[发明专利]非水传热流体

说明书

本发明专利申请是基于2001年7月19日提交的发明名称为“非水传热流体及其应用”的中国专利申请01813032.1号的分案申请。

技术领域

一般来讲，本发明涉及用于热交换系统，特别是用作内燃机冷却剂的毒性降低的、实质上非水的传热流体。

背景技术

传热流体用于各种用途。传热流体的一个通常的用途是作为内燃机的冷却剂。目前使用的大多数传热流体含有与乙二醇(EG)混合的水，乙二醇是一种因不当排放而能够引起环境污染的有害物质。如果摄入这些流体，能够对人和其他动物产生危险的健康影响。另外，由于与用过的传热流体接触时会产生健康影响，这是由加入防止与水有关的反应而加入的重金属元素沉淀物和有毒抑制剂的污染引起的。

仅在美国，每年出售的传热流体浓缩物就接近7亿加仑，全世界大约出售12亿加仑。浓缩物是一种配方，在其中加入实质性的水部分形成实际的传热流体。由这些浓缩物制造的很多传热流体代替类似的但用过的传热流体，这些用过的传热流体是从如汽车发动机冷却系统的传热系统排出的。估计浓缩物的很大一部分都处理不当，这对环境产生污染。用户的处理不当是引起环境污染的一个主要原因。另一个主要的环境污染源是从重型车辆泄漏、溅出和溢出。在重型车辆中的经验显示，由于系统构件如水泵、软管夹或散热器芯的泄漏，每运行12000至18000英里，通常会损失发动机传热流体体积的10％。对于典型的公路卡车，这种损失率等于约1加仑/月，相当于每分钟一滴的泄漏率。每分钟一滴的传热流体泄漏率可能不会被注意到，但加起来是一个相当大的损失。

在某些使用重型车辆的作业中，溢出所占的传热流体损失远比水泵、软管夹或散热器芯的低水平泄漏更多。溢出是于过热或发动机冷却系统装得过满造成的。当发动机冷却系统装得过满时，发动机的运转加热传热流体，引起流体膨胀，使其不能容纳在系统中。泄压阀线通常允许过量的流体漏到地面上。传热流体的少量溅出和泄漏(少于1加仑)最终将生物降解，对环境的影响很小。但是，在发生生物降解前，这些溅出和泄漏对于宠物和野生生物存在毒害危险。

目前的发动机冷却剂配方通常使用水作为主要的除热流体。根据冬季气候的严重程度，发动机冷却剂的水含量通常为30体积％-70体积％。常规的发动机冷却剂的第二主要成分是防冻剂。最通用的防冻剂是EG，其以占发动机冷却剂体积的30％-70％的量加入水中，防止冬季水结冰。EG是二醇，是一种具有两个羟基(OH)的多羟基醇。许多醇(例如，二甘醇、三甘醇、四甘醇、丙二醇、二丙二醇和己二醇)在加到水中时降低水的冰点并提高水的沸点。发动机冷却剂配方中最通用的二醇是EG，因为其对于该目的具有优良的特性，还因为其是最便宜的二醇。

除水和EG外，还包括含有几种不同的化学品的添加剂包(additive package)。这些添加剂用来防止腐蚀、空化、沉积物形成和起泡，且各自以占冷却剂浓缩物的0.1重量％-3重量％的浓度存在。添加剂通常与防冻剂混合，以形成抗冻剂浓缩物，该浓缩物可与水混合形成发动机冷却剂。在某些天气温暖的地区，遇不到结冰的温度，因此不需要防冻剂。在这些气候中，发动机冷却剂通常由水与仅有的防腐蚀剂包组成。作为EG的替代物，由二醇丙二醇(PG)与添加剂组成的配方已用作防冻剂，主要是由于与EG相比，PG具有更低的毒性等级。

尽管希望存在可用在所有气候下的单一的发动机冷却剂配方，但由于保持冷却剂中水含量与防冻剂的准确平衡(delicate balance)的需要，开发单一的发动机冷却剂配方的尝试还没有成功。在更冷的气候中，在发动机冷却剂中需要约70体积％EG∶30体积％水的比例。在更暖和的或热带气候中，由于对流传热损失，发动机冷却剂通常需要约40％EG∶60％水(体积)的比例。