低温冷却组合物和方法技术

一种冷却组合物，其包含CO2固体颗粒和液氮的混合物，其中：‑CO2固体颗粒的含量是在按重量计70％与85％之间并且‑CO2固体颗粒具有小于或等于50μm的直径。

Low temperature cooling composition and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低温冷却组合物和方法本专利技术涉及一种冷却组合物，以及一种使用所述冷却组合物的冷却方法。需要在所有工业分支领域以及医学领域的一部分中产生相当大的冷却能力，以快速且深度地冷却反应介质、金属材料、塑料、有机材料、食品材料、人体组织、植物组织等。除了所有类型的制冷机以外，低温流体被广泛使用，因为它们允许使用简单设计的设备快速产生大的制冷量。使用两种主要技术：-将待冷却产品浸入液体中-将分股射流喷射在产品表面上。在几乎所有工业情况下，这些过程都是在环境压力下进行的。所使用的主要介质是液氮、液氩和呈液体或固体形式的二氧化碳。由于在使用期间处于液-蒸气或固-蒸气平衡，因此在与待冷却材料接触时，在该待冷却材料的表面与流体或固体(加热层)之间立即出现气体层。对于液氮，该层为约0.1至1毫米。在该加热层内，传导性热交换受气体的热导率的限制，该气体的热导率低于液体的热导率并且极大地降低了交换系数。N2气体的热导率比液氮的热导率小约17倍，这反映了加热层充当抑制热传递的热屏蔽这一事实。这限制了：-通过简单接触来冷却的能力-并且因此，使用上述介质进行固体材料的快速冷却，食物产品、植物、或植物组织或人体组织的冷冻和保存。只要表面温度大于根据表面类型和性质可变的莱顿弗罗斯特(Leidenfrost)温度(加热温度)，这种加热现象就会持续。低于此温度，通过正常的沸腾模式(泡核沸腾和过渡沸腾)进行交换，并且尽管温差变小，但热流显著增加。实例在图1中呈现。的确，图1表示了黄铜棒(直径为4cm且高度为10cm，并且浸入液氮中)的作为液/固界面温差(表面温度-液体温度)的函数的以W.m-2表示的热流。黄铜的初始温度为15℃。可以区分为三个区：-区A，在该区期间沸腾是泡核沸腾；-区B，在该区期间观察到过渡沸腾；以及-区C，在该区期间观察到膜状沸腾(加热现象)。为了试图避免此限制，可以实施若干种手段：-在待冷却材料周围引起强湍流。这实质上增加了热流，但引入了额外的能量消耗和额外的冷载体消耗。-例如，通过在部分真空下(通过快速泵送气相)进行该过程来使液氮过冷。这种技术使得能够显著增加热流，但以冷载体的严重过度消耗为代价。-将分散的材料(如二氧化硅)分散在流体中，以通过固-固接触促进热交换。这显著增加了热流，但需要从待冷却产品中除去分散的材料，或采用与待冷却材料相容的材料。-将液体射流以高速投射到待冷却产品的表面，以减少、或甚至破坏加热层。这使得能够大大增加热流，但是以显著的能量消耗和流体的过度消耗为代价。从那开始，出现的问题是提供用于冷却元件的改进的解决方案。本专利技术的解决方案是一种冷却组合物，其包含CO2固体颗粒和液氮的混合物，其中：-CO2固体颗粒的含量在按重量计70％与85％之间，并且-CO2固体颗粒具有小于或等于50μm的直径。根据本专利技术的冷却组合物优选通过包括以下的方法生产：a)形成CO2颗粒的步骤，该步骤包括使CO2气体膨胀，优选在膨胀锥中；以及b)将CO2颗粒和液氮混合的步骤。可以将这些颗粒在轻微搅拌下分散在液氮中，或者将液氮倒在容纳在容器中的颗粒上。应当注意，实施的顺序不影响所获得的CO2颗粒的尺寸。在冷却组合物中，液氮必须完全润湿颗粒团块。相对于固体CO2的量，液氮的量应尽可能接近以下所需的量：-液氮润湿所有固体CO2颗粒，并且-液氮要足够过量，以防止固体CO2团块(糊剂)非常快地干燥，这在待冷却物体淬火的最初几秒期间发生并且难以通过在表面处补偿性注入液氮来补偿。在这种构造中，在液氮温度下冷却的固体CO2颗粒是通过直接的固/固接触参与热交换的热交换的主要载体，并且使热效应最小化。与相同条件下的液氮相比，这种冷却组合物示出大大增加的热交换能力。根据本专利技术的冷却组合物使得能够在加热区中获得等于或>230W.M-2.K-1的热交换系数，即约为相同条件下液氮的热交换系数的两倍，并且其范围可以最高达210W.M-2.K-1(取决于泡核沸腾区中的条件)，即为相同条件下液氮的热交换系数的10倍。这种冷却组合物具有足够的流动性和可操纵性，以构成用于深度冷却金属、塑料、食物产品、植物组织和人体组织的浸浴。这包括非常低温的冷却，称为“深度冷冻”。该组合物通过用于转移低温流体的常见手段可转移和“可泵送”。本专利技术的主题还是一种用于使用如权利要求1所定义的冷却组合物冷却待冷却元件的方法，该方法包括：以下连续步骤：a)以小于1转/秒的速度搅拌该组合物，c)将该待冷却元件浸入该组合物中并且维持在该组合物中，其中在步骤c)的整个持续时间内：-维持步骤b)的搅拌，并且-测量该组合物中液氮的比例并且通过添加液氮将其保持恒定在±5％以内。借助于根据本专利技术的冷却方法，使得能够在低温下冷却待冷却元件。优选地，步骤c)是在1巴绝对压力与10巴绝对压力之间的压力下进行。应当注意，冷却时间取决于待冷却元件的尺寸、其形状、材料的类型以及还有其温度。可以说，在相同的条件下以及对于同一个物体，通过实施根据本专利技术的方法获得的达到目标温度的冷却时间的增益为至少30％。举例来说，对于直径为40mm且高度为100mm的由黄铜(70％Cu/30％Zn)制成的棒，必须将该棒浸入约3分钟30秒，使得其表面温度(使用在距离该棒的边缘3mm处的Pt100热探针测量)从13℃降至-196℃。应当注意，组合物的搅拌使得颗粒能够维持处于均匀的悬浮液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷却组合物，其包含CO2固体颗粒和液氮的混合物，其中：/n-CO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170710 FR 17565161.一种冷却组合物，其包含CO2固体颗粒和液氮的混合物，其中：
-CO2固体颗粒的含量在按重量计70％与85％之间，并且
-CO2固体颗粒具有小于或等于50μm的直径。


2.一种用于生产如权利要求1所述的冷却组合物的方法，该方法包括：
a)形成CO2固体颗粒的步骤，该步骤包括使CO2气体膨胀，优选在膨胀锥中；以及
b)将CO2颗粒和液氮混合的步骤。
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【专利技术属性】
技术研发人员：多米尼克·贝洛特，拉斐尔·格朗多，卡瑞娜·曾德尔，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR