热力循环系统专利检索-热力循环物理专利检索查询-专利查询网

热力循环系统

阅读：371发布：2020-05-11

专利汇可以提供热力循环系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种热力循环如有机朗肯循环系统，利用润滑剂和工作流体，用于一种机器，在所述机器中加压的气态工作流体膨胀到较低压力水平并且将来自所述流体膨胀的能量转换成机械旋转能量；所述润滑剂包括基于聚亚烷基二醇的润滑剂组合物，并且所述工作流体包括醇与水的混合物。，下面是热力循环系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种将热能转换成机械能的方法，包含以下步骤：
(a)提供热力循环；
(b)提供含水醇作为所述循环的工作流体；
(c)提供用于所述循环的润滑剂制剂；以及
(d)通过在所述润滑剂制剂中使用至少一种聚亚烷基二醇共聚物树脂来控制所述润滑剂制剂的动态粘度；其中所述润滑剂制剂含有大于约10重量％的环氧乙烷(呈乙氧基单元(CH2CH2O-)形式)含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述润滑剂制剂含有大于约15重量％的环氧乙烷(呈乙氧基单元形式)含量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述润滑剂制剂含有大于约30重量％的环氧乙烷(呈乙氧基单元形式)含量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述润滑剂制剂的所述动态粘度在40℃下为约
50mm2/s到约300mm2/s。
5.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种聚亚烷基二醇共聚物的分子量为约500g/mol到约4,300g/mol。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述润滑剂制剂中的所述至少一种聚亚烷基二醇包括至少一个乙氧基(CH2CH2O-)单元和至少一个丙氧基(CH2CH(CH3)O-)单元。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述共聚物是无规、嵌段或反嵌段共聚物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述无规共聚物的分子量为约500g/mol到约2,
500g/mol。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述嵌段或反嵌段共聚物的分子量为约1,500g/mol到约5,000g/mol。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述润滑剂制剂含有约0.01重量％到约1重量％的聚丙烯酸酯。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水醇中的醇的分子量小于约110g/mol。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述热力循环是有机朗肯循环。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述有机朗肯循环是移动设备的一部分。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述润滑剂制剂引入到所述热力循环的膨胀机部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述膨胀机选自由以下组成的群：活塞式膨胀机、轴流式涡轮机、辐流式涡轮机、涡旋式膨胀机、旋转螺杆式膨胀机、旋转叶片式膨胀机和汪克尔膨胀机以及其组合。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述活塞式膨胀机包括旋转斜板设计。

说明书全文

热力循环系统

技术领域

[0001] 本发明涉及适用于用于将热能转换成机械能的热力循环系统的润滑剂；且明确地说，用于使用含水醇混合物作为工作流体和聚亚烷基二醇作为润滑剂的有机朗肯(Rankine)循环系统。

背景技术

[0002] 在简单朗肯循环系统，如汽车朗肯循环发动机系统中，存在用于将工作流体泵送到所需锅炉压力的液体泵、用于加热和蒸发工作流体的一个或多个热交换器、用于将工作流体的热能转换成机械能的一个或多个膨胀机；以及用于液化从膨胀机排出的工作流体蒸汽的冷凝器。

[0003] 有机朗肯循环系统的一个实施例包括工作流体和润滑剂，它们在系统中分离并且分开地使用。系统被设计成使得在系统的特定操作模式期间工作流体和润滑剂分离。然而，在另一种操作模式中，工作流体与润滑剂彼此接触。并且，当工作流体与润滑剂彼此接触时，工作流体可稀释润滑剂；并且润滑剂的粘度可以显著降低(例如，到小于(<)其初始值的20百分比(％))，使得润滑剂的使用无效。当工作流体与润滑剂物的接触和稀释发生时，工作流体与润滑剂彼此混溶是至关重要的，因为已知工作流体具有不良的润滑特性，并且这会导致严重磨损，并且在极端情况下，设备损坏。

[0004] 在朗肯循环中，发动机的机械部件将工作流体的压力转化为机械能，如膨胀机。发动机的机械部件需要进行润滑。本领域中已知的一类润滑剂是聚亚烷基二醇(PAG)润滑剂。本领域中还已知在朗肯系统中使用醇作为工作流体。例如，用作工作流体的特定醇可以是乙醇。目前，朗肯循环系统正被设计成使得系统中使用的工作流体可以是水与醇如乙醇的混合物；并且其中在工作流体中的水浓度通常为1重量百分比或重量％(wt％)到50wt％。

[0005] 在WO2014/128266中已经报道了作为润滑剂的PAG和作为工作流体的乙醇的组合。在WO2014/128266中描述的发动机允许工作流体进入润滑剂空间并且PAG用乙醇稀释，这降低了PAG的粘度，但是如果润滑剂的粘度太低(例如<其原始值的20％)时，发动机部件的摩擦和磨损会增加到不可接受的程度，导致磨损碎屑和严重的设备损坏。当润滑剂的粘度降低到大于(>)其原始值的50％时，磨损和设备损坏也是可能的。优选的是，粘度没有降低>原始值的30％，并且如果粘度变化<其原始值的10％是最优选的。

[0006] 具有处理加压流体(工作流体)的移动部件如泵、压缩机和发动机的机器需要润滑移动部件。迄今为止，已经使用了几种不同的选项来提供这种润滑，如：(1)所使用的工作流体具有最小的润滑性能，但期望执行一些最小的润滑；(2)所使用的工作流体被设计成含有溶解在工作流体中的添加剂(主要是润滑性添加剂)；(3)将润滑剂与工作流体共混以形成单相乳液；和(4)通过使用密封系统将润滑剂与工作流体物理分离。在实践中使用选项(4)通常会导致润滑剂与工作流体无意中彼此接触。

[0007] 如前所述，当工作流体与润滑剂接触时，润滑剂的粘度可显著降低，使得润滑剂的使用无效。举例来说，当工作流体是醇与水的混合物并且这种工作流体接触润滑剂时，当润滑剂例如是聚亚烷基二醇时，润滑剂的粘度降低到更大程度(例如到约75％)。

[0008] 所使用的工作流体的选择通常基于所使用的朗肯循环系统的物理和热工艺要求。典型的工作流体包括例如氢氟烃(HFC)、醇和烷烃，其热性能良好的但润滑性能不良。以上选项(2)到(3)的一个缺点是工作流体不能用于经历高温(例如大于[>]150℃)的系统，因为在这些温度下润滑剂或润滑剂添加剂可能会迅速降解使得无法实现可接受的维护间隔。因此，对于温度超过150℃的系统，以上选项(4)是优选选项。然而，使用选项(4)时，润滑剂需要在整个工作温度范围内为系统的移动部件提供磨损保护。但选项(4)的一个缺点是分离润滑剂与工作流体的物理密封系统可能发生故障，或者当系统关闭时工作流体与润滑剂共混；然后工作流体可进入含有润滑剂的系统区域。这会影响润滑剂的粘度和磨损保护。例如，如果润滑剂的粘度降低太多(例如到<其原始值的80％)，那么润滑剂膜不能完全分离移动的机械部件并且在系统中发生表面磨损。

[0009] 在汽车朗肯循环中，醇和HFC通常是所选择的工作流体，因为醇和HFC的热性能可以使效率最大化并使设备成本降到最低。例如参见的描述Dieter Seher等人《使用朗肯过程的商用车的废热回收(Waste Heat Recovery for Commercial Vehicles with a Rankine Process)》，第21届亚琛汽车和发动机技术年会2012(21st Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology 2012)。大多数常见的润滑剂，如矿物油、聚α-烯烃、烷基化萘和一些酯类与醇和HFC工作流体(特别是HFC)不混溶。在这种情况下，工作流体可将润滑剂移动到设备中待润滑的关键部件(例如轴、气缸、轴承等)上，而这会增加关键部件的摩擦和磨损，其可能导致设备故障。

[0010] 但是，即使选择了溶解在润滑剂中的工作流体，这种工作流体也可能对润滑剂的其它性能产生负面影响，例如，润滑剂的粘度可降低(例如到<其原始值的80％)从而损害设备。

发明内容

[0011] 行业正在考虑工作液体为水/醇混合物。已经发现向工作流体添加约20wt％到约50wt％的水减少了当被工作流体污染时润滑剂的粘度降低(当用工作流体稀释时的原始粘度的百分比)，特别是当某些聚亚烷基二醇化学物质用作润滑剂时。此外，已经发现聚亚烷基二醇(PAG)作为朗肯循环系统的润滑剂是有利的选择。为共聚物并含有乙氧基单元的PAG在本发明中特别适用。PAG具有多种吸引人的益处，包括例如(1)良好的热氧化稳定性，使得PAG可以在高达约200℃的温度下工作；(2)PAG与醇是可混溶的，并且可产生在热力循环中使用的机器的润滑部件上的膜；(3)PAG可具有超过200的粘度指数和低倾点(例如根据ASTM D97(2012)中的步骤测量到<-25℃)；(4)PAG也可溶于水；以及(5)PAG可具有高体积热容量(例如，40℃时>2.0J/g/K)。

[0012] 本发明涉及使用衍生自环氧烷如环氧乙烷(EO)与环氧丙烷(PO)共聚物的PAG作为润滑剂。环氧烷聚合物可以是无规、嵌段或反嵌段共聚物。在一个优选实施例中，聚合物是重均分子量(M.W.)为约500克/摩尔(g/mol)到约4,300g/mol并且EO含量为10wt％或更高的那些。据设想可以用其它高碳氧化物如1,2-环氧丁烷、2,3-环氧丁烷、环氧辛烷和氧化十二烯替换环氧丙烷，以得到产生类似的效果的与环氧乙烷的共聚物。

[0013] 本发明还涉及使用包含含水醇混合物和至多50wt％水的工作流体。使用上述含水醇混合物与单独使用酒精作为工作流体时相比帮助改善润滑剂的粘度稳定性。已经证明，当工作流体含有水和醇时，润滑剂的粘度变化(ΔV)可以例如比当工作流体单独是酒精并且工作流体稀释润滑剂时低约10％到约23％。

[0014] 本发明的另一个实施例包括还含有聚丙烯酸酯添加剂(至多约1％)的特别配制的基于PAG的润滑剂。在PAG中包含聚丙烯酸酯进一步改进了当用含水醇工作流体稀释时PAG的粘度控制。

[0015] 润滑剂可以与一种或多种不同的添加剂组合以改进润滑剂的性能，包括例如磨损性能、氧化稳定性、腐蚀性、压力性能、消泡和/或上述性能的组合。

具体实施方式

[0016] 本文中润滑剂的“粘度变化”或“粘度降低”缩写为“ΔV”是指润滑剂的初始粘度值与用工作流体稀释时的值之间的百分比变化。

[0017] 本文中的“润滑性”或“润滑”是指通过流体或润滑剂减少两个接触表面之间的摩擦。

[0018] 本文中“粘度指数”缩写为“V.I.”，提及组合物时，是指使用ASTM D2270计算的在40℃与100℃之间的粘度变化。具有高粘度指数的产物的值高于150(无单位)。

[0019] 本文中的“低倾点”是指低于约-40℃的值。

[0020] 本文中的“良好的热氧化稳定性”是指修改后的ASTM D2893(最初公布于2004年并于2014年修订)(在150℃持续8周)粘度最大比未使用的润滑剂的原始粘度大或小10％。

[0021] 本文中的“水溶性”提及PAG时是指当用肉眼观察并且当在环境温度下以去离子水中约5wt％到约25wt％的PAG的浓度混合时形成透明均质混合物的PAG。

[0022] 在其最广泛的范围内，本发明包括工作流体组合物和润滑剂组合物，两种独立的组合物，其用于朗肯循环系统或机器，其中加压工作流体膨胀到一定压力并且来自工作流体膨胀的能量转换为机械旋转能量。举例来说，在一个实施例中加压工作流体可以从约0.01巴表压(巴(barg))膨胀到约10巴，在另一个实施例中从约0.1巴到约5巴，以及在再另一个实施例中从约1巴到约2.5巴。

[0023] 在一个优选实施例中，工作流体组合物可以包括例如醇与水的混合物；并且润滑剂组合物可以是例如PAG或两种或更多种PAG的组合作为润滑剂。

[0024] 一般来说，适用于本发明的醇可以是任何醇。举例来说，在一个优选实施例中，本发明中使用的醇可以是乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇和其混合物。

[0025] 以工作流体中的醇和水的总重量计，用于本发明的工作流体中的醇的浓度通常可在在一个实施例中约10wt％到约99wt％，在另一个实施例中约20wt％到约80wt％，以及在再另一个实施例中约50wt％到约80wt％范围内。如果乙醇浓度低于10wt％，则在冬季温度下会发生工作流体的冻结。如果乙醇浓度大于99wt％，则粘度降低的益处可能是不经济的。

[0026] 含水醇混合物中的醇有利地可溶于含水醇混合物的水中。为了保持醇和水的溶解度性质，含水醇中醇通常可以具有例如在一个实施例中小于约110g/mol；在另一个实施例中约30g/mol到约80g/mol；以及在再另一个实施例中约40g/mol到约60g/mol的分子量。当醇的分子量太高时，即大于约110g/mol时，那么醇可能不可溶于水。

[0027] 通常，水可以是任何类型的水。举例来说，在一个优选实施例中，本发明中使用的水可以是蒸馏水、去离子水和其混合物。水基本上可以是不会有害地影响有机朗肯系统的任何类型的水。举例来说，自来水、海水或井水是不希望的，因为这种类型的水可能释放出可降低有机朗肯系统的蒸发器处的热传递的盐。

[0028] 以工作流体中的醇和水的总重量计，本发明的工作流体中使用的水的浓度通常可以为在一个实施例中约1wt％到约99wt％，在另一个实施例中约20wt％到约80wt％，以及在再另一个实施例中约25wt％到约50wt％的范围内。

[0029] 用于制备工作流体的方法和设备的类型包括将以上组分在本领域中已知的常规混合设备或容器中共混或混合。举例来说，通过在已知的混合设备中将醇组合物与水共混来实现本发明的工作流体的制备。由于醇的热(thermal)和热(thermo)氧化稳定性有限，可能或需要向工作流体中添加添加剂如抗氧化剂以增加其稳定性。任选地，其它需要的添加剂如腐蚀抑制剂和泡沫控制剂可以存在于工作流体中。举例来说，任选的添加剂可以在一个实施例中0wt％到约10wt％和在另一个实施例中约0.05wt％到约10wt％的浓度添加到工作流体中。在再另一个实施例中，工作流体中的任选的添加剂可以保持在<约1,000ppm。

[0030] 所有以上的工作流体化合物典型地在能够制备有效工作流体的温度下混合并分散在容器中。举例来说，以上组分混合期间的温度在一个实施例中通常可为约-10℃到约40℃，并且在另一个实施例中，为约20℃到约30℃。

[0031] 本发明的工作流体的制备和/或其步骤中的任一个可以是分批或连续过程。在一个优选实施例中，工作流体组分的混合方法和方法中所用的混合设备可为本领域的技术人员熟知的任何搅拌容器和辅助设备。

[0032] 一般来说，润滑剂可以选自由以下组成之群：矿物油、硅氧烷油、聚烷基苯(PAB)、多元醇酯(POE)、聚亚烷基二醇(PAG)、聚亚烷基二醇酯(PAG酯)、聚乙烯醚(PVE)、聚(α-烯烃)以及其组合。

[0033] 作为朗肯循环的润滑剂，PAG是一个很好的选择。PAG可包括以下益处：(1)PAG具有良好的热氧化稳定性；(2)PAG与醇可混溶，并且使用这种化合物组合可在机器的润滑部件上产生膜；(3)PAG也可以是水溶性的，和(4)PAG可以具有超过200的粘度指数和低倾点。

[0034] 一般来说，组合物中所用的聚亚烷基二醇可以包括例如衍生自环氧乙烷和环氧丙烷原料的一种或多种无规、嵌段或反嵌段聚亚烷基二醇；和其混合物。

[0035] 在一个更优选的实施例中，适用于本发明组合物中的PAG可以包括例如两种PAG的组合，如环氧乙烷与环氧丙烷的任何无规、嵌段或反嵌段共聚物的组合。

[0036] 聚亚烷基二醇在结构中可以含有乙氧基(CH2CH2O-)并且以润滑剂中组分的总重量计，可以以通常在一个实施例中约10wt％到约90wt％，在另一个实施例中约20wt％到约80wt％，以及在再另一个实施例中约40wt％到约60wt％的浓度存在。如果乙氧基的浓度大于90wt％，则粘度指数增加，但倾点也增加。如果乙氧基的浓度小于10wt％，则水溶性降低，其可能导致相分离。

[0037] 聚亚烷基二醇可以在结构中含有丙氧基[CH2CH(CH3)O-]，以润滑剂中各组分的总重量计，其在润滑剂中可以以通常为在一个实施例中约10wt％到约90wt％，在另一个实施例中约20wt％到约80wt％，以及在再另一个实施例中约40wt％到约60wt％的浓度存在。如果丙氧基的浓度大于90wt％，则润滑剂中的水溶性降低，其可能导致相分离。

[0038] 一般来说，PAG可以选自例如由以下组成之群：无规共聚物、嵌段共聚物、反嵌段共聚物或其混合物。用于本发明的PAG聚合物的一个优选实施例是具有约500g/mol到约4,300g/mol的重均分子量和10wt％或更高的乙氧基含量的那些。在另一个优选实施例中，聚亚烷基二醇可以是含有至少一种环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物并且其中润滑剂在未稀释时在40℃时的动态粘度可以是约50mm2/sec到约300mm2/sec的那些。

[0039] 如前所述，构成润滑剂制剂的优选聚合物是在一个实施例中乙氧基含量为10wt％或更高，在另一个实施例中乙氧基含量为15wt％或更高并且在另一个实施例中乙氧基含量大于约30wt％的那些。

[0040] 在另一个实施例中，润滑剂制剂可含有通常在一个实施例中约0.01wt％到约1wt％；在另一个实施例中为约0.02wt％到约0.5wt％；在再另一个实施例中为约0.05wt％到约0.2wt％的聚丙烯酸酯。当使用1wt％以上的聚丙烯酸酯时，会发生流体凝胶化。但当用量少于0.01wt％时，它提供较少的粘度控制。

[0041] 用于制备润滑剂制剂的方法的设备的类型包括将以上组分在本领域中已知的常规混合设备或容器中共混或混合。举例来说，本发明的润滑剂的制备是在已知的混合设备中通过将PAG与任选的任何其它所需添加剂共混来实现的。

[0042] 典型地将润滑剂的所有以上化合物在能够制备有效润滑剂的温度下混合并分散在容器中。举例来说，以上组分混合期间的温度通常可以在一个实施例中为约20℃到约80℃，在另一个实施例中为约40℃到约60℃。

[0043] 本发明的润滑剂的制备和/或其步骤中的任一个可以是分批或连续过程。在一个优选实施例中，润滑剂组分混合方法和混合方法中所用的混合设备可为本领域的技术人员熟知的任何容器和辅助设备。

[0044] 通过本发明的以上方法制备的以上组合物的工作流体展现出几种出人意料的和独特的性质。举例来说，本发明的工作流体组合物的粘度使得组合物易于处理和加工。工作流体组合物在25℃下可具有在一个实施例中约0.1mPa·s到约10mPa·s，在另一个实施例中约0.2mPa·s到约5mPa·s的，在再另一个实施例中约0.5mPa·s到约2mPa·s的范围内的动态粘度。粘度高于10mPa·s且沸点与本发明工作流体相似的工作流体可适用于有机朗肯循环应用。然而，粘度高于10mPa·s的工作流体也可能具有比本发明的工作流体更高的沸点，其不适合用于有机朗肯循环应用。粘度低于0.1mPa·s的工作流体会使润滑恶化，因此是不理想的。

[0045] 工作流体组合物展现的另一个性质是沸点。一般来说，工作流体的沸点可为在一个实施例中在0℃与250℃之间，在另一个实施例中在约30℃与170℃之间，以及在再另一个实施例中在约60℃与120℃之间。

[0046] 通过本发明的以上方法制备的基于聚亚烷基二醇的润滑剂组合物(润滑剂制剂)展现出几种出人意料的和独特的性质。举例来说，本发明的聚亚烷基二醇基润滑剂组合物的动态粘度使得组合物可以容易地处理和加工。基于聚亚烷基二醇的润滑剂组合物可具有40℃下在一个实施例中在约10mm2/s到约约1,000mm2/s，在另一个实施例中在约50mm2/s到约500mm2/s，以及在再另一个实施例中在约100mm2/s到约250mm2/s的范围内的动态粘度。如
2
果润滑剂的动态粘度太低，即在40℃时小于约50mm /s，那么在可能出现的设备中存在过度磨损的更大风险。如果润滑剂的动态粘度太高，即在40℃下大于约300mm2/s，那么移动部件上的粘滞阻力的风险可能很高，导致更高的能量消耗。

[0047] 聚亚烷基二醇共聚物的分子量通常可以为在一个实施例中约500g/mol到约5,000g/mol；在另一个实施例中约500g/mol到约4,300g/mol；以及在再另一个实施例中约1,
500g/mol到约2,500g/mol。

[0048] 聚亚烷基二醇基润滑剂组合物展现的另一性能是良好的低温性能。举例来说，倾点的性质通常可以为在一个实施例中在约-70℃与约0℃之间，在另一个实施例中在约-60℃与约-10℃之间，以及在再另一个实施例中在约-50℃与约25℃之间。如果倾点过高，则润滑剂在低温气候下会变得非常粘稠，使得润滑剂的泵送困难。因此，低倾点是优选的。

[0049] 适用于本发明的PAG也具有良好的热氧化稳定性，并且可以在例如高达200℃的温度下工作。一般来说，PAG的工作温度可以为在一个实施例中约50℃到约200℃，在另一个实施例中约80℃到约170℃，以及在再另一个实施例中约100℃到约150℃。

[0050] 使用本发明的PAG的益处之一是PAG与含水醇混合物可混溶。术语可混溶和不可混溶在本文中如本领域中通常使用的那样使用。举例来说，术语“可混溶”在本文中是指两种组分，其在这种情况下是PAG并且含水醇的工作流体是物理共混物，即两种组分：(1)在环境温度下保持单相至少24小时的一段时间，和(2)在同一时段内，两种组分不展现混浊。如果两种组分展现任何混浊或分离，则两种组分不混溶。举例来说，PAG和含水醇的混溶性可以为在一个实施例中约10wt％到约90wt％，和在另一个实施例中约10wt％到约50wt％。术语“可溶”意味着在环境温度下PAG与含水醇工作流体在混合时形成澄清的均质混合物，但是在PAG中含水醇工作流体为一定浓度。举例来说，工作流体在PAG中的溶解度可以为在一个实施例中约5wt％到约50wt％，和在另一个实施例中约10wt％到约50wt％。如果未观察到澄清的均质混合物，则认为在PAG中工作流体不可溶

[0051] 在本领域中通常将PAG描述为水溶性、水不溶性或油溶性。水溶性PAG的实例是环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物，其中环氧乙烷通常大于约20wt％。水不溶性PAG的实例是环氧丙烷的均聚物。油溶性聚亚烷基二醇的实例是环氧丁烷的均聚物。各类PAG的描述可见《合成物、矿物油和生物基润滑剂(Synthetics,Mineral Oils and Bio-Based lubricants)》，第6章，聚亚烷基二醇，Martin R.Greaves，CRC press，L.R.Rudnick编。以上参考文献的第6章还包括无规、嵌段和反嵌段PAG结构的描述。

[0052] 在如上所述制备工作流体制剂和聚亚烷基二醇润滑剂制剂之后，工作流体和润滑剂准备用于热力循环中，即在将热能转换为机械能的过程中。通常，这种过程包括以下步骤：(a)提供热力循环；(b)提供含水醇作为循环的工作流体；(c)提供用于循环的润滑剂制剂；和(d)通过在润滑剂制剂中使用至少一种PAG共聚物树脂来控制润滑剂制剂的动态粘度，并且其中润滑剂制剂含有大于约10重量％的环氧乙烷含量。

[0053] 举例来说，热力循环可以是有机朗肯循环；并且有机朗肯循环可以用于移动设备(例如汽车)或静态设备(例如发电厂中的涡轮机)中。润滑剂制剂可用于需要润滑的热力循环的任何机器部分。举例来说，可将润滑剂制剂引入热力循环的膨胀机部分。在一个实施例中，膨胀机可以是往复式或活塞式膨胀机；并且活塞式膨胀机还可以包括旋转斜板设计。

[0054] 在另一个实施例中，膨胀机可以是但不限于离心式或轴流式涡轮机、涡旋式膨胀机、旋转螺杆式膨胀机、旋转叶片式膨胀机或汪克尔(Wankel)膨胀机等，以及其组合。膨胀机可以是有机朗肯循环的一部分。

[0055] 举例来说，在一个优选实施例中，待润滑的机器可以是作为有机朗肯循环系统的一部分的发动机，其将来自汽车发动机(如卡车发动机)的热废气的能量转换成机械能以将额外的动力带到卡车曲轴，这可节省燃料并减少二氧化碳(CO2)的排放。循环的工作流体在最高约230℃下运行，润滑剂在最高150℃下。发动机可以是常规型活塞式膨胀机(膨胀机)或具有旋转斜板设计的活塞式膨胀机。已知旋转斜板设计用于汽车空调压缩机。与其中将压缩气态工作流体的能量转换为机械能的膨胀机不同，压缩机反过来工作。机械能用于压缩处于气相的工作流体。

[0056] 实例

[0057] 以下实例和比较实例更进一步详细说明本发明，但不应被解释为限制其范围。

[0058] 在以下实例和比较实例中，使用了各种材料、术语和名称，并且解释如下：

[0059] “PAG”代表聚亚烷基二醇。

[0060] “EtOH”代表纯度为99.9wt％的乙醇。

[0061] “wt％”代表重量百分比。

[0062] “M.W.”或“Mw”代表重均分子量。

[0063] “Kin.visc.”代表动态粘度。

[0064] “V.I.”代表粘度指数。

[0065] 在以下实例和比较实例中，使用表I中所述的以下无规共聚物；并且评价了本发明中无规共聚物的有用性：

[0066] 表I

[0067]

[0068] 在以下实例和比较实例中，使用表II中所述的以下嵌段和反嵌段共聚物；并且评价了本发明中嵌段共聚物的有用性：

[0069] 表II

[0070]

[0071]

[0072] 表III中描述的以下添加剂用于制备润滑剂制剂：

[0073] 表III

[0074]

[0075] 实例1-实例36和比较实例A-比较实例U

[0076] 本发明实例(实例1-实例36)和比较实例(比较实例A-比较实例U)在本文表IV-表VI中描述。所有使用单独使用乙醇作为工作流体的组合物的实例都是比较实例。所有使用以含水醇混合物为形式的组合物作为工作流体的实例都是本发明实例。

[0077] 如表IV中所述，试验1-试验5的制剂含有添加剂(2.35重量％)，其被添加到PAG基础油中。表VII中描述了添加剂包。表IV中描述的试验6和试验7的制剂不含添加剂包。类似地，在表V和表VI中，试验8-试验12的制剂和试验15-试验19的制剂分别含有表VII中所述的添加剂包；并且表V的试验13和试验14以及表VI的试验20和试验21的制剂不含添加剂包。

[0078] 总的来说，实例显示当水包含于工作流体中时，当润滑剂与工作流体混合时，润滑剂的粘度比没有水时减少较少。此外，实例显示当润滑剂用工作流体稀释时，工作流体中较高的水比例提高了基于聚亚烷基二醇的润滑剂的粘度稳定性。

[0079] 测试-一般过程

[0080] 制备并测试以下三种工作流体：(1)纯乙醇(EtOH)；(2)80wt％EtOH与20wt％水的共混物(EtOH/水：80/20wt％)；和(3)50wt％EtOH与50wt％水的共混物(EtOH/水：50/50wt％)。

[0081] 以下PAG润滑剂制剂用5wt％、10wt％和30wt％的工作流体稀释，并且根据ASTMD7042(最初公布于2004年并且于2014年修订)通过Stabinger ViscometerTM SVM 3000测量PAG润滑剂制剂的动态粘度。测量在不同温度下进行；然而，为了说明本发明，使用40℃温度下的数据。表IV到表VI中报道了粘度变化百分比。通过测量稀释制剂的动态粘度并除以未稀释制剂的粘度并从1中减去此数值来计算粘度百分比。测试结果如表IV到表VI中所示。

[0082] 理想的是PAG润滑剂制剂的粘度损失最小。粘度损失越大，则设备内发生磨损的可能性就越大。

[0083] 本文的实例显示润滑剂可以用5wt％的工作流体稀释(表IV)；并且润滑剂也可以用高达10wt％的工作流体(表V)和高达30wt％的工作流体(表VI)稀释。尽管本文未提供实例，但在一些情况下，甚至可能用高达50wt％的工作流体来稀释润滑剂。然而，如表IV到表VI所述，本发明的实例分别显示5wt％，10wt％和30wt％的稀释效果。

[0084] 表IV-用5wt％工作流体稀释润滑剂

[0085]

[0086] 表IV注释：(1)负值表示将工作流体添加到原始润滑剂时粘度降低的百分比。

[0087] 表V-用10wt％工作流体稀释润滑剂

[0088]

[0089]

[0090] 表V注释：(1)负值表示工作流体添加到原始润滑油时粘度降低的百分比。

[0091] 表VI-用30wt％工作流体稀释润滑剂

[0092]

[0093] 表VI注释：(1)负值表示当工作流体添加到原始润滑剂时粘度降低的百分比。

[0094] 表IV中描述的试验1-试验5的制剂、表V中描述的试验8-试验12的制剂和表VI中描述的试验15-试验19的制剂含有表VII中描述的添加剂包。表IV中描述的试验6和试验7、表V中描述的试验13和试验14以及表VI中描述的试验20和试验21的制剂不含如表VII中所描述的添加剂包。

[0095] 表VII

[0096]

[0097] 一般共混步骤

[0098] 将制剂在500mL玻璃烧杯中共混。制备150g的每种制剂。按照与以上列出的相同的顺序添加组分。将基础流体加热并搅拌直至形成澄清的均质溶液。

[0099] 一般稀释步骤

[0100] 用工作流体稀释50g共混物。在环境温度(约23℃)下使用搅拌器直至样品澄清。

[0101] 稀释测试结果

[0102] 表IV到表VI显示了当将水/乙醇混合物添加到包括实例1-实例36的本发明的制剂中时基于PAG的制剂的粘度降低的实例。含有纯乙醇的制剂是比较实例A-比较实例U。

[0103] 具有50/50wt％水/乙醇的共混物(表IV的实例1-实例5、表V的实例13-实例17和表VI的实例25-实例29)显示出与具有20/80wt％水/乙醇工作流体的共混物(表IV的实例6-实例12、表V的实例18-实例24和表VI的实例30-实例36)相比较少的粘度降低。PAG润滑剂可以含有无规、嵌段或反嵌段EO/PO共聚物。

[0104] 实例37和比较实例V和比较实例W

[0105] 这些实例说明了本发明的另一方面，并且证明，当润滑剂用50/50wt％水/EtOH共混物稀释时，包含聚丙烯酸酯添加剂甚至进一步提高聚亚烷基二醇基润滑剂的粘度稳定性。本发明的一个实例是表VIII的实例37中所示的制剂共混物。

[0106] 一般共混步骤

[0107] 表VIII中描述的比较实例V不是共混制剂。对于表VIII中描述的其它两种制剂共混物，使用300mL玻璃烧杯来制备混合物。制备100g包含50wt％水与50wt％EtOH的共混物的工作流体批料。

[0108] 制备50g含有40wt％以上工作流体的SYNALOXTM 50-100B的共混物样品，并将其命TM名为比较实例W。随后向制剂中添加SYNALOX 50-100B直至溶液完全溶解。共混物的规模也是50g。

[0109] 首先制备另一个制剂共混物样品，其包括在60℃下与0.05wt％聚丙烯酸酯共混的SYNALOXTM 50-100B。

[0110] 表VIII-含有聚丙烯酸酯的共混物的粘度测试结果

[0111]

[0112] *将0.05重量％的聚丙烯酸酯添加到99.95重量％的润滑剂与工作流体的共混物中

[0113] 如表VIII中所描述，当工作流体以40wt％添加到制剂共混物(润滑剂制剂)时，润滑剂制剂的粘度改变，即制剂粘度降低80％。然而，在包含聚丙烯酸酯(0.05wt％)的情况下，制剂共混物的粘度更稳定并且显示出显著降低的粘度变化，即如表VIII中所描述粘度仅有36％的变化。

[0114] 不溶于含水醇混合物的聚亚烷基二醇是无效的，并且在本发明的范围之外。举例来说，评价以下聚亚烷基二醇基础油(表IX)和混合物在水与乙醇的50/50重量/重量混合物中的溶解度，其中在环境温度下将水/乙醇混合物以30重量％的浓度加入到PAG中并搅拌5分钟。

[0115] 表IX-各种PAG基础油的性质

[0116]

[0117] 表X-各种PAG基础油的溶解度

[0118]

[0119]

[0120] 表XI中所描述的SYNALOX 100-120B和UCON OSP-220产品是不含乙氧基单元的聚合物，并且此类聚合物不可溶于水与乙醇的50/50重量/重量混合物。Dowfax DF-107是含有14重量％的乙氧基(来自环氧乙烷)单元的共聚物的实例；并且，Dowfax DF-107是可溶的。
Dowfax DF-117是含有9重量％的乙氧基(来自环氧乙烷)单元的共聚物的实例；并且Dowfax DF-117不可溶。以上实例说明共聚物含有足够量的乙氧基单元以提供可溶于包含水和醇的工作流体的共聚物是重要的。举例来说，本发明共聚物的乙氧基单元含量可以为在一个实施例中大于或等于10重量％，在另一个实施例中大于或等于10wt％到约30wt％，以及在另一个实施例中大于或等于10wt％到约90wt％。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种热力循环阀	2020-05-11	812
一种新型斯特林热力循环设备	2020-05-19	826
热力循环系统	2020-05-11	371
热力循环理疗熏蒸舱	2020-05-14	652
热力循环式医疗器械盛放消毒装置	2020-05-20	59
热力循环过程系统	2020-05-16	250
第二类多向热力循环	2020-05-17	447
一种热力循环阀	2020-05-19	364
热力循环装置	2020-05-19	644
一种热力循环阀	2020-05-19	154

热力循环系统

热力循环系统

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：