МОРОЗОСТОЙКАЯ ВОДНАЯ НАГРЕВАЮЩАЯ ИЛИ ОХЛАЖДАЮЩАЯ ТЕКУЧАЯ СРЕДА Российский патент 2003 года по МПК C09K5/00 

Настоящее изобретение относится к морозостойкой водной нагревающей/охлаждающей текучей среде, которая содержит щелочные соли уксусной кислоты и/или муравьиной кислоты. Эта нагревающая/охлаждающая текучая среда предназначена для транспорта холода или тепла в промышленных холодильных установках, охлаждающих системах в емкостях и транспортных средствах, системах охлаждения для искусственного льда в спортивных центрах, теплообменниках, районных обогревающих системах, тепловых насосах, панелях солнечных батарей и др.

Предшествующий уровень техники
В водных нагревающих/охлаждающих текучих средах морозостойкость обычно достигается за счет добавления этиленгликоля. Этиленгликоль представляет собой жидкость, которая может смешиваться с водой в любой степени, обладает низкой вероятностью воспламенения и взрыва, является морозостойкой, а также бесцветной и не имеет запаха. Минимальная температура (-57^oС) застывания смеси этиленгликоля с водой достигается при содержании этиленгликоля 60 об. %. Однако недостатком этиленгликоля является его высокая степень токсичности. Поэтому он представляет опасность для окружающей среды, если в конечном счете он попадает в моря, озера и ручьи, например, если охлаждающая жидкость сливается или вытекает из системы охлаждения.

Из Европатента В-0306972 известна водная охлаждающая текучая среда, частично или полностью свободная от гликоля, которая содержит добавку ацетата натрия и формиата натрия или ацетата калия и формиата калия в определенных соотношениях. С использованием этой композиции текучей среды может быть получена температура застывания около -70^oС или ниже. Эта композиция текучей среды обладает всеми преимуществами традиционной смеси гликоль-вода и в то же время она не проявляет токсичности.

Однако упомянутая выше охлаждающая текучая среда содержит сильные ионы, причем очень важно иметь хорошую защиту от коррозии. В Европатенте В-0306972 описано, что для защиты от коррозии используются бензойная кислота, бензоат натрия, бензоат калия или бензотриазол. Эти химические добавки образуют пленку. Образовавшаяся пленка защищает поверхность металла от действия коррозии. Для того чтобы избежать риска воздействия местной коррозии, слой пленки не должен быть поврежденным по всей поверхности металла.

Недостатком этой пленки является ухудшение теплообмена между поверхностью металла и охлаждающей текучей средой.

Раскрытие сущности изобретения
Целью настоящего изобретения является предоставление нагревающей/охлаждающей текучей среды упомянутого выше типа, которая обеспечивает эффективный теплообмен между металлической поверхностью и текучей средой и в то же время обладает превосходным защитным действием от коррозии.

Это достигается с помощью текучей среды, содержащей ингибитор коррозии в виде смеси монокарбоновой кислоты С₅-С₁₆ или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты, дикарбоновой кислоты С₅-С₁₆, или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты, а также триазола.

Содержание щелочных солей уксусной кислоты и/или муравьиной кислоты в нагревающей/охлаждающей текучей среде предпочтительно должно составлять между 5 и 50 вес.% в расчете на суммарный вес текучей среды.

Нагревающая/охлаждающая текучая среда содержит между 0,4 и 10 вес.%, предпочтительно между 0,5 и 2 вес.% упомянутого выше ингибитора коррозии в расчете на суммарный вес охлаждающей текучей среды.

Из упомянутого выше Европатента В-0306972 известно, что добавление щелочных солей некоторых кислот, главным образом уксусной кислоты и муравьиной кислоты, в воду приводит к сильному снижению температуры застывания водной среды. Это снижение температуры застывания становится особенно значительным при смешивании добавляемых солей в определенных соотношениях.

Нагревающая/охлаждающая текучая среда согласно изобретению содержит между 5 и 50 вес.% щелочных солей уксусной кислоты и/или муравьиной кислоты в расчете на вес текучей среды, главным образом ацетат натрия, ацетат калия, формиат натрия и/или формиат калия. Добавленные соли могут присутствовать в любом взаимном соотношении смешения, то-есть, только одна из солей, или две, или несколько солей в совместной смеси. Различные значения снижения температуры застывания получаются отчасти в зависимости от общего содержания солей, отчасти от соотношения солей в смеси. Кроме того, в текучую среду могут быть добавлены другие добавки, понижающие температуру застывания, например мочевина.

Нагревающая/охлаждающая текучая среда согласно изобретению представляет собой сильный ионный раствор, в котором особенно большое значение приобретает эффективная защита от коррозии. В Европатенте В-0306972 описана добавка ингибитора коррозии в виде бензойной кислоты, бензоата натрия, бензоата калия или бензотриазола, причем эти пленкообразующие химические добавки образуют защитную пленку на поверхности металла и тем самым защищают эту поверхность от действия коррозии. Как упоминалось выше, недостатком ингибиторов коррозии этого типа отчасти является то, что этот слой пленки должен быть цельным по всей поверхности металла, для того чтобы обеспечить эффективную защиту от коррозии и чтобы избежать местного коррозионного воздействия, и отчасти то, что ухудшается теплообмен между поверхностью металла и нагревающей/охлаждающей текучей средой.

Согласно изобретению, неожиданно было обнаружено, что, кроме отличной защиты от коррозии, добавка ингибитора коррозии в виде смеси монокарбоновой кислоты С₅-С₁₆, или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты, дикарбоновой кислоты С₅-С₁₆, или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты, а также триазола также обеспечивает превосходный теплообмен между поверхностью металла и текучей средой.

Ингибитор коррозии этого типа описан в патенте США 4647392. В соответствии с этим патентом, этот ингибитор коррозии предназначается для использования в смесях гликоля с водой. Однако в этом патенте США не описано использование этого ингибитора коррозии в солевых растворах того типа, к которым относится настоящее изобретение.

Количество компонентов, введенных в ингибитор коррозии, может изменяться между 0,02 и 3 вес.% в расчете на вес текучей среды как для монокарбоновой, так и дикарбоновой кислот или щелочных, аммонийных или аминных солей указанных кислот. Количество триазола может изменяться между 0,02 и 2 вес.% в расчете на суммарный вес текучей среды.

Общее содержание ингибитора коррозии должно составлять между 0,4 и 10 вес.%, предпочтительно между 0,5 и 2 вес.% в расчете на вес текучей среды.

Ингибитор коррозии содержит смесь трех основных компонентов, а именно монокарбоновой кислоты, дикарбоновой кислоты и триазола. Эта монокарбоновая кислота предпочтительно представляет собой алифатическую монокарбоновую кислоту С₅-С₁₆, предпочтительно выбранную из группы октановой кислоты, нонановой кислоты, декановой кислоты, ундекановой кислоты или додекановой кислоты, 2-этилгексановой кислоты и неодекановой кислоты.

Дикарбоновая кислота предпочтительно представляет собой или алифатическую дикарбоновую кислоту С₈-С₁₂, выбранную из группы пробковой кислоты, азелаиновой кислоты, себациновой кислоты, ундекановой дикислоты, додекановой дикислоты и дициклопентадиенилид дикислоты, или ароматическую дикарбоновую кислоту С₈-С₁₂, предпочтительно терефталевую кислоту.

Триазол представляет собой предпочтительно толилтриазол или бензотриазол.

По сравнению с использованием только одного типа кислоты, сочетание моно- и дикарбоновых кислот или их солей обеспечивает синергетический эффект в отношении защиты поверхности металла от коррозии. Триазол используется конкретно для защиты меди.

Разумеется, другие традиционные компоненты, ингибирующие коррозию, также могут быть введены в нагревающую/охлаждающую текучую среду настоящего изобретения.

Лучший вариант осуществления изобретения
Пример
Для испытания характеристик теплообмена используют систему, в которой испытуемая жидкость циркулирует при постоянном давлении и постоянной объемной скорости потока. Эта жидкость омывает металлический образец, к которому прилагается нагревающее устройство. Температуру жидкости поддерживают постоянной с помощью охлаждающего змеевика. Температуру металлического образца измеряют и записывают во времени. Увеличение температуры металлического образца при одинаковом времени испытания свидетельствует об относительном ухудшении показателя теплообмена.

Испытуемые жидкости имеют состав, приведенный в табл. 1.

Для характеристик теплообмена получены результаты, приведенные в табл. 2.

Из этих результатов очевидно, что испытуемая жидкость, которая содержит добавку ингибитора коррозии согласно изобретению, в ходе испытания дает очень небольшое увеличение температуры металлического образца, что указывает на сохранение эффективного теплообмена между поверхностью металла и текучей средой. Однако для эталона, который содержит традиционный ингибитор коррозии в полном соответствии с Европатентом В-0306972, наблюдается значительное повышение температуры металлического образца в ходе испытания и соответственно относительное ухудшение эффективного теплообмена за тот же самый период испытания. Предполагается, что это различие является результатом того, что ингибитор коррозии в эталонной текучей среде образует пленку между этой средой и поверхностью металла, которая ухудшает теплообмен. Однако можно полагать, что такое образование пленки не имеет места при использовании ингибитора коррозии согласно изобретению.

Изобретение относится к морозостойкой водной нагревающей/охлаждающей текучей среде, которая содержит щелочные соли уксусной кислоты и/или муравьиной кислоты. Морозостойкая водная нагревающая или охлаждающая текучая среда содержит щелочную соль уксусной кислоты и/или муравьиной кислоты и в качестве ингибитора коррозии она содержит смесь монокарбоновой кислоты С₅-С₁₆ или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты, дикарбоновой кислоты С₅-С₁₆ или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты, а также триазола. Достигается повышение эффективности теплообмена при сочетании с высокой степенью защиты от коррозии. 12 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Морозостойкая водная нагревающая или охлаждающая текучая среда, содержащая щелочные соли уксусной кислоты и/или муравьиной кислоты, а также ингибитор коррозии, включающий триазол, отличающаяся тем, что ингибитор коррозии дополнительно включает монокарбоновую кислоту С₅-С₁₆, или щелочные, аммонийные или аминные соли указанной кислоты и дикарбоновую кислоту С₅-С₁₆, или щелочные, аммонийные или аминные соли указанной кислоты.2. Охлаждающая текучая среда по п.1, отличающаяся тем, что она содержит 5 - 50 мас.% щелочной соли уксусной кислоты и/или муравьиной кислоты в расчете на суммарную массу текучей среды.3. Охлаждающая текучая среда по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит 0,4 - 10 мас.%, ингибитора коррозии в расчете на суммарную массу охлаждающей текучей среды.4. Охлаждающая текучая среда по п.3, отличающаяся тем, что она содержит 0,5 - 2 мас.% ингибитора коррозии в расчете на общую массу охлаждающей текучей среды.5. Охлаждающая текучая среда по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она содержит 0,02 - 3 мас.% монокарбоновой кислоты или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты в расчете на суммарную массу охлаждающей текучей среды.6. Охлаждающая текучая среда по п.5, отличающаяся тем, что она содержит 0,02 - 3 мас.% дикарбоновой кислоты или щелочных, аммонийных или аминных солей указанной кислоты в расчете на общую массу охлаждающей текучей среды.7. Охлаждающая текучая среда по п.5 или 6, отличающаяся тем, что она содержит 0,02 - 2 мас.% триазола в расчете на суммарную массу охлаждающей текучей среды.8. Охлаждающая текучая среда по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная монокарбоновая кислота представляет собой алифатическую монокарбоновую кислоту С₅-С₁₆.9. Охлаждающая текучая среда по п.8, отличающаяся тем, что алифатическая монокарбоновая кислота С₅-С₁₆ выбрана из группы октановой кислоты, нонановой кислоты, декановой кислоты, ундекановой кислоты или додекановой кислоты, 2-этилгексановой кислоты и неодекановой кислоты.10. Охлаждающая текучая среда по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная дикарбоновая кислота представляет собой алифатическую дикарбоновую кислоту С₈-С₁₂, выбранную из группы пробковой кислоты, азелаиновой кислоты, себациновой кислоты, ундекановой дикислоты, додекановой дикислоты и дициклопентадиенилид-дикислоты.11. Охлаждающая текучая среда по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что указанная дикарбоновая кислота представляет собой ароматическую дикарбоновую кислоту С₈-С₁₂.12. Охлаждающая текучая среда по п.11, отличающаяся тем, что ароматическая дикарбоновая кислота С₈-С₁₂ представляет собой терефталевую кислоту.13. Охлаждающая текучая среда по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что триазол представляет собой толилтриазол или бензотриазол.