非水系热传导流体制造技术

一种用于热交换系统的热传导流体组合物，该热交换系统的至少一部分具有由至少第一金属形成的第一部件，所述组合物具有包含丙二醇的非水基质流体；和可溶于丙二醇的第一添加剂，该第一添加剂抑制上述第一金属的腐蚀。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术一般地涉及用于热交换系统的非水系热传导流体，具体地，涉及内燃机的冷却剂。目前使用的冷却剂产生持久的环境问题并使人们对其毒性、健康影响和处理问题产生关注。具体地说，导致人和其他哺乳动物急性短期口腔卫生影响的冷却剂毒性是成问题的。另外，与冷却剂联系在一起的慢性健康问题常常涉及由重金属元素沉淀所致的毒害。每年，仅在美国销售的防冻剂约为7亿加仑，在全世界约为12亿加仑。估计目前使用的冷却剂总体积的25～50％是被不当处理的，这就加剧了冷却剂的固有的毒性问题。这种污染的一个主要原因是消费者倾弃冷却剂。虽然可通过教育使消费者提高环境意识，但不当处置仍将是个问题。不当处置的另一个主要源头在载重卡车和越野车辆工业中的泄漏、洒落和外溢。经验表明，通常载重卡车每行驶12,000英里(约19312公司)至18000英里(约28967公里)要损失10％(体积)的冷却剂。这相当于一般的高速公路卡车每分钟一滴或每月一加仑的泄漏速度。尽管冷却剂的泄漏是如此之小，以致人们往往不予注意，但它累积起来会是一个很大的损失。例如，许多载重车队从不更换冷却剂，但每年却购买补偿损失用的足够量的防冻剂补偿其每一车辆的所有冷却剂。就某些载重作业而言，溢流损失的冷却剂远超过水泵、软管夹或散热器芯子处的泄漏。如果一个没有溢流罐的重型散热器被充至最满，由于发动机的发热而导致冷却剂的膨胀，会有四分之一或更多的冷却剂溢出而损失。应该注意，即使小量滴漏和泄漏的冷却剂会生物降解而几乎不会给环境造成影响，但这种泄漏会给野生动植物带来毒性危害。目前的发动机冷却剂配方中，一般使用水作为主要的去热流体。冷却剂中水的含量视冬天气候的严酷程度而定，一般为40～70％(重量)。发动机冷却剂中的另一成份是冰点降低剂。目前，在绝大多数情况下，冰点降低剂是乙二醇(EG)，使用范围为30～60％(体积)，以防止水在冬天结冰。在一些气候暖和的地区，不会遇到冰点温度，人们使用一种仅含防腐蚀剂包的水。而且，在开始时，在防冻剂中加一种含几种不同化学物质的添加剂包，以形成防冻浓缩物，最后加水混合以形成冷却剂。这些添加剂被用来防止腐蚀、沉积和起泡，其在最终的冷却剂中的浓度为0.5～3％(重量)。此外，当发动机使用时，会有污染物产生，它们来自二元醇的热或氧化断裂、润滑油和燃料的蓄积、或冷却系统部件的金属腐蚀产物。最后，在载重运行中，要用增补性的冷却剂添加剂，以防止汽缸套气蚀和补充运行中损耗的化学抑制剂。载客汽车的冷却剂寿命为20,000英里(32,186公里)至30,000英里(48,279公里)，它们不使用或不需要增补性的冷却剂添加剂。载重运行通常要求能连续运行200,000英里(321,860公里)至300,000英里(482,790公里)而不更换冷却剂，因此，需要定期补充抑制剂。常用的冷却剂的增补性的添加剂的例子包括亚硝酸钠、磷酸二钾、钼酸钠二水合物和磷酸。增补性的冷却剂添加剂必须在化学上与冷却剂体积平衡，冷却剂的增补性的添加剂的使用成本高，使用不当会给冷却系统的部件和发动机带来灾难。如冷却剂中增补性添加剂的量太少，发动机和冷却系统部件会发生腐蚀和气蚀，而量太多时则添加剂会从溶液中“分离”出来，结果使散热器和加热器芯子堵塞。冷却剂的增补性的添加剂的另一不足之处是它们在水溶液中的溶解度差。生效的防冻剂的急性口服毒性主要决定于所使用的二元醇。因此，添加剂和污染物对冷却剂毒性的影响较小。不管数量多少，洒落和泄漏出来的冷却剂对野生动植物和宠物会产生急性口服毒性危害。二元醇类化合物占防冻剂/冷却剂浓缩物的95％(重量)，与水混合后，占用于车辆的冷却剂的约40～60％(体积)。许多年以来，现有的防冻剂由EG配制而成。使用EG作为发动机冷却剂中的冰点降低剂的一个主要缺点是，当人或其它哺乳动物摄入EG时，便会产生高毒性。毒性通常用一种评估体系测量，称为LD50评估体系。LD50是当以单次量给实验室大鼠进食时会产生急性口服毒性中毒的的物质的量。LD50小表示毒性大。某一物质的LD50值小于或等于20.0克物质/公斤体重时，可视其为有害物质。这样，由于EG的LD50值为6.1g/kg，因此，由该评估体系可知EG是有害物质。而且，已知EG对人类具有较大毒性(据报道，其LD50值小至0.398g/Kg)。因此，许多管理机构将EG划为危险物品。当被摄入后，EG代谢成乙醇酸和草酸，引起酸碱紊乱，从而会导致肾障碍。还有一个复杂的情况是，EG还具有甜的气味和口味，从而对动物和孩子产生吸引力。除了上述由使用EG而引起的难题外，目前冷却剂配方中使用的水部分也会产生棘手的问题。为防止在+7.7°F(≈-13.5℃)结冰，EG基浓缩物中的合水量需在3～5％。在所有已知的冷却剂浓缩物中均加有水，以使添加剂能存在于悬浮液中。对稀发动机冷却剂中的大量水部分(浓缩物与水的比例一般为50∶50)而言，一个难题是重金属(如溶解在发动机的循环冷却剂中的水部分里的铅和铜杂质等)沉淀的出现。水与散热器的铅和铜材料反应，这不仅是黄铜，因而也是铜的来源，而且是铅焊料的来源。冷却系统含有许多不同金属和合金，由于二醇基防冻剂(如乙二醇或丙二醇等)中含有水，由冷却剂引起的这些金属的腐蚀一直是难以避免的。腐蚀是由于冷却剂中有机酸(如丙酮酸、乳酸、甲酸和乙酸等)的形成而产生的。当存在热的金属表面，由残存空气或水释出的氧、激烈的通气和金属离子(它们均能催化氧化过程)时，有机二醇类物质产生酸性氧化物质。而且，在200°F(≈93.3℃)或更高温度下，当有铜存在时，冷却剂溶液中乳酸和乙酸的形成均被加速。在200°F(≈93.3℃)或更高温度下，当有铝存在时，冷却剂中的乙酸的形成被进一步地加速。在存在于冷却系统中的金属和合金中，铁和钢在酸的形成中最活跃，而轻金属和合金(如铝等)则较不活跃，随着二醇类物质氧化的进行，水部分中形成的有机酸浓度增加，冷却剂的pH下降，从而使金属表面的腐蚀加快。目前使用的冷却剂包含抵消这些有机酸的缓冲剂。缓冲剂使冷却剂有较高的、约为10或11的初始pH值。这样，随着氧化的发生，pH随之下降。常用的缓冲剂的一些例子包括四硼酸钠、四硼酸钠十水合物、苯甲酸钠、磷酸和巯基苯并噻唑钠。反过来，缓冲剂也需要水才能进入和留在溶液中。由于溶液中的缓冲剂部分会随着时间而消耗，冷却剂中的水部分与热、空气和发动机的金属反应，结果，由于形成酸，使pH下降。这样，对使用水的冷却剂来说，腐蚀成为一个大问题。事实上，所有已知的冷却剂配方均需要在溶液中加入水，以用于溶解作为缓冲剂、去泡剂和防止铝腐蚀的添加剂。这类添加剂的例子包括磷酸盐、硼酸盐、硅酸盐或磷酸。另外，这些水溶性添加剂需热、激烈搅拌和长时间与水反应和使其溶解于水中。所有目前使用的和以前知道的冷却剂均需要抑制剂以抑制由所需的含水量所产生的腐蚀作用。抑制剂之间须予权衡，以使它们不相互反应，相互反应会降低它们各自的作用。例如，磷酸盐和硼酸盐会降低硅酸盐对铝的保护作用。而且，抑制剂的浓度不能过大(通常，它被配制成过大的浓度以延长其消耗时问)，因为这会对系统部件产生损害。例如，其从溶液中的析出会堵塞散热器和加热器。另外，硅酸盐、硅氧烷、硼酸盐和磷酸盐是磨料，且会侵蚀交换器管和泵轮。不过，抑制剂仍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·W·伊万斯，
申请(专利权)人：伊万斯冷却系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：