CN1093160C - 传热流体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于低温的传热/冷却流体。该传热/冷却流体含有15-70%的三甲铵基乙内盐和30-85%水。本发明的传热流体对环境友好并且无毒，它具有良好的传热性能，例如，它满足食品工业的要求和适用于太阳电池板。

Description

传热流体
本发明涉及一种用途广泛，特别是用于以有利于环境和健康为先决条件的热传递的例如无毒和温度范围宽的传热/冷却流体。
传热/冷却流体通常用于工业、建筑物的专门装置、致冷设备和汽车设备中。
在传热/冷却流体中良好的导热性是非常重要的。良好的导热性以良好的比热、导热系数和可泵抽性为先决条件。典型的传热流体在低温下粘度值低，因为在此情况下使用较低的泵功率可使流体形成湍流。
除了上述的特性，特别是当用于食品工业中和生活用水的加热时，传热流体的重要特性常常还包括对环境友好和无毒。该传热流体必须对被加工的产品无任何害处。加工过程中流体的微小泄漏可引起严重的事故。因此流体的无毒是最关键的因素之一。
最典型的流体是有机和含水传热/冷却流体。有机流体的问题是使用困难和有毒性。就绝大多数性质而论，水是近乎完美的热交换流体。它具有良好的传热和可泵抽性。此外，水对于环境是完全无毒和安全的。此外，水不易燃。实际上水的主要缺点是它使用的温度范围窄。
众所周知，水在0℃结冰和在100℃沸腾。此外，特别是与含铁材料接触时，水引起锈蚀。
关于在低温条件下使用的传热流体的先有技术，参见例如，公开号为EP 0641849的专利申请，其中公开了包括一种烷基甲基硅氧烷流体或由烷基甲基硅氧烷流体和基于聚二有机硅氧烷与三甲基甲硅烷基端基的各种流体组成的混合物的传热流体组合物。
最典型的水基传热流体是乙二醇，丙二醇和乙醇的含水混合物。乙二醇是最为熟知的传热流体之一，特别是使用在汽车工业中。然而，使用乙二醇的缺点是其本质是有毒的并且不利于环境。丙二醇实际上常常在需要减小毒性之时用于替代乙二醇。虽然丙二醇是相对无毒的，但是它污染环境。丙二醇的缺点之一是在低温时它的粘度有很大的增加；这导致泵功率增大。
与乙二醇相比，乙醇在使用中的优点是无毒，但是缺点是由于其很强的挥发性导致发生火灾的危险增大和在低温时它的粘度有很大的增加，然而，在后一种情况下，乙醇优于丙二醇。由于这个原因乙醇通常在实验室和在需要无毒的条件时作为传热流体材料被使用。然而，使用乙醇的问题包括它需要卫生当局许可，这构成了使该流体的应用复杂化的因素。
特别是就二元醇来说，腐蚀作用迫使用户去寻找昂贵的和有效的缓蚀剂。缓蚀剂组成和浓度的监控是困难的。通常，一种有效的缓蚀剂使一种其它的极无毒性的液体成为有毒的液体。一般，复杂的溶液增加了最终溶液的成本。
关于与缓蚀剂有关的先有技术，可参考公开号为EP 0369100的专利申请，它公开了含有作为缓蚀剂的二元羧酸混合物的传热流体，其中冷却流体组合物含有水溶性液态醇以降低凝固点；例如作为该目的使用的乙二醇和二元醇与二乙二醇的混合物。
本发明的目的是提供一种消除了现有技术的问题和缺点，或至少基本上将其减至最小程度的传热/冷却流体。
本发明的目的是提供一种适用在低温条件下、对健康和环境是安全的并且从技术上讲使用成本低的传热/冷却流体。
本发明的传热/冷却流体的主要特征是其含有15-70％的三甲铵基乙内盐或其衍生物和30-85％的水。本发明的最典型的冷却流体含有35％的三甲铵基乙内盐。优选的是，本发明的传热/冷却流体含有30-50％三甲铵基乙内盐和50-70％水。最优选的是，本发明的传热/冷却流体含有35％三甲铵基乙内基和65％水。
在传热流体中作为组分优选使用的化合物是三甲铵基乙内盐或三甲铵基乙内盐水合物的盐类。特别优选使用的化合物是三甲铵乙内盐，即甜菜碱。后者可从天然产品(例如制糖甜菜)中通过分离而制备，这使得制备生物来源的、具有良好的生命周期的传热流体成为可能。优选的是，本发明的传热/冷却液体含有生物来源的三甲铵基乙内盐。
本发明的传热/冷却流体具有无毒和简单的优点。其物理性能与其它二醇溶液相同。本发明的传热/冷却流体适用的温度范围为-50-+100℃。在热泵和制冷装置中优选的温度范围是-40-+70℃。此外，本发明的传热/冷却流体耐沸腾，它往往出现在太阳电池板中。
在某一时刻需要能与本发明的传热/冷却流体一起使用的本领域公知的常用缓蚀剂，稳定剂和标记剂。
本发明的传热/冷却流体比人们熟知的冷却流体毒性更小和对环境更加友好。它没有排废问题，并且其易于分解的特性可以降低费用。本发明的传热流体的废物处理不需要特殊的手段；它可被土壤吸收或排入下水道，而现有技术中使用的乙二醇，丙二醇和乙醇被迫在疑难废物处理厂处理，或者受到政府当局监督。
本发明的传热/冷却流体适用于各种用途，特别是低温和需要流体对环境友好和无毒的应用场合，例如在食品工业中使用。涉及的用途包括太阳能热能系统，热泵，制冷装置，通风装置和空调装置，特别是这些装置从排出空气中回收热或冷并且将其传递到进气中。涉及的一个用途是太阳电池板。
实施例I
根据从文献中得到的LD50值评定流体的毒性。经老鼠口服测试LD50。在表I中表示该值。
表I
    原料     LD50/mg/kg
    乙二醇     4700
    丙二醇     20000
    乙醇     7060
    三甲铵基乙内盐     11179
实施例II
在表II中比较相同浓度时各种流体粘度值。表III表示在相当于-15℃冰点的浓度下的比较结果。冰点是溶液中最初形成晶体时的温度。表II
  流体 浓度wt％               动力粘度    mm2/s
            温度   20℃   0℃   -10℃     -20℃
  乙二醇     50   3.48   7.40   11.7     19.6
  丙二醇     50   6.44   18.70   38     87
  乙醇     50   3.10   7.22   12.20     23
  三甲铵基乙内盐     50   5.90   12.80   21.50     38
表III
  流体 浓度wt％             动力粘度    mm2/s
            温度     20℃     0℃     -10℃     -15℃
  乙二醇     30.5     2.1     4.3     6.5     8.2
  丙二醇     33     3.3     7.8     14.4     20
  乙醇     24.5     2.5     5.9     10.9     15.8
  三甲铵基乙内盐     35     2.1     5.1     11     17.2
实施例III
表IV表示在50wt.％的浓度时各种溶液冰点的降低。表IV
    流体     50wt.％溶液的冰点/℃
    乙二醇     -35
    丙二醇     -35
    乙醇     -38
    三甲铵基乙内盐     -43
前面只参照几个优选实施例对本发明进行了描述；然而本发明不受实施例细节的严格限制。在下面的权利要求中能有许多在本发明构思范围内所确定的改进和变化。

Claims (8)

1.一种传热/冷却流体，其特征在于该流体含有15-70％三甲铵基乙内盐或其衍生物和30-85％水。
2.按照权利要求1的传热/冷却流体，其特征在于该流体含有三甲铵基乙内盐水合物的盐类。
3.按照权利要求1的传热/冷却流体，其特征在于该流体含有30-50％三甲铵基乙内盐和50-70％水。
4.按照权利要求1的传热/冷却流体，其特征在于该流体含有35％三甲铵基乙内盐和65％水。
5.按照权利要求3的传热/冷却流体，其特征在于该流体含有生物来源的三甲铵基乙内盐。
6.按照权利要求1的传热/冷却流体在太阳能系统，热泵，制冷装置，通风装置和空调装置中的应用。
7.按照权利要求6的应用，其特征在于该传热/冷却流体适用的温度范围为-50-+100℃。
8.按照权利要求6的应用，其特征在于该传热/冷却流体适用的温度范围为-40-+70℃。
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