具有高铝或镍表面面积水平的部件的水基冷却制造技术

本发明专利技术涉及具有高铝或镍表面面积水平的部件的水基冷却，具体地，一种用于在铝或镍表面面积和冷却剂体积的比率高的应用中冷却并降低潜在腐蚀的水基冷却剂具有在8和9之间的pH值并包括约35%重量到约65%重量的丙二醇、约1.0%重量到约4.0%重量的2-乙基己酸、约0.25%重量到约1.0%重量的癸二酸、约0.25%重量到约1.0%重量的苯甲酸以及约0.03%重量到约0.1%重量的钼酸盐氧离子。一种冷却系统包括铝或镍表面以及所述水基冷却剂。一种冷却含铝或镍的部件表面的方法包括将所述水基冷却剂输送到所述部件表面并使用所述水基冷却剂冷却所述部件表面。

【技术实现步骤摘要】
具有高铝或镍表面面积水平的部件的水基冷却
技术介绍
铝是一种适合在多种航天部件中使用的金属。铝具有低密度同时拥有高强度重量t匕。铝还具有耐久性和延展性，后一种性质使其能够用在多种成形部件中。由于这些性质，铝及其合金对于航天部件至关重要。镍由于其天然的抗腐蚀性、热传导性和镀层能力，也是适合用于航天部件的金属。铝和镍尤其是适合航天冷却系统部件的金属。这些部件包括冷却板、换热器、冷却剂传输管线及冷却系统中的其他部件。水基冷却剂由于其高的热性能、低粘度及通常的低成本适合用在航天冷却系统中。不过，当与具有高铝表面面积的部件结合时，水基冷却剂表现出显著的材料适应性问题。即，当前可商购的水基冷却剂腐蚀铝的湿表面。这些问题特别集中于流限制部件，铝腐蚀产物会在所述部件处限制或阻塞冷却剂流。虽然一些可商购的水基冷却剂表现得比别的更好，但它们并不是设计与表面区域含有高比例铝的部件相适应的。当前的冷却剂是设计用于非航天应用，诸如汽车散热器，并不含有在许多航天冷却系统部件中使用的高含量的铝。所以，当前冷却剂对高铝表面面积的应用没有提供足够的抗腐蚀性。另外，非航天部件典型地含有其他金属，诸如铜或碳钢。选择用于与含铜或碳钢的部件一起使用的冷却剂通常含有特别适于那些金属的另外的防腐蚀剂。不幸的是，这些另外的防腐蚀剂会在航天应用中造成污染并加速铝腐蚀。 上面所描述的问题也影响到含镍的部件。因此，有必要为含有高量铝和镍表面面积的航天部件提供充分抗腐蚀的水基冷却剂。
技术实现思路
一种冷却系统包括铝或镍表面以及水基冷却剂。所述水基冷却剂具有在8和9之间的pH值并包括约35%重量到65%重量的丙二醇、约1.0%重量到约4.0%重量的2-乙基己酸、约0.25%重量到约1.0%重量的癸二酸、约0.25%重量到约1.0%重量的苯甲酸以及约0.03%重量到约0.1%重量的钥酸盐氧离子。一种冷却含有铝或镍的部件表面的方法包括将水基冷却剂输送到所述部件表面并使用所述水基冷却剂冷却所述部件表面。所输送的水基冷却剂具有在8和9之间的pH值并包括约35%重量到约65%重量的丙二醇、约1.0%重量到约4.0%重量的2-乙基己酸、约0.5%重量到约1.0%重量的癸二酸、约0.5%重量到约1.0%重量的苯甲酸以及约0.03%重量到约0.1%重量的钥酸盐氧离子。一种水基冷却剂包括约1.0%重量到约4.0%重量的2-乙基己酸、约0.25%重量到约1.0%重量的癸二酸、约0.25%重量到约1.0%重量的苯甲酸以及约0.03%重量到约0.1%重量的钥酸盐氧离子。所述水基冷却剂以约4:1:1的比例含有2-乙基己酸、癸二酸和苯甲酸。附图说明图1是使用冷却系统的换热器的示意图。图2是冷却系统图。具体实施例方式本专利技术提供一种冷却系统，一种冷却铝或镍表面的方法以及一种水基冷却剂，所有这些使得能够水基冷却具有高铝或镍表面面积的部件。所述系统及方法中使用的水基冷却剂一般包括丙二醇、2-乙基己酸、癸二酸、苯甲酸和钥酸盐氧离子(molybdateoxyanion)。“铝”是指纯铝及铝合金(例如，铝为主要金属的合金)。“镍”是指纯镍及镍合金(例如，镍为主要金属的合金)。尽管本公开特指对铝表面的腐蚀抑制剂，同样的概念也作用于镍表面。依赖于要求冷却的部件或系统的温度和特定功能，所述部件或系统可包含同时带有大量铝和镍二者的表面。许多航天部件比相似的地面部件包含更高水平的铝。铝的好处(高强度重量比、耐久性、延展性)使许多航天部件的尺寸得以降低。例如，铝微通道换热器可用于替代较大的常规换热器。与常规换热器相比时，微通道换热器占据更小的体积并提供改善的传热效率。换热器的更小的体积和铝的低密度也有助于降低系统的整体重量，该整体重量通常被视为航空器和航天器的关键设计参数。更小的体积经常伴有部件表面之间更小的间隙及冷却剂流路内更小的空隙。在一些镍换热器内，鳍片之间的空隙仅是约0.5mm(0.020英寸)而在铝冷却板内相似的空隙可能低至约0.6mm (0.025英寸)。流控制阀可以具有小至约0.3mm (0.012英寸)的空隙，并且泵在轴衬和轴之间可具有约0.025mm (0.001英寸)和约0.04mm (0.0015英寸)之间的间隙。这些减少的间隙和空隙对冷却剂沉淀物和铝腐蚀产物更为敏感。水基冷却剂内的沉淀物和被移除的腐蚀产物会堵塞这些小空隙以阻碍、限制或堵塞冷却剂流。本专利技术中所用的水基冷却剂不但必须对于铝表面提供足够抗腐蚀性，而且必须最小化冷却剂本身内的沉淀物的风险。航天器冷却系统尤其包含具有高铝表面面积的部件。冷却系统部件包括冷却板、换热器和流体传输管线。换热器包括鳍片、冷却通道和制冷剂歧管。这些部件的每一个都可由铝制成或者包含铝。另外，冷却系统可能包含其他具有与冷却剂流接触的铝表面的部件。 这些冷却系统和其 他航天部件包含具有大量铝的表面。在航天应用中，铝表面面积的量可远大于在相似的地面应用中的量。航天冷却系统可以包含十倍于汽车或地热应用中所用冷却系统的铝表面面积。此增加的表面面积导致铝表面和冷却剂体积的比率更大。例如，在一个特定的航天应用中，铝表面面积和冷却剂体积的比率在流动系统中约为每mL冷却剂4.7cm2铝表面面积(每立方英寸12平方英寸)而在静态条件下为约34.6cm2/mL (每立方英寸88平方英寸)。与此相比，要求最高的地面应用(太阳能及地热应用的冷却系统)估计具有的铝表面面积和冷却剂体积的比率在流动系统中约为0.04cm2/mL (每立方英寸0.1平方英寸)而在静态条件下约为0.39cm2/mL (每立方英寸0.99平方英寸)。汽车应用的铝表面面积和冷却剂体积的比率的数量级被估计为小于太阳能和地热应用的数量级。表面面积对冷却剂体积的巨大差异解释了为什么常规的、可商购的水基冷却剂对于用在包含高铝表面面积的航天应用中不是最优的选择，并解释了为什么需要更专用的水基冷却剂。尽管本文所述的水基冷却剂也可以在铝表面面积和冷却剂体积的比率低的地面应用中使用，它还是尤其适合用于铝表面面积和冷却剂体积的比率大于等于每mL冷却剂约1.0cm2铝表面面积的应用。水基冷却剂拥有很多有吸引力的特性。首先，水具有高热容，使其对于传热应用是一种理想的冷却剂。第二，与其他液体冷却剂相比，水通常更加易于获得和易于产生。而且，水是无毒的且通常易于处置，并且去离子水具有相对低的导电性。水基冷却剂通常含有防冻剂以使冷却剂能够承受低于0°c的温度并含有一种或多种添加剂以降低水所显现的腐蚀的潜在可能。本专利技术中使用的水基冷却剂通常包括在约35重量百分比(35%重量)和约65重量百分比(65%重量)之间的水。丙二醇即为防冻剂的一例。丙二醇是一种分子式为C3H8O2或H0-CH2-CH0H-CH3的二醇。丙二醇是一种清澈粘性液体，该液体易吸水、可与水混溶且是热稳定的。与乙二醇类似，当与水混合时由于氢键的断裂，丙二醇的凝固点下降，因而丙二醇起到防冻剂的作用。与乙二醇不同，丙二醇具有一般的低毒性，使其更适合某些应用。本专利技术中所使用的水基冷却剂通常包括在约35重量百分比和约65重量百分比之间的丙二醇。2-乙基己酸、癸二酸和苯甲酸都是有机酸，并且作为所述水基冷却剂的成分在抑制铝表面的腐蚀方面特别有效。2-乙基己酸是一种分子式为CH3 (CH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却系统，包括：铝或镍表面；和具有在8和9之间的pH值的水基冷却剂，所述水基冷却剂包括：???????约35%重量到约65%重量的丙二醇；???????约1.0%重量到约4.0%重量的2?乙基己酸；???????约0.25%重量到约1.0%重量的癸二酸；???????约0.25%重量到约1.0%重量的苯甲酸；和???????约0.03%重量到约0.1%重量的钼酸盐氧离子。

【技术特征摘要】
1.一种冷却系统，包括: 铝或镍表面；和 具有在8和9之间的pH值的水基冷却剂，所述水基冷却剂包括: 约35%重量到约65%重量的丙二醇； 约1.0%重量到约4.0%重量的2-乙基己酸； 约0.25%重量到约1.0%重量的癸二酸； 约0.25%重量到约1.0%重量的苯甲酸；和 约0.03%重量到约0.1%重量的钥酸盐氧离子。2.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述铝或镍表面是从由冷却板、换热器和冷却剂管线组成的组中选择的装置的部件。3.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述水基冷却剂基本上没有唑和亚硝酸盐。4.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷却系统含有铝表面，并且铝表面面积和水基冷却剂体积的比率大于等于约1.0cmVmL。5.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷却系统含有镍表面，并且镍表面面积和水基冷却剂体积的比率大于等于约1.0cmVmL。6.如权利要求1所述的冷冻系统,其中,所述水基冷却剂以约4:1:1的比例含有2-乙基己酸、癸二酸和苯甲酸。7.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述水基冷却剂还包括: 足以将所述水基冷却剂的PH值调节并缓冲在8.4和8.6之间的一定量的氢氧化钾。8.如权利要求1所述的冷却系统，其中，所述水基冷却剂具有在8.25和8.75之间的pH值并包括: 约1.5%重量到约2.5%重量的2-乙基己酸； 约0.35%重量到约0.75%重量的癸二酸； 约0.35%重量到约0.75%重量的苯甲酸；和 约0.05%重量到约0.075%重量的钥酸盐氧离子。9.如权利要求8所述的，其中，所述水基冷却剂具有在8.4和8.6之间的pH值并包括: 约2.0%重量的2-乙基己酸； 约0.5%重量的癸二酸； 约0.5%重量的苯甲酸；和 约0.06%重量的钥酸钠。10.一种冷却含铝或镍的部件表面的方法，所述方法包括: 将PH值在8和9之间的水基冷却剂输送到所述部件表面，所述水基冷却剂包括: 约35%重量到约65%重量的丙二醇； 约1.0%重量到约4.0%重量的2-乙基己酸； 约0.5%重量到...

【专利技术属性】
技术研发人员：JW斯蒂尔，DM贝林格，MR贾沃罗夫斯基，JD瓦西克，J莫伦斯，B塔尔，
申请(专利权)人：哈米尔顿森德斯特兰德空间系统国际有限公司，
类型：发明
国别省市：