Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Study of high flash point ethyl alcohol-based secondary fluids applied in Ground Source Heat Pumps systems
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Ethyl alcohol (ethanol) as secondary fluids is very popular as heat transfer fluid for indirect refrigeration system with ground source heat pump systems (GSHP) in several countries such as Sweden, Norway, Switzerland, Finland and other European countries. There have been several researches about the future ofthe refrigeration sector, refrigerants and refrigeration systems. Moreover, strict regulations such as F-gasregulation and Kigali Amendment forcing a phase down of many current widely used high global warming potential (GWP) refrigerants, i.e. R134a or R410A. Therefore, secondary refrigeration systems and their working fluids are expected to play a key role in order to minimize the refrigerant charge in the systems, reduce the indirect refrigerant leakages as well as increase the safety during operation.

The aim of this thesis is to investigate the effect different additives to increase the flame point together with ethanol-based secondary fluids and validate their thermophysical properties by comparing them with reference values for pure ethanol water solutions. The study aims to design a new commercial ethyl alcohol-based product for GSHP system that could replace existing ones in the Swedish market and could workwith natural or flammable low GWP refrigerants.

Different high flash point additives were tested such as 1-propyl alcohol, n-butyl alcohol, glycerol andpropylene carbonate. Thermophysical properties were investigated and a GSHP model in Excel was created in order to assess the energy performance of the resulted blends.

After screening different blends and assessing the energy performance, glycerol as additive in low concentration seems to be the future for the ethyl alcohol-based secondary fluids because of its high flashpoint (160ºC) that will reduce the flammability risk associated to ethyl alcohol blends, the low viscosity (by 12% lower compared to pure ethyl alcohol blends) that help reduce pumping power by 4.5% compared topure ethyl alcohol blends. Moreover, ethyl alcohol and glycerol blend showed the lost in heat transfer coefficient by 4% lower compared to pure ethyl alcohol blends due to lower thermal conductivity compared to pure ethyl alcohol blends. Finally, it is a rather cheap and natural product which has no problem related to corrosion since ethyl alcohol and glycerol are less corrosive than water.

Although, flash point test was not conducted so there is no data regarding the flash point, it is expected the flash point is increased due to the high flash point of glycerol compared to ethyl alcohol or other possible additives. Therefore, it is expected that the flammability risk associated to ethyl alcohol-based secondary fluids is reduced.

Abstract [sv]

Etylalkohol (etanol) som köldbärare är mycket populärt som värmeöverföringsvätska för indirekt kylsystemmed bergvärmepumpsystem (BVP) i Sverige, Norge, Schweiz, Finland och andra europeiska länder. Fleraundersökningar har gjorts om kylsektorns framtid, köldmedier och kylsystem. Dessutom strängaförordningar som F-gas förordning och Kigali- förordning tvingar en utfasning av många nuvarande allmäntanvända köldmedier med den höga globala uppvärmningspotentialen (GWP), dvs. R134a eller R410A. Därför förväntas det att kylsystem och deras köldbärare spela en nyckelroll för att minimera köldmediumsmängd i systemen, minska de indirekta köldmedieläckage och öka säkerheten under drift.

Syftet med detta examensarbete är att undersöka effekten av olika tillsatser för att öka flammanpunkten tillsammans med etanolbaserade köldbärare och validera deras termofysikaliska egenskaper genom att jämföra dem med referensvärden för rena etanolvattenlösningar. Studien syftar till att utforma en nykommersiell etylalkoholbaserad produkt för BVP-system som skulle kunna ersätta befintliga produkter på den svenska marknaden och kan arbeta med naturliga eller brandfarliga köldmedier med låg GWP.

Olika tillsatser med hög flampunkt testades såsom 1-propylalkohol, n-butylalkohol, glycerol och propylenkarbonat. Termofysikaliska egenskaper undersöktes och en BVP-modell i Excel skapades för att bedöma energiprestanda för olika blandningarna. De erhållna resultaten för olika blandningar visar att glycerol i en låg koncentration som tillsats kan vara framtidens additiv för de etylalkoholbaserade köldbärare på grund av dess höga flampunkt (160 ºC) som förmodligen kan minska brandrisken för etylalkoholblandningar. Dessutom hade glycerol och etanolblandningar den lägsta viskositeten (c.a.12% lägre jämfört med ren etylalkoholblandningar) som bidrar tillen minskning av pumpeffekten med c.a. 4,5% jämfört med rena etylalkoholblandningar. Däremot visade etylalkohol och glycerol blandningen c.a. 4% lägre värmeöverövergångstal jämfört med de rena etylalkoholblandningar på grund av lägre värmeledningsförmåga jämfört med ren etylalkoholblandningar. Slutligen är glycerol en ganska billig och naturlig produkt som inte har några korrosionsproblem eftersom etylalkohol och glycerol är mindre frätande än vatten.

Även om flampunkttest inte genomfördes i projektet, förväntas det att flampunkten ökas lite på grund av den höga flampunkten av glycerol jämfört med etylalkohol och andra tillsatser. Därför förväntas det att brännbarhetsrisken förknippad med etylalkoholbaserade köldbärare reduceras.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 95
Keywords [en]
indirect refrigeration system, secondary fluid, flammability, alcohols, geothermal heat pump systems, properties.
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-260335OAI: oai:DiVA.org:kth-260335DiVA, id: diva2:1355276
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-09-27 Created: 2019-09-27 Last updated: 2019-09-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(8375 kB)7 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 8375 kBChecksum SHA-512
1b1997781df1fb0e240bde00d556482e1f0f7268dff5e6feca438cb15d1bcec669d0516711be98c8e535da6d413ef4933bcd5c847b062e521533308d4d5e89b0
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 7 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 30 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf