ЖИДКОСТЬ ДЛЯ СИСТЕМ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C09K5/04 

Изобретение касается жидкости для испарительного охлаждения, причем эта жидкость является особенно подходящей для аппарата непрямого испарительного охлаждения.

Обычно в системах и аппаратах испарительного охлаждения используется охлаждающая жидкость, которая разбрызгивается (распыляется) на охлаждаемый объект. Охлаждение распылением применяется, например, при техническом обслуживании зданий, особенно в установках для кондиционирования воздуха. В настоящее время наиболее часто применяемой для этой цели жидкостью является вода, так как она безопасна при использовании и не имеет запаха и, кроме того, она обладает хорошими теплопередающими свойствами. Однако применение воды ограничено тем, что она замерзает уже при 0^oС.

Антифризы (вещества, понижающие температуру замерзания), подобные этилен- и пропиленгликолям, не являются предпочтительными, поскольку они вызывают коррозию и поскольку появляется неприятный запах, когда они испаряются в циркулирующий воздушный поток. Кроме того, они имеют высокую вязкость и весьма токсичны.

Охлаждающие жидкости обычно используются в промышленности, при техническом обслуживании зданий, в холодильных аппаратах, а также в двигателях. Адекватные теплопередающие характеристики являются важным свойством таких охлаждающих жидкостей. Для этого необходимы их высокая теплоемкость, а также достаточная теплопроводность и способность к перекачке насосами. Жидкости характеризуются низкой вязкостью при низких температурах, что дает возможность обеспечить турбулентный поток жидкости, используя меньшую мощность насосов для перекачки.

Кроме перечисленных выше свойств предпочтительные охлаждающие жидкости характеризуются тем, что они не загрязняют окружающую среду и нетоксичны, что особенно важно при их использовании в пищевой промышленности и для водоподготовки. Охлаждающая жидкость никоим образом не должна наносить вред обрабатываемому продукту. Другими словами, даже ничтожные утечки жидкости и попадание ее в процесс могут вызвать серьезные аварии. Поэтому нетоксичность является решающим фактором при выборе охлаждающей жидкости.

По большинству своих свойств вода является почти идеальным жидким теплоносителем. Она имеет хорошие теплопередающие свойства и способность к перекачке. Кроме того, вода совершенно нетоксична и безопасна для окружающей среды, а также абсолютно не огнеопасна. Главным недостатком воды является то, что ее можно использовать в очень узком интервале температур. Как хорошо известно, вода замерзает уже при 0^oС и кипит при 100^oС. Кроме того, вода вызывает коррозию, особенно при контакте с материалами, содержащими железо.

Наиболее типичными охлаждающими жидкостями на основе воды являются водные растворы этиленгликоля, пропиленгликоля и этанола. Этиленгликоль является одной из наиболее обычных охлаждающих жидкостей, и он особенно широко используется для различных применений в автомобильной промышленности. Однако недостатками этиленгликоля являются его токсичность и его загрязняющее действие на окружающую среду. В соответствии с этим вместо этиленгликоля часто используют пропиленгликоль в тех случаях, когда требуется нетоксичность. Хотя пропиленгликоль является относительно нетоксичным, он, однако, является сомнительным с экологической точки зрения. Другим недостатком пропиленгликоля является то, что его вязкость значительно возрастает при низких температурах, что делает необходимым использовать повышенную мощность насосов для перекачки.

Более низкая токсичность этанола по сравнению с этиленгликолем делает его предпочтительной охлаждающей жидкостью. Однако использование этанола ограничено его высокой летучестью и, как следствие, склонностью к воспламенению, а также значительным увеличением вязкости при низких температурах, хотя это увеличение вязкости менее значительно, чем в случае пропиленгликоля. По этой причине этанол широко используется в качестве охлаждающего вещества в лабораториях и в тех областях применения, где требуется нетоксичность. В конце концов, проблема, связанная с применением этанола, заключается в том, что требуется разрешение органов здравоохранения, что делает его применение в качестве хладагента более затруднительным.

Предметом настоящего изобретения является жидкость для испарительного охлаждения, причем эта жидкость особенно применима для систем и аппаратов непрямого испарительного охлаждения, и при помощи которой можно решить проблемы, связанные с состоянием техники в настоящее время, и устранить ее недостатки.

Далее, объектом этого изобретения является жидкость для испарительного охлаждения, применяемая при низких температурах, причем ее применение экологически безопасно, экономично и не создает никакого риска для здоровья.

Жидкость для испарительного охлаждения характеризуется в прилагаемой формуле изобретения.

Одними из основных свойств жидкости для испарительного охлаждения являются малый размер капель и ее низкая температура. Малые капли увеличивают величину поверхности теплопередачи между жидкостью и окружающим ее газом, тогда как большая разность температур увеличивает эффективность нагревания и охлаждения.

Согласно настоящему изобретению предпочтительным соединением, применимым в качестве компонента жидкости для испарительного охлаждения, является триметилглицин или соли триметилглицин-гидрата. Триметилглицин или бетаин является особенно предпочтительным. Бетаин можно получить, например, путем экстракции из природных продуктов, таких как сахарная свекла, или посредством биохимического процесса, и таким образом иметь возможность получить биологическую жидкость для испарительного охлаждения с благоприятным сроком службы.

Жидкость, применяемая в системах испарительного охлаждения этого изобретения, которые предпочтительно являются непрямыми, содержит 5-35% (по весу) триметилглицина или его производного и 65-95 вес.% воды.

Преимуществами этой жидкости для испарительного охлаждения являются нетоксичность, безопасность и отсутствие запаха. Она имеет те же физические свойства, как и растворы гликолей, и она применима при температурах между -20^oС и +100^oС. Ее предпочтительно используют при температурах в интервале от -15^oС до +80^oС. Триметилглицин или бетаин уменьшает размер капли воды, вероятно вследствие влияния гидрофобного метильного конца, а также гидрофильного конца молекулы триметилглицина. Это позволяет использовать жидкость при температурах ниже 0^oС.

Если необходимо или желательно, жидкость для испарительного охлаждения этого изобретения можно смешивать с обычно применяемыми ингибиторами коррозии, стабилизаторами или маркирующими добавками и другими добавками, хорошо известными в технике.

В системах охлаждения жидкость распыляется непосредственно в охлаждаемый воздух и/или на поверхность теплопередачи, охлаждающую воздух.

Жидкость для испарительного охлаждения этого изобретения менее токсична и меньше загрязняет окружающую среду, чем охлаждающие жидкости, уже известные в технике. Эта жидкость не классифицируется как опасные отходы, и ее можно легко удалять, что снижает затраты. Отходы этой жидкости можно обрабатывать, не принимая никаких специальных мер безопасности, и она может поглощаться в почве или отводиться в канализацию, тогда как этилен- и пропиленгликоли, а также этанол, используемые при существующем состоянии техники, должны удаляться специальными способами, как опасные отходы, или под наблюдением компетентных органов.

Жидкость для испарительного охлаждения этого изобретения можно использовать в различных областях, где применяется испарительное охлаждение, особенно при низких температурах и в ситуациях, когда эта жидкость должна быть безопасной для окружающей среды и нетоксичной.

Оценка токсичности соединений основана на величинах LD₅₀, взятых из литературы. Использованные величины LD₅₀ получены путем испытаний на крысах при пероральном введении испытываемых веществ. Результаты показаны в таблице I.

В таблице II сопосталены кинематические вязкости жидкостей при концентрации, соответствующей температуре замерзания -15^oС. Температура замерзания определялась как температура, при которой в растворе появляются первые кристаллы.

Таблица III показывает влияние триметилглицина на температуру замерзания водных растворов триметилглицина.

Величины поверхностного натяжения типичных жидких теплоносителей представлены ниже в таблице IV. Поверхностное натяжение триметилглицина сравнимо с поверхностным натяжением воды, и оно выше, чем у гликолей.

В таблице V показано давление пара нескольких жидких теплоносителей при 37,8^oС. Так как давление пара раствора триметилглицина ниже, чем у других растворов, он не испаряется (не улетучивается) так же легко, как они, в потоке воздуха.

Раствор этого изобретения, содержащий 5-35 вес.% триметилглицина или его производного и 65-95 вес.% воды, может быть использован в системах испарительного охлаждения, особенно в аппаратах непрямого испарительного охлаждения.

На чертеже представлен типичный аппарат испарительного охлаждения, в котором непрямое охлаждение путем испарения (humidity cooling) сочетается с механическим охлаждением. Свежий воздух входит в 1 и поступает в устройство для регенерации тепла 2, в котором охлаждается свежий воздух и охлаждается отработанный воздух. Цифра 3 указывает на механическое охлаждение, 4 указывает на механические вентиляционные насосы и 5 указывает на входящий воздух. Цифра 6 обозначает отработанный воздух, который поступает в аппарат испарительного охлаждения 7 и затем в устройство для регенерации тепла 2. После этого охлажденный отработанный воздух выбрасывается из системы при помощи механического вентиляционного насоса 4. Непрямое охлаждение путем испарения комбинируется с механическим охлаждением, чтобы уменьшить необходимость в последнем. Идея непрямого охлаждения путем испарения заключается в том, чтобы увлажнить отработанный воздух и тем самым понизить его температуру. Температура свежего воздуха понижается с помощью охлажденного отработанного воздуха в устройстве для регенерации тепла. Если необходимо, поступающий воздух дополнительно подогревается механически. При одном только механическом охлаждении потребляется примерно в 3-4 раза больше энергии, чем при использовании комбинации непрямого охлаждения и механического охлаждения.

Триметилглицин представляет собой нетоксичный и не имеющий запаха природный сырьевой материал. Он снижает температуру замерзания воды, и он имеет превосходные теплопередающие свойства, он не выделяет неприятные запахи, и его можно использовать без добавления каких-либо ингибиторов коррозии, служащих для предотвращения коррозии, поскольку он сам по себе обладает лишь слабым коррелирующим действием. Важным преимуществом при использовании раствора триметилглицина в аппарате распылительного охлаждения является низкая температура воды, что увеличивает эффективность охлаждения. В соответствии с этим система может быть использована для охлаждения воздуха при температурах, близких к 0^oС, например в охлаждаемых складах, где температура воздуха таким образом снижается до величины ниже 0^oС. Кроме того, тот факт, что триметилглицин не имеет запаха и легко образует капли, что обусловлено его высоким поверхностным натяжением, делает его применение весьма привлекательным.

Это изобретение описано выше с указанием на некоторые предпочтительные варианты его осуществления, детали которых однако не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение в узких рамках. Наоборот, возможны многие модификации и видоизменения в пределах объема и сущности изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение касается жидкости для испарительного охлаждения, причем указанная жидкость является особенно подходящей для аппаратов непрямого испарительного охлаждения. Жидкость содержит водный раствор триметилглицина, предпочтительно содержащий 5-35 вес.% триметилглицина и 65-95 вес.% воды. Технический результат - создание нетоксичной и экологически безопасной жидкости для систем и аппаратов непрямого испарительного охлаждения. 1 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.

1. Жидкость для систем испарительного охлаждения, содержащая водный раствор триметилглицина. 2. Жидкость по п.1, содержащая 5-35 вес.% триметилглицина и 65-95 вес.% воды.