提高中央加热系统效能的添加剂和方法
【专利摘要】本发明与提高中央供暖系统效能的方法相关。本发明对中央供暖系统的效能进行了改善，即提出一种烷基多糖苷添加剂以减少中央供暖系统中的中央加热流体的表面张力，从而改善中央加热流体的泡核沸腾状态和传热特性。本发明还涉及一种添加剂用以提高中央供暖系统的效能，并介绍将添加剂引入中央供暖系统的方法以及使用注射器将添加剂从散热器的排气阀引入中央供暖系统。
【专利说明】提高中央加热系统效能的添加剂和方法
[0001]本发明主要介绍了提高中央供暖系统效率的方法，另外还介绍了添加剂和成套部件对于改善中央供暖系统的效能的作用。
[0002]近年来，在生活的各个领域，越来越多的人开始重视怎样减少污染排放和提高能源效率。究其原因是因为近些年社会、环境和经济问题的日益凸显，尤其是能源价格的急剧攀升。
[0003]其中，在建筑物的供暖上，节约能源显得尤为重要。目前，许多建筑物使用的是传统的中央供暖系统，也就是加热流体形成气体在管道和散热器的管网中进行循环。在传统中央供暖系统中使用的流体通常选择价廉而随处可得的水，并且还可以通过管道传输到建筑物中用作其他用途。水也有着相当出色的沸腾和传热特性，但当水(少量)与锅炉的热交换器管接触加热至沸腾时，加热效率就降低了。
[0004]通常水中会添加少量腐蚀抑制剂以保持系统不产生腐蚀和沉积，这也有助于更好地进行热传递，并确保整个系统一直保持高效率。
[0005]现在使用的添加剂，如防腐剂、脱泥化学品和结垢抑制剂等均价格低廉，并使得用户只需花少量的钱就能对系统进行清理，整体降低了用户的运行成本。但是这些添加剂存在一些缺点，它们并不能提高从热交换管到加热水本身的热传递效率。除此之外，这些添加剂大都能造成环境污染。
[0006]本发明的第一部分主要介绍了改进的中央供暖系统，所述方法包括介绍一种新的添加剂即烷基多糖苷来减小中央供暖系统中的供热流体的表面张力，从而提高了中央加热流体的泡核沸腾和传热特性。
[0007]本发明的第二部分主要介绍了添加剂在改善中央供暖系统的作用原理。添加剂的使用减小了中央供暖系统中的加热流体的表面张力，从而提高传热的中央加热流体的泡核沸腾的效率。所述添加剂由烷基多糖苷构成。
[0008]本发明的第三部分主要介绍了一种将添加剂引入的中央供暖系统，该方法包括:_
[0009]使用有柱塞和管嘴的注射器加入添加剂；
[0010]将中央供暖系统中的散热器进行隔离；
[0011]拿走上述分离的散热器的放气阀，从上述分离的散热器的顶部抽掉一部分中央加热流体；
[0012]将注射器的管嘴插入分离的散热器；
[0013]推动注射器的柱塞使添加剂直接进入分离散热器的顶部；
[0014]安上该分离散热器的排气阀；
[0015]连接中央供暖系统与散热器，从而使所述添加剂中在中央供暖系统中进行循环。
[0016]本发明的第四部分主要介绍如何使用注射器将添加剂引入中央供暖系统中散热器的排气阀。注射器部分包括:
[0017]一个柱塞:-
[0018]一个盛放添加剂容器；
[0019]一个适用于散热器排气阀的管嘴。[0020]上述的从四个方面对本发明进行了简单介绍，下面的内容和声明将对特征和优点进行详细的描述。
[0021]本发明的实例将通过举例的方式进行说明，参见下图:
[0022]图1A是目前已知的水在热交换管中沸腾过程的示意图；
[0023]图1B是目前已知的较成熟的水在热交换管中沸腾过程的示意图；
[0024]图2A是在中央加热流体中加入本发明所述的添加剂后沸腾过程的示意图；
[0025]图2B是在中央加热流体中加入本发明所述的添加剂后更成熟的水在热交换管中沸腾过程的示意图
[0026]图3是本发明第二部分所描述的定量给料注射器的示意图。
[0027]在目前描述的本发明的实施方法中，所述添加剂在形式上为浓缩的烷基多糖苷中的非离子烷基多苷表面活性剂。当在现有的中央供暖系统中加入浓缩的烷基多苷时，烷基多苷的水溶液相比水来说降低了表面张力，使得溶液的沸腾特性相比单独的水来说得到增强，这将在随后进行细致描述。
[0028]葡萄糖甙就是一个作为合适的表面活性剂被使用的例子，尤其是C8-C16烷基多苷的衍生物。一个合适的这样的烷基多糖苷化合物就是巴黎赛比克公司生产的低泡清洗剂SL826。在这里，读者可以理解成使用具有相似特性的其它物质进行替代。
[0029]下面将详细介绍本发明中使用的一种在国内中央供暖系统定量加入添加剂的方法，参见图3。
[0030]注射器18中装入浓缩的添加剂16。在操作过程中，通过注射器加入的添加剂的总体积应控制与中央供暖系统中散热器所需要的量一致。注射器18上侧面有刻度让用户能够确定添加剂应添加的数量(比例可以与中央供暖系统的散热器推荐剂量一致)。
[0031]对于需要引入添加剂系统，在引入添加剂16前有必要对整个系统进行冲洗。
[0032]如果比较新的系统，冲洗是特别必要的，因为需要确保锅炉上的所有保护涂层(如矿物油)被除去。
[0033]在中央供暖系统加入添加剂16时，用户应按以下步骤执行:
[0034]I)将散热器从中央供暖系统中隔离出来；
[0035]2)卸下散热器排气阀，排掉散热器顶部少量的液体使排气阀保持水平；
[0036]3)将注射器18的管嘴22从分离的散热器一旁插入排气阀座；
[0037]4)推动柱塞24，将添加剂16从散热器上方注入；
[0038]5)卸下空的(或半空的)注射器18并更换排气阀；
[0039]6)连接中央供暖系统与散热器，使添加剂在水溶液进行循环，并与在中央供暖系统的流体的其余部分进行混合。当进入中央供暖系统中循环后，有添加剂的溶液就有了较小的表面张力。
[0040]尽管未在图3表示出来，注射器18的管嘴22可以是泡沫材料或其他弹性材料制成的套环，与散热器的排气阀相配合在管嘴22周围形成密封状态。此外，也可以设置一个单向阀，以确保在将添加剂注入散热器后，防止添加剂再回到注射器18中。
[0041]这种添加剂可以使用在任何类型燃料的各种基于流体加热的系统中使用，包括住宅或商业集中供热系统，如学校、办公室、医院、酒店等。但在商业应用中，不必使用上述的使用注射器将添加剂注入系统的方法，而应使用剂量罐或压力泵并用上面的方法进行装配。
[0042]对于商业应用，添加剂还可以含有可见示踪剂，从而能监控和调整得到的中央供热流体溶液的浓度，以达到最佳性能。
[0043]所得到的溶液的添加剂的浓度可以根据特定的需求进行调整。不过测试表明，浓度介于IOOppm和1500ppm时,尤其是在500ppm和IOOOppm之间时，中央供热系统能达到一个最佳的传热效率。
[0044]为了说明本发明的优点，首先将对仅含有水(不含本发明提出的添加剂)的中央供暖系统的加热处理过程参照图1A和IB进行说明。
[0045]如图1A所示，未经处理的水14首先通过一个热交换管10，由于其中一小部分水14与热交换管10的管壁直接接触，导致热量从气体火焰通过金属管10壁传递给水14，水14进而开始沸腾。在这点上，由于与热交换管10相邻的水14达到沸点，气泡12开始热交换管10管壁上形成。这些气泡12往往在金属热交换管10上的小瑕疵(成核位点)上产生。气泡12逐渐长大并开始变得细长，当其浮力克服重力时，气泡上浮至大量水14之上。随着水14持续变热,气泡12开始聚结形成较大的气泡,随后这些形状不规则的大气泡随水在14中流动。一旦进入水中流动，这些气泡12随后降温并消散，同时将将热量传递给水。因而，水14的沸腾是无规律的，并伴有气泡12的形成、显著的聚结和上升消散，如图1B中所示。也就是说，在中央供暖系统的循环中，与热交换管10直接接触的气泡12进行流动从而将热量从管壁传递给水14。然而，这样大的气泡12有聚结趋势并对热传递有一个临时屏障作用，这便不能有效地将热量传递到水中。
[0046]下面将在中央供暖系统中使用本发明的添加剂的沸腾过程与以上进行对比，参见图2A和2B。
[0047]如图2A中所示，当溶液140 (含有本发明的添加剂)经过热交换管100时，与管100接触层的溶液140接近沸点。当发生这种情况时，与之前形成较大的气泡不同，一些微小气泡120在管100壁上形成。这是因为与水相比，溶液的表面张力降低了。随着溶液140逐渐变热，越来越多的微小气泡逐渐形成。与未经处理的水沸腾时产生的气泡不同，这些气泡120不会凝聚而形成较大的气泡，而是直接上浮到溶液中消散(如图2B所示)。数以千计的小直径气泡120的比表面积之和远比几个大气泡的要大，因而导致热量更快、更高效地传递到溶液中。
[0048]改进后的体系由于有添加剂的使用而有了较高的热传递效率，使得中央加热流体温度上升的速率比没有处理过的体系快得多。实际上，测试表明为了提高效率常常导致用户需要关掉散热器。相应的，有时为了保持一定的室温下锅炉必须加热，当这种情况的频率降低后，节省的燃料的量是显著的。测试表明一般能减少大约10至11%的气体消耗。此夕卜，由于锅炉运作后不用长时间保持工作，这也减少了对中央供暖系统的维护。
[0049]本发明的另一个优点是该添加剂还具有抑制腐蚀的性能。然而，如果另外添加的腐蚀抑制剂也需要与溶液进行混合，则需要在不影响本发明添加剂改进传热性能的条件下进行。事实上，可将添加剂与如磺基等无机化学品进行混合，以帮助系统进行清洁或去除污泥；或是与杀菌剂混合为系统提供抗菌环境。
[0050]该添加剂也符合环保要求，这使得一个大型的商业中心的中央供热系统中的中央加热流体排放时不会危害污水处理厂或排水网的安全。此外，该添加剂有着很好的热稳定性和化学性质，使得它不会在中央供暖系统的使用过程中随时间(如，至少一年)的推移而降解。
[0051]在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对具体工艺条件和结构进行修改和替换。
【权利要求】
1.本发明对中央供暖系统的效能进行了改善，即提出一种烷基多糖苷添加剂以减少中央供暖系统中的中央加热流体的表面张力，从而改善中央加热流体的泡核沸腾状态和传热特性。
2.依据权利要求1所述方法，进一步介绍了所述添加剂表面活性剂的使用。
3.依据权利要求2所述方法，进一步介绍了所述添加剂非离子表面活性剂的使用。
4.依据前述权利要求所述方法，进一步介绍了所述添加剂烷基聚葡糖苷的使用。
5.依据权利要求4所述方法,进一步介绍浓度介于IOOppm和1500ppm之间的烷基多糖苷对于所述中央加热流体的作用。
6.依据权利要求5所述方法,进一步介绍浓度介于500ppm和1000ppm之间的烷基多糖苷对于所述中央加热流体的作用。
7.介绍用于改善中央供暖系统的效率的添加剂，有助于减小中央供暖系统中的中央加热流体的表面张力，从而改善中央加热流体的传热和泡核沸腾特性。其中所述添加剂包括烷基多糖苷。
8.根据权利要求7所述添加剂，其中包含表面活性剂。
9.根据权利要求8所述添加剂，其中包含含有非离子表面活性剂的表面活性剂。
10.根据权利要求7-9所述添加剂，其中包含烷基多糖苷。
11.根据权利要求7-10所述添加剂，其中包含一个额外的腐蚀抑制剂。
12.根据权利要求11所述添加剂，其中所述添加剂进一步包含缓蚀剂、阻垢剂、污泥调节器或杀菌剂的至少一种。
13.介绍将添加剂引入中央供暖系统的方法，方法包括:_ 在有活塞和管嘴的注射器中加入添加剂； 将中央供暖系统中的散热器隔离出来； 卸下上述分离的散热器的排气阀，从上述分离的散热器的顶部抽走中央加热流体的一部分； 将注射器的管嘴插入分离的散热器中； 推动所述注射器的柱塞将添加剂从分离的散热器的顶部注入； 安上分离的散热器的排气阀； 连接中央供暖系统和散热器，使得所述添加剂在中央供暖系统中进行循环。
14.使用注射器将添加剂从散热器的排气阀引入中央供暖系统。注射器包括:_ 柱塞部分； 盛放添加剂的容器； 适用于散热器排气阀的管嘴。
15.根据权利要求14所述注射器，其中所述管嘴还包括一个弹性套环，与散热器的排气阀相配合在管嘴周围形成密封状态。
16.根据权利要求14或15所述注射器，其中所述喷嘴还包括一个安装单向阀的注射器。
17.在中央供暖系统中使用成套部件以提高加热效率，其中成套部件包括权利要求7中所述添加剂和声明14中所述注射器。
18.根据权利要求17所述成套部件，其中包括将添加剂预先放入注射器以备使用。
【文档编号】F24D19/00GK104024743SQ201280055404
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年11月28日 优先权日:2011年12月1日
【发明者】罗伯特·威尔逊, 格里·德尼 申请人:茵瓦尔麦克斯有限公司