203778. lajstromszámú szabadalom • Glikolmentes fagyálló hűtőfolyadék
1 HU 203 778 B 2 A találmány tárgya glikolmenetes és egyéb szempontból is környezetbarát, hosszú élettartamú fagyálló hűtőfolyadék belső égésű motorok hűtésére, hőerőművek hűtőtornyainak üzemeltetésére, ipari és háztartási hűtő- és fagyasztógépek, nyitott és zárt hőcserélők, napkollektorok, vegyipari duplikátorok és autoklávok működtetésére a fokozott fagyállóság, valamint megfagyás esetén a berendezés szétfagyás elleni megóvásának biztosításával. A fagyáspont feletti hőmérséklet-tartományban a legáltalánosabban használt hűtőfolyadék a víz. Előnye - a hozzáférhetőségen túlmenően - hogy fajhője mai tudásunk szerint az összes folyadékok között a legnagyobb. Ehhez járul még a kis viszkozitás és a megnevezett két jellemzőre visszavezethető jó hővezető képesség. E fontos hőtechnikai jellemzőkön kívül előny még a mérsékelt korrozivitás is, mely inhibitorok adagolásával tovább csökkenthető. Hátránya azonban a víznek, hogy nem fagyálló és ha megfagy, a fajlagos térfogata 9%-kal nő, ez a berendezés tönkremeneteléhez, szétfagyásához vezet. A víz fagyállóságát jelentősen növelhetjük alacsony hőmérsékleten is jól oldódó elektrolitok adagolásával. Ezt a lehetőséget azonban erősen behatárolja, hogy a savak és lúgok munkavédelmi, környezetvédelmi és korróziós szempontból egyaránt megengedhetetlenek. A sók közül krioszkópikus szempontból - mai tudásunk szerint - legelőnyösebb a kalcium-klorid, mert annak használatával -50 °C körüli hőmérsékletet is el lehet érni folyékony halmazállapotban a viszkozitás némi növekedése és a fajhő csökkenése árán. Ennél azonban súlyosabb gond a kloridionok korróziót aktiváló hatása, főleg tömény oldatokban, mert ezt a többnyire perforációs korróziót eredményező hatást a ma ismert inhibitorok használatával sem tudjuk kellően mérsékelni. Ha a kloridionok helyett más anionokat választunk, oldhatósági problémák jelentkeznek. Ezek állhatnak abban, hogy a telítési koncentráció minden körülmények között kicsi (pl. kalcium- szulfát), vagy abban, hogy az a hőmérséklet csökkenésével rohamosan csökken (pl. nátrium-szulfát, kálium-nitrát). Mindamellett a technika állásának jellemzésénél nem hagyhatók figyelmen kívül a jól oldódó sók és azok kombinációján alapuló megoldások. A 4 081 256 számú USA szabadalmi leírásból nátrium- acetát-koncentrátumot ismerhetünk meg karbamiddal, valamint nátrium- és ammónium-halogenidekkel, mint adalékokkal kombinálva. Ez a kompozíció az összetételi arányok széles intervallumban való variálásával sem ad pl. a glikol-víz elegyét megközelítő fagyállóságot, viszont az adott találmány célkitűzésének megfelelően, jelentős hőelvonást biztosít az elegyítés alkalmával, miáltal pl. élelmiszer gyorshűtés érhető el. Ehhez mind kompozícióban, mind célkitűzésben hasonló megoldások találhatók a Chemical Abstracts 85:162 357 n, 96:126 352 s, és 99:91 107 y számú ismertetéseiben és az 59-51 583 számú japán szabadalmi leírásban. A jelen találmányhoz - a felhasznált alapanyagokat tekintve - közelebb állónak tűnik az 53-14 173 és az 58-176 291 közzétételi számú japán szabadalmi leírásokban olvasható megoldás, miután mindkettő a nátrium-acetát, illetve annak trihidrátja nagy vízoldhatóságát használja ki. Az acetátkoncentrátum e leírások szerint tartalmaz még adalékként nátrium-halogenideket, nátrium-formiátot, valamint alkáli- és/vagy ammónium-acetát halogenideket. E kompozíciók célja azonban kifejezetten a fagyáspont-csökkenés akadályozása (szöges ellentétben a mi célkitűzésünkkel), mert a megoldandó feladat a hőtárolás a halmazállapot változásánál (olvadás, ill. fagyás) fellépő igen jelentős látens hőmegkötés, illetve felszabadulás kihasználásával. Mivel a hőtároló rendszer a gyakorlatban annál előnyösebben alkalmazható, minél magasabb hőmérsékleten tudja a tárolt látens hőt leadni, a feltalálók célja eleve a minél magasabb átváltozási hőmérsékletet biztosító összetétel kidolgozása volt, így e találmányi leírások annak ellenére nem járulhattak hozzá a jelen találmányt megalapozó felismeréshez, hogy acetát anionokkal operálnak, esetenként formiát-adalékot is használva, miként ez a mi megoldásunkra is jellemző. A fagyálló hűtőfolyadék igény kielégítésére nem bizonyultak megfelelőnek a kis szénatomszámú szénhidrogének, alkoholok, ketonok sem, mert bár fagyállóság szempontjából igen előnyösek volnának, a kis fajhő, az illékonyság (alacsony forráspont), valamint a tűz- és robbanásveszély a használatukat kizárja, annál is inkább, mert e vegyületcsoport egyes tagjai (pl. a metanol) mérgezőek is, tehát munkavédelmi szempontból is hátrányosak. Több előnyüknél fogva fagyálló hűtőfolyadékként a gyakorlatban széleskörűen elterjedtek és jelenleg szinte kizárólagosan használatak a különféle fedőnevek alatt hőközvetítő folyadékként forgalomba hozott vizes etilén-glikol elegyek. Előnyük, hogy a glikol a vízzel korlátlanul elegyíthető, tűz- és robbanásveszélyessége mérsékelt, fajhője a felsorolt szerves oldószerekének kb. a kétszeres, színtelen, szagtalan és viszonylag fagyálló. A fajhő és a dermedéspont a glikol-víz arány függvénye. Előbbi nő, a fagyállóság viszont csökken a víztartalom növekedésével. Az eutektikus pontnál (-57 °C) a glikol 60 térfogatszázalékot tesz ki. További előny, hogy a gyakorlatilag fontos öszetételeknél a glikol-víz elegy nem térfogatnövekedéssel fagy meg, tehát nem károsítja a berendezést. A glikolbázisú fagyálló hűtőfolyadékok ismertetett előnyei mellett azonban olyan hátrányok is mutatkoznak, melyek korlátozzák azok további terjedését. Az etilénglikol súlyos méreg és mivel az etanollal könynyen összetéveszthető, sorozatosan az ismert, esetenként halálos mérgezésekhez vezetett Ugyanezen okból környezetszennyező, az élővizekbe jutása súlyos következményekkel jár, pl. a hűtőfolyadék gondatlan elöntése, vagy a berendezés meghibásodásából eredő elfolyása esetén. Ugyanakkor a fagyállósága csak részben használható ki, mert pl. a gyakorlati szempontból fontos 1:1 térfogatarányú elegy, jóllehet annak fagyáspontja -38 "C, már -31 ‘C-on nem tixotróp kocsonyás konzisztenciát vesz fel, miáltal nehezen szivattyúzhatóvá válik. A -31 °C ún. fluiditási határt a tapasztalat 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
