的表面張力，從而改善中央加熱流體的泡核沸騰狀態(tài)和傳熱特性。本發(fā)明還涉及一種添加劑用以提高中央供暖系統(tǒng)的效能，并介紹將添加劑引入中央供暖系統(tǒng)的方法以及使用注射器將添加劑從散熱器的排氣閥引入中央供暖系統(tǒng)。
【專利說明】提高中央加熱系統(tǒng)效能的添加劑和方法
[0001]本發(fā)明主要介紹了提高中央供暖系統(tǒng)效率的方法，另外還介紹了添加劑和成套部件對于改善中央供暖系統(tǒng)的效能的作用。
[0002]近年來，在生活的各個領(lǐng)域，越來越多的人開始重視怎樣減少污染排放和提高能源效率。究其原因是因?yàn)榻┠晟鐣?、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問題的日益凸顯，尤其是能源價格的急劇攀升。
[0003]其中，在建筑物的供暖上，節(jié)約能源顯得尤為重要。目前，許多建筑物使用的是傳統(tǒng)的中央供暖系統(tǒng)，也就是加熱流體形成氣體在管道和散熱器的管網(wǎng)中進(jìn)行循環(huán)。在傳統(tǒng)中央供暖系統(tǒng)中使用的流體通常選擇價廉而隨處可得的水，并且還可以通過管道傳輸?shù)浇ㄖ镏杏米髌渌猛?。水也有著相?dāng)出色的沸騰和傳熱特性，但當(dāng)水(少量)與鍋爐的熱交換器管接觸加熱至沸騰時，加熱效率就降低了。
[0004]通常水中會添加少量腐蝕抑制劑以保持系統(tǒng)不產(chǎn)生腐蝕和沉積，這也有助于更好地進(jìn)行熱傳遞，并確保整個系統(tǒng)一直保持高效率。
[0005]現(xiàn)在使用的添加劑，如防腐劑、脫泥化學(xué)品和結(jié)垢抑制劑等均價格低廉，并使得用戶只需花少量的錢就能對系統(tǒng)進(jìn)行清理，整體降低了用戶的運(yùn)行成本。但是這些添加劑存在一些缺點(diǎn)，它們并不能提高從熱交換管到加熱水本身的熱傳遞效率。除此之外，這些添加劑大都能造成環(huán)境污染。
[0006]本發(fā)明的第一部分主要介紹了改進(jìn)的中央供暖系統(tǒng)，所述方法包括介紹一種新的添加劑即烷基多糖苷來減小中央供暖系統(tǒng)中的供熱流體的表面張力，從而提高了中央加熱流體的泡核沸騰和傳熱特性。
[0007]本發(fā)明的第二部分主要介紹了添加劑在改善中央供暖系統(tǒng)的作用原理。添加劑的使用減小了中央供暖系統(tǒng)中的加熱流體的表面張力，從而提高傳熱的中央加熱流體的泡核沸騰的效率。所述添加劑由烷基多糖苷構(gòu)成。
[0008]本發(fā)明的第三部分主要介紹了一種將添加劑引入的中央供暖系統(tǒng)，該方法包括:_
[0009]使用有柱塞和管嘴的注射器加入添加劑；
[0010]將中央供暖系統(tǒng)中的散熱器進(jìn)行隔離；
[0011]拿走上述分離的散熱器的放氣閥，從上述分離的散熱器的頂部抽掉一部分中央加熱流體；
[0012]將注射器的管嘴插入分離的散熱器；
[0013]推動注射器的柱塞使添加劑直接進(jìn)入分離散熱器的頂部；
[0014]安上該分離散熱器的排氣閥；
[0015]連接中央供暖系統(tǒng)與散熱器，從而使所述添加劑中在中央供暖系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。
[0016]本發(fā)明的第四部分主要介紹如何使用注射器將添加劑引入中央供暖系統(tǒng)中散熱器的排氣閥。注射器部分包括:
[0017]一個柱塞:-
[0018]一個盛放添加劑容器；
[0019]一個適用于散熱器排氣閥的管嘴。[0020]上述的從四個方面對本發(fā)明進(jìn)行了簡單介紹，下面的內(nèi)容和聲明將對特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0021]本發(fā)明的實(shí)例將通過舉例的方式進(jìn)行說明，參見下圖:
[0022]圖1A是目前已知的水在熱交換管中沸騰過程的示意圖；
[0023]圖1B是目前已知的較成熟的水在熱交換管中沸騰過程的示意圖；
[0024]圖2A是在中央加熱流體中加入本發(fā)明所述的添加劑后沸騰過程的示意圖；
[0025]圖2B是在中央加熱流體中加入本發(fā)明所述的添加劑后更成熟的水在熱交換管中沸騰過程的示意圖
[0026]圖3是本發(fā)明第二部分所描述的定量給料注射器的示意圖。
[0027]在目前描述的本發(fā)明的實(shí)施方法中，所述添加劑在形式上為濃縮的烷基多糖苷中的非離子烷基多苷表面活性劑。當(dāng)在現(xiàn)有的中央供暖系統(tǒng)中加入濃縮的烷基多苷時，烷基多苷的水溶液相比水來說降低了表面張力，使得溶液的沸騰特性相比單獨(dú)的水來說得到增強(qiáng)，這將在隨后進(jìn)行細(xì)致描述。
[0028]葡萄糖甙就是一個作為合適的表面活性劑被使用的例子，尤其是C8-C16烷基多苷的衍生物。一個合適的這樣的烷基多糖苷化合物就是巴黎賽比克公司生產(chǎn)的低泡清洗劑SL826。在這里，讀者可以理解成使用具有相似特性的其它物質(zhì)進(jìn)行替代。
[0029]下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明中使用的一種在國內(nèi)中央供暖系統(tǒng)定量加入添加劑的方法，參見圖3。
[0030]注射器18中裝入濃縮的添加劑16。在操作過程中，通過注射器加入的添加劑的總體積應(yīng)控制與中央供暖系統(tǒng)中散熱器所需要的量一致。注射器18上側(cè)面有刻度讓用戶能夠確定添加劑應(yīng)添加的數(shù)量(比例可以與中央供暖系統(tǒng)的散熱器推薦劑量一致)。
[0031]對于需要引入添加劑系統(tǒng)，在引入添加劑16前有必要對整個系統(tǒng)進(jìn)行沖洗。
[0032]如果比較新的系統(tǒng)，沖洗是特別必要的，因?yàn)樾枰_保鍋爐上的所有保護(hù)涂層(如礦物油)被除去。
[0033]在中央供暖系統(tǒng)加入添加劑16時，用戶應(yīng)按以下步驟執(zhí)行:
[0034]I)將散熱器從中央供暖系統(tǒng)中隔離出來；
[0035]2)卸下散熱器排氣閥，排掉散熱器頂部少量的液體使排氣閥保持水平；
[0036]3)將注射器18的管嘴22從分離的散熱器一旁插入排氣閥座；
[0037]4)推動柱塞24，將添加劑16從散熱器上方注入；
[0038]5)卸下空的(或半空的)注射器18并更換排氣閥；
[0039]6)連接中央供暖系統(tǒng)與散熱器，使添加劑在水溶液進(jìn)行循環(huán)，并與在中央供暖系統(tǒng)的流體的其余部分進(jìn)行混合。當(dāng)進(jìn)入中央供暖系統(tǒng)中循環(huán)后，有添加劑的溶液就有了較小的表面張力。
[0040]盡管未在圖3表示出來，注射器18的管嘴22可以是泡沫材料或其他彈性材料制成的套環(huán)，與散熱器的排氣閥相配合在管嘴22周圍形成密封狀態(tài)。此外，也可以設(shè)置一個單向閥，以確保在將添加劑注入散熱器后，防止添加劑再回到注射器18中。
[0041]這種添加劑可以使用在任何類型燃料的各種基于流體加熱的系統(tǒng)中使用，包括住宅或商業(yè)集中供熱系統(tǒng)，如學(xué)校、辦公室、醫(yī)院、酒店等。但在商業(yè)應(yīng)用中，不必使用上述的使用注射器將添加劑注入系統(tǒng)的方法，而應(yīng)使用劑量罐或壓力泵并用上面的方法進(jìn)行裝配。
[0042]對于商業(yè)應(yīng)用，添加劑還可以含有可見示蹤劑，從而能監(jiān)控和調(diào)整得到的中央供熱流體溶液的濃度，以達(dá)到最佳性能。
[0043]所得到的溶液的添加劑的濃度可以根據(jù)特定的需求進(jìn)行調(diào)整。不過測試表明，濃度介于IOOppm和1500ppm時,尤其是在500ppm和IOOOppm之間時，中央供熱系統(tǒng)能達(dá)到一個最佳的傳熱效率。
[0044]為了說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，首先將對僅含有水(不含本發(fā)明提出的添加劑)的中央供暖系統(tǒng)的加熱處理過程參照圖1A和IB進(jìn)行說明。
[0045]如圖1A所示，未經(jīng)處理的水14首先通過一個熱交換管10，由于其中一小部分水14與熱交換管10的管壁直接接觸，導(dǎo)致熱量從氣體火焰通過金屬管10壁傳遞給水14，水14進(jìn)而開始沸騰。在這點(diǎn)上，由于與熱交換管10相鄰的水14達(dá)到沸點(diǎn)，氣泡12開始熱交換管10管壁上形成。這些氣泡12往往在金屬熱交換管10上的小瑕疵(成核位點(diǎn))上產(chǎn)生。氣泡12逐漸長大并開始變得細(xì)長，當(dāng)其浮力克服重力時，氣泡上浮至大量水14之上。隨著水14持續(xù)變熱,氣泡12開始聚結(jié)形成較大的氣泡,隨后這些形狀不規(guī)則的大氣泡隨水在14中流動。一旦進(jìn)入水中流動，這些氣泡12隨后降溫并消散，同時將將熱量傳遞給水。因而，水14的沸騰是無規(guī)律的，并伴有氣泡12的形成、顯著的聚結(jié)和上升消散，如圖1B中所示。也就是說，在中央供暖系統(tǒng)的循環(huán)中，與熱交換管10直接接觸的氣泡12進(jìn)行流動從而將熱量從管壁傳遞給水14。然而，這樣大的氣泡12有聚結(jié)趨勢并對熱傳遞有一個臨時屏障作用，這便不能有效地將熱量傳遞到水中。
[0046]下面將在中央供暖系統(tǒng)中使用本發(fā)明的添加劑的沸騰過程與以上進(jìn)行對比，參見圖2A和2B。
[0047]如圖2A中所示，當(dāng)溶液140 (含有本發(fā)明的添加劑)經(jīng)過熱交換管100時，與管100接觸層的溶液140接近沸點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生這種情況時，與之前形成較大的氣泡不同，一些微小氣泡120在管100壁上形成。這是因?yàn)榕c水相比，溶液的表面張力降低了。隨著溶液140逐漸變熱，越來越多的微小氣泡逐漸形成。與未經(jīng)處理的水沸騰時產(chǎn)生的氣泡不同，這些氣泡120不會凝聚而形成較大的氣泡，而是直接上浮到溶液中消散(如圖2B所示)。數(shù)以千計的小直徑氣泡120的比表面積之和遠(yuǎn)比幾個大氣泡的要大，因而導(dǎo)致熱量更快、更高效地傳遞到溶液中。
[0048]改進(jìn)后的體系由于有添加劑的使用而有了較高的熱傳遞效率，使得中央加熱流體溫度上升的速率比沒有處理過的體系快得多。實(shí)際上，測試表明為了提高效率常常導(dǎo)致用戶需要關(guān)掉散熱器。相應(yīng)的，有時為了保持一定的室溫下鍋爐必須加熱，當(dāng)這種情況的頻率降低后，節(jié)省的燃料的量是顯著的。測試表明一般能減少大約10至11%的氣體消耗。此夕卜，由于鍋爐運(yùn)作后不用長時間保持工作，這也減少了對中央供暖系統(tǒng)的維護(hù)。
[0049]本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是該添加劑還具有抑制腐蝕的性能。然而，如果另外添加的腐蝕抑制劑也需要與溶液進(jìn)行混合，則需要在不影響本發(fā)明添加劑改進(jìn)傳熱性能的條件下進(jìn)行。事實(shí)上，可將添加劑與如磺基等無機(jī)化學(xué)品進(jìn)行混合，以幫助系統(tǒng)進(jìn)行清潔或去除污泥；或是與殺菌劑混合為系統(tǒng)提供抗菌環(huán)境。
[0050]該添加劑也符合環(huán)保要求，這使得一個大型的商業(yè)中心的中央供熱系統(tǒng)中的中央加熱流體排放時不會危害污水處理廠或排水網(wǎng)的安全。此外，該添加劑有著很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)性質(zhì)，使得它不會在中央供暖系統(tǒng)的使用過程中隨時間(如，至少一年)的推移而降解。
[0051]在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對具體工藝條件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和替換。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明對中央供暖系統(tǒng)的效能進(jìn)行了改善，即提出一種烷基多糖苷添加劑以減少中央供暖系統(tǒng)中的中央加熱流體的表面張力，從而改善中央加熱流體的泡核沸騰狀態(tài)和傳熱特性。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述方法，進(jìn)一步介紹了所述添加劑表面活性劑的使用。
3.依據(jù)權(quán)利要求2所述方法，進(jìn)一步介紹了所述添加劑非離子表面活性劑的使用。
4.依據(jù)前述權(quán)利要求所述方法，進(jìn)一步介紹了所述添加劑烷基聚葡糖苷的使用。
5.依據(jù)權(quán)利要求4所述方法,進(jìn)一步介紹濃度介于IOOppm和1500ppm之間的烷基多糖苷對于所述中央加熱流體的作用。
6.依據(jù)權(quán)利要求5所述方法,進(jìn)一步介紹濃度介于500ppm和1000ppm之間的烷基多糖苷對于所述中央加熱流體的作用。
7.介紹用于改善中央供暖系統(tǒng)的效率的添加劑，有助于減小中央供暖系統(tǒng)中的中央加熱流體的表面張力，從而改善中央加熱流體的傳熱和泡核沸騰特性。其中所述添加劑包括烷基多糖苷。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述添加劑，其中包含表面活性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述添加劑，其中包含含有非離子表面活性劑的表面活性劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7-9所述添加劑，其中包含烷基多糖苷。
11.根據(jù)權(quán)利要求7-10所述添加劑，其中包含一個額外的腐蝕抑制劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述添加劑，其中所述添加劑進(jìn)一步包含緩蝕劑、阻垢劑、污泥調(diào)節(jié)器或殺菌劑的至少一種。
13.介紹將添加劑引入中央供暖系統(tǒng)的方法，方法包括:_ 在有活塞和管嘴的注射器中加入添加劑； 將中央供暖系統(tǒng)中的散熱器隔離出來； 卸下上述分離的散熱器的排氣閥，從上述分離的散熱器的頂部抽走中央加熱流體的一部分； 將注射器的管嘴插入分離的散熱器中； 推動所述注射器的柱塞將添加劑從分離的散熱器的頂部注入； 安上分離的散熱器的排氣閥； 連接中央供暖系統(tǒng)和散熱器，使得所述添加劑在中央供暖系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)。
14.使用注射器將添加劑從散熱器的排氣閥引入中央供暖系統(tǒng)。注射器包括:_ 柱塞部分； 盛放添加劑的容器； 適用于散熱器排氣閥的管嘴。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述注射器，其中所述管嘴還包括一個彈性套環(huán)，與散熱器的排氣閥相配合在管嘴周圍形成密封狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述注射器，其中所述噴嘴還包括一個安裝單向閥的注射器。
17.在中央供暖系統(tǒng)中使用成套部件以提高加熱效率，其中成套部件包括權(quán)利要求7中所述添加劑和聲明14中所述注射器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述成套部件，其中包括將添加劑預(yù)先放入注射器以備使用。
【文檔編號】F24D19/00GK104024743SQ201280055404
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月1日
【發(fā)明者】羅伯特·威爾遜, 格里·德尼 申請人:茵瓦爾麥克斯有限公司