DE1913650A1

DE1913650A1 - Fluessigkeit zur Waermeuebertragung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE1913650A1
Application number: DE19691913650
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P BOId Antrag
Original assignee: CAMPBELL COUP Co
Current assignee: CAMPBELL COUP Co
Priority date: 1968-03-22
Filing date: 1969-03-18
Publication date: 1969-10-16
Also published as: US3607756A; GB1226084A; FR2004571A1; SE343313B

Description

PATENTANWALT

DIPUNa

HELMUT GÖRTf

6 Frankfurt »m Mäiß ?θ 11. März 1969 MWtfÄ>? Gzy/lh.

Campbell Soup Company, Camden, New Jersey o8io1, U.3.A.

Flüssigkeit zur Wärmeübertragung und ihre Verwendung

Ea ist bekannt, zur Wärmeübertragung bei !Temperaturen unter O⁰C Äthylenglykol, Propylenglykol, denaturierten Alkohol und verschiedene Kombinationen dieser ütoffe mit Wasser zu verwenden. Diese Flüssigkeiten haben aber verschiedene Nachteile.

Beim Einfrieren oder Erhalten von eingefrorenen Stoffen, wie Nahrungsmitteln oder Genußmitteln, in eingefrorenem Zustande durch Umlauf von gekühlter Luft, die an Kühlschlangen gekühlt wird, ist eine der großen ochwierigkeiten,- die Bildung von Eis auf den Kühlschlangen oder den Kühlrippen durch Kondensation und Einfrieren von Feuchtigkeit aus der Luft. Hierfür sprüht man eine Enteisungsflüssigkeit auf die Kühlschlangen auf, um die Feuchtigkeit zu entfernen, vorzugsweise gleich bei dem Niederschlagen der Flüssigkeit. Es ist bekannt, hierfür Gemische aus Äthylenglykol und Wasser zu verwenden. Ein Fachteil liegtsber bei der' Giftigkeit des Äthylenglykols. Da die Enteisungsflüssigkeit in direkte Berührung mit der umlaufenden Luft gelangt, besteht immer die Uöglichkeit, daß kleine Mengen von Äthylenglykol von der Luft mitgenommen werden und das Material oder seinen Behälter verunreinigen. Das ist besonders dann schwerwiegend, wenn Nahrungs- oder Genußmittel gekühlt werden. Versuche, das. Äthylenglykol durch Propylenglykol zu ersetzen, haben zu Schwierigkeiten geführt.

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Diese liegen im "wesentlichen darin, daß Gemische aus Propylenglykol und Wasser bei tiefen-Temperaturen sehr viskos sind. Bei der Verwendung solcher Gemische muß man also entweder die Anlage, wie die Pumpen, Düsen und dergl. ändern oder die Anlage "bei höheren Temperaturen betreiben, ferner sind Gemische aus Propylenglykol und Wasser, ebenso wie Gemische aus Äthylenglykol und V/asser, korrodierend gegenüber Metallen, wenn die Lösung nicht einen fc pH-Y/ert von 9 oder darüber hat. Propylenglykol hat · noch gegenüber Äthylenglykol den Vorteil, daß es nicht toxiscn ist. Man kann es daher auch bei der Behandlung von Hahrungs- oder Genußmitteln verwenden.

Das wesentliche Ziel der Erfindung ist eine neue Flüssigkeit, die zur 'Wärmeübertragung bei tiefen Temperaturen verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße flüssigkeit ist nicht toxisch und kann in Anlagen verwendet werden, in welchen Wahrungs- und Genußmittel gehandelt werden. Die erfindungsgemäße bei tiefen Temperaturen zu verwendende Flüssigkeit korrodiert Metalle weder bei tiefen noch bei hohen Temperaturen. Eine Pufferung ist nicht erforderlich.

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeit zur Wärmeübertragung bei Temperaturen unter O⁰O, die Propylenglykol und Wasser enthält. Die Flüssigkeit ist dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus etwa 5 bis etwa 65 Volumprozent Propylenglykol, etwa 4 bis etwa 85 Volumprozent Propylencarbonat und etwa 5 bis etwa 55 Volumprozent Wasser besteht.

Die Fig. 1 zeigt einige Kurven für erfindungsgemäße Flüssigkeiten, in welchen die Viskosität gegen die Temperatur aufgetragen ist.

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Die Fig. 2 zeigt grafisch die Gefrierpunkte von zwei typischen erfindungsgemäßen Flüssigkeiten im Vergleich mit Äthylenglykol und Propylenglykol in Abhängigkeit vom 'wassergehalt. Als Frierpunkt wird die Temperatur bezeichnet, bei welcher die Flüssigkeit opak wird durch Bildung von kleinen Eiskristallen. Bei dieser Temperatur ist die Flüssigkeit als ganzes noch lein Feststoff.

Das erfindungsgemäße G-emisch hat verschiedenen bedeutende Vorzüge gegenüber bekannten Gemischen ähnlicher Art. Es bleibt eine klare Flüssigkeit bei Temperaturen unter U⁰C, wobei der genaue Frierpunkt der Flüssigkeiten abhängig ist von dem mengenmäßigen Verhältnis der einzelnen Bestandteile. Die Fig. 2 zeigt in rairvenform die Frierpunkte für zwei typische Zusammensetzungen nach der Erfindung (C und I)) und die Unterschiede zwischen diesen und den Frierpunkten für ithylenglykol (A) und i-ropylenglykol (B), in Abhängigkeit vom V/assergehalt, .!äußerst wichtig ist demgegenüber die verhältnismäßig geringe Viskosität der erfindungsgemäfcen Flüssigkeiten "bei Temperaturen bis herab zu 42⁰G und darunter. Die geringe Viskosität der Flüssigkeiten und die kögliehkeit, uas ίιβη-genverhältnis der Bestandteile innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen zu ändern, sind gegenüber den bekannten Eigenschaften von Mischungen auü Propylenglykol mit .7asser und I-ropylencarbonat mit Wasser erstaunlieh. Y/ie schon oben gesagt, haben Mischungen aus Propylenglykol und nasser bei tiefen Temperaturen eine verhältnismäßig hohe Viskosität. 3o hat beispielsweise ein Gemisch aus 7o Volumteilen Propylenglykol und 3o Volumteilen Wasser bei etwa -35⁰C eine Viskosität von etwa 5ooo Gentipois, und eine Viskosität von etwa 2ooo üentipois bei -3o°C. Demgegenüber hat ein Gemisch aus 7o Volumteilen Äthylenglykol und 3o Volumteilen ,,'a.jser bei einer Temperatur von -35⁰G eine Viskosität von nur etwa Aoo bis 5oo Gentipoia. Die Kurven der Fig. 1 zeigen, daß die Gegenwart

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-A-

von Propylencarbonat die Viskosität von Mischungen aus Propylenglykol und Wasser wesentlich herabsetzt. In jedem Falle hat das Dreistoff-Jystem aus Propylengläfcol, Propylencarbonat und Wasser eine deutlich niedrigere Viskosität bei tiefen Temperaturen als das Zweistoff-System Propylenglykol-Yifasser. Propylencarbonat und Wasser sind für sich nur begrenzt mischbar. Wasser ist bei Raumtemperatur in Propylencarbonat nur in einer Menge von etwa 8 % löslich. Die erfindungsgemäße Mischung kann erheblich mehr Wasser enthalten, insbesondere dann, wenn auf ein Volumteil Propylencarbonat mehr als ein Volumteil Propylenglykol zugegen ist. Augenscheinlich wirkt das Propylenglykol als Lösungsvermittler. Weder Propylenglykol noch Propylenearbonat sind toxisch.Beim etwaigem Abbau von Propylencarbonat entstehen nur Propylenglykol und Kohlendioxyd. Die LIischung wirkt auch nicht korrodierend auf Metalle, mit welchen es üblicherweise in Berührung kommt.Versuche haben gezeigt, daß verzinktes Eisen,Stahl und Kupfer bei Berührung mit den erfindungsgemäßen Flüssigkeiten nicht angegriffen werden.In Flüssigkeiten nach der Erfindung braucht der pH-Wert nicht eingestellt zu werden und ein Puffer ist nicht erforderlich. Eine Einstellung auf einen alkalichen pH-.Yert kann sogar schädlich sein, da sie zu einem Abbau des Propylencarbonats führen kann. Die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten puffern sich selbst. Venn der pH-Wert des Gemisches auf einen V/ert über 7,2 eingestellt wird, so sinkt er auf etwa 7,1 bis 7,2, vermutlich durch Abbau gewisser Mengen des Propylencarbonats. In der Regel haben die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten einen neutralen pH-77ert von 6,5 bis etwa 7,5. Ein weiterer bedeutsamer Vorteil bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Flüssigkeiten zum Enteisen beim Kühlen oder Einfrieren, wobei gekühlte Luft verwendet wird, besteht darin, daß sie weniger hygroskopisch sind als Gemische von Xthylenglykol mit Wasser oder Propylengykol mit Wasser. Bs wird also aus der umlaufenden Luft weniger Feuchtigkeit aufgenommen, die Luft wird weniger getrocknet und

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trocknet daher auch die Stoffe, mit denen sie in Berührung kommt, weniger. Gegenüber Alkohol hat die erfindungsgemäße Flüssigkeit den Vorteil, daß sie "bei Raumtemperatur nicht entflammbar ist. Sie enteist auch "besser als beispielsweise ein Gemisch aus Athylenglykol und Wasser. So wurden "bei Verwendung eines "bekannten Gemisches aus Äthyl engly fco 1 und Wasser auf Kühlschlangen und Kühlrippen Eisbildungen gefunden, während solche Eisbildungen im gleichen System weitgehend vermindert oder ganz verhindert wurden, wenn man die Kühlschlangen mit einer erfindungsgernäßen Flüssigkeit in Berührung brachte. Daher ist aucl/der Luftumlauf in solchen Systemen besser und es wird weniger Kraft benötigt, um eine gegebene Luftmenge umzupumpen.

Diese neue Kombination wichtiger Eigenschaften bringt die Möglichkeit mit sich, die erfindungsgemäßen Flüssigkeiten auf verschiedene ',feise zu verwenden. .Die Verwendungsmöglichkeiten lassen sich im allgemeinen in zwei Gruppen einteilen.

Zur Gruppe 1 gehören die Verwendung zum Vftirmen. Hierbei gibt die Flüssigkeit bei Berührung mit einem kälteren Körper ihre ,/arme an diesen ab und wird dann beim Umlauf wieder aufgeheizt.

So brir$ man z.B. eine kalte überfläche, auf welcher sich sonst Eis abscheiden würde, z.B. eine Kühlschlange oder Kühlrippen, in Berührung mit der Flüssigkeit, z.B. durch Aufsprühen derselben, wobei die kondensierte Feuchtigkeit abgewaschen und etwa gebildetes .ttis gelöst wird. Die Flüssigkeit wird wiedergewonnen und im Kreialatif erneut benutzt. Da bei dieser Verwendung die Flüssigkeit gekühlt wurde, muß sie wieder aufgeheizt werden; und da sie Feuchtigkeit aufgenommen hat, muß diese wieder entfernt werden. Daher wird die Flüssigkeit beim Umlauf in der Hegel auf eine !Temperatur von etwa 1oo bis etwa 12b°U erwärmt. Hierbei wird das aufgenommene

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■.Yasser verdampft. Auf diese Art kann die erfindungsgemäße-Flüssigkeit verwendet werden in Kühlkästen, Kühlräumen, Gebläsekühlungen mit Luft, in Anlagen zum Einfrieren bei Unterdruck, bei Kammern zur Aufnahme von eingefrorenen Nahrungsmitteln und dergleichen. -

Die zweite Gruppe besteht in der Verwendung als flüssiges Kühlfc mittel. In diesem Falle muß die Flüssigkeit Y/ärme von einem anderen Stoff aufnehmen und diesen kühlen, oo kann man beispielsweise Luft oder ein anderes Gas dadurch kühlen, daß man es bei einer Temperatur unter etwa -2O⁰Q mit der Flüssigkeit in Berührung bringt, es z.B. durch die Flüssigkeit hindurchströmen läßt. Auch feste .itoff e können durch Berührung mit der Flüssigkeit gekühlt werden. Lan kann beispielsweise eine .tackung mit einem feuchtigkeitsenthaltenden iuaterial in die Flüssigkeit eintauchen, um den Inhalt einziifrieren. Auf diese Art werden beispielsweise Nahrungsmittel in einem Behälter eingetaucht, um sie einzufrieren. In ähnlicher Art kann die erfindungsgemäße Flüssigkeit als nicht frierende Kühlflüssigkeit verwendet werden, beispielsweise in Verbrennungskraftmaschinen. Hierbei wird die Flüssigkeit in sol- W chen Kühlsystemen auch auf Temperaturen unter O⁰O abgekühlt, insbesondere dann, wenn der Motor nicht arbeitet. Die Flüssigkeit " muß daher bei tiefen Temperaturen eine, niedrige Viskosität und einen niedrigen Frierpunkt haben.' Hierbei läuft die Kühlflüssigkeit nach dem Kühlen um und wird dabei wieder abgekühlt.

Verwendet man die Flüssigkeit bei Temperaturen nicht unter etwa -35⁰C, so ist es aus wirtschaftlichen Gründen angebracht, daß sie auf ein Volumteil Propylencarbonat mehr als ein Volumteil Propylenglykol enthält. Vorzugsweise enthält sie auf ein Völumteil

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Propylencarbonat etwa 2 bis etwa 3 Volumteile Propylenglykol. Solche Mischungen bestehen vorzugsweise im wesentlichen aus etwa 4o bis etwa" 65 Volumprozent Propylenglykol, etwa 3 bis etwa Volumprozent Propylencarbonat und etwa 2o bis etwa 5o Volumprozent Wasser. Insbesondere sind Miaäiungen bevorzugt, die aus etwa 45 bis etwa 6o Volumprozent Propylenglykol, etwa 2o bis etwa Volumprozent Propylencarbonat und etwa 2o bis etwa 4o Volumprozent Wasser bestehen.

8oll die Flüssigkeit bei Temperaturen unter etwa -35⁰O verwendet werden, so sollte sie auf ein Volumteil Propylencarbonat weniger als ein Volumteil Propylenglykol enthalten. Eine solche i.iischung besteht vorzugsweise im wesentlichen aus etwa 5 bin etwa 45 Volumprozent Propylenglykol, etwa 2o bis etwa ö5 Volumprozent Propylencarbonat und etwa 5 bis etwa 25 Volumprozent ",/aaser.

Beispiele 1-12

Typische idl schlingen sind in uer nachstehenden Tabelle enthalten:

Nr. Zusammensetzung Vol.^j .:pez_r-jew. j'rierpunkt

p_G* p_C* u υ 6/cm' J

~^X2 bei K) (J

45 1,o45-1.065 -35,4

4o 1,o5-1,o7 -43,9

3o 1,o7-1,o9 -44,4

4o 1,o77 -44,4

25 1,o87 -42,2

1o 1,1βο >-51

35 1,o7 -49,5

55 1,0512 -²⁶'⁴

5o 1,o613 -29,9

45 1,o695 -33,4

35 1,o618 -5o,4

3o 1,o721 -51,4

*PG bedeutet Propylenglykol und PC bedeutet Propylencarbonat.

909842/1506- BAD₀RlGfNAt

1.	5o	5
2.	5o	1o
3.	55	15
4.	4o	2o
5.	5 ο	25
6.	1o	8o
7.	5o	15
8.	4o	5
9.	4o	1o
1o.	4o	15
11.	6o	VJl
12.	6o	10

Beispiel 13

Eine Lösung aus 45 Volumprozent nicht gepuffertem Propylenglykol, 5 Volumprozent nicht gepuffertem Propylencarbona-t und 5o Prozent ,/asser wurde 6 i.jonate lang als Enteisungsiüsäigkeit in einem zum Küiilen verwendeten Luftgebläse von sonst üblicher Größe verwendet. Die Lösung wurde auf die Kühlschlangen aufgesprüht, innerhalb welcher Ammoniak von etwa -3O⁰C strömte. Die aufgesprühte Lösung lief um und gelangte "bei ihrem Umlauf in eine Heizvorrichtung, wo sie auf etwa 1o5°C erwärmt wurde, um Wasser zu verdampfen. Die Kühlschlangen wurden frei von Eis gehalten* Wach verschiedenen Zeiten wurden i.:uster der Flüssigkeit entnommen und geprüft.' Hierbei wurcten die nachstehenden Ergebnisse erhalten:

Seitdauer Tage	pH-V,^rert	opez.Gew. 16⁰G	Viskosität bei -4o°C	4oo	Zusammens etzung Volumprozent - PG PO H₂O	5,	1	46,9
ι-..	7,2	1, o55	etwa	4oo	48	~5,	7	46,o
ο 4	7,2	1,o54	etwa	4oo	46,	5r	7	46,3
65	f» 1	1,o53	etwa	4oo	48	5,	5	45,5
97	7,1	1,o54	etwa	'4 ο ο	49	4,	0	47,3
21o	6.9	1,o54	etwa	48,

,3


,7

^T~acr_ dieser benutzung enthielt die llüsoigkeit weniger als o,5 ppm

Ilupfer und weniger alrj 1,o ppm Eisen. Die Tabelle zeigt also die

Jtatilität der Flüsigkeit und ihre nicht korrodierenden Eigen-. 3cLaften.

Beispiele 14 -2o

Die nachstehend genannten flüssigkeiten wurden zum Enteisen in Kontinuierlichen Kühlena en Luftgebläsen handelsüblicher Größe verwendet, in welchen Ammoniak bei etwa -4o°0 in Kühlschlangen umlief, "„ie Jflü'ioirkeiten wurden auf aie /_üi:l.r;chlangen aufgesprülat, aanac:. -reganns.lt,. auf 1o5 t±s 12o°0 erhitzt, v.n das ',','asser zu

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entfernen, und im G-egenstrom in einem Wärmeaustauscher mit einer kalten Flüssigkeit wieder zurückgeführt.

Zusammensetzung (Volumprozent)

Nr.	PG	PO	H₂O
14	54,5	5,8	59,7
VJl	52,6	18,5	29,1
16	58,8	17,1	24,1
17	66,5	15,3 -	18,2
-18	41,2	22,5	56,5
19	56,5	17,ο	46,5
2ο	64,1	22,ο	15,9
Beispiel 21

ouppe in Blechdosen wurde eingefroren, wobei man die Dosen bei etwa -5o°G durch eine Lösung hindurchführte, die aus 45,3 Volumprozent -nicht gepuffertem Propylenglykol, 25 Volumprozent nicht gepuffertem Propylencarbonat und 3o,7 Prozent ',/asser bestand. Beim Eintritt in die Flüssigkeit hatten die Dosen eine Temperatur von etwa 65 bis 8o°C. Sie blieben in Der. Flüssigkeit etwa 45 IUinuten lang und verließen sie mit einer Temperatur von etwa -3o°C. Arbeitete man mit einem größeren Durchsatz, so war es erforderlich, die Flüssigkeit auf etwa. -45 C zu kühlen und eine Lösung zu verwenden, die aus .5o Volumprozent Propylenglykol, 6o Volumprozent Propylencarbonat und Io Volumprozent Wasser bestand. Die Flüssigkeit hatte eine brauchbare Viskosität.

BADORiGINAL

Claims

- Ίο - Patentansprüche:

1. Elüssigkeit zur Wärmeübertragung bei Temperaturen unter O⁰G, die Propylenglykol und Wasser enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus etwa 5 bis etwa 65 Volumprozent Propylenglykol, etwa 4 bis etwa 85 Volumprozent Propylencarbonat und etwa 5 bis etwa 55 Volumprozent Wasser besteht.

2. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus etwa 4o bis etwa 65 Volumprozent Propylenglykol, etwa 5 bis etwa 3o Volumprozent Propylencarbonat und etwa 2o bis etwa 5o Volumprozent Ί/asser besteht.

3. Flüssigkeit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus etwa 4-5 bis etwa 6o Volumprozent Propylenglykol, etwa 2o bis etwa 3o Volumprozent Propylencarbonat und etwa 2o bis etwa 4o Volumprozent Yfasser besteht.

4. Flüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen aus etwa 5 bis etwa 45 Volumprozent Propylen-

" glykol, etwa 2o bis etwa 85 Volumprozent Propylencarbonat und etwa 5 bis etwa 25 Volumprozent Wasser besteht*

5. Flüssigkeit nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ein Voluinteil Propylencarbonat mehr als ein Volumteil Propylenglykol enthält,

6. Flüssigkeit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ein Volumteil Propylencarhpnatt ert#ä 2Ma etwa 3 Volumteile Propylenglykol enthält. -

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•13-

7. Flüssigkeit nach Anspruch. 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, äaß sie auf ein Volümteil Propylenearbonat weniger als ein Volumteil Propylenglykol enthält.

8. Die Verwendung einer Flüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Y/ärm§üb ertragung, dadurch gekennzeichnet, daß man sie in Berührung mit einem Material bringt, wobei die Tempeh

liegt,

Temperatur der Flüssigkeit wenigstens zeitweise unter O 0

9. Die Verwendung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet,· daß man die Flüssigkeit als Enteisungsmittel mit einer kalten Oberfläche in Berührung bringt.

10. Die Verwendung nach Ansprucn 8, dadurch gekennzeichnet, datö man die Flüssigkeit zur Verhinderung der Eisbildung auf einer Kühlschlange, über welche Luft geleitet wird, gleichseitig mit der äußeren Oberfläche der roihlscnlange in Berührung bringt.

11. Die Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dals man die Flüssigkeit zur Verhinderung der Eisbildung auf einer kalten Oberfläche, an welcher luft durch Darüberleiten gekühlt wird, mit der kalten überfläche in Berührung bringt.

12. Die Verwendung nach Anspruch o, dadurch gekennseieimet, dau man die auf eine Temperatur unter w°ü abgekühlte Flüssigkeit mit einem zu kühlenden Material in Berührung bringt.

13. Die Verwendung nach Anspruch 12, daduren gekennzeichnet, aai,-raan die auf eine temperatur bis etwa ~;O⁰0 abgekühlte Jiü;.=- sigkeit mit einen Feuciitigkeit enthaltenden einzufrierenden Material in Perüiirung bringt.

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