[发明专利]具有高铝或镍表面面积水平的部件的水基冷却

说明书

背景技术

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比。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。

发明内容

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%重量的钼酸盐氧离子。

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%重量的钼酸盐氧离子。

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%重量的钼酸盐氧离子。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。

具体实施方式

本发明提供一种冷却系统，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、苯甲酸和钼酸盐氧离子（molybdate oxyanion）。

“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。本发明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。