SK282138B6

SK282138B6 - Multikomponentná mrazuvzdorná chladiaca a teplonosná kvapalina

Info

Publication number: SK282138B6
Application number: SK1183-97A
Authority: SK
Inventors: J�Zsef Kerti; J�Zsefn� Kerti; P�Ter Kardos; Tibor K�Lm�N
Original assignee: Enveco, S. R. O.
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2001-11-06
Also published as: WO1996026990A1; HU9500624D0; CZ269497A3; HUT76029A; CZ286256B6; AU4888696A; HU214046B; SK118397A3

Abstract

Multikomponentná mrazuvzdorná chladiaca a teplonosná kvapalina obsahujúca 3 až 6 dielov hmotn. vody, 0,5 až 1,5 dielov hmotn. močoviny, najviac 1,5 dielov hmotn. glykolu, 1 až 2 diely hmotn. mravenčanu draselného a 1 až 2 diely hmotn. octanu draselného ako hlavné zložky, ďalej obsahuje ako zložky zabraňujúce erózii a korózii 4 až 6 % hmotn. glycerínu, 0,8 až 0,9 % hmotn. alkalického benzoanu, 0,08 až 0,12 % hmotn. alkalického polymetafosfátu a 0,02 - 0,04 % hmotn. bóraxu. Kvapalina môže ďalej obsahovať 0,15 až 0,20 % hmotn. benzotriazolu alebo tolyltriazolu. Pritom koncentrácia zložiek zabraňujúcich erózii a korózii je konštantná nezávisle od koncentrácie solí kyseliny octovej a mravčej, ako aj obsahu vody v kvapaline.ŕ

Description

Vynález sa týka multikomponentných nemrznúcich, chlad a teplo prenášajúcich kvapalín na báze octanu draselného a mravčanu draselného.

Doterajší stav techniky

Podobnú problematiku rieši maďarský patent č. 203776, ktorý poskytuje podrobnú diskusiu a zhrnutie stavu techniky a naznačuje úlohu zamerania na výhodnejšie uspokojovanie potreby v porovnaní s ním. Cieľ, ktorý má dosiahnuť predložená patentová prihláška spočíva v zlepšení modifikáciou zloženia kvapaliny pri zabezpečení efektívnej ochrany proti korózii dokonca aj po zmiešaní so zvyčajne používanými chladiacimi kvapalinami na glykolovej báze a vyhovení prísnejším hygienickým požiadavkám y tepelných výmenníkoch na spotrebnú vodu, ako aj vo vyhrievacích systémoch, napríklad v radiátoroch. Tento spôsob funkcie sa vyskytuje v systémoch dodávky tepla, kde nie je potrebný sústavný chod zariadenia, alebo kde nie je ekonomický (napr. dielne, sklady, chaty, niektoré verejné budovy). Pri nekontinuálnej prevádzke v zime nemožno použiť vodu ako teplonosné médium vzhľadom na riziko zamrznutia na zariadenia a armatúry. Preto príprava kvapaliny vhodnej z technického a hygienického hľadiska sa vyžaduje tiež z hľadiska energetickej úspornosti.

Špecifikácia uvedeného maďarského patentu zdôrazňuje (pozri, str. 3, stĺpec 2, riadky 20 až 22), že vypracovanie novej kompozície inhibítora nebolo cieľom, keďže všeobecne známe inhibítorv zabezpečujú dostatočnú ochranu aj na novú kvapalinu. Ďalšie skúsenosti však ukázali, že miešanie nových kvapalných kompozícií s tradičnými nemrznúcimi prostriedkami pripravenými na báze glykolu je nevyhnutné, napr. pri plnení po predchádzajúcom použití iných prostriedkov alebo pri neúplnom vypláchnutí zásobníka pri výmene kvapaliny. Toto vedie k nárastu korozívnosti zmesi do takej miery v priebehu času (vzhľadom na polymerizáciu a rozklad kyseliny glykolového komponentu), ku ktorej nemôže dôjsť, keď sa vynález používa nezávisle. Hoci citovaný patent zdôrazňuje, že miešanie kvapalných kompozícií podľa vynálezu s nemrznúcimi prostriedkami pripravenými na báze glykolu nie je výhodné a odporúčané vzhľadom na riziko pre možné ekologické, hygienické, ako aj tepelno-technologické a iné technické výhody. Prax potvrdila, že miešanie treba vziať do úvahy ako realitu, ktorá však vyžaduje prípravu vhodnej, novej kompozície inhibítora.

Jeden zo základných zdôrazňovaných cieľov, ktorý majú dosiahnuť kvapalné kompozície podľa predloženého vynálezu, je ochrana životného prostredia a zdravia. Podľa medzinárodnej kvalifikácie bola nová kvapalina zaradená do najmiernejšej skupiny jedov, t. j. skupiny „4”, a potrebné opatrenia sa majú prijímať v súlade s ňou. Keďže funkcie prenosu tepla vyžadujú ešte miernejšiu (t. j. „voľnú”) klasifikáciu vzhľadom na to, že teplonosné kvapaliny sa niekedy miešajú so spotrebnou vodou pre nedostatočnú tesnosť, pre poruchy alebo poškodenie kovových prvkov, ukázalo sa potrebné vypracovanie takej kvapaliny, ktorá by okrem potrebnej koróznej bezpečnosti bola zaradená nižšie ako v kategórii jedov, ktoré možno tolerovať v spaľovacích motoroch, a pritom spĺňala aj tepelno-technologické požiadavky.

Podstata vynálezu

Uvedenú úlohu rieši multikomponentná mrazuvzdomá chladiaca a teplonosná kvapalina podľa vynálezu, obsahujúca 3 až 6 dielov hmotn. vody, 0,5 až 1,5 dielov hmota, močoviny, najviac 1,5 dielov hmota, glykolu, 1 až 2 diely hmotn. mravenčanu draselného a 1 až 2 diely hmotn. octanu draselného ako hlavné zložky, pričom podstatou vynálezu je, že ďalej obsahuje ako zložky zabraňujúce erózii a korózii 4 až 6 % hmota, glycerínu, 0,8 až 0,9 % hmota, alkalického benzoanu, 0,08 až 0,12% hmota, alkalického polymetafosfátu a 0,02 - 0,04 % hmota, bóraxu.

Podľa ďalšieho znaku vynálezu kvapalina obsahuje 0,15 až 0,20 % hmota, benzotriazolu alebo tolyltriazolu.

Pritom koncentrácia zložiek, zabraňujúcich erózii a korózii je konštantná nezávisle od koncentrácie solí kyseliny octovej a mravčej, ako aj obsahu vody v kvapaline

Podstata vynálezu je založená na zistení, že ak sa do teplonosnej kvapaliny pridá vo vode rozpustné mazadlo, najlepšie glycerín, v pomere asi 4 až 6 % hmotnostných, toto mazadlo okrem toho, že chráni pohyblivé kovové povrchy pred trením, toto môže zamedziť tvorbu lokálnych koncentračných buniek a takisto možnosť jamkovej a trhlinovej korózie dokonca aj pri rovnakom zložení inhibítora zabezpečením rovnomernej distribúcie inhibítorov v priľnavom kvapalnom filme. Zistilo sa, že menšie množstvo glycerínu nie je dostatočné na zabezpečenie signifikantaého zlepšenia ochranného efektu, zatiaľ čo jeho väčšie množstvo by nebolo rozumné, keďže (odhliadnuc od nákladov) by znížilo koeficient tepelného prenosu v teplotnom pásme pod teplotou mrazu vody.

Ďalším dôležitým zistením slúžiacim ako základ pre vynález bola kompatibilita uvedenej glycerinovej prísady s účinnými zložkami inhibítora, napr. široko používanej kombinácie polyfosforečnanov sodných a bóraxu. Aplikovaním týchto komponentov a zachovaním benzoanu sodného a benzotriazolu (tento môže byť v prípade potreby nahradený tolyltriazolom) možno dosiahnuť, že rýchlosť galvanickej (alebo inými slovami „kontaktnej”) korózie bude nižšia ako limit určený v medzinárodných normách, dokonca aj keď kvapalina zmiešaná s glykolom bola v prevádzke niekoľko rokov a pokryla dokonca niekoľko stotisíc km. Toto zabezpečuje, že chladiaci okruh môže pretrvať životnosť vozidla bez obnovenia.

Ako ďalší príspevok na riešenie ďalšej stanovenej úlohy bola úvaha, že v systémoch dodávky tepla je množstvo druhov kovov vo vzájomnom kontakte nižšie ako vo vozidlách a drastická fluktuácia teploty je menej častá a v dôsledku toho je menej častý aj tepelný šok aktivujúci koróziu. Na druhej strane pri tomto druhu použitia nemôže dôjsť k zmiešaniu s glykolom, a preto tiež možno vynechať niektoré zložky inhibítora bez rizika zrýchlenej korózie. Týmito sú predovšetkým, čo sa týka zdravotného rizika, hoci nevýznamného (vzhľadom na ich malú koncentráciu), ale nie celkom zanedbateľného, triazoly. Vzhľadom na to sa ako vhodné ukázali dva typy inhibičných kompozícií v závislosti od toho, či sa kvapalina bude používať ako nemrznúci prostriedok pre vozidlá, alebo teplonosná kvapalina v zariadeniach pre domácnosť alebo priemysel.

V závislosti od uvedených podmienok môže kvapalina obsahovať v danom prípade okrem glycerínu a zvyčajného množstva ďalších uvedených inhibítorov benzotriazol, resp. tolyltriazol.

Podľa požiadaviek je možné pripraviť zmesi s požadovanými vlastnosťami, interpoláciou podľa žiadanej mrazuvzdomosti. Dané teploty tuhnutia sa prakticky nemenia, ak sa kvapaliny miešajú s kvapalinami na báze glykolu rovna2 kej teploty tuhnutia. Miešanie kvapalín s rôznou teplotou tuhnutia má za následok teplotu tuhnutia, ktorú možno odhadnúť priamo úmernou interpoláciou. Ďalšia dôležitá výhoda vypracovanej inhibičnej kompozície spočíva v jej kompatibilite s inhibítormi všeobecne používanými v nemrznúcich prostriedkoch na báze glykolu. Toto všetko umožňuje udržiavať koncentráciu inhibítorov konštantnú nezávisle od koncentrácie látok znižujúcich teplotu tuhnutia, ako ukazujú príklady. Takto možno dosiahnuť, že kvapalina sa neriedi vzhľadom na inhibítory, ale bude obsahovať ich optimálnu koncentráciu bez ohľadu na potrebné zriedenie zodpovedajúce nižšej požiadavke na mrazuvzdornosť.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Hoci uvedené údaje - pri plnom poznaní daných požiadaviek a citovaného maďarského patentu - dávajú náležité inštrukcie na prípravu kvapalných kompozícií, nasledujúce príklady môžu slúžiť na bližšie vysvetlenie zlepšeného vynálezu.

Príklad 1

Mierne mrazuvzdomá chladiaca kvapalina

Jedna tona kvapaliny sa pripraví zmiešaním 649,3 kg vody, 189,4 kg 50 % hmotn. roztoku hydroxidu draselného, 84 kg 96 % hmotn. kyseliny octovej, 16 kg 99 % hmotn. roztoku kyseliny mravčej, 50 kg glycerínu technickej kvality, 8,3 kg benzoanu sodného, 1,7 kg tolyltriazolu, 0,5 kg trimetafosfátu sodného, 0,5 kg hexametafosfátu sodného a 0,3 kg bóraxu (rozpúšťané počas miešania a chladenia). Koncentrácia kyselín a zásad môže samozrejme byť iná ako je tá, ktorá je uvedená. V tom prípade sa ich pomery majú meniť podľa účelu. Teplota kryštalizácie kvapaliny pripravenej takým spôsobom (inými slovami: jej teoretický, t. j. termodynamický teplota tuhnutia) je -10 °C, ale oddelená, voľné kryštály obsahujúca kvapalina sa môže použiť dokonca aj pri -16 °C (dolný teplotný limit).

Príklad 2

Stredne mrazuvzdomá chladiaca kvapalina

Na výrobu jednej tony kvapaliny sa zmieša 522,1 kg vody, 272,6 kg 50 % hmotn. hydroxidu draselného, 121 kg 96 % kyseliny octovej, 23 kg 99 % hmotn. kyseliny mravčej rovnakým spôsobom, ako je uvedené v príklade 1. Množstvo ďalších zložiek je rovnaké. Teplota kryštalizácie kvapaliny pripravenej takýmto spôsobom je -23 °C, jej dolný teplotný limit je však -36 °C.

Príklad 3

Chladiaca kvapalina so zvýšenou mrazuvzdomosťou

Jedna tona kvapaliny sa pripraví zmiešaním 216,1 kg vody so 472,6 kg 50 % hmotn. hydroxidu draselného, 210 kg 96 % kyseliny octovej a 40 kg 99 % hmotn. kyseliny mravčej; ďalšie zložky sú nezmenené. Teplota kryštalizácie takto pripravenej kvapaliny je -45 °C, jej dolný teplotný limit je však -70 °C.

Na základe údajov uvedených príkladov možno pripraviť aj iné zmesi interpoláciou podľa žiadanej mrazuvzdornosti. Dané teploty tuhnutia sa prakticky nemenia, ak sa kvapaliny miešajú s kvapalinami na báze glykolu rovnakej teploty tuhnutia. Miešanie kvapalín s rôznou teplotou tuhnutia má za následok teplotu tuhnutia, ktorú možno odhadnúť priamo úmernou interpoláciou. Ďalšia dôležitá výhoda vypracovanej inhibičnej kompozície spočíva v jej kompatibilite s inhibítormi všeobecne používanými v nemrznúcich prostriedkoch na báze glykolu. Toto všetko umožňuje udržiavať koncentráciu inhibítorov konštantnú nezávisle od koncentrácie látok znižujúcich teplotu tuhnutia, ako ukazujú príklady. Takto možno dosiahnuť, že kvapalina sa neriedi vzhľadom na inhibítory, ale bude obsahovať ich optimálnu koncentráciu bez ohľadu na potrebné zriedenie zodpovedajúce nižšej požiadavke na mrazuvzdomosť.

Príklad 4

Stredne mrazuvzdomá kvapalina so zvýšenou ochranou zdravia

Do jednej tony produktu sa zmieša 523,8 kg vody, 272,6 kg 50 % hmotn. hydroxidu draselného, 121 kg 96 % hmotn. kyseliny octovej, 23 kg 99 % hmotn. kyseliny mravčej, 50 kg glycerínu, 8,3 kg benzoanu sodného, 0,5 kg trimetafosfátu sodného, 0,5 kg hexametafosfátu sodného a 0,3 kg bóraxu. Teplota kryštalizácie kvapaliny je -23 °C, zatiaľ čo jej dolný teplotný limit je -36 °C.

pH kvapalín vyrobených uvedeným spôsobom je v každom prípade v rozsahu 8,7 ±0,1. Ak dôjde k odchýlke od tejto hodnoty pre fluktuáciu obsahu zložiek, pridá sa malé množstvo kyseliny alebo zásady, aby sa hodnota pH upravila na požadovanú hodnotu.

Žiadatelia a iné osoby s odbornosťou v danej oblasti vrátane medzinárodných akreditovaných inštitúcii, vykonali testy ponárania do horúcej a studenej kvapaliny a cestné korózne testy s kvapalinou zlepšenou podľa vynálezu. Bolo zistené, že limitné hodnoty predpísané medzinárodnými normami (napr. ASTM, BS) sú bezpečne a dlhodobo splnené. Okrem toho korózia objavujúca sa do určitej miery nedosahuje limitné hodnoty, je uniformná, t. j. nevedie k perforácii ani k jamkám alebo puklinám.

Claims

1. Multikomponentná mrazuvzdomá chladiaca a teplonosná kvapalina, obsahujúca 3 až 6 dielov hmotn. vody, 0,5 až 1,5 dielov hmotn. močoviny, najviac 1,5 dielov hmotn. glykolu, 1 až 2 diely hmotn. mravenčanu draselného a 1 až 2 diely hmotn. octanu draselného, ako hlavné zložky, vyznačujúca sa tým, že obsahuje ako zložky zabraňujúce erózii a korózii 4 až 6 % hmotn. glycerínu, 0,8 až 0,9% hmotn. alkalického benzoanu, 0,08 až 0,12% hmotn. alkalického polymetafosfátu a 0,02 - 0,04 % hmotn. bóraxu.

2. Multikomponentná mrazuvzdomá chladiaca a teplonosná kvapalina podľa nároku 1, vyznačujúca sa t ý m , že obsahuje 0,15 až 0,20 % hmotn. benzotriazolu alebo tolyltriazolu.

3. Multikomponentná mrazuvzdomá chladiaca a teplonosná kvapalina podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúca sa tým, že koncentrácia zložiek, zabraňujúcich erózii a korózii je konštantná nezávisle od koncentrácie solí kyseliny octovej a mravčej, ako aj obsahu vody v kvapaline.