CN1272130A - 蒸发冷却装置用的液体 - Google Patents

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A·伊尔维斯
H·瑞乔南
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Abstract

本发明涉及一种蒸发冷却用的液体,所说的液体特别适合于间接蒸发冷却系统。所说的液体包含三甲基氨基乙酸水溶液,优选含有5—35wt%三甲基氨基乙酸或其衍生物和65—95wt%水。

Description

蒸发冷却装置用的液体
本发明涉及蒸发冷却用的液体，具体说是适合于间接蒸发冷却装置用的液体。
蒸发冷却系统和装置通常使用冷却液体，其中冷却液体被喷到待冷却的物体上。喷雾冷却例如用于专业房屋服务，特别是空调设备。目前，最常用于此目的的液体是水，因为水使用安全并且无味，另外，其热交换性能良好。但是，水的利用受到其0℃结冻的限制。
诸如乙烯或丙烯的防冻液不是优选的，因为它们会造成腐蚀的问题，还因为当它们蒸发到循环着的空气流中时会释放出不愉快的气味。此外，其粘度较高并且它们十分有毒。
冷却液体常用于企业、专业房屋服务、冷藏装置、以及发动机应用。充分热交换性能是这些冷却液体的重要特点。高比热容、和足够的传热性以及可泵抽性是必要的。这些液体的特征在于低温下的低粘度，从而允许用较少的泵抽功率提供液体湍流。
除上述性能外，优选冷却液体的特征在于它们是非污染性和非毒性的，特别是在食品工业和服务性用水应用中。冷却液体应当是对加工的产品决不有害的。否则，即使液体很少泄漏到加工过程中也会造成严重后果。因此，当选择冷却液体时非毒性是决定性因素。
说到的水的大部分性能，它差不多是一种理想的热交换液体。其热交换性能和可泵抽性良好。此外，水是完全非毒性的并且对环境安全，而且是完全非易燃的。水的主要缺陷是它只能在非常窄的温度范围内使用。正如人们公知的，水在0℃下结冻，特别是当与含铁的物质接触时。
大部分典型的水基冷却液体是乙二醇、丙二醇和乙醇的含水混合物。乙二醇是一种最常用的冷却液体，特别是用于各种汽车工业应用中。然而，乙二醇的缺点在于其毒性和其污染性。因而，在需要非毒性的应用中经常使用丙二醇来取代乙二醇。但是，尽管丙二醇是相对无毒的，但也是环境不可靠的。丙二醇的另一个缺点是其粘度在低温下明显增加，造成必须使用较高的泵抽功率。
相比乙二醇，乙醇的毒性较低，使其成为优选的冷却液体。然而，乙醇的利用受到其高挥发性的限制，挥发性高的结果是容易燃火，其缺点还在于低温下粘度有大的增加，尽管粘度增加比丙二醇较不明显。出于此原因，乙醇被广泛用于实验室和不要求毒性的应用中的冷却剂。最后一个与乙醇使用有关的问题是需要得到卫生当局的批准，从而造成其作为冷却剂使用较困难。
本发明的目的是提供一种蒸发冷却用的液体，该液体特别适用于间接蒸发冷却系统和装置，并且通过该手段可以解决现有技术中存在的问题并消除其缺陷。
此外，本发明的目的是通过一种适合低温使用的蒸发冷却液体，其使用是环境安全的、经济的和对健康没有任何危害的。
蒸发冷却液体的特征见后面的权利要求书。
蒸发冷却所用液体的基本特点是其小的液滴尺寸和低温。小液滴增加了液体和周围气体之间的热交换表面积，而大的温差增加了加热/冷却效率。
根据本发明，适用作蒸发冷却液体组分的优选化合物是三甲基氨基乙酸或三甲基氨基乙酸水合物的盐。特别优选三甲基氨基乙酸或甜菜碱。甜菜碱例如可以通过从天然产品中如从甜菜中提取获得，或者通过生物化学方法制备，来生产具有有利使用期的生物蒸发冷却液体。
本发明蒸发冷却系统(优选间接蒸发冷却系统)中使用的液体包含5-35％(wt/wt)三甲基氨基乙酸或其衍生物，和65-95wt％的水。
本发明蒸发冷却液体的优点是无毒、安全和无味。它具有与二醇溶液相同的物理性能，并且可在-20至+100℃之间使用。优选在-15至+80℃间使用。三甲基氨基乙酸、或甜菜碱，降低了水滴的尺寸，大概是由于三甲基氨基乙酸分子的疏水性甲基末端、以及亲水性酸末端的原因。于是，允许液体在低于0℃下使用。
如果必需或需要，本发明的蒸发冷却液体可以和常规的防腐蚀剂、稳定剂和标识剂、以及本领域公知的其它添加剂混合。
本发明的蒸发冷却液体比本领域已知的冷却液毒性小且污染性小。该液体不被归类为危险废料，并且容易处理，因而降低了成本。废料液体可以不用特殊措施来处理，它可以被吸入土中，或者排放到下水道中，而现有技术中使用的乙二醇、丙二醇和乙醇则必须要用特殊方式作为危险废料来处理掉，或者在主管当局的监察下处理。
本发明的蒸发冷却液体适用于各种蒸发冷却应用，特别是在低温和要求液体必须是环境安全和无毒的情形中。
化合物的毒性评价是根据文献的LD50值。通过鼠口服测试LD50值。结果见下表I。表I
化合物 LD50/mg/kg
乙二醇 4700
丙二醇 20000
乙醇 7060
三甲基氨基乙酸 11179
表II中，比较了在-15℃结冻点的相应浓度下的运动粘度。结冻点定义为溶液中出现第一个结晶时的温度。表II
液体 浓度wt％ 运动粘度，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
三甲基氨基乙酸 35  2.1  5.1  11  17.2
下表III显示了三甲基氨基乙酸对三甲基氨基乙酸水溶液结冻点的影响。表III
 三甲基氨基乙酸浓度 结冻点，℃
 5 -0.9
 10 -2.1
 20 -5.1
 25 -7.2
 30 -10.7
下表IV显示了典型热交换液体的表面张力。三甲基氨基乙酸的表面张力可比得上水的表面张力，并且高于二醇。表IV
溶液 表面张力，mN/m
水 72
乙二醇(50wt％) 55
丙二醇(50wt％) 45
三甲基氨基乙酸(35wt％) 72
三甲基氨基乙酸(50wt％) 76
表V显示了数种热交换液体在37.8℃下的蒸汽压力。由于三甲基氨基乙酸溶液的蒸汽压力低于其它溶液，所以不容易被空气流蒸发/挥发。
表V
溶液 蒸汽压力，Pa(37.8℃)
水 6.1
乙二醇(50wt％) 5.5
丙二醇(50wt％) 5.2
三甲基氨基乙酸(35wt％) 5.4
三甲基氨基乙酸(50wt％) 4.1
本发明含5-35wt％三甲基氨基乙酸或其衍生物、和65-95wt％水的溶液可以用于蒸发冷却系统，特别是间接蒸发冷却装置。
图1出示了一种典型的蒸发冷却装置，其中将间接湿气冷却与机械制冷组合在一起。新鲜空气由1进入，并且被送到热量回收装置2中，该装置冷却新鲜空气并且制冷排放空气。参考数字3表示机械制冷，4表示机械通风泵，5表示流入的空气。参考数字6表示排放的空气，被送入蒸发冷却装置7，然后送入热量回收装置2。之后，通过机械通风泵4将被制冷的排放空气从系统排出。间接湿气冷却与机械制冷组合，减少了对后者的要求。间接湿气冷却的概念是使排放空气增湿，从而降低了其温度。新鲜空气的温度借助于热量回收装置中的被冷却的排放空气来降低。如果需要，将流入的空气进一步机械加温。单独的机械制冷所消耗的能量比间接冷却加机械制冷消耗能量的多约3-4倍。
三甲基氨基乙酸是无毒无味、天然存在的原料。它降低了水的结冻点，具有杰出的热交换性能，不从中释放不愉快的气味，并且它可以不与任何防腐蚀剂一起使用，因为它仅有很弱的腐蚀性。在喷雾冷却装置中使用三甲基氨基乙酸溶液的一个重要优点是降低了水温从而增加了冷却效率。因此，系统可以对在接近0℃的冷却空气使用，例如在制冷库房中，其中空气的温度降低至0℃以下。另外，三甲基氨基乙酸是无味的，并且由于其大的表面张力而容易形成液滴，因而其的用途是非常具吸引力的。
以上通过参考某些优选的实施方案描述了本发明，但不应当认为其的详述限制了本发明。相反，在后面权利要求书限定的本发明的范围和实质范围内可以作出很多改进和变化。

Claims (3)

1、一种液体在蒸发冷却系统中的用途，其特征在于所说的液体含有三甲基氨基乙酸水溶液。
2、根据权利要求1的用途，其特征在于液体包含5-35wt％三甲基氨基乙酸或其衍生物，和65-95wt％水。
3、根据权利要求1在冷却系统中的用途，其中所说的液体被直接喷入待冷却的空气和/或冷却空气的传热表面。
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