RU2814501C2 - Многокомпонентная охлаждающая наножидкость - Google Patents
Многокомпонентная охлаждающая наножидкость Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814501C2 RU2814501C2 RU2022119400A RU2022119400A RU2814501C2 RU 2814501 C2 RU2814501 C2 RU 2814501C2 RU 2022119400 A RU2022119400 A RU 2022119400A RU 2022119400 A RU2022119400 A RU 2022119400A RU 2814501 C2 RU2814501 C2 RU 2814501C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanoparticles
- neonol
- aerosil
- oxide
- cuo
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 30
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- 239000010725 compressor oil Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims abstract description 10
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 9
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 claims abstract description 5
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 abstract 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 18
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 14
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- BJAJDJDODCWPNS-UHFFFAOYSA-N dotp Chemical compound O=C1N2CCOC2=NC2=C1SC=C2 BJAJDJDODCWPNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 description 7
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 7
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical group OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229940075614 colloidal silicon dioxide Drugs 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано при изготовлении холодильных установок и в системах кондиционирования. Многокомпонентная охлаждающая жидкость содержит компрессорное масло, наночастицы оксидов металлов, неонол и аэросил. В качестве компрессорного масла используется синтетическое, или минеральное масло, или их смеси. Наночастицы оксидов металлов представляют собой наночастицы оксида меди CuO, оксида титана TiO2, оксида алюминия Al2O3, оксида железа Fe2O3, оксида железа Fe3O4 или оксида вольфрама WO3. Изобретение позволяет повысить теплопередачу в теплообменных и холодильных системах, расширить диапазон рабочих температур, снизить количество используемого теплоносителя и увеличить срок службы охлаждающей жидкости. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 7 табл., 4 пр.
Description
Изобретение относится к области теплообмена и может использоваться для охлаждения различных агрегатов, таких как бытовые и промышленные холодильные установки, системы кондиционирования, автомобильные системы климат-контроля, системы для создания искусственного льда. Более конкретно, настоящее изобретение относится к многокомпонентным охлаждающим жидкостям.
С развитием энергонасыщенных электронных технологий возникает необходимость создания эффективных систем охлаждения и управления большими тепловыми потоками. Холодильная техника потребляет около 20% всей вырабатываемой в мире электроэнергии. Таким образом, поиск способов повышения КПД холодильной техники является актуальной насущной задачей, результатом решения которой будет являться существенная экономия электроэнергии.
КПД напрямую зависит от эффективности теплообменных процессов в системе. В целом, существуют два основных пути повышения КПД холодильных машин. Один из которых - изменение конструкционных особенностей холодильного контура, от простого изменения формы теплообменников и аппаратов на более эффективную, до изменения самого цикла холодильной машины. Такие мероприятия часто являются довольно дорогостоящими. В настоящее время наиболее перспективным путем повышения энергоэффективности холодильной техники является использование наножидкостей в теплообменных процессах.
Наножидкостью называют двухфазную среду, состоящую из жидкости и равномерно распределенных в ней частиц твердой фазы нанометрового диапазона размеров. Характерной особенностью наножидкостей является значительное изменение теплофизических свойств базовой жидкости даже при небольшой концентрации наночастиц.
В работе Shengshan Bi из State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering, Xi’an Jiaotong University, 2011 г. описаны наножидкости с частицами оксида титана (II), добавленными в холодильный контур, работающий на изобутане. Показано, что наночастицы не оказывают отрицательного влияния на работу холодильной машины и показывали 9,6% уменьшение энергопотребления в сравнении с чистым изобутаном, при концентрации в 0,05% по объему. Было отмечено уменьшение потребления энергии на 5.94% для 0.1% концентрации оксида титана и 9.6% для 0.5% концентрации того же материала.
Также проводились исследования и с такими системами: во фреоне R134A первоначально растворяли минеральное масло 3GS для низкотемпературных систем, а затем добавляли наночастицы оксида алюминия Al2O3 (N. Subramani и M. J. Prakash из Department of Mechanical Engineering, TKM College of Engineering, Kollam, Kerala, INDIA, 2011 г.). Полученные результаты показали более высокую эффективность заморозки и на 25% меньшее потребление энергии в сравнении с чистым хладагентом.
Известна разработка, направленная на повышение производительности бытового холодильного оборудования с применением наножидкости на основе компрессорного (минерального) масла с добавлением в рабочий контур наночастиц, а более конкретно - частиц Al2O3 и TiO2 в объемных концентрациях 0,05% и 0,1%. Было показано, что наночастицы не оказывали вредоносного влияния на работу холодильного устройства. Также отмечено уменьшение электропотребления на 19% и 22% в случае 0,05% и 0,1% концентраций для оксида алюминия и 15% и 28% в случае 0,05% и 0,1% концентраций для оксида титана (M.E. Haque и R.A. Bakar из Faculty of Mechanical Engineering, Universiti Malaysia Pahang, 2016). Недостатками описанных наножидкостей является недостаточная стабильность для использования в холодильных установках в течение длительного времени работы оборудования, а также повышение динамической вязкости при увеличении концентрации наночастиц.
Также известна охлаждающая композиция на водной основе по патенту РФ 2604232, приоритет от 25.05.2012, ШЕВРОН Ю.Эс.Эй. ИНК. (US), ЛИВЕНС Серж С. (US), ДЕ КИМПЕ Юрген П. (US), содержащая наночастицы диоксида кремния, средний диаметр которых находиться в диапазоне от 0,1 до 1000 нм, а также содержит силикат с функциональной группой фосфоната и ингибитор коррозии металлов. Технический результат изобретения заключается в получении водного теплопередающего раствора, проявляющего улучшенную устойчивость, а также теплопроводность, который также обеспечивает защиту от образования коррозии. Недостатком указанной разработки является слишком большой разброс размерностей наночастиц, зависимость работы от качества частиц в различных партиях продукта, что негативно отражается на теплопроводных свойствах, а также способствует образованию крупных агломераций частиц, также ухудшающих теплопроводные свойства. Кроме того, указанные факторы будут отрицательно влиять и на сроки стабильности смеси: во время хранения и транспортировки ее свойства также будут ухудшаться с течением времени.
Несмотря на имеющиеся разработки в данной области существует насущная потребность в проведении дальнейшей работы по улучшению эксплуатационных свойств охлаждающих наножидкостей. Преимущества за разработками, в которых в составе наножидкостей будут использованы несколько компонентов, каждый из которых будет вносить свой вклад по улучшению различных параметров, так и за счет синергетических эффектов. При этом, на данный момент разработку таких эффективных наножидкостней затрудняет отсутствие данных, в том числе по термодинамическому поведению жидкостей в многокомпонентных смесях.
Краткое описание графических материалов изобретения.
Фиг. 1 - график зависимости теплоотдачи от типа наночастиц.
Фиг. 2 - график зависимости вязкости наножидкости с частицами оксида меди CuO от скорости сдвига.
Поставленная задача решается созданием многокомпонентной охлаждающей наножидкости, на основе компрессорного масла, содержащей наночастицы оксида металла и функциональные добавки.
Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение параметров теплопередачи в теплообменных и холодильных системах, расширение диапазона рабочих температур, снижение количества используемого в системе холодильного теплоносителя, увеличение срока службы охлаждающей жидкости.
В качестве базовой жидкости (основы) заявляемой многокомпонентной охлаждающей наножидкости выбрано компрессорное масло. В компрессорное масло введены наночастицы оксида металла, аэросил и функциональная добавка.
В качестве компрессорного масла могут быть использованы любые компрессорные масла, прошедшие соответствующую сертификацию (см. Таблицу 1). Также могут быть использованы синтетическое или минеральное масло или их смеси. Выбор масел не является исчерпывающим и не ограничен указанными в Таблице 1.
Таблица 1 - допустимые комбинации масел и наночастиц
| Масло | ПАВ | НЧ | ХФ (отеч.) | Mobil | TOTAL PLANETELF | SUNISO | Bitzer | ||
| R12 | минеральное | Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
ХФ12-16 | Mobil Gargoyle Arctic Oil 155,300 | Suniso 3GS, 4GS | |||
| R22 | минеральное, синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
ХФ 22-24 | Mobil Gargoyle Arctic Oil 155,300, Mobil | LUNARIASK | Suniso 3GS, 4GS | Bitzer В 5.2, Bitzer В100 | |
| R23 | Синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
Mobil EAL Arctic 32,46, 68,100 | PLANETELF ACD 68M | Suniso SL32, 46,68,100 | Bitzer BSE 32 | ||
| R134a | Синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
Mobil Arctic Assembty Oil 32, Mobil EAL Arctic 32,46,68,100 | PLANETELF ACD 32,46,68,100, PLANETELF PAG |
Suniso SL 32, 46,68,100 | Bitzer BSE 32 | ||
| R404a | синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
Mobil EAL Arctic 32,46, 68,100 | PLANETELF ACD 32,46, 68,100 | Suniso SL32, 46,68,100 | Bitzer BSE 32 | ||
| R406a | синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
ХФ 12-16 | Mobil Gargoyle Arctic Oil 155,300 | Suniso 3GS, 4GS | |||
| R407c | синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
Mobil EAL Arctic 32,46, 68,100 | PLANETELF ACD 32,46, 68,100 | Suniso SL 32, 46,68,100 | Bitzer BSE 32 | ||
| R410a | синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
Mobil EAL Arctic 32,46, 68,100 | PLANETELF ACD 32,46, 68,100 | Suniso SL 32, 46,68,100 | Bitzer BSE 32 | ||
| R507 | синтетическое | ДОТФ, Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
Mobil EAL Arctic 22 CC, 32, 46,68,100 | PLANETELF ACD 32,46, 68,100 | Suniso SL 32, 46,68,100 | Bitzer BSE 32 | ||
| R600a | минеральное | Неонол | Оксиды металлов + Аэросил |
ХФ 12-16 | Mobil Gargoyle Arctic Oil 155. 300 | Suniso 3GS, 4GS | |||
В одном из конкретных вариантов осуществления изобретения использовалось синтетическое масло Suniso 32l, которое наиболее предпочтительно для использования в теплообменных системах с использованием хладагента R134a.
Выбор масла также зависит от того, какой хладагент используется в системе. Так предпочтительно для фреона r600a используется минеральное масло, для хладагентов r134a, r410a - синтетическое масло.
В результате проведенных исследований была выполнена серия экспериментов по измерению коэффициента теплоотдачи в условиях вынужденной конвекции в наножидкостях. Исследовали наножидкости с применением различных агентов и концентраций. Показано, что при неизменном значении числа Рейнольдса 2% концентрация оксида меди смогла продемонстрировать более чем на 40% увеличение значения коэффициента теплоотдачи в сравнении с дистиллированной водой.
Продемонстрирована прямая зависимость коэффициентов теплоотдачи и теплопроводности от материала, из которого состоят наночастицы. Так, например, для 2% концентрации частиц оксида железа увеличение значения коэффициента теплоотдачи составило всего 5%, алмазных наночастиц уже на 15%, диоксида титана на 35%, а оксида меди на целых 40% по сравнению с чистой жидкостью без наночастиц. Результаты зависимостей теплоотдачи от типа наночастиц представлены в виде графика на Фиг. 1. Где: кривая 1 соответствует образцу «2% CuO + вода», кривая 2 - «2% TiO + вода», кривая 3 - «вода», кривая 4 - «2% алмаз + этиленгликоль», кривая 5 - «2% Fe3O4 + этиленгликоль», кривая 6 - «этиленгликоль».
Результаты зависимостей вязкости наножидкости с частицами оксида меди CuO от скорости сдвига представлены в виде графика на Фиг 2. Где: кривая 7 соответствует образцу в концентрации 0,25% CuO, кривая 8 - 0,5% CuO, кривая 9 - 1% CuO, кривая 10 - 2% CuO. Самой важной частью исследований оказалась оценка динамической вязкости наножидкостей, т.к. главным ограничением увеличения теплоотдачи наножидкостей является их нелинейно возрастающая вязкость с увеличением концентрации частиц в базовой жидкости, что показано на Фиг 2.
Таким образом, было показано, при использовании в качестве наночастиц оксида меди CuO в концентрации 1% со средним размером частиц 35-70 нм, достигается максимально возможный позитивный эффект теплообмена и минимально возможной вероятности химического взаимодействия с контуром и влияния на вязкость. 2% концентрация не подходит из-за возрастающей динамической вязкости, что потенциально может оказывать негативный эффект на работу компрессора и повышать расход электроэнергии, сводя на нет весь энергосберегающий эффект разработки. В качестве наночастиц могут быть использованы также следующие оксиды металлов: TiO2, Al2O3, Fe2O3, Fe3O4, WO3.
Размерность наночастиц так же выбрана из-за двух причин: наибольшая распространенность среди изготавливаемых нанопорошков и минимальная способность к их алгомерации в более крупные соединения, которые так же будут способствовать увеличению вязкости и ухудшению работы системы.
Также в состав многокомпонентной охлаждающей наножидкости вводится коллоидный диоксид кремния SiO2 (аэросил) со средним размером наночастиц 5-20 нм, в концентрации 0,1%. Он используется для стабилизации смеси, чтобы предотвращать седиментацию во время длительного хранения. 0,1% является оптимальной концентрацией, т.к. позволяет продлить сроки хранения до 12 месяцев и не оказывает негативного влияния на вязкость.
Введение аэросила позволяет снизить количество используемого в системе фреона практически до 75 %, что отображено на таблице ниже. Дальнейшее снижение количества фреона нежелательно ввиду большей нагрузке на компрессор системы, в виду несоответствия количества рабочего тела.
В ходе работ было выявлено, что наличие наночастиц чрезвычайно сильно увеличивает теплоотдачу в контуре, вследствие чего образуется изморозь на испарительной части контура. Для достижения корректной работы поэтапно стравливался лишний фреон и проводились повторные измерения. Данные об этом представлены в Таблице 2.
| Таблица 2 - данные эксперимента | ||||
| Количество фреона в системе, г | Наличие наночастиц в контуре | Средний расход энергии, Вт | Наличие изморози на контуре | Температура в холодильной камере, °С |
| 45 | нет | 63 | Нет | |
| 45 | да | 62 | Да | +4,1 |
| 40 | да | 59 | Да | +4 |
| 35 | да | 57 | Нет | +4,2 |
| 30 | да | 56 | Нет | +4,1 |
| 25 | да | 56 | Нет | +4,2 |
| 20 | да | 54 | Нет | +4 |
| 15 | да | 55 | Нет | +4,1 |
Из полученных результатов видно, что добавление наночастиц в холодильный контур не только позволяет уменьшить количество фреона в системе на 25% сохранением рабочего режима, но и также сократить энергопотребление на 12-20% в сравнении с чистым фреоном при наличии в системе наночастиц оксида меди в необходимой концентрации.
Для стабилизации многокомпонентной смеси в ее состав также вводят ПАВ - неонол. Представляет собой техническую смесь полиэтиленгликолевых эфиров моноалкилфенолов следующего состава: C9H19C6H4O(C2H4O)nH, где C9H19 - алкильный радикал изононил, присоединенный к фенолу преимущественно в пара-положении к гидроксильной группе, n - усредненное число молей окиси этилена, присоединенное к одному молю алкилфенолов. Наличие данного стабилизирующего компонента вместе с аэросилом позволяет достичь увеличить нормативный срок службы охлаждающей смести по сравнению с аналогами - до 2-х лет, предотвращая седиментацию и образование крупных агломераций наночастиц. Данный ПАВ выбран в качестве основного, т.к. совместим со всеми типами компрессорного масла, в настоящий момент используемых в холодильной технике. ПАВ в большей степени отвечает за предотвращение образования крупных агломераций, в то время как аэросил препятствует седиментации смеси и выпадению в осадок.
В Таблице 3 приведен компонентный состав заявляемой охлаждающей жидкости: процентное содержание относительно единицы массы, концентрация, а также размер частиц.
| Таблица 3. Состав многокомпонентной охлаждающей наножидкости | |||
| № | Компонент | Содержание, масс. % | Размер частиц, нм |
| 1 | CuO, TiO2, Al2O3, Fe2O3, Fe3O4, WO3 | 0,25-1,5 | 35-70 |
| 2 | Аэросил (SiO2) | 0,05-1,5 | 5-20 |
| 3 | Неонол | 0,5-2,0 | - |
| 4 | Компрессорное масло | остальное | - |
Способ приготовления многокомпонентной охлаждающей наножидкости.
Необходимое количество в следующей последовательности: масло, наночастицы, ПАВ загружается в технологическую емкость, где происходит перемешивание смеси. Далее производят диспергацию смеси, для чего в емкость со смесью погружают УЗ-диспергатор и перемешивают смесь в течение 1 часа, предпочтительная мощность диспергатора - не менее 15Вт/м2. Далее смесь подвергают гомогенизации, при этом в емкость погружают гомогенизатор и при мощности 5000 об/мин гомогенизируют смесь в течение 5 часов. Далее процесс диспергации повторяют при тех же параметрах.
Изобретение демонстрируется следующими примерами.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
В таблице 4 приводится сравнение показателей образцов, их эталонные реологические свойства, расчетные математические свойства в соответствии с исследуемыми моделями и результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований.
| Таблица 4 - Расчетные данные по плотности наножидкости | ||
| Компрессорное масло | Susino 32l математический расчет | Susino 32l экспериментальные данные |
| Эталон кг/м3 | 0,991 | 0,991 |
| CuO 1% + неонол 1% | 1,033 | 882,1 |
| Аэросил 1 % + неонол 1% | 1,045 | 0,9897 |
| Аэросил 0,1% + неонол 1% + CuO 1% | 1,0455 | 978,8 |
| Аэросил 0,5% + неонол 1% + CuO 1% | 1,072 | 980,5 |
| Аэросид 1% + неонол 1% + CuO 1% | 1,1046 | 988,1 |
Как можно заметить - экспериментальные показатели плотности существенно отличаются в лучшую сторону от теоретических расчетов, что в первую очередь заметно по значениям с чистым оксидом меди. Данный эффект может быть объяснен как наличием ПАВов в образце, так и поверхностными эффектами самих наночастиц. В случае комбинации аэросила и неонола с базовой жидкостью не наблюдается эффекта изменения плотности, что так же может служить свидетельством наличия эффектов, влияющих на данный параметр.
Пример 2
| Таблица 5 - Данные по вязкости В Таблице 5 приводятся показатели вязкости для различных образцов: |
||
| Компрессорное масло | Susino 32l математический расчет | Susino 32l экспериментальные данные |
| Эталон сСт при 40°С | 32,0 | 32.0 |
| Эталон сСт при 100°С | 5,8 | 5,8 |
| CuO 1% + неонол 1% при 40°С | 33,64 | 30,83 |
| CuO 1% + неонол 1% при 100°С | 6,098 | 5,61 |
| Аэросил 1 % + неонол 1% при 40°С | 33,64 | 50,0832 |
| Аэросил 1 % + неонол 1% при 100°С | 6,098 | 9,6929 |
| Аэросил 0,1% + неонол 1% + CuO 1% при 40°С | 33,72 | 29,96 |
| Аэросил 0,1% + неонол 1% + CuO 1% при 100°С | 6,112 | 5,69 |
| Аэросил 0,5% + неонол 1% + CuO 1% при 40°С | 34,05 | 31,71 |
| Аэросил 0,5% + неонол 1% + CuO 1% при 100°С | 6,171 | 6,1 |
| Аэросид 1% + неонол 1% + CuO 1% при 40°С | 34,46 | 52,48 |
| Аэросид 1% + неонол 1% + CuO 1% при 100°С | 6,24 | 8,81 |
Как можно увидеть из таблицы теоретическая вязкость получается выше, чем в экспериментальном варианте, за исключением концентрации аэросила в 1%, где становится заметно, что он оказывает эффект повышающий вязкость смеси и показывает, что данная концентрация является избыточной для применения в холодильной технике. Это может быть объяснено как большим скольжением между слоями масла за счет взаимодействия наночастиц и ПАВ, так и малым размером самих частиц, которые не оказывают достаточных эффектов трения и вследствие этого не способствуют повышению вязкости в отличии от классических дисперсных растворов с более крупным радиусом частиц.
Пример 3
В Таблице 6 приведены данные по сравнению характеристик образцов по параметрам энергоэффективности.
| Таблица 6 - Сравнение энергоэффективности | |||
| Компрессорное масло | Средняя потребляемая мощность | Потребление электроэнергии | Энергоэффективность |
| Эталон | 78,5 Вт | 4,87 кВт*ч | 0% |
| CuO 1% + неонол 1% + 45г фреона | 76,1 Вт | 3,89 кВт*ч | 18,2% |
| Аэросил 1 % + неонол 1% + 45г фреона | 62 Вт | 11,5кВт*ч | -230% |
| Аэросил 1 % + неонол 1% + 15г фреона | 46 Вт | 5,44 кВт*ч | -12% |
| Аэросил 0,1% + неонол 1% + CuO 1% + 35г фреона | 54 Вт | 3,77 кВт*ч | 22,5% |
В ходе испытаний было выявлено, что комбинация наночастиц оксида меди (CuO) в концентрации 1% + неонол 1% + синтетическое компрессорное масло 100г + фреон r134a 45г показал энергоэффективность в 18,2%.
Наибольшей же энергоэффективности удалось добиться комбинацией Аэросил 0,1% + неонол 1% + CuO 1% + 35г фреона, что позволило увеличить энергоэффективность на 22,5% в сравнении с эталоном и на 23% сократить количество фреона в системе.
Пример 4
В Таблице 7 приведены данные по испытанию образца следующего состава: Аэросил 0,1% + CuO 1% + Неонол 1% + компрессорное масло Suniso 32l.
| Таблица 7 - испытания образца Аэросил 0,1% + CuO 1% + Неонол 1% + Suniso 32l | ||||||
| Наименование показателя | Норма для марки | Результат испытания | Метод испытания | |||
| ХА-30 ОКП 02 5573-0201 |
ХФ 12-16 ОКП 02 5373-0202 |
ХФ 22-24 ОКП 02 5373-0203 |
ХФ 22с-16 ОКП 02 5373-0204 |
|||
| Вязкость кинематическая сСт, (мм2/с) | ГОСТ 33-2016 |
|||||
| при 40 | - | 33,05 | ||||
| при 50 | 28-32 | Не менее 17 | 24,5-28,4 | Не менее 16 | 22,53 | |
| при 100 | - | 6,07 | ||||
| Индекс вязкости | - | 132 | ||||
| Испытание на коррозию | Выдерживает | Выдерживает, Легкое потускнение 1б |
ГОСТ 32329-2013 | |||
| Температура вспышки, определяемая в открытом тигле , не ниже | 185 | 174 | 130 | 225 | 244 | ГОСТ 4333-2014 |
| Температура застывания, , не выше | -38 | -42 | -55 | -58 | -39 | ГОСТ 20287 |
| Содержание воды | - | - | - | - | 0,03% | ГОСТ 1547 |
| Содержание водорастворимых щелочей и кислот | Отсутствуют | Отсутствуют | ГОСТ 6307 | |||
Таким образом, разработано решение для снижения энергопотребления современной̆ холодильной техникой путем создания хладагента - многокомпонентной охлаждающей жидкости с повышенным коэффициентом теплоотдачи. Заявляемое изобретение позволит улучшить параметры теплопередачи в охлаждаемой системе - до 40%, что в свою очередь позволит эффективно рассеивать излишки энергии в окружающее пространство, а также затрачивать меньшее количество электроэнергии - до 20% и времени на достижение необходимых температур - до 46%. Также наличие аэросила в составе многокомпонентной наножидкости позволит сократить к-во используемого фреона в охлаждаемой системе - до 60%, а присутствие ПАВ - улучшить стабильность смеси в сравнении с аналогами - до 2 лет.
Claims (3)
1. Многокомпонентная охлаждающая жидкость, содержащая в качестве основы компрессорное масло, наночастицы оксидов металлов и функциональную добавку, отличающаяся тем, что состав содержит аэросил (SiO2), в качестве компрессорного масла состав содержит синтетическое, или минеральное масло, или их смеси, в качестве наночастиц оксидов металлов содержит наночастицы оксида меди CuO, или оксида титана TiO2, или оксида алюминия Al2O3, или оксида железа Fe2O3, или оксида железа Fe3O4, или оксида вольфрама WO3, в качестве функциональной добавки состав содержит неонол, в следующих количествах: наночастицы оксидов металлов - 0,25-1,5 мас. %, аэросил - 0,05-1,5 мас. %, неонол - 0,5-2,0 мас. %, компрессорное масло - остальное.
2. Многокомпонентная охлаждающая жидкость по п. 1, отличающаяся тем, что содержит компоненты при следующих соотношениях и параметрах размеров частиц: наночастицы оксидов металлов размером 35 - 70 нм в количестве 0,25-1,5 мас. %, аэросил с размером частиц 5-20 нм - 0,05-1,5 мас. %, неонол - 0,5-2,0 мас.%, компрессорное масло - остальное.
3. Многокомпонентная охлаждающая жидкость по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержание наночастиц оксида меди составляет 1 мас. %, аэросила - 0,1 мас. %, неонола - 1 мас. %.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2023/050172 WO2024014993A1 (ru) | 2022-07-15 | 2023-07-14 | Многокомпонентная охлаждающая наножидкость |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2022119400A RU2022119400A (ru) | 2024-01-15 |
| RU2814501C2 true RU2814501C2 (ru) | 2024-02-29 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU785344A1 (ru) * | 1979-02-14 | 1980-12-07 | За витель Сошко, Ё. И. Сембай,, Г. Н. Пападийчук, Н. В. Хабер, Шестопалов, М. И. Бугаец, Е. С. Смелов,И. И.Казакевич, Алешин, Я. Е. Шкарапата, Е. Н. Мокрый и Ю. А. Погон пин | Смазочно-охлаждающа жидкость дл механической обработки металлов |
| RU2064971C1 (ru) * | 1993-01-11 | 1996-08-10 | Малое государственное предприятие "Альфа-ВАМИ" | Присадка к смазочным материалам и техническим жидкостям |
| RU2229181C2 (ru) * | 1997-07-14 | 2004-05-20 | Эйбиби Пауэ Ти & Ди Компани Инк. | Коллоидные изолирующие и охлаждающие жидкости |
| WO2013030845A1 (en) * | 2011-08-26 | 2013-03-07 | Tata Consultancy Services Limited | Nanofluids for heat transfer applications |
| RU2719479C2 (ru) * | 2015-07-16 | 2020-04-17 | Эфтон Кемикал Корпорейшн | Смазки с титаном и/или вольфрамом и их применение для уменьшения преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU785344A1 (ru) * | 1979-02-14 | 1980-12-07 | За витель Сошко, Ё. И. Сембай,, Г. Н. Пападийчук, Н. В. Хабер, Шестопалов, М. И. Бугаец, Е. С. Смелов,И. И.Казакевич, Алешин, Я. Е. Шкарапата, Е. Н. Мокрый и Ю. А. Погон пин | Смазочно-охлаждающа жидкость дл механической обработки металлов |
| RU2064971C1 (ru) * | 1993-01-11 | 1996-08-10 | Малое государственное предприятие "Альфа-ВАМИ" | Присадка к смазочным материалам и техническим жидкостям |
| RU2229181C2 (ru) * | 1997-07-14 | 2004-05-20 | Эйбиби Пауэ Ти & Ди Компани Инк. | Коллоидные изолирующие и охлаждающие жидкости |
| WO2013030845A1 (en) * | 2011-08-26 | 2013-03-07 | Tata Consultancy Services Limited | Nanofluids for heat transfer applications |
| RU2719479C2 (ru) * | 2015-07-16 | 2020-04-17 | Эфтон Кемикал Корпорейшн | Смазки с титаном и/или вольфрамом и их применение для уменьшения преждевременного воспламенения смеси при низких оборотах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6337180B2 (ja) | 熱伝達組成物および熱伝達方法 | |
| JP6017437B2 (ja) | 低ｇｗｐの熱伝達組成物 | |
| US9982180B2 (en) | Heat transfer compositions and methods | |
| US9809734B2 (en) | Heat transfer compositions and methods | |
| AU2016204521B2 (en) | Heat transfer compositions and methods | |
| JP2014514423A (ja) | 熱伝達組成物及び方法 | |
| US20160024361A1 (en) | Heat transfer compositions and methods | |
| JP2019001844A (ja) | 冷媒を含有する組成物、その使用、それを用いた冷凍方法、及びそれを含む冷凍機 | |
| RU2579786C1 (ru) | Охлаждающая композиция для двигателя внутреннего сгорания и способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания | |
| JP2015529262A (ja) | 低ｇｗｐの熱伝達組成物 | |
| JP5858130B2 (ja) | ジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）、ペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）及び１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ１３４ａ）を含む組成物 | |
| RU2814501C2 (ru) | Многокомпонентная охлаждающая наножидкость | |
| JP6443576B2 (ja) | 冷媒を含有する組成物、その使用、それを用いた冷凍方法、及びそれを含む冷凍機 | |
| WO2024014993A1 (ru) | Многокомпонентная охлаждающая наножидкость | |
| Kumar et al. | Effects of nanorefrigerants for refrigeration system: A Review | |
| CN113789156B (zh) | 一种传热组合物及其应用与传热系统 | |
| Husainy et al. | Performance Study of Ducted Air-Conditioning System with Different Mass Fraction of Al2O3Nanofluids | |
| AU2015202188B2 (en) | Heat transfer compositions and methods | |
| JP2024506270A (ja) | 熱伝達組成物、方法、及びシステム | |
| Yusuf et al. | Mono Nanofluids: Review on Current Status, Challenges and Future Prospects | |
| JP2016513749A (ja) | 低ｇｗｐの熱伝達組成物 |