DE102009051294A1 - Anti-freeze agent, useful e.g. as an additive for an aqueous coolant, which is a coolant for a combustion engine, or an aqueous medium, comprises an ammonium salt of an acid - Google Patents

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Abstract

Anti-freeze agent comprises an ammonium salt of an acid.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gefrierschutzmittel für Wasser. Gefrierschutzmittel können in vielfältiger Weise eingesetzt werden. Bekannt ist insbesondere die Verwendung als Zusatz für das Kühlsystem des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges.The present invention relates to an antifreeze for water. Antifreeze can be used in a variety of ways. In particular, use is known as an additive for the cooling system of the internal combustion engine of a motor vehicle.

Ferner ist es bekannt, zur Gewinnung von Energie aus der Abwärme eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges in einem Dampfkreisprozess eine Expansionsmaschine einzusetzen ( DE 102 59 488 A1 , EP 1 243 758 A1 , DE 10 2006 043 139 A1 ), um nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Dabei wird als Arbeitsmedium vorzugsweise Wasser verwendet.Furthermore, it is known to use an expansion machine to obtain energy from the waste heat of an internal combustion engine of a motor vehicle in a steam cycle process ( DE 102 59 488 A1 . EP 1 243 758 A1 . DE 10 2006 043 139 A1 ) to increase the efficiency of the internal combustion engine according to the principle of cogeneration. In this case, water is preferably used as the working medium.

Wasser (ΔHv ≈ 2500 kJ/kg) besitzt nämlich im Vergleich zu organischen Arbeitsmedien (z. B. Ethanol ΔHv ≈ 820 kJ/kg) eine große Verdampfungsenthalpie. Dadurch kann die Zirkulationsrate des Arbeitsmediums im Kreisprozess und damit die Pumpenleistung und Größe des Gesamtsystems sowie die Größe der Fläche des Wärmetauschers in dem Kreisprozess herabgesetzt werden. Durch die hohe Verdampfungsenthalpie des Wassers wird ein hoher Wirkungsgrad bei einer hohen Arbeitsfähigkeit der Expansionsmaschine erreicht. Zudem ist aus Wirkungsgradgründen eine möglichst hohe Verdampfungstemperatur anzustreben, d. h. das Arbeitsmedium soll bei den für den Dampfkreisprozess relevanten Temperaturen von 100 bis 1000°C auch thermisch stabil sein. Unter der Maßgabe des maximierten Wirkungsgrades als auch unter der eines bezüglich Bauraum und Gewicht optimierten Anlagendesigns stellt Wasser daher das optimale Arbeitsmedium für den Dampfkreisprozess dar.In fact, water (ΔH v ≈ 2500 kJ / kg) has a high enthalpy of vaporization compared to organic working media (eg ethanol ΔH v ≈ 820 kJ / kg). As a result, the circulation rate of the working medium in the cycle and thus the pump performance and size of the entire system and the size of the surface of the heat exchanger can be reduced in the cycle. Due to the high evaporation enthalpy of the water, a high efficiency is achieved with a high working capacity of the expansion machine. In addition, the highest possible evaporation temperature is desirable for efficiency reasons, ie the working medium should also be thermally stable at the relevant for the steam cycle process temperatures of 100 to 1000 ° C. Under the proviso of maximized efficiency as well as under an optimized installation space and weight system design water is therefore the optimal working fluid for the steam cycle.

Wenn Wasser als Arbeitsmedium im Dampfkreisprozess verwendet wird, um die vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges freigesetzte Abwärme in mechanische Energie umzuwandeln, muss es jedoch in gleicher Weise wie als Kühlmittel mit einem Gefrierschutzmittel versetzt werden, wobei eine Frostsicherheit bis –40°C anzustreben ist.If water is used as a working medium in the steam cycle to convert the heat released from the engine of the motor vehicle waste heat into mechanical energy, but it must be added in the same way as a coolant with an antifreeze, with frost protection to -40 ° C is desirable.

Als Kühlwasser-Gefrierschutzmittel werden insbesondere Alkohole, vor allem Glykol, eingesetzt. Während die Betriebstemperatur des Kühlwassers einer Verbrennungskraftmaschine typischerweise bei maximal 110°C liegt, ist, wie vorstehend beschrieben, die Temperatur des Wassers als Arbeitsmedium im Dampfkreisprozess wesentlich höher. Mit Glykol oder anderen organischen Stoffen kann damit kein Frostschutz für das Arbeitsmedium des Dampfkreisprozesses sichergestellt werden, da bei diesen Stoffen bereits bei einer Temperatur von über 100°C in Verbindung mit Wasser Zersetzungsprozesse auftreten können. Hierbei gilt näherungsweise die van't Hoffsche Regel, wonach eine Temperaturerhöhung von 10°C die Zersetzungsgeschwindigkeit um das 2- bis 4-fache steigert. Dies gilt auch für Wasser-Pyridin-Mischungen, die in der Literaturstelle: Somekh, G „Water-Pyridine Azetrope is an Excellent Routine Cycle Fluid” (Union Carbide Corporation) IECEC , beschrieben sind.As a cooling water antifreeze in particular alcohols, especially glycol, are used. While the operating temperature of the cooling water of an internal combustion engine is typically at a maximum of 110 ° C, as described above, the temperature of the water as a working medium in the steam cycle is much higher. With glycol or other organic substances so that no frost protection for the working medium of the steam cycle can be ensured, since these substances can already occur at a temperature of about 100 ° C in conjunction with water decomposition processes. Here, approximately the van't Hoff rule applies, according to which a temperature increase of 10 ° C increases the decomposition rate by 2 to 4 times. This also applies to water-pyridine mixtures, which are in the reference: Somekh, G "Water-Pyridine Azetrope is an Excellent Routine Cycle Fluid" (Union Carbide Corporation) IECEC , are described.

Zur geothermischen Energieerzeugung werden bei dem Kalina-Prozess als Arbeitslösungen Gemische von Ammoniak und Wasser benutzt, die auch den Frostschutzanforderungen gerecht werden. Im Gegensatz zu reinen Stoffen wie Wasser oder Alkohol siedet ein Ammoniak-Wasser-Gemisch über einen großen Temperaturbereich mit vorgegebenen Druck. Durch die nicht isotherme Verdampfung des Gemisches liegen die Verdampfungstemperaturen näher an der Ideallinie der Wärmequelle als bei Wasser, das bei konstanter Temperatur verdampft. Es kann deshalb beim Durchströmen der Wärmetauscher mehr Energie übertragen werden als bei einem Arbeitsmedium aus einem reinen Stoff. Allerdings führen beim Kalina-Prozess die unterschiedlichen Siedepunkte beider Stoffe zu einer Entmischung des Arbeitsmediums. Bei der Verdampfung des Zwei-Stoff-Gemischs entsteht nämlich ein ammoniakreicher Dampf und eine ammoniakarme Flüssigkeit. Der ammoniakreiche Dampf muss durch einen Separator von der ammoniakarmen Flüssigkeit abgetrennt werden, bevor er einer Expansionsmaschine zugeführt wird. Nach der Expansion muss der Dampf wieder dem ammoniakarmen Wasser zugeführt werden. Dies ist mit einem erheblichen Aufwand und damit einer Systemgröße verbunden, die bei einem Kraftfahrzeug praktisch nicht realisierbar ist.For geothermal energy generation, the Kalina process uses mixtures of ammonia and water as working solutions that also meet the requirements of frost protection. In contrast to pure substances such as water or alcohol, an ammonia-water mixture boils over a wide temperature range at a given pressure. Due to the non-isothermal evaporation of the mixture, the evaporation temperatures are closer to the ideal line of the heat source than to water, which evaporates at a constant temperature. It can therefore be transmitted more energy when flowing through the heat exchanger as a working medium of a pure substance. However, in the Kalina process, the different boiling points of both substances lead to a segregation of the working medium. During the evaporation of the two-substance mixture namely produces an ammonia-rich vapor and a low-ammonia liquid. The ammonia-rich vapor must be separated by a separator from the ammonia-poor liquid before it is fed to an expansion machine. After expansion, the steam must be returned to the low-ammonia water. This is associated with a considerable effort and thus a system size that is practically unrealizable in a motor vehicle.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gefrierschutzmittel für wässrige Medien bereitzustellen, das sich vor allem für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren eignet, insbesondere für Kraftfahrzeuge, die zur Energiegewinnung aus der Abwärme des Verbrennungsmotors in einem Dampfkreisprozess eine Expansionsmaschine aufweisen.The object of the invention is to provide an antifreeze for aqueous media, which is particularly suitable for motor vehicles with internal combustion engines, especially for motor vehicles, which have an expansion machine for energy from the waste heat of the internal combustion engine in a steam cycle.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, das dem wässrigen Medium, also insbesondere dem Kühlmittel oder Arbeitsmedium, als Gefrierschutzmittel ein Ammoniumsalz einer Säure zugesetzt wird, welche einen pKs-Wert, also eine Säurekonstante, von mehr als +3, insbesondere mehr als +4 aufweist, d. h. eher eine schwache Säure ist.According to the invention, this is achieved by adding an ammonium salt of an acid, which has a pKa value, ie an acid constant, of more than +3, in particular more than +4, to the aqueous medium, that is to say in particular the coolant or working medium, as antifreeze agent. d. H. rather a weak acid.

Das Ammoniumsalz kann ein unsubstituiertes Ammoniumion, also ein NH4 +-Kation aufweisen oder ein substituiertes Ammonium-Kation der allgemeinen Formel

Figure 00030001
sein, worin wenigstens einer der Reste R1, R2, R3 ein Alkyl- oder Arylrest mit höchstens zehn, insbesondere höchstens sechs Kohlenstoffatomen ist, während der übrige Rest R1, R2 oder R3 oder die übrigen Reste R1, R2, R3 ein Wasserstoffatom ist bzw. Wasserstoffatome sind.The ammonium salt may have an unsubstituted ammonium ion, ie an NH 4 + cation or a substituted ammonium cation of the general formula
Figure 00030001
in which at least one of the radicals R 1 , R 2 , R 3 is an alkyl or aryl radical having at most ten, in particular at most six carbon atoms, while the remaining radical R 1 , R 2 or R 3 or the other radicals R 1 , R 2 , R 3 is a hydrogen atom or are hydrogen atoms.

Im Hinblick auf die hohe Temperatur des überhitzten Wasserdampfs, der der Expansionsmaschine beim Dampfkreisprozess zugeführt wird, werden kurze, unsubstituierte Alkylreste, wie Methyl- oder Ethylreste wegen ihrer thermischen Stabilität bevorzugt. Beispielsweise kann das Alkylammonium-Kation ein Mono-, Di- oder Trimethylammonium-Kation sein. Der Arylrest kann beispielsweise ein Phenylrest sein.In view of the high temperature of the superheated steam supplied to the expansion machine in the steam cycle process, short, unsubstituted alkyl radicals such as methyl or ethyl radicals are preferred because of their thermal stability. For example, the alkylammonium cation may be a mono, di or trimethylammonium cation. The aryl radical may be, for example, a phenyl radical.

Die Säure, aus denen aus Ammoniumsalz gebildet wird, ist vorzugsweise eine Carbonsäure mit normalerweise höchstens zehn, vorzugsweise höchstens fünf Kohlenstoffatomen pro Molekül, also z. B. Propionsäure oder Buttersäure, vor allem aber Ameisensäure oder Essigsäure mit einem pKs-Wert von 3,75 bzw. 4,75, wobei Essigsäure aufgrund ihrer thermischen Stabilität besonders geeignet ist.The acid from which ammonium salt is formed is preferably a carboxylic acid having usually at most ten, preferably at most five, carbon atoms per molecule, e.g. Example, propionic acid or butyric acid, but especially formic acid or acetic acid having a pKa of 3.75 and 4.75, with acetic acid is particularly suitable due to their thermal stability.

Die erfindungsgemäß eingesetzten unsubstituierten oder substituierten Ammoniumsalze relativ schwacher Säuren, insbesondere von Carbonsäuren, beispielsweise Ammoniumacetat, lösen sich in Wasser sehr gut und bilden neutrale Lösungen. Durch Zugabe von diesen Salzen lässt sich der Gefrierpunkt von Wasser erniedrigen. Je höher die Konzentration des Salzes desto niedriger der Gefrierpunkt der Lösung. Die maximale Konzentration ist durch die physikalische Löslichkeit des jeweiliges Ammoniumsalzes in Wasser begrenzt, die wiederum von der Arbeitstemperatur abhängt.The inventively used unsubstituted or substituted ammonium salts of relatively weak acids, in particular of carboxylic acids, for example ammonium acetate, dissolve very well in water and form neutral solutions. By adding these salts, the freezing point of water can be lowered. The higher the concentration of salt, the lower the freezing point of the solution. The maximum concentration is limited by the physical solubility of the respective ammonium salt in water, which in turn depends on the working temperature.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Gefrierschutzmittels als Zusatz zu dem wässrigen Medium, das in einem Dampfkreisprozess mit Expansionsmaschine als Arbeitsmedium eingesetzt wird, kommt es zu keiner Entmischung der wässrigen Lösung, da das Ammoniumsalz dem Wasser in die Gasphase folgt und anschließend wieder kondensiert. Dies ist bei Zusatz von anderen Salzen starker Säuren, beispielsweise Ammoniumsulfat, nicht der Fall, was eine Entmischung des Arbeitsmediums zur Folge hätte.When using the cryoprotectant according to the invention as an additive to the aqueous medium, which is used in a steam cycle with expansion machine as the working medium, there is no segregation of the aqueous solution, since the ammonium salt follows the water in the gas phase and then condensed again. This is not the case with the addition of other salts of strong acids, such as ammonium sulfate, which would result in segregation of the working medium.

Das erfindungsgemäße Gefrierschutzmittel ist daher insbesondere für Dampfkreisprozesse geeignet, die mit Wasser als Arbeitsmedium betrieben werden.The antifreeze according to the invention is therefore particularly suitable for steam cycle processes, which are operated with water as the working medium.

Zusätzlich werden durch das erfindungsgemäße Gefrierschutzmittel die thermodynamischen Eigenschaften von Wasser als Arbeitsmedium des Dampfkreisprozesses verbessert. Mit zunehmender Salzkonzentration im Wasser nimmt auch die Verdampfungsenthalpie des Arbeitsmediums zu. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Dampfkreisprozesses und reduziert die Größe und das Gewicht der verwendeten Bauteile.In addition, the thermodynamic properties of water as the working medium of the steam cycle process are improved by the antifreeze according to the invention. With increasing salt concentration in the water, the enthalpy of evaporation of the working medium also increases. This improves the efficiency of the steam cycle and reduces the size and weight of the components used.

Ein weiter Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Gefrierschutzmittel enthaltende, wässrige Arbeitsmedium unter stetig ansteigenden Temperaturen verdampft bzw. unter stetig sinkenden Temperaturen kondensiert. Analog zu dem vorstehend beschriebenen Kalina-Prozess verbessert sich hierdurch der Wirkungsgrad des Dampfkreisprozesses, ohne dass die vorstehend beschriebenen Nachteile des Kalina-Prozesses auftreten.A further advantage consists in the fact that the aqueous working medium containing the antifreeze according to the invention evaporates under steadily increasing temperatures or condenses under steadily decreasing temperatures. By analogy with the Kalina process described above, this improves the efficiency of the steam cycle process without the disadvantages of the Kalina process described above occurring.

Mit dem Dampfkreisprozess wird Wärmeenergie in mechanische Energie umgesetzt. Dabei wird ein Wärmestrom einem Dampferzeuger zugeleitet, in dem das Arbeitsmedium durch die Wärmezufuhr verdampft. Der gebildete Dampf wird der Expansionsmaschine zugeführt, welche die mechanische Arbeit leistet. Anschließend wird der Dampf kondensiert, worauf das kondensierte flüssige Arbeitsmedium vorzugsweise mit einer Speisepumpe dem Dampferzeuger erneut zugeführt wird. Vorzugsweise ist der Dampfkreisprozess als Clausius-Rankine-Prozess ausgebildet. Die Expansionsmaschine ist dabei vorzugsweise eine kontinuierlich arbeitende Turbomaschine oder eine periodisch arbeitende Kolbenmaschine.The steam cycle process converts thermal energy into mechanical energy. In this case, a heat flow is fed to a steam generator in which the working fluid evaporates through the heat. The formed steam is supplied to the expansion machine, which performs the mechanical work. Subsequently, the steam is condensed, whereupon the condensed liquid working medium is preferably supplied to the steam generator again with a feed pump. Preferably, the steam cycle process is designed as a Clausius-Rankine process. The expansion machine is preferably a continuously operating turbomachine or a periodically operating piston engine.

Das erfindungsgemäße Gefrierschutzmittel ist insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren geeignet, bei denen die Abwärme des Verbrennungsmotors als Wärmestrom dem Dampferzeuger zugeführt wird, um mit der Expansionsmaschine mechanische und/oder gegebenenfalls elektrische Energie zu gewinnen. Die Abwärme wird dabei vorzugsweise dem Abgas des Verbrennungsmotors entzogen.The antifreeze according to the invention is particularly suitable for motor vehicles with internal combustion engines, in which the waste heat of the internal combustion engine is supplied as heat flow to the steam generator in order to gain mechanical and / or optionally electrical energy with the expansion machine. The waste heat is preferably removed from the exhaust gas of the internal combustion engine.

Das erfindungsgemäße Gefrierschutzmittel kann jedoch auch dem Kühlwasser des Verbrennungsmotors zugesetzt werden.However, the antifreeze according to the invention can also be added to the cooling water of the internal combustion engine.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Gefrierschutzmittel für Kraftfahrzeuge geeignet, deren Kühlmittelkreislauf einen Teil des Kreislauf des Arbeitsmediums im Dampfkreisprozess bildet. Dies ermöglicht eine signifikante Systemvereinfachung, da auf einen Wärmetauscher zwischen Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors und Kreislauf des Arbeitsmediums des Dampfkreisprozesses verzichtet werden kann. Rechtzeitig wird der Wirkungsgrad erhöht, da zusätzlich zur Energie aus dem Abgas ein Teil der Kühlwasserabwärme in mechanische Energie umgewandelt werden kann.In particular, the antifreeze according to the invention is suitable for motor vehicles whose coolant circuit forms part of the cycle of the working medium in the steam cycle. This allows a significant system simplification, since a heat exchanger between the coolant circuit of the internal combustion engine and the circuit of the Working medium of the steam cycle can be dispensed with. In time, the efficiency is increased, since in addition to the energy from the exhaust gas, a part of the cooling water waste heat can be converted into mechanical energy.

Nachstehend ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Gefrierschutzmittels in dem wässrigen Arbeitsmedium eines Dampfkreisprozesses beispielhaft näher erläutert, bei dem die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Erzeugung des Dampfes genutzt wird. Darin zeigen jeweils schematisch:Below, the use of the cryoprotectant according to the invention in the aqueous working medium of a steam cycle process is explained in more detail by way of example, in which the waste heat of the internal combustion engine is used to generate the steam. In each case schematically show:

1 einen Dampfkreisprozess und einen Kühlmittelkreislauf, wobei der Kreislauf des Arbeitsmediums des Dampfkreisprozesses und der Kreislauf des Kühlmittels voneinander getrennt sind; und 1 a steam cycle and a refrigerant cycle, wherein the cycle of the working medium of the steam cycle and the cycle of the refrigerant are separated from each other; and

2 einen Dampfkreisprozess und einen Kühlmittelkreislauf nach 1, wobei jedoch das Arbeitsmedium des Dampfkreisprozesses zugleich das Kühlmittel für den Verbrennungsmotor bildet. 2 a steam cycle and a coolant circuit after 1 However, wherein the working medium of the steam cycle process also forms the coolant for the internal combustion engine.

Gemäß 1 ist die Abgasanlage 1 eines Verbrennungsmotors 2 an einen Dampferzeuger 3 angeschlossen, der Wasser als Arbeitsmedium enthält. Durch die dem Abgas 4 entzogene Abwärme des Verbrennungsmotors 2 wird das Wasser im Dampferzeuger 3 kontinuierlich verdampft.According to 1 is the exhaust system 1 an internal combustion engine 2 to a steam generator 3 connected, which contains water as a working medium. By the exhaust 4 extracted waste heat of the internal combustion engine 2 the water is in the steam generator 3 continuously evaporated.

Der gebildete Wasserdampf wird der Expansionsmaschine 5, z. B. einer Rotationskolbenmaschine, Kolbenmaschine, Schraubenmaschine oder einer Turbine, zugeführt. Der aus der Expansionsmaschine 5 austretende Wasserdampf wird mit dem Kondensator 6 kondensiert und das kondensierte Wasser mit der Speisepumpe 7 dem Dampferzeuger 3 wieder zugeführt. Der Dampferzeuger 3, die Expansionsmaschine 5, der Kondensator 6 und die Speisepumpe 7 bilden damit einen geschlossenen Kreislauf für das Wasser als Arbeitsmedium des Dampfkreisprozesses.The water vapor formed becomes the expansion machine 5 , z. As a rotary piston machine, piston machine, screw machine or a turbine supplied. The one from the expansion machine 5 escaping water vapor is using the condenser 6 condensed and the condensed water with the feed pump 7 the steam generator 3 fed again. The steam generator 3 , the expansion machine 5 , the capacitor 6 and the feed pump 7 thus form a closed circuit for the water as a working medium of the steam cycle.

In 2 sind die Abgasanlage 1, der Verbrennungsmotor 2, der Dampferzeuger 3, das Abgas 4, die Expansionsmaschine 5 und die Speisepumpe 7 mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet.In 2 are the exhaust system 1 , the combustion engine 2 , the steam generator 3 , the exhaust 4 , the expansion machine 5 and the feed pump 7 with the same reference numerals as in 1 designated.

Jedoch wird nach 2 der Kondensator durch den Kühler 8 gebildet. D. h. im Kühlmittelkreislauf sind nacheinander der Kühler 8, der zugleich den Kondensator bildet, die Speisepumpe 7, der Verbrennungsmotor 2, der Dampferzeuger 3 und die Expansionsmaschine 5 vorgesehen. Dieser Kreislauf stellt zugleich den Kreislauf für das Arbeitsmedium des Dampfkreisprozesses dar. Das Arbeitsmedium durchströmt die Kühlmittelkanäle des Verbrennungsmotors und kühlt dadurch den Motor. Anschließend nimmt das Arbeitsmedium über Dampferzeuger 3 die Abwärme des Abgases auf D. h. bei der Ausführungsform nach 2 stellt das Kühlwasser, das mit dem erfindungsgemäßen Gefrierschutzmittel versetzt ist, zugleich das Arbeitsmedium für den Dampfkreisprozess dar.However, after 2 the condenser through the radiator 8th educated. Ie. in the coolant circuit are consecutively the radiator 8th , which at the same time forms the condenser, the feed pump 7 , the combustion engine 2 , the steam generator 3 and the expansion machine 5 intended. This cycle also represents the circuit for the working medium of the steam cycle process. The working medium flows through the coolant channels of the internal combustion engine and thereby cools the engine. Subsequently, the working medium takes over steam generator 3 the waste heat of the exhaust gas on D. h. in the embodiment according to 2 represents the cooling water, which is mixed with the antifreeze according to the invention, at the same time is the working medium for the steam cycle.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10259488 A1 [0002] DE 10259488 A1 [0002]
  • EP 1243758 A1 [0002] EP 1243758 A1 [0002]
  • DE 102006043139 A1 [0002] DE 102006043139 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Somekh, G „Water-Pyridine Azetrope is an Excellent Routine Cycle Fluid” (Union Carbide Corporation) IECEC [0005] Somekh, G "Water-Pyridine Azetrope is an Excellent Routine Cycle Fluid" (Union Carbide Corporation) IECEC [0005]

Claims (11)

Gefrierschutzmittel für wässrige Medien, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Ammoniumsalz einer Säure besteht.Antifreeze for aqueous media, characterized in that it consists of an ammonium salt of an acid. Gefrierschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniumsalz substituiert ist und das Ammonium-Kation die allgemeine Formel:
Figure 00070001
aufweist, wobei wenigstens einer der Reste R1, R2, R3 durch einen Alkyl- oder Arylrest gebildet ist, während der übrige Rest oder die übrigen Reste R1, R2, R3 Wasserstoff ist bzw. sind.Antifreeze composition according to claim 1, characterized in that the ammonium salt is substituted and the ammonium cation has the general formula:
Figure 00070001
wherein at least one of R 1 , R 2 , R 3 is formed by an alkyl or aryl radical, while the remainder or the remaining radicals R 1 , R 2 , R 3 is or are hydrogen. Gefrierschutzmittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Alkylrest R1, R2, R3 ein Methylrest ist.Antifreeze according to claim 2, characterized in that at least one alkyl radical R 1 , R 2 , R 3 is a methyl radical. Gefrierschutzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure eine Carbonsäure ist.Antifreeze composition according to claim 1, characterized in that the acid is a carboxylic acid. Gefrierschutzmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonsäure Essigsäure ist.Antifreeze composition according to claim 4, characterized in that the carboxylic acid is acetic acid. Verwendung des Gefrierschutzmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Zusatz für ein wässriges Kühlmittel.Use of the antifreeze according to any one of claims 1 to 5 as an additive for an aqueous coolant. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel das Kühlmittel für einen Verbrennungsmotor ist.Use according to claim 6, characterized in that the coolant is the coolant for an internal combustion engine. Verwendung des Gefrierschutzmittels nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Zusatz für ein wässriges Medium, das in einem Dampfkreisprozess mit Expansionsmaschine als Arbeitsmedium eingesetzt wird.Use of the antifreeze according to any one of claims 1 to 5 as an additive for an aqueous medium, which is used in a steam cycle process with expansion machine as the working medium. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Dampfes im Dampfkreisprozess die Abwärme einer Verbrennungsmotors eingesetzt wird.Use according to claim 8, characterized in that the waste heat of an internal combustion engine is used to generate the steam in the steam cycle. Verwendung nach Anspruch 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wässrige Medium sowohl das Kühlmittel wie das Arbeitsmedium des Dampfkreisprozesses bildet.Use according to claim 7, 8 and 9, characterized in that the aqueous medium forms both the coolant and the working medium of the steam cycle. Verwendung nach Anspruch 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor der Motor eines Kraftfahrzeuges oder Nutzfahrzeuges ist.Use according to claim 7, 9 or 10, characterized in that the internal combustion engine is the engine of a motor vehicle or commercial vehicle.
DE102009051294A 2009-10-29 2009-10-29 Anti-freeze agent, useful e.g. as an additive for an aqueous coolant, which is a coolant for a combustion engine, or an aqueous medium, comprises an ammonium salt of an acid Pending DE102009051294A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013110879A1 (en) 2013-10-01 2015-04-02 Benteler Automobiltechnik Gmbh Automotive heat exchanger system

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE740463C (en) * 1941-11-25 1943-10-21 Fritz Rings Antifreeze
DE10064737A1 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Basf Ag Aqueous coolants for the engine running-in phase containing vapor space corrosion inhibitors
EP1243758A1 (en) 1999-12-08 2002-09-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Drive device
JP2003277737A (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Cci Corp Antifreeze/coolant composition
DE10259488A1 (en) 2002-12-19 2004-07-01 Bayerische Motoren Werke Ag Heat engine
DE102005028451A1 (en) * 2005-06-17 2007-01-04 Degussa Ag Novel working media for refrigeration processes
US20070158612A1 (en) * 2005-12-29 2007-07-12 Texaco Inc. Combinations of carboxylates for use as freezing point depressants and corrosion protection in heat transfer fluids
DE102006043139A1 (en) 2006-09-14 2008-03-27 Man Nutzfahrzeuge Ag Device for gaining energy from lost heat of internal combustion engine of vehicle, particularly commercial vehicle, has thermo converter, connected with upper temperature level, which is formed by lost heat source of combustion engine
DE102008037744A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-25 Voith Patent Gmbh Operating fluid for a steam cycle device and a method of operation thereof

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE740463C (en) * 1941-11-25 1943-10-21 Fritz Rings Antifreeze
EP1243758A1 (en) 1999-12-08 2002-09-25 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Drive device
DE10064737A1 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Basf Ag Aqueous coolants for the engine running-in phase containing vapor space corrosion inhibitors
JP2003277737A (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Cci Corp Antifreeze/coolant composition
DE10259488A1 (en) 2002-12-19 2004-07-01 Bayerische Motoren Werke Ag Heat engine
DE102005028451A1 (en) * 2005-06-17 2007-01-04 Degussa Ag Novel working media for refrigeration processes
US20070158612A1 (en) * 2005-12-29 2007-07-12 Texaco Inc. Combinations of carboxylates for use as freezing point depressants and corrosion protection in heat transfer fluids
DE102006043139A1 (en) 2006-09-14 2008-03-27 Man Nutzfahrzeuge Ag Device for gaining energy from lost heat of internal combustion engine of vehicle, particularly commercial vehicle, has thermo converter, connected with upper temperature level, which is formed by lost heat source of combustion engine
DE102008037744A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-25 Voith Patent Gmbh Operating fluid for a steam cycle device and a method of operation thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Somekh, G "Water-Pyridine Azetrope is an Excellent Routine Cycle Fluid" (Union Carbide Corporation) IECEC

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013110879A1 (en) 2013-10-01 2015-04-02 Benteler Automobiltechnik Gmbh Automotive heat exchanger system

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