Alternativa köldbärare för indirekta kylsystem

Köldbärare är komplexa blandningar som även innehåller pH-justerande medel, antioxidanter, antiskummedel, stabilisatorer, färgämnen m.m. Dessa tillsatser kan stabilisera och förbättra vätskans prestanda men påverkar även köldbärarens termofysikaliska egenskaper. Köldbärare är vattenbaserade lösningar av organiska eller oorganiska ämnen (t.ex. alkoholer, glykoler eller salter) och har använts länge i olika indirekta kylsystem och värmepumpar. Fördelarna med indirekta kylsystem är: låg mängd köldmedium, liten risk för köldmedieläckage, att det primära köldmediesystemet helt är i maskinrummet, enkel och exakt kontroll, inga oljesaneringsproblem, att köldmedier som ammoniak och kolväten kan användas; enkelt underhåll, inga tekniska begränsningar när det gäller avståndet mellan kylutrymmen och maskinrummet, att plaströr kan användas och att det blir längre intervall mellan avfrostningsperioder vid luftkylning på grund av en mer enhetlig frostbildning.

Tyvärr har många av de idag använda köldbärarna korrosiv karaktär men det är möjligt att minimera korrosionsriskerna genom att använda rätt inhibitorer. Alla tillsatser stabiliserar och förbättrar prestanda i vissa avseenden men påverkar köldbärarens termofysikaliska egenskaper på ett sätt som inte är väl känt. Det borde vara intressant att testa några adsorberande korrosionsinhibitorer som tillhör så kallad ”gröna korrosionsinhibitorer grupp” som kan blandas med kranvatten och har ett 100% organisk/växt ursprung. Växter är källor av naturligt förekommande ämnen med komplexa molekylära strukturer och som har olika kemiska, biologiska och fysikaliska egenskaper. De naturligt förekommande ämnena används eftersom de är miljömässigt godtagbara, kostnadseffektiva och har riklig tillgång. Dessa fördelar är orsaken till användningen av extrakt av växter och produkter som korrosionsinhibitorer för metaller. Olika växtextrakt kan användas som korrosionsinhibitorer allmänt kända som gröna korrosionsinhibitorer.

Etanolbaserade vattenlösningar är de vanligaste köldbärarna som i Sverige används i bergvärmepumpar, och som rekommenderas av Sveriges Geologiska Undersökning (SGU) och Svenska Naturvårdsverket (Naturvårdsverket). De tillgängliga etanolbaserade kommersiella produkterna är 90-95 vikt-% etanolkoncentrat, med upp till 10 vikt-% denatureringsprodukter men utan korrosionsinhibitorer (isopropanol och n-butanol). Mätningar som nyligen utförts vid KTH visar att förekomsten av dessa tillsatser i etanol förbättrade de termofysikaliska egenskaperna, särskilt specifik värmekapacitet, värmeledningsförmåga och dynamisk viskositet. Hittills har etanolbaserade köldbärare inte haft korrosionsinhibitorer. Nyligen har adsorberande korrosionsinhibitorer börjat användas i olika sammanhang, men inga rekommendationer har än så länge tagits fram för etanol. Ytterligare studier behövs för att hitta lämpliga korrosionsinhibitorer som kan användas istället för eller tillsammans med denatureringsprodukter för att effektivt skydda systemet mot korrosion.

Alternativa köldbärare som kommer att utforskas mer är miljövanliga organiska syntetiska dieseloljor och jonvätskor. De första resultaten visar att dessa dieseloljor har en låg dynamisk viskositet vid låga temperaturer och har bredare arbetstemperatursområde jämfört med vattenlösningar som glykoler samt även silikonoljor. Syntetiska dieseloljor kan vara ett intressant alternativ för dyra silikonoljor som köldbärare vid låga temperaturer. Fördelar med dieseloljor är icke korrosiv karaktär, en relativ hög flampunkt och smörjningsegenskaper. Dessutom lär 80% av den syntetiska dieseloljan brytas ned på 10 dagar vilket kan bidra till mindre CO2 utsläpp under tillverknings processen (upp till c:a 50 %). Jonvätskor är vätskor som består av positiva och negativa joner, till exempel salter. Jonvätskor karakteriseras av att de har lågt ångtryck och därför är mycket svåra att destillera. De är normalt inte eldfängda, är goda ledare för elektricitet och är ofta svåra att oxidera och reducera. Några typer av komplexa organiska salter av formiat och acetat (till exempel: aminogrupper) kommer att testas.

Syfte

  1. Sammanställa en rapport om alternativa köldbärare,
  2. Validera egenskaper för etanol-isopropanol blandningar med hjälp av mätningar av termofysikaliska . Identifiera och testa potentiella adsorberande korrosionsinhibitorer kompatibla med etanol.
  3. Testa termofysikaliska egenskaper av olika syntetiska dieseloljor och organiska salter för tillämpningar vid såväl låg som hög temperatur.
  4. Validera effekten på värmeöverföringsprocessen av korrosionsinhibitorer som bildar fysiska barriärer.
  5. Validera effekten på värmeöverföringsprocessen av adsorberande korrosionsinhibitorer.