一种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器系统，其中所述超导热介质包括如下重量份组分：溴化铈50～60份；水45～55份；钨酸钠0.7～1.5份；三溴化锑0.2～0.5份；季铵化聚乙烯亚胺0.1～0.3份；二甲氨基乙醇0.05～0.2份。本发明使用溴化铈溶液替代水作为传热介质，只需30℃即可开始启动传热，并通过在溴化铈溶液中添加由钨酸钠、三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺和二甲氨基乙醇组成的四元复配缓蚀剂，可有效抑制溴化铈溶液对金属设备或管路造成的腐蚀，降低设备维修率，提高供暖设备的使用寿命。
【专利说明】
一种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能供暖领域。更具体地说，本发明涉及一种具有高缓蚀性能的太 阳能超导热介质。
【背景技术】
[0002] 太阳能供暖系统一般由太阳能集热器、储热水箱、连接管路、辅助热源、散热部件 及控制系统组成，太阳能供暖利用太阳能集热器收集太阳光的热量并转化成热能，再通过 循环系统将热量导入至热储存水箱，待水箱温度满足温度要求时，使其流动经过管路和散 热器即室内暖气片中的空腔，通过水在散热器腔体中的循环来提高室内的温度。
[0003] 但由于水的启动温度高，水的强传递必须超过或达到100°C，一般水暖的启动升温 经过近2h才能达到室温，锅炉需要对管路中大量的循环水进行加热，能源消耗大，且供暖系 统中的循环水流经的路径长，高温水在流动中易因蒸发产生损失，需经常补充管道内水份。
[0004] 此外，由于热储存水箱及连接管路的材质多为金属，由于循环水中溶解氧及微量 矿物质的存在，在供暖系统长时间的运行过程中，金属易受到腐蚀产生铁锈、铜锈等，从而 影响供暖系统的使用寿命，且锈块随水流动易脱落堵塞循环栗过滤器，影响供暖系统的正 常运行。
【发明内容】
[0005] 作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，使用溴化 铈溶液替代水作为传热介质，只需30°C即可开始启动传热，并通过在溴化铈溶液中添加由 钨酸钠、三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺和二甲氨基乙醇组成的四元复配缓蚀剂，可有效抑制 溴化铈溶液对金属设备或管路造成的腐蚀，降低设备维修率，提高供暖设备的使用寿命。基 于这种发现，完成了本发明。
[0006] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优 点。
[0007] 本发明还有一个目的是提供一种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其能够显 著提高热导介质的热导效率及传热速度，且添加的复配缓蚀剂在不影响传导介质性能的同 时对金属具有很高的缓蚀效率。
[0008] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有高缓蚀性能的太阳 能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输送至室内散热器系统，满足供暖需求， 其中，所述超导热介质包括如下重量份组分： 溴化铈 50~60份； 水 45~55份； ?乌酸納 0 ._7~1.5份；
[0009] 三溴化锑 0.2~Q..5份； 季铵化聚乙烯亚胺 0.1~0.3份； 二甲氨基乙醇 0.Q5~0.2份。
[0010]上述超导热介质的组分配方中，溴化铈的启动温度低，只需3〇°C即可激发，温度的 传递速度可达22米/min以上，10分钟内即可将暖气片加热，远远高于现有水暖启动升温需1 ~2h的现状，但溴化铈对金属材料的腐蚀性较高，是一种较强的腐蚀介质；
[0011]由钨酸钠、三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺和二甲氨基乙醇组成的四元复配缓蚀剂 的添加可产生较好的协同作用，缓蚀率高，其中，钨酸钠具有氧化性，可在金属表面生成钝 化膜，但单一钨酸钠形成的钝化膜存在缺陷和空隙，钝化膜不够致密，缓蚀率低且用量大； 三溴化锑可沉积于阴极区域，与钨酸钠共同富集于金属表面，可明显降低钨酸钠的使用量； 季铵化聚乙烯亚胺可吸附于金属表面，并通过与金属离子络合，不但消除了钨酸盐所形成 钝化膜的缺陷区域，且在钝化膜外层又形成了一层新的三维网络吸附层，季铵化聚乙烯亚 胺可同时抑制阴极上的析氢过程和阳极上的金属溶出过程;二甲氨基乙醇成膜速度比季铵 化聚乙烯亚胺快，其优先吸附于钨酸钠所形成钝化膜的缺陷处，并可与季铵化聚乙烯亚胺 一起参与金属表面膜的形成，提高表面膜的致密性和耐久性。
[0012]优选的是，其中，所述超导液的pH为8.5~9.5，在此pH范围内溴化铈对金属的腐蚀 程度最小，且在此pH范围内四元缓蚀剂所形成的金属表面钝化膜及外层吸附膜的稳定性也 较高。
[0013] 优选的是，其中，所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度高于48mol %，以确保季铵化 聚乙烯亚胺与金属表面之间的吸附能力，提高缓蚀作用。
[0014] 优选的是，其中，所述水箱及连接管路的内壁材质为不锈钢、铜、碳钢或低合金钢， 本发明四元缓蚀剂对上述几种材质均有较高的缓蚀作用。
[0015]优选的是，其中，所述溴化铈在传导液的质量比例为53wt%，当溴化铈的质量分数 过低时，金属材料的腐蚀会加剧，这可能是由于氧在稀溶液中的溶解度比浓溶液大，加速了 腐蚀反应的发生，当溴化铈在传导液的质量比例为53wt%时，既可保证超导液的高热传导 速率，又可降低对金属的腐蚀作用。
[0016] 优选的是，其中，所述水为纯水，以防止自来水在长时间循环加热条件下结垢，影 响暖气片传热或循环管路的堵塞。
[0017] 优选的是，其中，所述纯水的电导率小于2ys/cm，以确保水中无机金属离子的充分 去除，提高供暖设备的使用寿命。
[0018] 本发明至少包括以下有益效果：
[0019] (1)本发明制备得到溴化铈超导液启动温度低，热传导速度快，十分钟左右即可将 暖气片加热，显著提高了太阳供暖的能源利用效率、实用性和便利性；
[0020] (2)本发明的传导液中添加的四元缓蚀剂可在金属表面生成致密的钝化膜，并在 钝化膜外层又形成一层保护膜层，有效阻滞了传导液在长期循环运行中对金属的侵蚀，显 著减缓了金属的腐蚀速度；
[0021] (3)本发明的热传导介质工艺性能优良、不易分解、稳定性高，大幅度降低了太阳 能供暖系统设备的维修成本，使用寿命可长达五十年之久。
[0022] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本 发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合具体实例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明 书文字能够据以实施。
[0024]应当理解，本文所使用的诸如"具有"、"包含"以及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0025] 〈实例 1>
[0026] -种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输 送至室内散热器系统，满足供暖需求，其中，所述超导热介质包括如下重量份组分:溴化铈 50份；水45份;钨酸钠1.5份;三溴化锑0.5份;季铵化聚乙烯亚胺0.3份;二甲氨基乙醇0.2 份。
[0027]其中，所述超导液的pH为8.5,所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为50mol%，所述 水箱及连接管路的内壁材质为不锈钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.3ys/cm。
[0028] 采用本实例1制备得到的太阳能超导热介质的导热系数及对不锈钢的缓蚀性能见 表1。
[0029] 〈实例 2>
[0030] -种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输 送至室内散热器系统，满足供暖需求，其中，所述超导热介质包括如下重量份组分:溴化铈 60份;水55份;钨酸钠0.7份;三溴化锑0.2份;季铵化聚乙烯亚胺0.1份;二甲氨基乙醇0.05 份。
[0031] 其中，所述超导液的pH为9.5,所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为52mol%，所述 水箱及连接管路的内壁材质为碳钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.5y s/cm。
[0032] 采用本实例2制备得到的太阳能超导热介质的导热系数及对碳钢的缓蚀性能见表 1〇
[0033] 〈实例 3>
[0034] -种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输 送至室内散热器系统，满足供暖需求，其中，所述超导热介质包括如下重量份组分:溴化铈 55份；水50份;钨酸钠1.0份;三溴化锑0.3份;季铵化聚乙烯亚胺0.2份;二甲氨基乙醇0.1 份。
[0035]其中，所述超导液的pH为9.0,所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为50mol%，所述 水箱及连接管路的内壁材质为铜，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.4ys/cm。
[0036] 采用本实例3制备得到的太阳能超导热介质的导热系数及对铜的缓蚀性能见表1。
[0037] 〈实例 4>
[0038] -种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输 送至室内散热器系统，满足供暖需求，其中，所述超导热介质包括如下重量份组分:溴化铈 52份;水53份;钨酸钠1.3份;三溴化锑0.4份;季铵化聚乙烯亚胺0.15份;二甲氨基乙醇0.15 份。
[0039]其中，所述超导液的pH为8.6,所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为50mol%，所述 水箱及连接管路的内壁材质为低合金钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.6ys/cm。
[0040]采用本实例4制备得到的太阳能超导热介质的导热系数及对低合金钢的缓蚀性能 见表1。
[0041 ]〈实例 5>
[0042] -种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输 送至室内散热器系统，满足供暖需求，其中，所述超导热介质包括如下重量份组分:溴化铈 58份；水47份；钨酸钠0.9份；三溴化锑0.25份；季铵化聚乙烯亚胺0.25份；二甲氨基乙醇 0.09 份。
[0043]其中，所述超导液的pH为9.3,所述季铵化聚乙烯亚胺的季铵化度为50mol%，所述 水箱及连接管路的内壁材质为不锈钢，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.7ys/cm。
[0044]采用本实例5制备得到的太阳能超导热介质的导热系数及对不锈钢的缓蚀性能见 表1。
[0045]为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：
[0046] 〈比较例1>
[0047] 在选取超导热介质组分物质时，缓蚀剂仅采用单一的钨酸钠，即所述超导热介质 包括如下重量份组分:溴化铺60份;水55份;妈酸钠0.7份，其余参数与实例2中的完全相同， 工艺过程也完全相同。采用本比较例1制备得到的太阳能超导热介质的导热系数及对不锈 钢的缓蚀性能见表1。
[0048] 〈比较例2>
[0049] 在选取超导热介质组分物质时，不添加二甲氨基乙醇，即所述超导热介质包括如 下重量份组分:溴化铈55份;水50份;钨酸钠1.0份;三溴化锑0.3份;季铵化聚乙烯亚胺0.2 份，其余参数与实例3中的完全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例2制备得到的太阳 能超导热介质的导热系数及对不锈钢的缓蚀性能见表1。
[0050] 〈比较例3>
[0051]在配制超导热介质组分物质时，所述超导液的pH为6.5，其余参数与实例4中的完 全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例3制备得到的太阳能超导热介质的导热系数及 对不锈钢的缓蚀性能见表1。
[0052]通过如下方法对各实例和比较例的到的产物进行验证：
[0053]导热系数的测定:采用TC3000通用型导热系数仪分别测定制备得到的各超导热介 质在0°C、30°C温度下的导热系数；
[0054]缓蚀性能的测定:清洗与各实例和比较例中相同的金属实验管材，烘干处理后，精 确称重，将每种金属实验管材分别相对应置于各实例和比较例制备的超导热介质中，在45 °C温度及吹氧状态下持续浸泡10天，然后进行烘干处理，精确称重，再经计算即可得到金属 材料在各超导热介质中的腐蚀量。
[0055]表1各实例和比较例超导热介质的导热系数及缓蚀性能
[0058] 从上表1能够看出，本发明制备得到的超导热介质的传热系数远高于水的传热系 数(30°C，0.62W/m · k)，且其传热系数受温度的影响不大，适用于寒冷北方的供暖需求。
[0059] 比较例1与实例相比，碳钢的腐蚀速率明显增加，这说明超导热介质中仅单一的缓 蚀剂妈酸盐的添加不能对金属材料起到很好的保护。
[0060] 比较例2与实例相比，铜的腐蚀速率有所增加，这说明二甲氨基乙醇可与钨酸钠、 三溴化锑、季铵化聚乙烯亚胺存在较好的协同效应，可进一步提高金属的缓蚀效率。
[0061] 比较例3与实例相比，低合金钢的腐蚀效率明显增加，这说明超导热介质的pH对金 属的缓蚀效果也有较大的影响。
[0062] 可见，本发明的溴化铈超导热介质具有较高的热导效率及传热速度，并通过在溴 化铈溶液中添加四元复配缓蚀剂，可有效抑制溴化铈溶液对金属设备或管路造成的腐蚀， 提高供暖设备的使用寿命。
[0063] 尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的具体实例。
【主权项】
1. 一种具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其储存于水箱内，并通过连接管路输送 至室内散热器系统，其特征在于，所述超导热介质包括如下重量份组分： 漠化姉 50~60份; 水 45~55份; 鹤酸钢 0.7~1.5份； Η漠化禅 0.2~0.5份； 季按化聚石婦亚蔽 贷.1~0.3份;： 二甲氨基乙醇 0.05~0.2份。2. 如权利要求1所述的具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其特征在于，所述超导热 介质的抑为8.5~9.5。3. 如权利要求1所述的具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其特征在于，所述季锭化 聚乙締亚胺的季锭化度高于48mol %。4. 如权利要求1所述的具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其特征在于，所述水箱及 连接管路的内壁材质为不诱钢、铜、碳钢或低合金钢。5. 如权利要求1所述的具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其特征在于，所述漠化姉 在传导液中的质量比例为53wt%。6. 如权利要求1所述的具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其特征在于，所述水为纯 水。7. 如权利要求1所述的具有高缓蚀性能的太阳能超导热介质，其特征在于，所述纯水的 电导率小于化s/cm。
【文档编号】C23F11/08GK105969319SQ201610432130
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王咏梅
【申请人】南京达峰合金有限公司