НЕВОДНАЯ ТЕПЛООБМЕННАЯ ТЕКУЧАЯ СРЕДА С ПОНИЖЕННОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ВЯЗКОСТЬЮ
NON-AQUEOUS HEAT EXCHANGE FLUID WITH REDUCED LOW-TEMPERATURE VISCOSITY

Данная заявка устанавливает приоритет согласно Своду федеральных законов США, раздел 35, 119(e), над предварительной патентной заявкой США № 61/ 973971 от 2 апреля 2014 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к неводным теплообменным текучим средам, содержащим в основном этиленгликоль (EG, ЭГ) - гликоль, который демонстрирует переохлаждение. Эти текучие среды также содержат один или несколько других гликолей, которые также демонстрируют переохлаждение. Теплообменная текучая среда может использоваться в двигателях внутреннего сгорания двигателя в качестве охлаждающей жидкости для двигателя. При смешивании определенных гликолей, которые также проявляют переохлаждение, с ЭГ, низкотемпературный предел эксплуатации (LTOL) теплообменной текучей среды понижается, тем самым происходит расширение рабочего диапазона текучей среды в холодных условиях, без высоких вязкостей, как при использовании для этой же цели смесей с 1,2-пропандиолом (PG, ПГ).
Уровень техники
Неводная теплообменная текучая среда представляет собой теплообменную текучую среду, приготовленную и используемую без какого-либо добавления воды. Теплообменная текучая среда может содержать некоторое небольшое, случайное количество воды в виде незначительной примеси, как правило, менее 1% масс. Ингибиторы коррозии для неводных теплообменных текучих сред не требуют воды для своего растворения. В противоположность этому, водная теплообменная текучая среда на водно-гликолевой основе обычно содержит воду, один или несколько понизителей температуры замерзания на основе многоатомных спиртов, и может содержать один или несколько ингибиторов коррозии или буферов, для растворения которых требуется вода.
Вода в жидком состоянии имеет превосходные теплообменные характеристики. Даже когда воду смешивают с понизителем температуры замерзания на основе многоатомного спирта, такого как ЭГ, теплоемкость и теплопроводность получаемой в результате водной теплообменной текучей среды остаются предпочтительными для теплообмена до тех пор, пока текучая среда находится в своем жидком состоянии. Проблема для водно-гликолевой теплообменной текучей среды заключается в поддержании ее в жидком состоянии все время, в условиях высокой теплонапряженности современных двигателей и их охладителей рециркуляции отработавших газов (EGR). Водно-гликолевые теплообменные среды работают близко к своим точкам кипения, и водяной пар, образующийся в результате локального кипения, не всегда окружен жидкой текучей средой, достаточно холодной для конденсации водяного пара. Водяной пар не осуществляет хорошей теплопередачи. Хладагент, который содержит 50% воды и 50% этиленгликоля, имеет теплопроводность приблизительно 0,42 Вт/м·K в своем жидком состоянии, тогда как водяной пар, высвобождаемый при локальном кипении, имеет теплопроводность только 0,024 Вт/м⋅K, что на 94% ниже. Если водяной пар вытесняет жидкий хладагент от горячего металла двигателя, - могут образоваться горячие точки, что может привести к преждевременному зажиганию, детонации и возможному повреждению двигателя.
Неводные теплообменные текучие среды имеют температуры кипения при атмосферном давлении, которые значительно выше, чем температуры, при которых их обычно регулируют. Локальное кипение может по-прежнему приводить к образованию пара, но пар немедленно конденсируется в более холодном окружающем жидком хладагенте, исключая образование скоплений пара и вытеснение жидкого хладагента. Использование неводного хладагента с высокой температурой кипения за счет предотвращения скопления пара сохраняет жидкость в контакте с горячим металлом все время, обеспечивая улучшение теплообмена по сравнению с хладагентами, которые содержат воду в условиях, в которых присутствует водяной пар.
Среди наиболее распространенных гликолей, которые могут входить в состав неводного хладагента, ЭГ выделяется как имеющий самую высокую теплопроводность и самую низкую вязкость, и то и другое имеет чрезвычайно важное значение для хорошей неводной теплообменной текучей среды. Недостаток безводного ЭГ заключается в том, что он демонстрирует диапазон переохлаждения, в котором затвердевание начинается при легко достижимой низкой температуре. После затвердевания он остается затвердевшим до тех пор, пока не нагреется до более высокой температуры - его известной температуры замерзания.
Температура замерзания гликоля, который демонстрирует переохлаждение, является температурой, которая существенно выше, чем температура, при которой начинается затвердевание в результате действия низких температур. Температурный диапазон переохлаждения гликоля, который проявляет переохлаждение, является диапазоном замерзания: гликоль начинает замерзать на нижней температуре диапазона и остается замерзшим до верхней температуры диапазона. Температура замерзания гликоля, который демонстрирует переохлаждение, фактически является температурой плавления затвердевшей массы после ее замерзания. Принятая температура замерзания для ЭГ составляет -13°C, что существенно выше, чем температура, которая должна быть достигнута для начала замерзания (-22°C). LTOL безводного гликоля, который демонстрирует переохлаждение, является температурой, которая чуть выше температуры появления признаков замерзания. Если LTOL не достигается никогда, - работа в диапазоне переохлаждения является стабильной, без образования сгустков, кристаллов или затвердевания. LTOL для ЭГ, равный -21°C (на 8°C ниже, чем его температура замерзания -13°C), может быть легко преодолен, если ЭГ используется в условиях зимней погоды, обычной для многих частей мира.
В патенте США № 8394287 (патент ʹ287) описано использование пропиленгликоля (ПГ или 1,2-пропандиола) в качестве, средства для снижения токсичности ЭГ, но также и в качестве средства для понижения температуры, при которой начинается замерзание ЭГ. ПГ - единственный среди гликолей, который не проявляет диапазона переохлаждения, несмотря на некоторые описания в промышленной литературе, утверждающие обратное. ПГ просто становится все более густым до температуры по меньшей мере -65°C, при которой он является скорее «резиноподобным», а не твердым в кристаллическом смысле. Под действием более низкой температуры -86°С ПГ становится твердым, но по-прежнему не образует сгустков или кристаллов. В связи с этим, ПГ не имеет LTOL, основанного на температуре, при которой происходит замерзание, но технически ограничивается только своей низкотемпературной вязкостью. (Температура -60°C для ПГ описана в различных источниках как температура замерзания или температура, ниже которой он «затвердевает в стеклоподобное состояние». В другом источнике -57°C описывается как температура потери текучести ПГ). Добавление ПГ к ЭГ эффективно снижает LTOL ЭГ до температур, которые значительно ниже -21°C LTOL для ЭГ. Однако использование ПГ для понижения температуры замерзания ЭГ, как описано в патенте ʹ287, сопровождается нежелательным повышением вязкости теплообменной текучей среды, поскольку ПГ является очень вязким при низких температурах.
При -40°C ЭГ сам по себе, конечно, является замерзшим твердым веществом. ПГ при -40°C является очень вязким и имеет вязкость 21600 мПа·с. Смеси ЭГ и ПГ имеют умеренную вязкость во многом потому, что ЭГ является гликолем, проявляющим самую низкую вязкость. Неводная смесь ЭГ/ПГ хладагента, содержащая 13,5% ПГ и 86,5% ЭГ, может выдерживать -40°C без затвердевания, и смесь имеет вязкость приблизительно 2500 мПа·с. Было бы предпочтительно дальнейшее понижение вязкости неводных теплообменных текучих сред на основе ЭГ.
Было бы желательно найти один или несколько гликолей, которые могут добавляться к этиленгликолю и которые имеют по меньшей мере такую же как и ПГ способность понижения LTOL неводной теплообменной текучей среды на основе этиленгликоля, и которые приводят к меньшему повышению вязкости при более низких температурах, чем отмечается в результате добавления ПГ в неводную теплообменную текучую среду на основе этиленгликоля.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к неводной теплообменной текучей среде, содержащей ЭГ, объединенный с 1,3- пропандиолом («PDO», «ПД») и/или диэтиленгликолем («DEG», «ДЭГ»). Каждый из ЭГ, ПД и ДЭГ проявляет диапазоны переохлаждения. Опубликованными температурами замерзания для ЭГ, ПД и ДЭГ являются -13°C, -24°C и -9°C, соответственно. Это температуры, при которых данные гликоли плавятся, после того, как они подверглись затвердеванию при более низких температурах. Появление признаков замерзания для ЭГ, ПД и ДЭГ отмечается при -22°C, -45°C и -36°C, соответственно. В таблице 1 представлены LTOL и диапазоны переохлаждения для каждого из этих гликолей.
Таблица 1
ЭГ
ПД
ДЭГ
Опубликованная температура замерзания, °C
-13
-24
-9
Появление признаков замерзания, °C
-22
-45
-36
Низкотемпературный предел эксплуатации (LTOL), °C
-21
-44
-35
Диапазон переохлаждения, °C
от -22 до -13
от -45 до -24
от -36 до -9
ЭГ имеет наименьшую вязкость и наибольшую теплопроводность среди всех гликолей. Он имеет диапазон переохлаждения, который не позволяет его использовать в качестве неводной теплообменной текучей среды в большинстве климатов, поскольку он затвердевает при -22°С. В соответствии с данным изобретением ЭГ смешивают с малыми количествами ПД и/или ДЭГ, каждый из которых проявляет диапазоны переохлаждения, что дает неожиданный результат, заключающийся в том, что смесь сохраняет почти все признаки вязкости и теплопроводности ЭГ, при этом образуя текучую среду со значительно лучшим LTOL, таким как -40°C. Полученная в результате данного способа вязкость при любой заданной величине LTOL оказывается существенно меньше, чем вязкость, полученная при использовании для этой же цели смеси ЭГ/ПГ. Неводная теплообменная текучая среда содержит подходящие для ингибирования коррозии гибридные добавки.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена диаграмма, на которой показан общий температурный профиль гликоля, который проявляет переохлаждение.
На фиг.2 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль ЭГ при температурах ниже 0°C.
На фиг.3 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль ПГ при температурах ниже 0°C.
На фиг.4 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль ПД при температурах ниже 0°C.
На фиг.5 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль ДЭГ при температурах ниже 0°C.
На фиг.6 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ и ПГ, с массовым отношением ПГ/(ЭГ+ПГ), равным 0,135, при температурах ниже 0°C.
На фиг.7 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ и ПД, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД), равным 0,14, при температурах ниже 0°C.
На фиг.8 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ и ПД, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД), равным 0,275, при температурах ниже 0°C.
На фиг.9 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ и ПД, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД), равным 0,40, при температурах ниже 0°C.
На фиг.10 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ и ДЭГ, с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ), равным 0,22, при температурах ниже 0°C.
На фиг.11 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ и ДЭГ, с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ), равным 0,30, при температурах ниже 0°C.
На фиг.12 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ и ДЭГ, с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ПД), равным 0,40, при температурах ниже 0°C.
На фиг.13 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ, ПД и ДЭГ, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равным 0,06, и с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равным 0,10, при температурах ниже 0°C.
На фиг.14 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ, ПД и ДЭГ, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равным 0,12, и с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равным 0,155, при температурах ниже 0°C.
На фиг.15 представлена диаграмма, на которой показан температурный профиль теплообменной текучей среды, содержащей ЭГ, ПД и ДЭГ, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равным 0,20, и с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равным 0,20, при температурах ниже 0°C.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение относится к неводной теплообменной текучей среде, содержащий ЭГ, смешанный с ПД и/или ДЭГ. Если достаточное количество ПД и/или ДЭГ смешивается с ЭГ, то LTOL образующейся в результате теплообменной текучей среды может быть понижен до любой желаемой температуры ниже LTOL для ЭГ, тем самым расширяя рабочий диапазон неводной теплообменной текучей среды.
Неводная теплообменная текучая среда начинается с безводного ЭГ, поскольку ЭГ (1) имеет самую высокую теплопроводность среди всех алкиленгликолей, и (2) имеет самую низкую вязкость среди всех алкиленгликолей. Существенный недостаток использования ЭГ в неводной теплообменной текучей среде заключается в том, что он замерзает при температурах, часто встречающихся в холодных климатах.
Большинство безводных гликолей, в том числе ЭГ, ДЭГ и ПД, имеют диапазон переохлаждения, который показан в общем виде на фиг.1. Гликоли, которые обладают диапазоном переохлаждения, не проявляют каких-либо физических признаков замерзания, таких как образование твердых кристаллов или сгустков, до тех пор, пока текучая среда не достигнет температуры, которая существенно ниже температуры, при которой кристаллы или сгустки расплавляются обратно в жидкую форму. Можно сказать, что температурный диапазон переохлаждения гликоля, проявляющего переохлаждение, является диапазоном замерзания: гликоль начинает замерзать на нижней температуре диапазона и остается замерзшим до верхней температуры диапазона. «Температура замерзания» гликоля, который проявляет переохлаждение, фактически является температурой плавления затвердевшей массы после ее замерзания. Действительно, температура, которая часто называется «температурой замерзания», обычно определяется с помощью устройства, которое измеряет температуру плавления твердого материала. LTOL безводного гликоля, который проявляет переохлаждение, представляет собой температуру, которая чуть выше температуры появления признаков замерзания. Если LTOL не преодолевается никогда, - работа в диапазоне переохлаждения является стабильной, без образования сгустков или затвердевания.
Как показано на фиг.2, ЭГ имеет температуру замерзания -13°C и диапазон переохлаждения в пределах от -22°C до -13°C. LTOL для ЭГ составляет приблизительно -21°С, т.е. приблизительно на один градус выше, чем -22°C, - температура, при которой появляются признаки замерзания.
На фиг.3 показано, что ПГ не проявляет диапазона переохлаждения и фактически не образует сгустков или кристаллов, которые указывали бы на состояние замерзания. В эксплуатационном испытании при -65°C ПГ не проявлял признаков замерзания, оставаясь прозрачной, но очень густой жидкостью, которая может течь, хотя и очень медленно. При понижении температуры до -86°С, - предельной для испытательного оборудования, ПГ был твердым, но не кристаллическим. Повторное нагревание не вызывало плавления, а скорее приводило к уменьшению вязкости. В известном уровне техники, ПГ, добавленный к ЭГ, давал более низкий LTOL, в зависимости от количества добавленного ПГ. Недостаток использования ПГ для этой цели заключается в чрезмерной вязкости получаемой теплообменной текучей среды при низких температурах. Было установлено, что вязкость чистого ПГ, определенная при -40°C, составляла 21600 мПа·с. Вязкость чистого ПД, определенная при той же температуре, составляла только 3480 мПа·с. (Вязкость чистого ДЭГ не могла быть установлена при -40°C, поскольку он затвердевает при -36°C).
На фиг.4 для ПД показаны характеристики, сильно отличающиеся от характеристик для ПГ (фиг.3). Как показано на фиг.4, ПД имеет температуру замерзания -24°С и диапазон переохлаждения в пределах от -45°C до -24°C. LTOL для ПД составляет -44°С, т.е. приблизительно на один градус выше, чем -45°C, - температура, при которой появляются признаки замерзания.
На фиг.5 для ДЭГ показаны четкие отличия как от ЭГ(фиг.2), так и от ПД (фиг.4), каждый из которых проявляет диапазоны переохлаждения. Как показано на фиг.5, ДЭГ имеет температуру замерзания -9°С и диапазон переохлаждения в пределах от -36°C до -9°C. LTOL для ДЭГ составляет -35°С, т.е. приблизительно на один градус выше, чем -36°C, - температура, при которой появляются признаки замерзания.
На фиг.6 показан эффект смешивания ЭГ, который демонстрирует переохлаждение, с ПГ, который не проявляет переохлаждения, при массовом отношении ПГ/(ЭГ+ПГ), равном 0,135. Образующаяся в результате теплообменная текучая среда проявляет переохлаждение и имеет LTOL, равный -40°C. Вязкость теплообменной текучей среды составляет 2540 мПа·с при -40°C.
Автор изобретения неожиданно обнаружил, что LTOL для ЭГ может быть расширен до гораздо более низких температур путем добавления ПД, который сам по себе проявляет переохлаждение. На фиг.7 показан эффект объединения ЭГ и ПД при массовом отношении ПД/(ЭГ+ПД), равном 0,14. Образующаяся в результате теплообменная текучая среда проявляет переохлаждение и имеет LTOL, равный -40°C. Вязкость смеси ЭГ/ПД при -40°C составляла при испытании 1950 мПа·с, по сравнению с 2540 мПа·с при использовании ПГ в аналогичной концентрации, т.е. уменьшение вязкости составляет 23%. Меньшая вязкость смеси ЭГ/ПД является предпочтительной для использования текучей среды для теплообмена, особенно в условиях холодных климатов.
Более высокие массовые отношения ПД/(ЭГ+ПД) (в диапазоне до приблизительно 0,50) приводят к прогрессивному понижению значений LTOL. На фиг.8 показан LTOL, равный -51,1°C, полученный за счет увеличения массового отношения ПД/(ЭГ+ПД) до 0,275. LTOL -51,1°C (-60°F) является подходящим для хладагента, смешиваемого для использования в арктических регионах.
Дальнейшее увеличение массовых отношений ПД/(ЭГ+ПД) до 0,40 и более приводит к другому неожиданному результату: смеси ПД/ЭГ в этом диапазоне не имеют признаков замерзания и не переходят из жидкого состояния в твердое при таких температурах, как -86°C (предел испытательного оборудования). Иными словами, смесь ЭГ и ПД, имеющая массовое отношение ПД/(ЭГ+ПД), равное 0,40, не проявляет переохлаждения. На фиг.9 массовое отношение ПД/(ЭГ+ПД), равное 0,40, выглядит как на фиг.3 для чистого ПГ, за исключением того, что смесь ЭГ/ПД продолжает течь, хотя и очень медленно, вплоть до температуры -86°C. Подходящие массовые отношения ПД/(ЭГ+ПД) находятся в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,50.
Автор изобретения неожиданно обнаружил, что LTOL для ЭГ также может быть расширен до гораздо более низких температур путем добавления ДЭГ, который сам по себе проявляет переохлаждение. На фиг.10 показан эффект объединения ЭГ и ДЭГ при массовом отношении ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ), равном 0,22. Образующаяся в результате теплообменная текучая среда проявляет переохлаждение и имеет LTOL, равный -40°C. Вязкость теплообменной текучей среды на основе ЭГ с LTOL -40°C способность -40°C составляла при испытании 2135 мПа·с при использовании ДЭГ, по сравнению с 2540 мПа·с при использовании ПГ, т.е. уменьшение вязкости составляет 15,9%. Понижение вязкости смеси ЭГ/ДЭГ, хотя и не столь резкое, как в случае ЭГ/ПД, является предпочтительными для использования текучей среды для теплообмена, особенно в условиях холодных климатов.
Более высокие массовые отношения ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ) приводят к прогрессивному понижению значений LTOL. На фиг.11 показан LTOL, равный -51,1°C, полученный за счет увеличения массового отношения ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ) до 0,30. LTOL -51,1°C (-60°F) является подходящим для хладагента, смешиваемого для использования в арктических регионах.
Более высокие массовые отношения ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ) в диапазоне от 0,30 до приблизительно 0,50 приводят к прогрессивному понижению значений LTOL. Массовое отношение ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ), равное 0,40, приводит к еще одному неожиданному результату: смесь ДЭГ/ЭГ с данным массовым отношением не имеет признаков замерзания и не переходит из жидкого состояния в твердое при таких температурах, как -86°C, что свидетельствует об отсутствии переохлаждения. На фиг.12 массовое отношение ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ), равное 0,40, выглядит так же, как и на фиг.9, где массовое отношение ПД/(ЭГ+ПД) равно 0,40. Подходящие массовые отношения ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ) находятся в диапазоне от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,50.
Автор изобретения неожиданно обнаружил, что LTOL для ЭГ также может быть расширен до гораздо более низких температур путем добавления как ПД, так и ДЭГ, каждый из которых проявляет переохлаждение. На фиг.13 показан эффект объединения ЭГ, ПД и ДЭГ при массовом отношении ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равном 0,06, и массовом отношении ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равном 0,10. Образующаяся в результате теплообменная текучая среда проявляет переохлаждение и имеет LTOL, равный -40°C.
Более высокие массовые отношения ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ) и ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ) приводят к прогрессивному понижению значений LTOL. На фиг.14 показан LTOL, равный -51,1°C, достигаемый за счет увеличения массового отношения ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ) до 0,12 и увеличения массового отношения ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ) до 0,155.
Более высокие массовые отношения ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ) и ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ) приводят к прогрессивному понижению значений LTOL. Массовое отношение ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равное 0,20, вместе с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ), равным 0,20, дает еще один неожиданный результат: смесь ПД/ДЭГ/ЭГ с данными массовыми отношениями не имеет признаков замерзания и не переходит из жидкого состояния в твердое при таких температурах, как -86°C, что свидетельствует об отсутствии переохлаждения. На фиг.15 эти массовые отношения выглядят так же, как и на фиг.9, где массовое отношение ПД/(ЭГ+ПД) равно 0,40, и так же, как и на фиг.12, где массовое отношение ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ) равно 0,40.
Если неводная теплообменная текучая среда на основе ЭГ содержит одновременно ПД и ДЭГ, подходящее массовое отношение ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ) будет находиться в диапазоне от приблизительно 0,025 до приблизительно 0,40, и подходящее массовое отношение ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ) также будет находиться в диапазоне от приблизительно 0,025 до приблизительно 0,40. Подходящий диапазон для массового отношения (ПД+ДЭГ)/(ЭГ+ПД+ДЭГ) составляет от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,50.
Теплообменная текучая среда также может содержать одну или несколько ингибирующих коррозию добавок. Неводная теплообменная текучая среда содержит только следовые количества воды при приготовлении, т.е. менее 1,0% масс. Вполне возможно, что в процессе использования, дополнительные количества воды могут появиться в качестве примеси. В целом, содержание воды в неводной теплообменной текучей среды во время использования не должно превышать приблизительно 3% и, менее предпочтительно, - 5%.
Поскольку неводная теплообменная текучая среда практически не содержит воды, ингибитор коррозии должен быть растворимым по меньшей мере в одном из гликолей в составе теплообменной текучей среды. Ингибирующие коррозию добавки, которые могут использоваться в теплообменной текучей среде, включают нитраты, такие как нитрат натрия, молибдаты, такие как молибдат натрия, азольные соединения, такие как толилтриазол (TT), гидрированный толилтриазол (THT), бутилбензотриазол (BBT), или их смеси, и один или несколько ингибирующих коррозию агентов на основе органической кислоты, такой как 2-этилгексановая кислота. Также могут использоваться сочетания этих ингибиторов коррозии. Кроме того, гидроксид калия или гидроксид натрия могут соответствующим образом добавляться для повышения рН теплообменной текучей среды до желаемого уровня. Ингибирующие коррозию добавки могут присутствовать в концентрации от приблизительно 0,05% до приблизительно 3% по массе.
Существуют различные критерии, которые важны для неводных теплообменных текучих сред, используемых в качестве охлаждающих жидкостей для двигателя. Наиболее важным является LTOL, равный -40°C, поскольку температуры на большей части земной поверхности никогда не достигают столь низких значений. В одном варианте осуществления теплообменная текучая среда с LTOL -40°C состоит из ЭГ и ПД, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД) приблизительно 0,14. Теплообменная текучая среда дополнительно содержит по меньшей мере один ингибитор коррозии, выбранный из нитрата, такого как нитрат натрия, молибдата, такого как молибдат натрия, азола, такого как толилтриазол (TT), гидрированный толилтриазол (THT), бутилбензотриазол (BBT), или их смесей, карбоновой кислоты, такой как 2-этилгексановая кислота, и гидроксида, такого как гидроксид калия. Один или несколько ингибиторов коррозии могут содержаться в следующих концентрациях: нитрат - от приблизительно 0,05% до приблизительно 3%, молибдат - от приблизительно 0,05% до приблизительно 3%, азол - от приблизительно 0,1% до приблизительно 3%, карбоновая кислота - от приблизительно 0,1% до приблизительно 3%, и гидроксид - от приблизительно 0,1% до приблизительно 3%. Этот предпочтительный вариант осуществления демонстрирует вязкость 1950 мПа⋅с при -40°С, по сравнению с 2540 мПа⋅с для сопоставимой текучей среды ПГ/ЭГ, имеющей LTOL -40°C.
Во втором варианте осуществления теплообменная текучая среда с LTOL -40°C состоит из ЭГ и ДЭГ, с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ) приблизительно 0,22. Теплообменная текучая среда дополнительно содержит по меньшей мере один ингибитор коррозии, выбранный из нитрата, такого как нитрат натрия, молибдата, такого как молибдат натрия, азола, такого как толилтриазол (TT), гидрированный толилтриазол (THT), бутилбензотриазол (BBT), или их смесей, карбоновой кислоты, такой как 2-этилгексановая кислота, и гидроксида, такого как гидроксид калия. Один или несколько ингибиторов коррозии могут содержаться в следующих концентрациях: нитрат - приблизительно 0,05-3%, молибдат - приблизительно 0,05-3%, азол - приблизительно 0,1-3%, карбоновая кислота - приблизительно 0,1-3%, и гидроксид - приблизительно 0,1-3%. Этот второй вариант осуществления демонстрирует вязкость 2135 мПа⋅с при -40°С, по сравнению с 2540 мПа⋅с для сопоставимой текучей среды ПГ/ЭГ, имеющей LTOL -40°C.
В третьем варианте осуществления теплообменная текучая среда с LTOL -40°C состоит из ЭГ, ПД и ДЭГ, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ) приблизительно 0,06 и массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ) приблизительно 0,10. Теплообменная текучая среда дополнительно содержит по меньшей мере один ингибитор коррозии, выбранный из нитрата, такого как нитрат натрия, молибдата, такого как молибдат натрия, азола, такого как толилтриазол (TT), гидрированный толилтриазол (THT), бутилбензотриазол (BBT), или их смесей, карбоновой кислоты, такой как 2-этилгексановая кислота, и гидроксида, такого как гидроксид калия. Один или несколько ингибиторов коррозии могут содержаться в следующих концентрациях: нитрат - приблизительно 0,05-3%, молибдат - приблизительно 0,05-3%, азол - приблизительно 0,1-3%, карбоновая кислота - приблизительно 0,1-3%, и гидроксид - приблизительно 0,1-3%. Данный вариант осуществления демонстрирует вязкость 2001 мПа⋅с при -40°С, по сравнению с 2540 мПа⋅с для сопоставимой текучей среды ПГ/ЭГ, имеющей LTOL -40°C.
Еще одним критерием, который имеет важное значение для неводных теплопередающих текучих сред, используемых в качестве охлаждающих жидкостей для двигателя, является LTOL -51,1°С (-60°F), поскольку эта температура холоднее, чем большинство арктических условий эксплуатации. Варианты осуществления теплообменной текучей среды с LTOL -51,1°C могут состоять из: 1) ЭГ и ПД, с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД) приблизительно 0,275, 2) ЭГ и ДЭГ, с массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ДЭГ) приблизительно 0,30, или 3) ЭГ, ПД и ДЭГ с массовым отношением ПД/(ЭГ+ПД+ДЭГ) приблизительно 0,12 и массовым отношением ДЭГ/(ЭГ+ПД+ДЭГ) приблизительно 0,155.
Эти варианты осуществления для теплообменных текучих сред с LTOL -51,1°C дополнительно содержат по меньшей мере один ингибитор коррозии, выбранный из нитрата, такого как нитрат натрия, молибдата, такого как молибдат натрия, азола, такого как толилтриазол (TT), гидрированный толилтриазол (THT), бутилбензотриазол (BBT), или их смесей, карбоновой кислоты, такой как 2-этилгексановая кислота, и гидроксида, такого как гидроксид калия. Один или несколько ингибиторов коррозии могут содержаться в следующих концентрациях: нитрат - приблизительно 0,05-3%, молибдат - приблизительно 0,05-3%, азол - приблизительно 0,1-3%, карбоновая кислота - приблизительно 0,1-3%, и гидроксид - приблизительно 0,1-3%.
Небольшие количества других многоатомных спиртов, таких как глицерин, тетраэтиленгликоль, триэтиленгликоль, ПГ, трипропиленгликоль и дипропиленгликоль, могут быть добавлены в описанные здесь теплообменные текучие среды без особого эффекта, за исключением того, что они будут повышать вязкость, что является негативным признаком.
Как будет понятно специалистам, на основе приведенного описания могут быть сделаны многочисленные изменения и модификации в описанных выше вариантах осуществления настоящего изобретения без отклонения от его сущности или объема. Соответственно, подробное описание конкретных вариантов осуществления изобретения должно рассматриваться как иллюстративное, а не в ограничительном смысле.