专利名称：传热系统，流体和方法
传热系统，流体和方法本申请要求了 2008年7月11日申请的美国临时申请No. 61/080，033的权益，它 的内容通过对其进行引用而加入本文中。
背景技术：
本公开一般地涉及传热系统，传热流体和传热方法。动力源(power source)的运转产生热。与动力源连通的传热系统调节所产生的 热，并且确保动力源在最适温度下运转。该传热系统一般包括促进从动力源吸收和耗散 热量的传热流体。一般包括水和二醇的传热流体与易于发生腐蚀的一种或几种金属部件 紧密接触。因此，几种腐蚀抑制剂被添加到传热流体中以保护金属部件不受腐蚀。传统 的传热流体能够显示出极高的电导率，常常在3000微西门子/厘米(microsiemens per centimeter) ( μ S/cm)或更高的范围。该高电导率通过促进金属部件的腐蚀而对传热系统 产生不利影响，以及对于其中传热系统暴露于电流的动力源的情况，如在燃料电池或类似 物中，高电导率能够导致电流的短路和导致电击。铝、镁和它们的合金越来越多地用于制造传热系统的几种组件。它们是有利的，这 尤其是因为它们的轻质，高强度，和相对容易制造。铝，镁和它们的合金能够用于内燃机和 替代动力源(alternative power sources)的传热系统中。然而，镁、铝和它们的合金当与 传统的高电导率的传热流体接触时是高度易腐蚀的。另外，传统传热流体的发泡进一步促 进铝，镁和它们的合金的腐蚀。因此，需要传热系统和希望用于其中的流体，其中该传热系统包括与所述传热流 体密切接触的铝、镁或它们的合金。该传热流体有利地具有低电导率和良好的发泡性能。
发明内容
上述和其它缺点通过传热系统得以减轻，该传热系统包括限定传热流体的流路的循环 回路和传热流体，该传热流体包括液体冷却剂；通式民-Si-
x-0SiI 3的硅氧烷腐 蚀抑制剂，其中R独立地是1-200个碳原子的烷基或聚环氧烷共聚物，χ是0-100，和此外其 中存在至少一个烷基和至少一个聚环氧烷共聚物；和非导电性(non-conductive)聚二有 机基硅氧烷消泡剂，其中传热流体的电导率低于约100 μ S/cm，和其中该传热系统包括与 所述传热流体密切接触的铝、镁或它们的组合。在一个实施方案中，传热流体包括液体冷却剂；通式R3-Si-[0-Si (R)2Jx-OSiR3的 硅氧烷腐蚀抑制剂，其中R独立地是1-200个碳原子的烷基或聚环氧烷共聚物，χ是0-100， 和另外其中存在至少一个烷基和至少一个聚环氧烷共聚物；和非导电性聚二有机基硅氧烷 消泡剂，其中传热流体的电导率是低于约100 μ S/cm。在另一个实施方案中，传热方法包括让传热系统与传热流体接触，其中该传热系 统包括限定所述传热流体的流路的循环回路，以及铝、镁或它们的组合，其中该传热流体 包括液体冷却剂；通式民-Si-
x-0SiI 3的硅氧烷腐蚀抑制剂，其中R独立地是 1-200个碳原子的烷基或聚环氧烷共聚物，χ是0-100，和另外其中存在至少一个烷基和至 少一个聚环氧烷共聚物；和非导电性聚二有机基硅氧烷消泡剂，其中传热流体的电导率低于约100 μ S/cm，和其中该铝、镁或它们的组合与传热流体密切接触。
现在参见附图，其中在几个附图中同样的元件有同样的编号 图1是传热系统的一个实施方案的示意图；和 图2是传热系统的另一个实施方案的示意图。
具体实施例方式
出人意料地，本发明人已经发现，包括液体冷却剂、硅氧烷腐蚀抑制剂和非导电性聚 二有机基硅氧烷消泡剂的传热流体是有效的低电导率传热流体，其有利地用于其中传热流 体与铝、镁或它们的合金和/或与其中传热流体暴露于电流的动力源密切接触的传热系统 中。所述传热流体的电导率有利地低于约ΙΟΟμ S/cm。在一个有利的实施方案中，该传热流 体进一步包括唑(azole)。如在本文中使用的那样，“铝”指铝金属，它的合金或它们的组合，以及“镁”指镁金 属，它的合金，或它们的组合。液体冷却剂包括醇，水，或醇和水的组合。有利的是使用去离子水，软化水或它们 的组合，其一般显示出比没有除去离子或软化的水的电导率更低的电导率。该传热流体能 够是浓缩的传热流体，即，包括基本由醇类组成的液体冷却剂的传热流体。浓缩的传热流体 对于存储和运输是有利的。如果需要的话，浓缩的传热流体能够在用于传热系统中之前或 之后与水相结合。在另一方面该传热流体能够是稀释的传热流体，即包括醇和水的传热流 体。浓缩的和稀释的传热流体都适合用于所述传热系统中。在一个实施方案中，该传热流 体包括浓缩的传热流体。在另一个实施方案中，该传热流体包括稀释的传热流体。水能够以基于传热流体总重量为约0. 01-约90重量百分数(wt%)的量存在于传 热流体中。特别地，水能够以基于传热流体总重量为约0.5-约70 wt%和更特别地约1-约 60 wt%的量存在于传热流体中。传热流体能够不含水。所述醇包括一元醇，多元醇，或一元醇和多元醇的混合物。一元醇的非限制性例 子包括甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，糠醛，四氢糠醛，乙氧基化糠醛，烷氧基链烷醇如甲氧基乙 醇，等等，以及包括至少一种上述一元醇的组合。多元醇的非限制性例子包括，乙二醇，二乙 二醇，三甘醇，1，2-丙二醇，1，3-丙二醇(或1，3-丙烷二醇)，二丙二醇，丁二醇，甘油，甘 油-1，2- 二甲基醚，甘油-1，3- 二甲基醚，甘油的单乙基醚，山梨糖醇，1，2，6-己烷三醇，三 羟甲基丙烷，等等，以及包括至少一种上述多元醇的组合。醇能够以基于传热流体总重量为约10-约99. 9 wt%的量存在于传热流体中。特 别地，醇能够以基于传热流体总重量为约30-约99. 5wt%和更特别地约40-约99 wt%的量 存在于传热流体中。硅氧烷腐蚀抑制剂包括聚硅氧烷或包含硅-碳键的有机硅烷化合物，或它们的组 合。合适的聚硅氧烷是具有通式民-Si-[O-Si (R)2]x-0SiI 3的那些，其中R独立地是1-200 个碳原子的烷基或聚环氧烷共聚物和χ是0-100，更特别地2-90，更特别地3-80，更特别地 4-70，和甚至更特别地5-60。在一个示例性的实施方案中，该硅氧烷腐蚀抑制剂包括聚硅氧烷或包含硅-碳键 的有机硅烷化合物或它们的组合，和进一步包含至少一个是具有2-6个碳原子、特别地2-4 个碳原子的一种或多种环氧烷的聚环氧烷共聚物的基团。在另一个示范性的实施方案中，该硅氧烷腐蚀抑制剂具有通式&-Si-
x-0SiI 3，其中R独立地是1-200个碳原子 的烷基或聚环氧烷共聚物和χ是如以上所讨论，和进一步其中至少一个烷基和至少一个聚 环氧烷共聚物。这里使用的可商购聚硅氧烷的非限制性例子包括从GE Silicones/OSi Specialties获得的SILWET硅氧烷，和可从Dow Corning或其它供应商获得的其它类似的 硅氧烷-聚醚共聚物。在一个示例性的实施方案中，硅氧烷腐蚀抑制剂包括SILWET L-77， SILffET L-7657, SILffET L-7650, SILffET L-7600, SILffET L-7200, SILffET L-7210 等等。有机硅烷化合物包括在水存在下能够水解以形成硅烷醇(即包括硅羟基(silicon hydroxide)的化合物)的硅-碳键。有机硅烷化合物能够具有通式R’ Si (OZ)3，其中R’和 Z独立地是芳族基、烷基、环烷基、烷氧基或链烯基，并且能够包括官能团如氨基、环氧基等 的形式的杂原子如N、0等。在一个实施方案中，R’是芳族基，烷基，环烷基，烷氧基，或链烯 基，并且能够包括官能团如氨基、环氧基等的形式的杂原子如N、0等等，和Z是C1-C5烷基。这里使用的可商购有机硅烷化合物的非限制性例子包括从GE Silicones/OSi Specialties和其它供应商获得的SILQUEST和F0RMASIL表面活性剂。在一个示例性的实 施方案中，硅氧烷腐蚀抑制剂包括可从GE Silicones,Osi Specialties或其它供应商等等 获得的 F0RMASIL 891,F0RMASIL 593,F0RMASIL 433，SILQUEST Y-5560 (聚环氧烷烷氧基硅 烷)，SILQUEST A-186Q-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷)，SILQUEST A_187(3_环 氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷)，或其它SILQUEST有机硅烷化合物。这里使用的其它有机硅烷化合物的非限制性例子包括3-氨基丙基三乙氧基硅 烷，N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷，辛基三乙氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅 烷，乙烯基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，3-巯 基丙基三甲氧基硅烷，异丁基三甲氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，以及 具有与前面这些类似的结构但具有不同数量的碳原子的那些有机硅烷化合物。该硅氧烷腐蚀抑制剂能够以基于传热流体总重量为约0. 01-约10 wt%,更特别地 约0. 02-约2 wt%的量存在于传热流体中。所述非导电性聚二有机基硅氧烷消泡剂包括任何聚二有机基硅氧烷消泡剂。特别 地，该非导电性聚二有机基硅氧烷消泡剂是其中分子链的端基选自三甲基甲硅烷基、二甲 基羟基甲硅烷基和它们的组合的那些。在一个示例性的实施方案中，该聚二有机基硅氧烷 是聚二甲基硅氧烷。这些消泡剂有效地防止在传热流体中泡沫的形成和/或消除在传热流 体中形成的泡沫。该聚二有机基硅氧烷消泡剂有利地是乳液基消泡剂
在一个示例性的实施方案中，这里使用的聚二甲基硅氧烷具有通式 (CH3) 3Si0- (SiCH3) 20)m_Si (CH3) 3，其中 m 是 1-30，000。特别地，该聚二有机基硅氧烷在25°C具有约5-约100百万mm2/秒的运动粘度。更 特别地，该聚二甲基硅氧烷的运动粘度在25°C是约10-约1，000, 000 mm2/秒以及平均分子 量是约1000-约200，000道尔顿。在这里使用的聚二有机基硅氧烷还包括聚二乙基硅氧烷，聚二甲基聚二苯基硅氧 烷共聚物，聚二甲基-聚(氯丙基甲基)硅氧烷，和它们的组合。这里使用的其它聚二有机基硅氧烷具有通式(CH3)3SiO-(SiCH3)20)x_(CH3GSiO) y-Si (CH3)3，其中G包括氧化烯或聚氧化烯基团。G的非限制性例子包括具有下列通式的氧化烯基团 (CH2)z(OCH2CH2)mOH, (CH2)z(OCH2CH2CH2)mOH, (CH2)zO(OCH2CH2)mH, (CH2) z0 (OCH2CH2CH2) mH, (CH2) z (OCH2CH2CH2) k (OCH2CH2) Χ0Η, (CH2) z0 (OCH2CH2CH2) k (OCH2CH2) ΧΗ, (CH2) z (OCH2CH2) k [OCH2C (CH3) H] Χ0Η, (CH2)z(OCH2CH2)mOCH3, (CH2) z (OCH2CH2) k [OCH2C (CH3) H] PCH3, (CH2)z(OCH2CH2)mOC (0) CH3, (CH2) z (OCH2CH2CH2)mOCH3,和 (CH2) z (OCH2CH2) JOCH2C(CH3) H] PC(O) CH3，其中 χ 是 1-700 的整数，y 是 1-60 的整数，ζ 是 2-15 的 整数，以及m、k和1是1-40的整数。也能够使用上述聚二有机基硅氧烷的混合物。该聚二有机基硅氧烷消泡剂能够进一步包括至多约20 wt%的细碎填料。细碎填 料的非限制性例子包括热解法，沉淀法和原生质(Plasmatic)TiO2, Al2O3，Al203/Si02, ZrO2/ SiO2，和Si02。烃蜡，三酸甘油酯，长链脂肪醇，脂肪酸酯和细碎聚烯烃聚合物，如聚丙烯，聚 异丁烯，是这里使用的填料的附加例子。所述细碎填料能够是亲水性或疏水性的。该填料 能够在消泡剂的制造过程中被赋予疏水性或单独地被赋予疏水性。具有几个纳米到几个微 米的粒度和约40-约1000 m2/g的比表面积，更特别地约50-约400 m2/g的比表面积的各 种等级的硅石是可商购的并且适合用作基于聚二有机基硅氧烷的消泡剂中的填料。在一个示例性的实施方案中，具有约50-约350 m2/g的比表面积的疏水化的硅 石用作所述填料。这里使用的硅石填料的非限制性例子包括从Evonik Degussa (Essen, Germany)获得的 AEROSIL R 812 和 R 812S，从 Tulco (MA，U. S. A.)获得的 TULLAN0X 503 和 1080，以及从其它供应商获得的类似产品。所述聚二有机基硅氧烷消泡剂能够进一步包括至多20 wt%的疏水性油。疏水 性油的非限制性例子包括矿物油，从碳质资源如石油、页岩和煤炭得到的烃油，和它们的 等同物。矿物油包括具有高石蜡含量的重质石蜡油，轻质石蜡油，石油润滑油如脂肪族或 蜡-基油，芳族和浙青-基油，混合-基油，石油衍生的油如润滑剂，发动机油，机械油，和切 削油，和药用油如精制石蜡油。该矿物油可从几个供应商商业获得，包括但不限于，Exxon Company (Houston, TX)，和 Shell Chemical Company (Houston, TX)。在一个示例性的实施 方案中，该矿物油在25°C具有约1-约20厘泊(“cP”，l cP = 1 mPa · s)的动态粘度。该聚二有机基硅氧烷消泡剂能够进一步包括其它组分，如polyalkylenoxide，水， 亚烷基二醇，表面活性剂，防腐剂，和杀生物剂，至多约95 wt%0可商购的非导电性聚二甲基硅氧烷基消泡剂和它的乳液的非限制性例子包括从 Performance Chemicals LLC 获得的 PC-5450NF，从 CNC International 获得的 XD-55 和 XD-56, URhK Momentive Performance Materials 的 Y—14865。所述非导电性聚二有机基硅氧烷消泡剂能够以基于传热流体总重量为约1-约 3000份/百万份(ppm)，特别地约100-约2000 ppm,更特别地约200-约1000 ppm的量存 在于传热流体中。在一个有利的实施方案中，该传热流体进一步包括唑(azole)。这里使用的唑包括 作为杂环的一部分具有1-4个氮原子的五元杂环化合物。唑的非限制性例子包括根据通式 (I)-(IV)的吡咯类，吡唑类，咪唑类，三唑类，噻唑类和四唑类
权利要求
1.传热流体，包括 液体冷却剂；通式&-Si-
x-OSiR3的硅氧烷腐蚀抑制剂，其中R独立地是1-200个碳原子的烷基或聚环氧烷共聚物，x是0-100，和此外其中存在至少一个烷基和至少一个聚环氧烷共聚物；和非导电性聚二有机基硅氧烷消泡剂，其中所述传热流体的电导率低于约100μS/cm，和其中该传热系统包括与所述传热流体密切接触的铝、镁或它们的组合。
文档编号C09K5/10GK102149785SQ200980135264
公开日2011年8月10日 申请日期2009年7月10日 优先权日2008年7月11日
发明者B·杨, F·J·马林霍 申请人:霍尼韦尔国际公司