传热流体制造技术

本发明专利技术涉及包含甘油和乙酸钾或由甘油和乙酸钾组成的流体，甘油和乙酸钾的重量比区间为3:2至1:6，含水量为55

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传热流体
专利

[0001]本专利技术涉及传热流体，尤其涉及基于可再生原材料的这种热力学高效流体。

技术介绍

[0002]液体对流的热交换在许多不同的技术应用中得到利用。它被用于内燃机的冷却、空调和热泵以及各种工业过程的温度控制，以及机电装置，如变压器和一些类型的计算机处理器。
[0003]虽然相比于任何一般可提供的液体，水的粘度较低，热容量和导热性较高，但它在凝固点和沸点(0至100℃)之间仅提供很小的工作温度窗口。对于可能用作腐蚀抑制剂的有机化合物来说，水也不是很好的溶剂。由于这些原因，水通常与在水中具有高溶解度的极性有机化合物，如醇和多元醇混合，以提供技术上优越的传热流体。这使得流体的凝固点明显降低，沸点略微升高。醇类(如甲醇和乙醇)的限制是即使是稀溶液也具有可燃性，这限制了它们的使用。这些限制不适用于多元醇，例如乙二醇、丙二醇和甘油。
[0004]乙二醇(乙烷
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二醇)的水性混合物，也被称为单乙二醇(MEG)，尽管有毒性，但在
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40至+100℃的工作温度窗内是最常用的传热流体。其原因是普遍存在、成本低、技术性能高。对于汽车用途，50vol％的水与MEG的混合物并添加了腐蚀抑制剂，是常见的标准。添加了腐蚀抑制剂的MEG浓缩液(通常称为防冻剂或冷却剂浓缩液)在柜台上出售，供终端用户用水稀释。当与50vol％的水混合时，取决于存在的腐蚀抑制剂和其他添加剂的量和类型，这些浓缩液可提供凝固点约为
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36℃的传热流体。由于使用这种产品的规范，冷却/加热系统通常被设计为具有类似热力学特性的液体。MEG是以化石来源的乙烯为原料，通过碳氢化合物的裂解提供乙烯，然后氧化并与水反应来进行大规模的工业生产。MEG的甜味与它的急性毒性相结合构成了健康和安全问题，因此经常添加苦味添加剂以防止人或动物意外摄入。
[0005]在毒性存在问题的情况下，MEG的相对常见的替代品是丙二醇(丙烷
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二醇，本文称为PPG)[1]。值得注意的是，PPG水溶液用于林业机械和海洋应用。PPG无毒，也用于食品和饮料、药品和化妆品。像MEG一样，它具有抗菌和杀真菌特性。作为低温传热流体中MEG的替代品，它在相同浓度具有高粘度(图1)和更高的凝固点。商业PPG通常具有化石来源，尽管它可以由生物源甘油生产。
[0006]存在汽车冷却中使用水性甘油溶液的标准(ASTM D7714和D7715)，但这种溶液的粘度甚至高于PPG，当有更好的替代品可用时，其不是好的工程解决方案。生物来源的甘油作为生产FAME型生物柴油的副产品可大规模商购。与MEG和PPG类似，其具有甜味，但无毒。
[0007]专利申请US20070012896A1[7]公开了构成例如甘油和乙酸钾的除冰组合物，其重量比区间为1:1，含水量为50w％，甘油和乙酸钾的合并重量为50w％。然而，所述文献没有提供任何热力学数据，除了
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7和+22℃的运动粘度和凝固点(
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41℃)。
[0008]多元醇可以通过微生物的作用被氧化成相应的羧酸，因此基于MEG和PPG的传热流体(尽管具有抗菌特性)会随着时间的推移而对金属产生腐蚀性。这种影响可以通过控制溶
液的pH值以确保大多数金属不会迅速腐蚀的中碱性环境来预防和减轻。
[0009]对于汽车应用以外的低温传热流体，通常将无机或有机盐溶解在水中以降低凝固点。一些无机盐的凝固点极低，但代价是对大多数工程金属具有非常高的腐蚀性。或者，可以使用甲酸盐和乙酸盐，通常以钾作为抗衡离子，其腐蚀性明显小得多。这种溶液天然呈碱性，有助于降低腐蚀性。
[0010]对于最常见的水性传热流体，有详细收集的列表物理性质出版于[2]和[3]。同一作者还有具有启发性的方法论专著[4]。
[0011]从上面可以看出，需要表现出现有技术的传热和低凝固点，同时环保并基于可再生材料的改进的传热流体。
[0012]专利技术简述
[0013]本专利技术涉及包含甘油和乙酸钾或由甘油和乙酸钾组成的传热流体，所述甘油和乙酸钾的重量比区间为2:3至1:5，含水量为55
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80w％，其中所述甘油和乙酸钾的合并重量占20
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45w％，例如20
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40w％，总计高达100w％。甘油和乙酸钾的重量比区间可以是2:3、1:2、1:3、1:4或1:5中的任何一项。水含量可以为55、56、57、58、59、60、65、70、75或80w％，且甘油和乙酸钾的合并重量可以为20、25、30、35、40或45w％，最大或总计可达100w％。在该流体中含有或包含的组分的任意组合中，区间可以使用上述任何端点组成。所述流体可以通过用氢氧化钾或碳酸钾中和水性乙酸(例如生物来源的乙酸水溶液)，然后在所述中和溶液中加入甘油来制造。
附图说明
[0014]图1显示了50w％MEG[2]和50w％PPG[2]乙二醇与新型流体相比的粘度随温度的变化(条目4，表2)。后者的动态粘度是通过将液体和Viscolite 700便携式粘度计的探针冷却/加热到测量温度来测量的，在测量之前使用探针轻轻混合/均质化样品。该程序也应用于50w％MEG，其几乎完全再现了文献数据[2]。
[0015]图2显示了乙酸钾[2]、乙二醇[2]和甘油[5]分别在水中的含量与凝固点的函数。
[0016]图3显示了两种不同浓度的乙酸钾在水中[2]和新型流体中的质量热容(条目4，表2)。后一条曲线是使用基于microDSC的已发表程序记录的[6]。
[0017]图4显示了相比于所示流体的文献数据[2]，新型流体的体积热容(条目4，表2)。新型流体的数据基于图3的图表中相同数据，结合以与表1中的密度数据相同的方式获得的密度随温度的数据。
[0018]图5显示了相比于所示流体的文献数据[2]，新型流体(条目4，表2)的热导率。新型流体的数据是通过应用瞬态热丝法[8]获得的。
[0019]专利技术详述
[0020]出乎意料地发现，可以由家用乙酸水溶液(24w％)通过用氢氧化钾或碳酸钾中和，然后加入一部分甘油来制备与MEG在水中的粘度随温度行为密切匹配的水性传热流体。甘油和乙酸都可以是生物来源的，因此可以生产基于可再生原材料的产品。考虑到与乙酸钾相比甘油的凝固点降低作用较弱(图2)，这一结果令人惊讶。
[0021]观察到的效果的基本原理是甘油添加降低了混合物的含水量，从而降低了凝固点，但从文献中看不出这两种化合物结合会产生这种效果。与从乙酸钾溶液中蒸发水以降
低凝固点相比，甘油添加在能量上是有利的，因为水的蒸发热非常高。此外，发现由乙酸钾、甘油和水组成的体系的热力学性质比相似凝固点的乙酸钾溶液具有更高的热容(图3)。
[0022]生物来源的乙酸可以以多种不同的方式和不同的最终原材料生产。这些生产方法通常涉及微生物(酵母或细菌)对水溶液中乙醇的作用。这意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.包含甘油和乙酸钾的流体，所述甘油和乙酸钾的重量比区间为2:3至1:5，含水量为55
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80w％，其中所述甘油和乙酸钾的合并重量占20
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45w％，最大达100w％。2.由甘油和乙酸钾组成的流体，所述甘油和乙酸钾的重量比区间为2:3至1:5，含水量为55
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80w％，其中所述甘油和乙酸钾的合并重量占20
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45w％，总计高达100w％。3.根据权利要求1或2的流体，其中所述乙酸钾和/或甘油是生物来源的。4.根据权利要求1或3中任一项的流体，其进一步包含防腐添加剂。5.根据权利要求4的流体，其中所述防腐添加剂选自硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、有机酸和苯并三唑。6.根据权利要求1、3
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5中任一项的流体，其进一步包含着色剂。7.根据权利要求1
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6中任一项的流体，其pH值在7至9的范围内。8.根据权利要求1、3
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7中任一项的流体，其进一步包含使pH值达到9至11的范围的缓冲系统。9.根据权利要求1
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8中任一项的流体，其具有在0℃低于18mPa s的粘度，且在40℃低于8mPa s的粘度。10.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：P维克隆德，
申请(专利权)人：瑞典生物基础公司，
类型：发明
国别省市：