ЖИДКИЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК C09K5/10 

Изобретение относится к жидкому теплоносителю/хладагенту для широкого диапазона использования, особенно для целей теплообмена, предполагая безопасность по отношению к окружающей среде и здоровью, например отсутствие токсичности и широкий температурный диапазон.

Жидкие теплоносители/хладагенты обычно используются в промышленности, технических устройствах в зданиях, холодильном оборудовании и для применения в двигателях.

Хорошие теплообменные свойства являются важными для жидких теплоносителей/хладагентов. Это предполагает хорошую специфическую теплоемкость, теплопроводность и способность к перекачиванию. Низкое значение вязкости при низких температурах является типичным для жидких теплоносителей потому, что в таком случае жидкость можно перевести в турбулентный поток при более низкой мощности насоса.

В добавление к вышеперечисленным свойствам, важные свойства жидких теплоносителей часто также включают в себя отсутствие токсичности и загрязнения окружающей среды, в особенности, когда они применяются в пищевой промышленности и при нагреве домашней водопроводной воды. Жидкий теплоноситель не должен никоим образом быть вредным по отношению к обрабатываемым продуктам. Небольшие утечки жидкости в процесс могли бы привести к тяжелым несчастным случаям. Поэтому отсутствие токсичности жидкости является одним из наиболее критичных факторов.

Наиболее типичными жидкостями являются органические и водосодержащие жидкие теплоносители/хладагенты. Проблема с органическими жидкостями заключается в трудности их использования и их токсичности. Что касается большинства ее свойств, вода является почти идеальной жидкостью для теплообмена. Она имеет хорошие теплопроводные свойства и хорошо перекачивается. Кроме того, вода совершенно не токсична и не представляет опасности для окружающей среды. Кроме того, она никоим образом не является огнеопасной. Конечно, основной недостаток воды заключается в узком температурном диапазоне ее использования. Как известно, вода замерзает при 0^oC и кипит при 100^oC. Кроме того, вода вызывает коррозию, особенно при контакте с железосодержащими материалами.

В качестве примера состояния уровня техники на настоящий момент, имеющего отношение к жидким теплоносителям, используемым при низких температурах, можно сделать ссылку на, например, публикацию заявки EP 0641849, которая описывает состав жидкого теплоносителя, включающий в себя алкилметилсилоксановую жидкость или комбинацию алкилметилсилоксановой жидкости и различных жидкостей на основе полидиорганосилоксана с концевыми триметилсилильными группами.

Наиболее типичные жидкие теплоносители на основе воды представляют собой водные смеси этиленгликоля, пропиленгликоля и этанола. Этиленгликоль является одним из наиболее известных жидких теплоносителей и используется, в частности, в автомобильной промышленности. Однако применение этиленгликоля имеет недостаток, заключающийся в его токсичности и опасности для окружающей среды. Пропиленгликоль действительно часто используют вместо этиленгликоля, когда требуются менее токсичные свойства. Хотя пропиленгликоль является относительно нетоксичным, он, тем не менее, представляет собой вещество, которое загрязняет окружающую среду. Одним из недостатков пропиленгликоля является сильное увеличение его вязкости при низких температурах; это увеличивает требуемую мощность насоса.

Нетоксичность этанола по сравнению с этиленгликолем является преимуществом при его использовании, но его использование имеет недостаток, заключающийся в его сильной летучести и, следовательно, в его огнеопасности и сильном увеличении его вязкости при низких температурах, последнее свойство является, однако, более предпочтительным, чем в случае пропиленгликолей. По этой причине этанол является обычно используемым веществом, применяемым в качестве жидкого теплоносителя в лабораториях и в условиях, требующих отсутствия токсичности. Однако использование этанола включает в себя проблему необходимости получения разрешения от организаций здравоохранения, фактор, который усложняет использование этой жидкости.

Коррозия, в частности в случае гликолей, заставила пользователей искать дорогие и эффективные ингибиторы коррозии. Контролирование состава и концентрации ингибиторов коррозии является трудным. В общем, эффективный ингибитор делает не очень токсичную жидкость токсичной. Как правило, сложные растворы увеличивают стоимость окончательного раствора.

В качестве примера состояния уровня техники на настоящий момент, связанного с ингибиторами коррозии, можно сделать ссылку, например, на публикацию заявки EP 0369100, которая описывает жидкий теплоноситель, содержащий смесь дикарбоновой кислоты в качестве ингибитора коррозии, в котором состав охлаждающей жидкости включает в себя водорастворимый жидкий спирт для понижения точки замерзания, например этиленгликоль, и смесь гликоля и диэтиленгликоля были использованы в этом качестве.

Задача настоящего изобретения - обеспечить жидкий теплоноситель/хладагент, в котором исключены проблемы и недостатки внедренного выбора или, по крайней мере, существенно минимизированы.

Задача настоящего изобретения - создать жидкий теплоноситель/хладагент, который удобен для использования при низких температурах и который является безопасным с точки зрения здоровья и воздействия на окружающую среду и является технически экономичным для использования.

Жидкий теплоноситель/хладагент согласно настоящему изобретению прежде всего отличается тем, что он содержит триметилглицина или его производных 15. . . 70% и 30...85% воды. Наиболее типичный хладагент согласно настоящему изобретению содержит триметилглицина 35%.

Предпочтительным соединением для использования в качестве компонента в жидком теплоносителе является триметилглицин или соли триметилглицин гидрата. Особенно предпочтительным соединением является триметилглицин, т.е. бетаин. Последний может быть приготовлен посредством его выделения из природных продуктов, например, сахарной свеклы; это дает возможность приготовить жидкий теплоноситель биологического происхождения, имеющий выгодный цикл жизни.

Жидкий теплоноситель/хладагент согласно настоящему изобретению имеет преимущества нетоксичности и простоты. Его физические свойства такие же, как свойства растворов гликоля. Жидкий теплоноситель/хладагент согласно настоящему изобретению удобен для использования при температурах -50...+100^oC. Предпочтительный температурный диапазон в тепловых насосах и рефрижераторном оборудовании равен -40...+70^oC. Более того, жидкий теплоноситель/хладагент согласно настоящему изобретению выдерживает кипение, которое иногда происходит в солнечных батареях.

Вместе с жидким теплоносителем/хладагентом согласно настоящему изобретению возможно использовать традиционные ингибиторы коррозии, стабилизирующие реагенты и окрашивающие вещества, необходимые в данное время, которые являются хорошо известными.

Жидкий теплоноситель/хладагент согласно настоящему изобретению менее токсичен и более безопасен для окружающей среды, чем известные хладагенты. Он не классифицируется как проблемные отходы, и его легкая деструкция уменьшает стоимость. Обращение с отходами жидкого теплоносителя согласно настоящему изобретению не требует специальных мер; он может быть абсорбирован землей или слит в дренаж, тогда как использованные этилен и пропилен гликоли и этанол согласно предшествующему уровню техники должны быть переработаны на фабрике по переработке проблемных отходов либо под наблюдением местных властей.

Жидкий теплоноситель/хладагент согласно настоящему изобретению является удобным для использования при различных нуждах, особенно. когда температуры являются низкими и когда требуется, чтобы жидкость не представляла опасности для окружающей среды и была бы не токсичной, например в пищевой промышленности. Некоторые применения, которые могут быть упомянуты, включают системы с солнечным обогревом, тепловые насосы, рефрижераторное оборудование, вентиляционное оборудование и оборудование для кондиционирования воздуха, в которых, в частности, тепло или холод убирается с выхода воздуха и передается на вход воздуха. Одним из применений, которое можно упомянуть, является использование в панелях солнечной батареи.

Пример I. Токсичность жидкостей была оценена на основании значений LD₅₀ (летальная доза), полученных из литературы. Использованные значения LD₅₀ были орально испытаны на крысах. Значения показаны в таблице I.

Пример II. Значения вязкости жидкостей при одних и тех же концентрациях сравнены в таблице II. Таблица III показывает сравнение при концентрациях, соответствующих точке замерзания -15^oC. Точка замерзания представляет собой температуру, при которой в растворе образуются первые кристаллы.

Пример III. Понижение точки замерзания для различных растворов при концентрациях 50 вес.% показано в таблице IV.

Изобретение описано выше со ссылкой только на несколько его предпочтительных примеров; однако, не является целью строго ограничить изобретение подробностями примеров. Возможно множество модификаций и изменений в рамках идеи изобретения, определенной в формуле изобретения.

Изобретение относится к жидкому теплоносителю/хладагенту для низких температур. Жидкий теплоноситель/хладагент содержит триметилглицина 15-70% и 30-85% воды и может быть использован в панелях солнечных батарей. Технический результат - жидкий теплоноситель/хладагент не опасен для окружающей среды, не токсичен, имеет хорошие свойства по теплопереносу, удобен, например, для потребностей пищевой промышленности и для использования в панелях солнечных батарей. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Жидкий теплоноситель/хладагент, отличающийся тем, что он содержит 15 - 70% триметилглицина и 30 - 85% воды. 2. Жидкий теплоноситель/хладагент по п.1, отличающийся тем, что он содержит 30 - 50% триметилглицина и 50 - 70% воды. 3. Жидкий теплоноситель/хладагент по п.1, отличающийся тем, что он содержит приблизительно 35% триметилглицина и приблизительно 65% воды. 4. Жидкий теплоноситель/хладагент по пп.1 - 3, отличающийся тем, что температурный диапазон его использования находится в пределах от -50 до 100°С. 5. Жидкий теплоноситель/хладагент по пп.1 - 4, отличающийся тем, что температурный диапазон его использования находится в пределах от -40 до 70°С. 6. Жидкий теплоноситель/хладагент по п.3, отличающийся тем, что он содержит триметилглицин биологического происхождения. 7. Жидкий теплоноситель/хладагент для солнечных систем отопления, тепловых насосов, рефрижераторного оборудования, вентиляционного оборудования и оборудования для кондиционирования воздуха, отличающийся тем, что представляет собой состав по п.1.