FI107163B - Neste kostutus/sumutusjäähdytyslaitteistoihin - Google Patents

Description

5 107163

Neste kostutus/sumutusjäähdytyslaitteistoihin Vätska för fukt/sprejavkylningsanläggningar . Tämän keksinnön kohteena on kostutus/sumutusjäähdytykseen käytettävä neste, joka erityisesti soveltuu epäsuoriin kostutus/sumutusjäähdytys-laitteistoihin.

10 Kostutus/sumutusjäähdytysjärjestelmissä ja -laitteistoissa käytetään yleisesti jäähdyttävää liuosta, joka sumutetaan jäähdytettävään kohteeseen. Sumutusjäähdytystä käytetään esim. talotekniikassa ja erityisesti ilmastointilaitteistoissa. Yleisimmin nesteenä käytetään nykyisin vettä, koska se on turvallinen ja hajuton käyttää ja sillä on lisäksi 15 hyvät lämmönsiirto-ominaisuudet. Vedellä on kuitenkin omat rajoituksensa käytön suhteen, koska se jäätyy jo 0°C:ssa.

Jäätymisenestoaineita, kuten etyleeni- ja propyleeniglykolia, ei suosita, koska nämä yhdisteet aiheuttavat korroosio-ongelmia, haihtuessaan 2 0 ne levittävät ilmavirran mukana epämiellyttävää hajua, niillä on korkea viskositeetti ja melko huomattava myrkyllisyys.

Jäähdytysnesteitä käytetään yleisesti sekä teollisuudessa, taloteknii- i ·"·' kassa, kylmäkoneissa ja moottorisovellutuksissa. Jäähdytysnesteille on ; 25 tärkeää hyvät lämmönsiirto-ominaisuudet. Tämä edellyttää hyvää ominais-

III I

• lämpökapasiteettia, lämmönjohtavuutta ja pumppausominaisuuksia. Nes- I « « ( teille on tyypillistä matala viskositeetti alhaisissa lämpötiloissa, • · ;·, koska tällöin neste pystytään saamaan turbulenttiseen virtaukseen pie- • ·« ·.. nemmällä pumppausteholla.

• a · * 30

Edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi jäähdytysnesteiden tärkeitä « c *···* ominaisuuksia ovat myös ympäristöystävällisyys ja myrkyttömyys, varsin-

III

• · kin elintarviketeollisuuden ja käyttöveteen liittyvissä kohteissa. Jäähdytysneste ei saa olla haitaksi prosessoitavalle tuotteelle millään 35 tavalla. Nesteen pienet vuodot prosessiin voisivat näin ollen aiheuttaa « 4 vakaviakin onnettomuuksia. Tämän takia nesteen myrkyttömyys on eräs • · · ··«· ratkaisevimpia tekijöitä.

• « · « · · 2 107163

Vesi on useimmilta ominaisuuksiltaan lähes täydellinen lämmönsiirtones-te. Sillä on hyvät jäähdytys- ja pumppausominaisuudet. Lisäksi vesi on täysin myrkytön ja vaaraton ympäristölleen. Edelleen sillä ei ole minkäänlaisia syttymisominaisuuksia. Veden suurin haittatekijä on sen sup-5 pea käyttölämpötila-alue. Vesi tunnetusti jäätyy jo 0°C:ssa ja se kiehuu 100°C:ssa. Lisäksi vesi aiheuttaa korroosiota, varsinkin rautapitoisten aineiden yhteydessä.

Tyypillisimpiä vesipohjaisia jäähdytysnesteitä ovat etyleeniglykolin, 10 propyleeniglykolin ja etanolin vesiseokset. Etyleeniglykoli on eräs tunnetuimmista jäähdytysnesteistä ja sitä käytetään varsinkin autoteollisuuden käyttökohteissa. Etyleeniglykolin käytön haittapuolena on kuitenkin aineen myrkyllisyys ja vähäisempi ympäristöystävällisyys. Pro-pyleeniglykolia käytetäänkin usein etyleeniglykolin sijasta käyttökoh-15 teissä, joissa tarvitaan myrkyttömämpiä ominaisuuksia. Vaikka propy- leeniglykoli on suhteellisen myrkytön, se on kuitenkin ympäristöä saastuttava aine. Propyleeniglykolin eräs haittapuoli on sen suuri viskositeetin kasvu alhaisissa lämpötiloissa, joka nostaa pumppaustehon tarvetta .

20

Etanolin vähäisempi myrkyllisyys etyleeniglykoliin verrattuna on etuna sen käytölle, mutta etanolin käytön haittana on suuri haihtuvuus ja sen seurauksena tulipaloherkkyys ja viskositeetin suuri kasvu alhaisissa ·· ! lämpötiloissa, joka on kuitenkin edullisempi kuin propyleeniglykoleil- « < t .M : 25 la. Tästä syystä etanoli on yleisesti käytetty aine jäähdytysnesteenä • · · • laboratorioissa ja myrkyttömyyttä vaativissa oloissa. Kuitenkin etano- • · I Iin käytöllä on ongelmana sen vaatimat terveysviranomaisten vaatimat : ·"; lupa-asiat, jotka vaikeuttavat nesteen käyttöä.

• 30 Patenttijulkaisussa FI-99260 on kuvattu julkaisussa määritellyn beta- • «

• M

4···# iiniseoksen käyttö lämmönsiirtonesteenä. Julkaisun tekniikan tason . kuvauksessa on viittaus mainitun nesteen käyttöön lämmönsiirtonestei- 1 t I « « w siin perustuvissa jäähdytyslaitteissa. Hyvin yleinen maininta lämmön- * 'siirto/jäähdytysnesteiden käytöstä ei ohjaa millään tavoin valitsemaan 35 käytettävää nestettä tai sille sopivaa pitoisuutta, lisäaineistusta tai • I · ·.. muuta tarvittavaa. Julkaisu ainoastaan ohjaa käyttämään esitettyä koos- • · • » « 3 107163 tumusta lämmönsiirto/jäähdytysnesteenä ratkaisuissa, jotka perustuvat lämmönvaihtimiin.

Tämän keksinnön päämääränä on aikaansaada neste kostutus/sumutusjäähdy-5 tykseen, joka soveltuu erityisesti käytettäväksi epäsuoriin kostutus-/sumutusjäähdytysjärjestelmiin ja -laitteistoihin, ja jonka avulla pystytään ratkaisemaan tekniikan tasosta tunnettujen ratkaisujen ongelmat ja eliminoimaan epäkohdat.

10 Keksinnön tavoitteena on myös aikaansaada alhaisissa lämpötiloissa käytettäväksi soveltuva kostutus/sumutusjäähdytysneste, joka on sekä terveydellisesti että ympäristöllisesti turvallinen käyttää sekä myös taloudellinen.

15 Keksinnön mukaiselle kostutus/sumutusjäähdytysnesteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa..

Kostutus/sumutusjäähdytykseen käytettävän liuoksen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat pieni pisarakoko ja nesteen alhainen lämpötila. Pieni 20 pisarakoko kasvattaa liuoksen ja ympäröivän kaasun välistä lämmönsiir-topinta-alaa ja suuri lämpötilaero taas kasvattaa lämmön/jäähdytyksen tehoa.

« « « « 4 • · · ! Keksinnön mukaisessa ratkaisussa edullinen yhdiste käytettäväksi kostu- ; 25 tus/sumutusjäähdytysnesteen komponenttina on trimetyyliglysiini tai • · · ; trimetyyliglysiinihydraatin suolat. Erityisen edullinen on trimetyyli- • * Ϊ glysiini eli betaiini. Betaiinia voidaan valmistaa mm. eristämällä sitä luonnossa esiintyvistä tuotteista, esim. sokerijuurikkaasta, joka mah- * dollistaa biologisperäisen, elinkaariketjulta edullisen kostutus/sumu-30 tus jäähdytysnesteen tuotannon.

• f • · · • » · • · *!* Keksinnön mukaisissa kostutus/sumutusjäähdytysjärjestelmissä, edul- . ·; lisesti epäsuorissa järjestelmissä, käytettävä neste sisältää 5-35 % (p/p) trimetyyliglysiiniä tai sen johdannaisia ja 65-95 % (p/p) vettä.

·:· 35 • ·« • 4 *49 4 107163 Tämän kostutus/sumutusjäähdytysnesteen etuna on sen myrkyttömyys, turvallisuus ja hajuttomuus. Sen fysikaaliset ominaisuudet ovat samat kuin glykoliliuoksilla ja se soveltuu käytettäväksi lämpötiloissa -20...+50°C. Edullinen käyttölämpötila-alue on -15...+30°C. Trimetyyli-5 glysiini eli betaiini pienentää vesipisaran kokoa, joka voi johtua trimetyyliglysiinimolekyylin hydrofobisen metyylipään ja hydrofiilisen happopään vaikutuksesta. Tämä mahdollistaa nesteen käytön alle 0°C:n lämpötiloissa.

10 Keksinnön mukaisen kostutus/sumutusjäähdytysnesteen kanssa voidaan haluttaessa käyttää tavanomaisia, kulloinkin tarpeellisia korroosio-inhibiittoreita, stabilointi- ja merkitsemisaineita ja muita lisäaineita, jotka ovat alalla hyvin tunnettuja.

15 Keksinnön mukainen kostutus/sumutusjäähdytysneste on tunnettuja jäähdytysnesteitä myrkyttömämpi ja ympäristöystävällisempi. Sitä ei luokitella ongelmajätteeksi ja sen helppo hävittäminen alentaa kustannuksia. Nesteen käsittely jätteenä ei vaadi erityisiä toimenpiteitä, se voidaan imeyttää maahan tai laskea viemäriin, kun taas tekniikan tason mukai-20 sissa ratkaisuissa käytetyt etyleeni-, propyleeniglykolit ja etanoli joko ongelmajätelaitoksella tai viranomaisten valvonnassa.

Keksinnön mukainen kostutus/sumutusjäähdytysneste soveltuu käytettäväksi erilaisissa kostutus/sumutusjäähdytyssovelluksissa, erityisesti 25 sellaisissa, joissa lämpötilat ovat alhaisia ja edellytetään ympäris- • · · • 1.· töystävällisyyttä ja myrkyttömyyttä.

« · • · • · · :1·1: Yhdisteiden myrkyllisyyttä on arvioitu kirjallisuudesta saatujen LDS0- arvojen perusteella. Käytetyt LDS0-arvot on testattu rotilla oraalises- .1·. 30 ti. Arvot on esitetty taulukossa I.

♦ ·· • · · • r • · · 4(11 • 4 1 ( « 5 107163

Taulukko I

Yhdiste ^so/mg/kg 5 Etyleeniglykoli 4 700

Propyleeniglykoli 20 000

Etanoli 7 060

Trimetyyliglysiini 11 179 10

Taulukossa II on vertailtu liuosten kinemaattista viskositeettia jäätymispistettä -15°C vastaavassa pitoisuudessa. Jäätymispisteenä on lämpötila, jossa ensimmäiset kiteet muodostuvat liuokseen.

15 Taulukko II

Neste Pitoisuus Kinemaattinen viskositeetti p-% mm2/ s

Lämpötila 20°C 0°C -10°C -15°C

« ' Etyleeniglykoli 30,5 2,1 4,3 6,5 8,2 y,·, 20 Propyleeniglykoli 33 3,3 7,8 14,4 20 • ·

Etanoli 24,5 2,5 5,9 10,9 15,8 • · C ....... . —- ,,l l—ll -

Trimetyyli- 35 2,1 5,1 11 17,2 glysiini • 1 2 <· __ • 1 li ^ —i^—1 ♦ · • · « · · • · * 25 2 · 6 107163

Seuraavassa taulukossa III on esitetty trimetyyliglysiinin vaikutus vesiliuoksen jäätymispisteessä.

Taulukko III 5

Trimetyyliglysiinipitoisuus Jäätymislämpötila / °C

5 -0,9 10 -2,1 20 -5,1 10 25 -7,2 30 -10,7

Taulukossa IV on esitetty tyypillisten lämmönsiirtonesteiden pintajän-15 nityksiä. Trimetyyliglysiiniliuoksen pintajännitys on veden tasolla ja glykoleita korkeampi.

Taulukko IV

I · t | 1 > - ----------- ----------, ,,------ • 20 Liuos Pintajännitys mN/m

Vesi 72 • · · • · · ' ' I I - ..... I III ..............- " i. ’ Etyleeniglykoli (50 p-%) 55 » · • ,·1""1 1 1 “““““^““^ “ .*j’ Propyleeniglykoli (50 p-%) 45

Trimetyyliglysiiniliuos (35 p-%) 72 • · —.III. ..—..I..·· . n ....I. 1 ........ ........................ ..........-1.1.1.- • « *** 25 Trimetyyliglysiiniliuos (50 p-%) 76 « · • · · ~~ΓΤΓ*Ί·ιν*ΙιΊ .1 III I .11 II ! I I —

I · V

• I « • « · • · I · « · 107163 7

Taulukossa V on esitetty höyrynpaineita eri lämmönsiirtonesteille lämpötilassa 37,8°C. Trimetyyliglysiiniliuoksen höyrynpaine on muita liuoksia alhaisempi, tällöin trimetyyliglysiiniliuos ei niin helposti haih-du/höyrysty ilmavirran mukaan.

5

Taulukko V

Liuos Höyrynpaine (T=37,8°C)/Pa

Vesi 6,1 10 Etyleeniglykoli (50 p-%) 5,5

Propyleeniglykoli (50 p-%) 5,2

Trimetyyliglysiiniliuos (30 p-%) 5,4

Trimetyyliglysiiniliuos (50 p-%) 4,1 15

Keksinnön mukainen liuos, joka sisältää 5-35 p-% trimetyyliglysiiniä tai sen johdannaisia ja 65-95 p-% vettä, soveltuu kostutus/sumutusjäähdytys järjestelmiin ja erityisesti epäsuoraan kostutus/sumutusjäähdytys-laitteistoon.

20

I I I

i Kuviossa 1 on esitetty tyypillinen kostutus/sumutusjäähdytyslaitteisto, I ( ;| jossa epäsuora kostutusjäähdytys on yhdistetty koneelliseen jäähdytyk- ♦ · · • \ϊ seen. Raitisilma tulee sisään kohdasta 1, josta se johdetaan lämmön- • · Σ talteenottolaitteeseen 2, joka viilentää raitisilmaa ja jäähdyttää :*·*; 25 poistoilmaa. Kohta 3 kuvaa koneellista jäähdytystä, 4 koneellisia ilmanvaihtopumppuja ja 5 sisääntulevaa ilmaa. Kohta 6 kuvaa poisto- .*♦% ilmaa, joka johdetaan kostutus/sumutuslaitteeseen 7, josta edelleen • « • · · lämmöntalteenottolaitteeseen 2, josta jäähdytetty poistoilma johdetaan ”* koneellisen ilmanvaihtopumpun 4 kautta ulos. Epäsuoraa kostutusjäähdy- * · ·.'·· 30 tystä käytetään yhdessä koneellisen jäähdytyksen kanssa koneellisen *·"! jäähdytystarpeen pienentämiseen. Epäsuoran kostutusjäähdytyksen ideana on kostuttaa poistoilmaa, jolloin samanaikaisesti poistoilman lämpötila laskee. Jäähtyneellä poistoilmalla jäähdytetään raitisilmaa lämmöntal-teenottolaitteen välityksellä. Tarvittaessa tämän jälkeen lämmitetään 35 vielä koneellisesti tuloilma. Käytettäessä pelkästään koneellista jääh- 4 8 107163 dytystä, energian kulutus on noin 3-4 kertainen verrattuna epäsuoran jäähdytyksen ja koneellisen jäähdytyksen yhdistelmään.

Trimetyyliglysiini on myrkytön ja hajuton luonnosta saatava raaka-aine. 5 Se laskee veden jäätymispistettä, sillä on erinomaiset lämmönsiirto-ominaisuudet, siitä ei haihdu epämiellyttäviä hajuja eikä lisäksi sen " yhteydessä tarvita korroosioinhibiittoreita estämään korroosiota, koska se jo sinänsä omaa alhaisen korroosion. Suurimpina etuina käytettäessä trimetyyliglysiiniliuosta sumutusjäähdytyslaitteistoissa mainittakoon 10 matalampi veden lämpötila, jolloin jäähdytysteho kasvaa ja näin voidaan systeemiä käyttää myös lähellä 0°C olevan ilman jäähdytykseen esim. kylmävarastoissa, jolloin ilma jäähtyy alle 0°C:n lämpötilaan. Edelleen sen hajuttomuus sekä parempi pisarointi suuren pintajännityksen ansiosta tekevät sen käytön erittäin houkuttelevaksi.

15

Keksintöä on edellä selostettu vain eräisiin sen edullisiin esimerkkeihin viitaten, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus mitenkään ahtaasti rajoittaa. Monet muunnokset ja muunnelmat ovat mahdollisia seuraavien patenttivaatimuksien määrittelemän keksin-20 nöllisen ajatuksen puitteissa.

·* ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ · • · • · • » • ♦ · • ♦ < ♦ ♦ c 4 *4 · • · • « ·«· • · * • · « • * · • 4 « · • « · • · • ·

»I I

Claims (3)

107163

1. Nesteen käyttö kostutus/sumutusjäähdytysjärjestelmissä, tunnettu siitä, että neste käsittää trimetyyliglysiinin vesiliuosta. 5

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, tunnet tu siitä, että neste käsittää 5-35 p-% trimetyyliglysiiniä tai sen johdannaisia ja 65-95 p-% vettä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö jäähdytysjärjestelmissä, jois sa mainittua nestettä sumutetaan suoraan jäähdytettävään ilmaan ja/tai ilmaa jäähdyttävälle lämmönsiirtopinnalle. 15 • II1 • · • · • · · « · • J · · • · • · · • · · • Il · • · · • · · • · • · • · • · • M • · · • · · • · · • · • · · . · · Ml • · « · · • I · • · • I · • · • · • I I « « · « « « · · « I I I • · · 107163 ίο