用于热传感装置的流体的制作方法

文档序号:6144618阅读:176来源:国知局

专利名称::用于热传感装置的流体的制作方法用于热传感装置的流体
背景技术
:本申请主要涉及用于热传感装置的液体组合物。本申请更具体地涉及可在用于供暖、通风、空调和制冷(HVAC&R)系统中的热传感装置中代替甲苯的流体。液体甲苯具有已知的膨胀系数,是一种用于填充温度传感元件和温度传感装置的热流体。甲苯被美国交通部(U.S.D印artmentofTransportation)认定为一种危险物质,并被美国防火协会(NationalFireProtectionAssociation(NFPA))在NFPA防火菱形标识(firediamond)内分为健康值为2、可燃性值为4、反应性值为1的危险物质。这一分类包括极度危险的可燃性和需要通过使用呼吸器进行人类保护的中等危险的健康危险。在温度传感装置中使用具有这种分级的流体是不理想的。温度传感元件是一种被液体充满的封闭金属管件。所述管件具有这样一种构造,即该元件的末端之一包含一个柔性隔膜,所述隔膜由于由所述元件的温度变化引起的液体的相应体积变化而表现出收缩或膨胀。所述元件中所含的液体的初始体积在给定的温度下是已知的,并且所述液体具有已知的热膨胀系数。换言之,由于已知所述液体的体积和膨胀系数,因此可测定所述液体(以及从而该隔膜)随温度变化的膨胀和收缩。所述膨胀和收缩符合如下公式ΔV=βXViXΔT其中ΔV对应所述液体以立方英寸(in3)为单位的体积变化,β表示所述流体以华氏温度的倒数(1/°F)为单位的流体热膨胀系数,Vi是在初始温度下以立方英寸(in3)为单位的初始体积,ΔΤ为以华氏温度(下)为单位的温度变化。流体的β值越低,产生给定隔膜运动所需的温度变化就越大。因此,如果一种给定液体的β值小于甲苯的β值,那么对于相同体积的液体和所述元件的相同隔膜构造,可以预期所述给定液体与甲苯相比,具有不同和更大范围的隔膜差异运动。甲苯已被用于多种温度传感元件和温度传感装置至少50年之久。已知的在使用NFPA分级时危险性低于甲苯的现有热流体一般为β值小于甲苯的合成、有机、低粘度物质。所述流体β值的这些差异要求在使用其他流体时要重新设计热传感装置,包括该元件的尺寸的增加和/或规格的更大差异。所述公开的系统和/或方法的预期优点可满足一种或多种上述需要或者提供其他有利特性。其他特性和优点将通过本说明书展现。所公开的教导涵盖落入权利要求范围的那些实施方案,而不管它们是否满足一种或多种上述需要。
发明内容—个实施方案涉及一种含有一种如下流体的热流体,所述流体包括一种选自具有如下通式的化合物的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>也可使用所述流体的组合。所述流体被安排和布置成可根据温度膨胀或收缩。另一个实施方案涉及一种包括可变体积室的温度传感元件。一种流体被置于所述室内。所述流体包括一种选自具有如下通式的化合物的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>也可使用所述流体的组合。所述流体被安排和布置成可根据温度变化膨胀或收缩。所述室内的流体的膨胀或收缩可改变所述室的体积。另一个实施方案涉及一种传感温度条件的方法。所述方法包括提供一个可变体积室。所述方法还包括在所述室内提供一种流体,其中所述流体包括一种选自具有如下通式的化合物的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>也可使用所述流体的组合。所述流体被安排和布置成可根据温度变化膨胀或收缩。所述方法还包括使所述元件经历温度变化。监测所述室的体积并根据所述室的体积测定温度。本文所述的实施方案的一些优点为流体的危险性降低,包括毒性、可燃性的降低和其他关于甲苯的危险性的降低。此外,所述热流体能够在不进行设计的显著改变和现有装置的更换的情况下代替现有的热流体。另外一些示例性实施方案涉及权利要求中概括述及的其他特征和特征组合。图1为一个实施方案的温度传感元件。图2为一个实施方案的体积测定装置。图3示出了一个实施方案的流体在温度变化范围内的体积变化的数据。具体实施例方式一个实施方案的热流体或温度传感流体包括乙二醇二乙酸酯(CH3C00CH2CH200CCH3)(也称为1,2_乙二醇二乙酸酯、二乙酸乙烯酯、1,2-二乙酰氧基乙烷和/或乙酸2-(乙酰氧基)乙酯);和丙二醇二乙酸酯(CH3CH(OCOCH3)CH2OCOCH3)(也称为1,2-丙二醇二乙酸酯、二乙酸丙烯酯、1,2-二乙酰氧基丙烷和/或乙酸2-(乙酰氧基)-1-甲基乙基酯)。具体地,所述实施方案的热流体包括一种组合物,所述组合物含有一种选自具有如下通式的化合物的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>也可使用所述流体的组合。一个实施方案的温度传感元件中所用的热流体包括β值和热特性与甲苯基本相同的流体。表1描述了在-58华氏度到392华氏度的温度范围内,甲苯以及两种热流体的β值。表1甲苯和替代流体的β值甲苯的β值(华氏度-1CF―1)),(摄氏度Ι—1))0.000600-0.000630(-58至32华氏度(°F“1))0.00134-0·00140(-50至0摄氏度-1CC-1))0.000630-0.000664(32至122华氏度4(°F“1))0.00140-0.00148(0至50摄氏度-1CC-1))0.000664-0.000706(122至212华氏度(0F“1))0.00148-0.00157(50至100摄氏度-1CC-1))0.000706-0.000758(212至302华氏度4(°F力)0,00157-0.00169(100至150摄氏度-1CC-1))0.000758-0.000828(302至392华氏度(°F力)0.00169-0.00184(150至200摄氏度-1CC-1))乙二醇二乙酸酯的β值(华氏度-1CF-1)),(摄氏度Ι—1))热流体#10.000529-0.000553(-58至32华氏度(0F“1))0.00098-0.00103(-50至0摄氏度-1CC-1))0.000553-0.000580(32M122华氏度4(°F“1))0.00103-0.00108(0至50摄氏度-1CC-1))0.000580-0.000610(122至212华氏度4(°F―1))0.00108-0,00114(50至100摄氏度-1CC-1))0.000610-0.000649(212至302华氏度°F力)0.00114-0·00121(100至150摄氏度-1CC-1))0.000649-0.000697(302至392华氏度4(°F力)0.00121-0.00130(150至200摄氏度-1CC-1))丙二醇二乙酸酯的β值(华氏度-1CF-1)),(摄氏度-1CC-1))热流体#2:0.000580-0.000606(-58至32华氏度(0F“1))0.00108-0.00113(-50至0摄氏度-1CC-1))0.000606-0.000635(32至122华氏度(°F“1))0,00113-0.00118(0至50摄氏度-1CC-1))0.000635-0.000670(122至212华氏度4(°F―1))0.00118-0·00125(50至100摄氏度-1CC-1))0.000670-0.000711(212至302华氏度4(°F力)0.00125-0.00132(100至150摄氏度-1CC-1))0.000711-0.000763(302至392华氏度4(°F力)0.00132-0.00142(150至200摄氏度-1CC-1))在操作温度下,热流体#1和#2的平均热膨胀系数为从约0.00098摄氏度倒数(°C―1)到约0.00130摄氏度倒数(V-1)(热流体#1)或为从约0.00108摄氏度倒数(V―1)到约0.00142摄氏度倒数(°C-1)(热流体#2)。操作温度包括所述HVAC&R装置可经受的温度。操作温度包括从约-58华氏度(下)到约392华氏度(下)(-50摄氏度(°C)到约200摄氏度(°C))的温度范围。热流体#1和#2未被美国交通部归为危险物质,其在NFPA的菱形标识内的NFPA分级为健康值1、可燃性值4和反应性值0。所述一个实施方案的热流体的危险性比甲苯低。危险性较低是指,所述热流体的可燃性比甲苯更低和/或健康危险比甲苯更低。表2物质鉴定特性甲苯热流体#1热流体#2流体甲基苯、甲苯或苯1,2-乙二醇二乙酸酯、乙1,2-丙二醇二乙酸酯、丙二名称基甲烷二醇二乙酸酯、二乙酸乙醇二乙酸酯、二乙酸丙烯烯酯、1,2-二乙酰氧基乙酯、1,2-二乙酰氧基丙烷、烷、乙酸2-(乙酰氧基)乙酸2-(乙酰氧基)-1-甲基乙酯乙基酯、乙酸2-(乙酰氧基)乙基酯分子C6H5CH3C6H10O4C7H12O4式CAS108-88-3111-55-7623-84-7编号特性甲苯热流体#1热流体#2外观澄清、无色液体(塞波特色度+28-+30)澄清、无色液体(APHA15Max)无色液体气味芳香,类似苯淡、令人愉快淡、令人愉快表3:物理和化学性质<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表4:管制信息<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表5健康危险信息<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>图1示出了用于HVAC&R系统部件或其他系统部件的温度传感元件100。所述温度传感元件100根据它所含的流体103的膨胀测定流体或其他媒介的温度。所述温度传感元件100可为控制系统或其他装置的部件并提供对所述系统的部件的传感和/或控制。所述温度传感元件100包括具有可容纳流体103的构造的室101。所述室101包括一个可变体积。所述体积可被可移动的侧壁105改变,所述侧壁105能够根据所述流体103的膨胀或收缩而移动。所述室101和所述侧壁105是由热膨胀系数低的弹性材料或弹力材料制成的。所述室101的几何形状不限于圆筒形,而是可包括任何能够容纳流体103的几何形状。此外,所述侧壁105不限于示出的设置,而是可包括任何可使室101具有可变体积的结构。所述流体103包括含有如下组合物的热流体,所述组合物包括一种选自具有如下通式的化合物的化合物<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>也可使用所述流体的组合。在操作中,使所述温度传感元件100暴露在一个温度下。例如,可将一个温度待传感的媒介靠近所述温度传感元件100。此外,室101的接触或靠近待测量的流体或其他媒介的部分或其增设件可由热传导材料制成。例如,可传感外部或内部空气并测定温度,其中所述温度传感元件100可接触所述空气,靠近所述空气,或者所述温度传感元件100的部件或增设件可接触或靠近所述空气。响应于暴露的媒介温度,流体103会膨胀或收缩,并且室101的体积相应地增大或减小。测量所述室101的体积,并基于由暴露于所述媒介所形成的体积计算温度。可相对参考温度计算该温度,其中通过如下公式计算体积变化<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>基于已知流体的体积或其他已知技术的校准方法可用于测量相对于参考温度的温度。同样,可就所述热流体的体积变化差异测量和确定差异温度。实施例以下实施例说明了甲苯和热流体#1之间的相似行为。试验包括在预设温度下用预设体积的试验流体203填充体积测量装置200,其中一个装置200用甲苯填充,另一个用热流体#1填充,如图2所示。具体地,在140°F下将68mL热流体#1加入所述装置200中。所述装置200由玻璃贮器205和带刻度的体积测量管207构成。当使充满流体的装置200经历温度变化时,所述试验流体203的热膨胀导致相应的体积变化。在整个实验中,相对于体积的温度变化被记录并示于表6。表6:实验数据<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在试验流体203经受温度变化时进行测量所得的实验数据图示于图3a和3b。在这些图中,温度下降图示于图3A,而温度上升图示于图3B。从这两幅图中可清楚看到,所述热流体的热行为与甲苯的热行为基本相同。应理解,本发明的实施不限于以下描述所述的或所述图中示出的细节或方法。应理解本文所用的措词和术语只是出了描述的目的,而不应被当作限制。尽管所述图中示出的和本文所述的示例性实施方案目前是优选的,然而应理解给出这些实施方案只是为了举例。因此,本申请不限于具体实施方案,而是包括仍然落入所附权利要求范围的多种变化方案。任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据不同的实施方案进行变化或重新排序。必须着重指出,如多个示例性实施方案所示的装置的构造和设置只是为了说明。尽管本申请仅详细描述了一些实施方案,然而的本领域技术人员阅读了本申请后将容易地理解,在不实质性地偏离权利要求中所述主题的新教导和优点的情况下可进行许多改变(如大小、尺寸、结构、形状和各种元件的比例、参数值、安装排布、材料使用、颜色、方向等的变化)。例如,以整体形成的形式示出的元件可由多个部分或元件构成,元件的位置可被翻转或进行其他改变,并且分散元件的种类和数量或位置都可被更改或改变。因此,所有这些改变都意图包括在本申请的范围之内。任何过程或方法步骤的顺序或次序可根据不同的实施方案进行变化或重新排序。在权利要求中,任何手段加功能(means-plus-function)的限定都意图涵盖在本文中被描述成可行使所列功能的结构,并且不仅包括结构等价物,而且包括等价结构。在不偏离本申请精神的情况下,对所述示例性实施方案的设计、操作条件和布置可进行其他替代、改变、变化和省略。应指出,尽管本文的图和说明可显示和/或描述方法步骤的具体顺序,然而应理解这些步骤的顺序可能与所述不同。两个或多个步骤也可同时进行或部分同时进行。这种改变将倚赖所选的软件和硬件系统并倚赖设计者的选择。应理解,所有这些改变都在本发明的范围之内。同样,软件的执行可用带有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术实现,从而实现多个连接步骤、处理步骤、比较步骤和决定步骤。权利要求一种热流体,所述热流体包括如下一种流体,所述流体包括一种选自具有如下通式的化合物的化合物及其组合其中所述流体被安排和布置成可根据温度膨胀或收缩。FPA00001109539200011.tif2.权利要求1的热流体,其中所述流体在操作温度下的平均热膨胀系数为从约0.00098°C到约0.00130°C人3.权利要求1的热流体,其中所述流体在操作温度下的平均热膨胀系数为从约0.00108°C到约0.00142°C人4.权利要求1的热流体,其中所述流体的可燃性低于甲苯。5.权利要求1的热流体,其中所述流体的毒性低于甲苯。6.权利要求1的热流体,其中所述流体的可燃性和毒性都低于甲苯。7.一种用于HVAC&R系统的温度传感元件,包括一个可变体积室,一种被置于所述室内的流体,所述流体包括一种选自具有如下通式的化合物的化合物及其组合O其中所述流体被安排和布置成可根据温度膨胀或收缩,其中所述室内的流体的膨胀或收缩改变所述室的体积。8.权利要求7的温度传感元件,其中所述流体在操作温度下的热膨胀系数为从约0.00098°C到约0.00130°C人9.权利要求7的温度传感元件,其中所述流体在操作温度下的热膨胀系数为从约0.00108°C到约0.00142°C人10.权利要求7的温度传感元件,其中所述流体的可燃性低于甲苯。11.权利要求7的温度传感元件,其中所述流体的毒性低于甲苯。12.权利要求7的温度传感元件,其中所述元件根据流体膨胀或收缩传感温度值。13.—种传感温度条件的方法,包括提供一个可变体积室,在所述室内提供一种流体,所述流体包括一种选自具有如下通式的化合物的化合物及其组合<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中所述流体被安排和布置成可根据温度膨胀或收缩,将所述元件暴露于温度下;监测所述室的体积;并且根据所述室的体积测定温度。14.权利要求13的方法,其中所述流体在操作温度下的热膨胀系数为从约0.00098"C-1到约0.00130°C<。15.权利要求13的方法,其中所述流体在操作温度下的热膨胀系数为从约0.ooiostr1到约0.00142°C―1。16.权利要求13的方法,其中所述流体的可燃性低于甲苯。17.权利要求13的方法,其中所述流体的毒性低于甲苯。18.权利要求13的方法,其中所述流体的可燃性和毒性都低于甲苯。19.权利要求13的方法,还包括根据在所述测定步骤中测定的温度操作一个HVAC部全文摘要本文提供了一种含有一种如下流体的热流体,所述流体包括一种选自具有如下通式(I,II)的化合物的化合物及其组合。所述流体被安排和布置成可根据温度膨胀或收缩。还公开了一种温度传感元件和一种传感温度的方法。文档编号G01K5/12GK101836093SQ200880112812公开日2010年9月15日申请日期2008年10月9日优先权日2007年10月23日发明者A·洛佩斯奥尔蒂斯,C·R·奎拉柯罗拉,M·D·德尔加多维吉尔,M·梅德拉诺罗德里格斯,V·H·柯林斯马提尼斯申请人:江森自控科技公司
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