[发明专利]非水系热传导流体

说明书

发明背景

本发明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。