[发明专利]温度控制介质

说明书

技术领域

本发明涉及导热和导电液体，及其制备和用途。

背景技术

用于传热或传冷的液体(下文称作温度控制介质)存在于多个领域。例如工业过程、装置、机器、发动机、工业设备、房屋空调、地热和太阳能技术的使用。这不断增加对于相应热载体和冷载体的需求。

除了水之外(由于其热物理性能而成为优选的用于温度控制目的的介质)，根据在温度水平和针对相应用途的粘度方面的需求，还使用特定的液体，例如基于多元醇如丙二醇的液体。

对于多数应用和为了保护引导液体的管道系统和泵等，向温度控制介质例如水和醇中加入添加剂，如盐、硅酸盐、分散剂、紫外线稳定剂、防冻剂、抗蚀剂、抑制剂等。由于通常不可避免地加入添加剂，形成导热性显著下降的温度控制介质。常规的水仍具有约0.58W/mK的导热性，而目前常规用作热载体或冷载体的液体混合物的导热性仅为约0.02-0.25W/mK的范围。

因此致力于升高这种常规温度控制介质的导热性。

为了所述目的，使液体温度控制介质与升高导热性的液体混合以形成乳状液，或用固体产生悬浮液。然而，固体(如更高导热性的金属粉末，如铜或铝)的使用具有严重缺点。因此，由于常规温度控制介质约0.60和1.20g/cm³之间的密度，金属粉末非常快速地沉积，对管道和泵具有强烈磨损作用，并与液体温度控制介质或主要也与添加剂进行部分化学反应。例如，铜粒子与盐强烈反应。

出于这些原因，集中研究将具有更高导热性的固体以纳米粉末引入温度控制液体中。这应抗衡非常快速的沉降和强烈磨损。然而在此不利的是制备这种粉末的高耗费以及由此而产生的成本。此外，纳米粉末总是趋向于结块，这也必须用高耗费进行阻止。另外，根据初步研究，为了显著升高导热性，必须加入大于5-10重量％的非常高量的纳米粉末。

发明内容

本发明的任务是克服上文所述的缺陷，并特别是提供易于制备的高导热性的温度控制介质，其无磨损作用且是化学上相对惰性的。

通过具有权利要求1的特征的温度控制液体解决所述任务。根据本发明的温度控制介质包含碳粒子作为升高导热性的固体。碳具有高导热性，由于其低密度而在液体中仅缓慢沉积并且实际上无磨损作用。此外，碳是化学惰性的，使得其本身在化学侵蚀性液体中不变化，此外不与添加剂反应且因此也不影响液体性能。另外，根据本发明的温度控制介质廉价，且不需要或最多仅需稍许改建现有装置。这涉及例如管道截面和泵功率。

有利地，温度控制介质中的碳粒子含量小于20重量％，优选小于10重量％，特别是小于5重量％。特别有利的是0.1和2重量％之间的含量。目前文献中致力于实现粒子彼此间的大量桥型或支架型接触，从而从一定阈值开始达到强烈升高的导热性。与此相反，根据本发明的温度控制介质在碳粒子含量方面不具有阈值，从而令人惊讶地，在液体中的所述优选的低碳含量下，导热性已非常高。本发明当然也包含显著更高的碳粒子含量，例如直至50重量％及以上，甚至直至70或95重量％。

令人惊讶地，通过根据本发明的温度控制介质的传热在移动状态下也非常高，因为热量不仅连续传递，还主要通过碳粒子与容器(如为传热或传冷的目的而包含温度控制介质的管道)的壁的单独碰撞而传递。因此，单独碳粒子作为相互间的且向壁传热或传冷的温度载体而起作用。

温度控制介质的液体优选为选自如下的液体：水、醇，如丙醇、甘油、二醇，如乙二醇或丙二醇，和烃，如基于矿物油、硅油、氢化油、石油、石蜡或萘类油、硅油等，酯或醚，例如磷酸酯，以及芳族化合物或至少两种这样的液体的混合物。

水的优点在于其是具有合适粘度的廉价且易于使用的液体，在所有液体中，除了例如水银之外，具有最高的传导性。

醇的优点在于其在负60℃和300℃之间的通常应用范围内不是固态的，且因此无需加入防冻剂。

烃在负60℃和300℃之间的通常应用范围内也不是固态的，此外还具有起润滑剂作用的优点。

根据本发明的另一方面，向液体加入添加剂，如盐、硅酸盐、分散剂、紫外线稳定剂、防冻剂、抗蚀剂和抑制剂。典型的防冻剂为二醇，如乙二醇和丙二醇，和盐，如基于甲酸钾或丙酸钾的盐。

此外，作为根据本发明的温度控制介质的液体，有利地也可使用液化气，如-196℃下的氮气。在这样的液体中也具有上述优点。