Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с охлаждающей жидкости двигателя )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Доливка» антифриза в систему охлаждения автомобиля - обычное дело для большинства современных автомобилей.

Антифриз представляет собой добавку , которая снижает морозильную точку на водной основе жидкости. Смесь антифриза используется для достижения понижения точки замерзания в холодных условиях. Обычные антифризы также повышают температуру кипения жидкости, что способствует более высокой температуре охлаждающей жидкости. [1]

Поскольку вода имеет хорошие свойства хладагента , вода с антифризом используется в двигателях внутреннего сгорания и других системах теплопередачи, таких как чиллеры HVAC и солнечные водонагреватели . Назначение антифриза - предотвратить разрыв жесткого корпуса из-за расширения при замерзании воды . В коммерческих целях и добавка (чистый концентрат), и смесь (разбавленный раствор) называются антифризами, в зависимости от контекста. Тщательный выбор антифриза может обеспечить широкий диапазон температур, в котором смесь остается в жидкой фазе , что имеет решающее значение для эффективности.теплопередача и правильное функционирование теплообменников . Во-вторых, но не менее важно, большинство, если не все коммерческие составы антифризов, предназначенные для использования в системах теплопередачи, включают различные виды антикоррозионных и антикавитационных агентов, которые защищают гидравлический контур от прогрессирующего износа.

Принципы и история [ править ]

Вода была оригинальной охлаждающей жидкостью для двигателей внутреннего сгорания. Он дешев, нетоксичен и обладает высокой теплоемкостью. Однако он имеет диапазон жидкости только 100 ° C и расширяется при замерзании. Эти проблемы решаются путем разработки альтернативных охлаждающих жидкостей с улучшенными свойствами. Точки замерзания и кипения - это коллигативные свойства раствора, которые зависят от концентрации растворенных веществ. Следовательно, соли понижают температуру плавления водных растворов. Соли часто используются для защиты от обледенения , но растворы солей не используются для систем охлаждения, поскольку они вызывают коррозию.металлов. Органические соединения с низким молекулярным весом обычно имеют температуру плавления ниже, чем вода, поэтому они рекомендуются в качестве антифризов. Эффективны растворы органических соединений, особенно спиртов , в воде. Спирты - этанол, метанол, этиленгликоль и т. Д. - были основой всех антифризов с момента их коммерциализации в 1920-х годах. [1]

Использование и возникновение [ править ]

Использование автомобилей и двигателей внутреннего сгорания [ править ]

Флуоресцентный антифриз зеленого цвета виден в расширительном бачке радиатора при снятии крышки радиатора автомобиля.

Большинство автомобильных двигателей имеют водяное охлаждение для отвода отработанного тепла , хотя «вода» на самом деле представляет собой смесь антифриза и воды, а не обычную воду. Термин « охлаждающая жидкость двигателя» широко используется в автомобильной промышленности и охватывает его основную функцию конвективной теплопередачи в двигателях внутреннего сгорания . При использовании в автомобилестроении ингибиторы коррозии добавляются для защиты радиаторов транспортных средств , которые часто содержат ряд электрохимически несовместимых металлов ( алюминий , чугун , медь , латунь)., припой и т. д.). Также добавляется смазка для уплотнения водяного насоса.

Антифриз был разработан для преодоления недостатков воды как теплоносителя .

С другой стороны, если охлаждающая жидкость двигателя становится слишком горячей, она может закипать внутри двигателя, вызывая пустоты (карманы пара), что приводит к локальным горячим точкам и катастрофическому отказу двигателя. Если бы обычная вода использовалась в качестве охлаждающей жидкости двигателя, это способствовало бы гальванической коррозии . Правильная охлаждающая жидкость двигателя и система охлаждающей жидкости под давлением устраняют эти недостатки воды. При наличии подходящего антифриза охлаждающая жидкость двигателя может выдерживать широкий диапазон температур, например от −34 ° F (−37 ° C) до +265 ° F (129 ° C) для 50% (по объему) пропиленгликоля, разбавленного водой. и система охлаждающей жидкости под давлением 15 фунтов на квадратный дюйм . [2] [3]

Ранним антифризом охлаждающей жидкости двигателя был метанол (метиловый спирт). Этиленгликоль был разработан, потому что его более высокая температура кипения была более совместима с системами отопления.

Другое промышленное использование [ править ]

Наиболее распространенными растворами антифризов на водной основе, используемыми для охлаждения электроники, являются смеси воды и этиленгликоля (EGW) или пропиленгликоля (PGW). Использование этиленгликоля имеет более длительную историю, особенно в автомобильной промышленности. Однако растворы EGW, разработанные для автомобильной промышленности, часто содержат ингибиторы ржавчины на силикатной основе, которые могут покрывать и / или забивать поверхности теплообменников. Этиленгликоль внесен в список токсичных химических веществ, требующих осторожности при обращении и утилизации.

Этиленгликоль имеет желаемые термические свойства, включая высокую температуру кипения, низкую температуру замерзания, стабильность в широком диапазоне температур, а также высокую удельную теплоемкость и теплопроводность. Он также имеет низкую вязкость и, следовательно, снижает потребность в перекачке. Хотя EGW имеет более желательные физические свойства, чем PGW, последний хладагент используется там, где токсичность может быть проблемой. PGW обычно считается безопасным для использования в пищевых продуктах или пищевой промышленности, а также может использоваться в закрытых помещениях.

Подобные смеси обычно используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и промышленных системах отопления или охлаждения в качестве теплоносителя с высокой пропускной способностью . Многие составы содержат ингибиторы коррозии, и ожидается, что эти химические вещества будут пополняться (вручную или под автоматическим контролем), чтобы предотвратить коррозию дорогостоящих трубопроводов и оборудования.

Биологические антифризы [ править ]

Белки-антифризы относятся к химическим соединениям, вырабатываемым определенными животными , растениями и другими организмами, которые предотвращают образование льда. Таким образом, эти соединения позволяют организму своего хозяина работать при температурах значительно ниже точки замерзания воды. Белки-антифризы связываются с небольшими кристаллами льда, подавляя рост и перекристаллизацию льда, которая в противном случае была бы фатальной. [4] [5]

Основные агенты [ править ]

Этиленгликоль [ править ]

Основная статья: этиленгликоль
Этиленгликоль

Большинство антифризов получают путем смешивания дистиллированной воды с добавками и базовым продуктом - MEG (моноэтиленгликоль) или MPG (монопропиленгликоль). Растворы этиленгликоля стали доступны в 1926 году и продавались как «устойчивые антифризы», поскольку более высокие температуры кипения обеспечивали преимущества для использования в летнее время, а также в холодную погоду. Сегодня они используются для различных целей, включая автомобили , но существуют альтернативы с меньшей токсичностью, сделанные с использованием пропиленгликоля .

Когда в системе используется этиленгликоль, он может окисляться до пяти органических кислот (муравьиной, щавелевой, гликолевой, глиоксалевой и уксусной). Доступны смеси антифризов на основе этиленгликоля с добавками, которые буферизируют pH и сохраняют щелочность раствора для предотвращения окисления этиленгликоля и образования этих кислот. Нитриты, силикаты, бораты и азолы также могут использоваться для предотвращения коррозионного воздействия на металл.

Этиленгликоль имеет горький сладкий вкус и вызывает опьянение. Токсические эффекты от приема этиленгликоля возникают из-за того, что он превращается печенью в 4 других гораздо более токсичных химиката. Смертельная доза чистого этиленгликоля составляет 1,4 мл / кг (3 унции жидкости (90 мл) США смертельны для человека весом 140 фунтов (64 кг)), но гораздо менее смертельна, если лечить в течение часа. [6] (см. Отравление этиленгликолем ).

Пропиленгликоль [ править ]

Пропиленгликоль

Пропиленгликоль значительно менее токсичен, чем этиленгликоль, и может иметь маркировку «нетоксичный антифриз». Он используется в качестве антифриза там, где этиленгликоль не подходит, например, в системах пищевой промышленности или в водопроводных трубах в домах, где возможно случайное проглатывание. Например, FDA США разрешает добавление пропиленгликоля к большому количеству обработанных пищевых продуктов , включая мороженое , замороженный заварной крем , заправки для салатов и выпечку , и он обычно используется в качестве основного ингредиента в « жидкости для электронных сигарет ». используется в электронных сигаретах .

Пропиленгликоль окисляется до молочной кислоты . [7]

Помимо коррозии системы охлаждения, также происходит биологическое загрязнение . Как только бактериальная слизь начинает расти, скорость коррозии системы увеличивается. Техническое обслуживание систем, использующих раствор гликоля, включает регулярный мониторинг защиты от замерзания, pH , удельного веса , уровня ингибитора, цвета и биологического загрязнения.

Пропиленгликоль следует заменить, когда он станет красноватым. Когда водный раствор пропиленгликоля в системе охлаждения или нагрева приобретает красноватый или черный цвет, это указывает на то, что железо в системе значительно корродирует. В отсутствие ингибиторов пропиленгликоль может реагировать с кислородом и ионами металлов, образуя различные соединения, включая органические кислоты (например, муравьиную, щавелевую, уксусную). Эти кислоты ускоряют коррозию металлов в системе. [8] [9] [10] [11]

Другие антифризы [ править ]

Метиловый эфир пропиленгликоля используется в качестве антифриза в дизельных двигателях. Он более летуч, чем гликоль. [1]

После использования в качестве автомобильного антифриза глицерин имеет то преимущество, что он нетоксичен, выдерживает относительно высокие температуры и не вызывает коррозии. Однако он не получил широкого распространения. [1] Глицерин исторически использовался в качестве антифриза для автомобилей, прежде чем его заменили этиленгликолем . [12] [13] Глицерин разрешен к использованию в качестве антифриза во многих спринклерных системах.

Измерение точки замерзания [ править ]

После того, как антифриз был смешан с водой и введен в эксплуатацию, его необходимо периодически обслуживать. Если охлаждающая жидкость двигателя протекает, закипает или если систему охлаждения необходимо слить и снова заполнить, необходимо учитывать защиту антифриза от замерзания. В других случаях может потребоваться эксплуатация автомобиля в более холодной среде, требующей больше антифриза и меньше воды. Для определения точки замерзания раствора обычно используются три метода: [14]

  1. Удельный вес - (с помощью тест-полоски ареометра или плавающего индикатора),
  2. Рефрактометр, который измеряет показатель преломления раствора антифриза и переводит его в точку замерзания, и
  3. Тест-полоски - специализированные одноразовые индикаторы, предназначенные для этой цели.

Хотя ареометры этиленгликоля широко доступны и продаются на массовом рынке для тестирования антифризов, они дают ложные показания при высоких температурах, потому что удельный вес изменяется с температурой. [14] Растворы пропиленгликоля нельзя тестировать с использованием удельного веса из-за неоднозначных результатов (40% и 100% растворы имеют одинаковый удельный вес). [14]

Ингибиторы коррозии [ править ]

Большинство коммерческих составов антифризов включают соединения, ингибирующие коррозию , и цветной краситель (обычно флуоресцентный зеленый, красный, оранжевый, желтый или синий) для облегчения идентификации. [15] Обычно используется разбавление водой 1: 1 , что приводит к температуре замерзания около -34 ° F (-37 ° C), в зависимости от состава. В более теплых или более холодных областях используются более слабые или более сильные разбавления, соответственно, но часто указывается диапазон от 40% / 60% до 60% / 40% для обеспечения защиты от коррозии и 70% / 30% для максимального предотвращения замерзания вплоть до -84 ° F (-64 ° C). [3]

Обслуживание [ править ]

При отсутствии утечек химические антифризы, такие как этиленгликоль или пропиленгликоль, могут сохранять свои основные свойства на неопределенный срок. Напротив, ингибиторы коррозии постепенно расходуются, и их необходимо время от времени пополнять. Более крупные системы (например, системы HVAC ) часто контролируются специализированными фирмами, которые берут на себя ответственность за добавление ингибиторов коррозии и регулирование состава охлаждающей жидкости. Для простоты большинство производителей автомобилей рекомендуют периодическую полную замену охлаждающей жидкости двигателя, чтобы одновременно обновлять ингибиторы коррозии и удалять накопившиеся загрязнения.

Традиционные ингибиторы [ править ]

Традиционно в автомобилях использовались два основных ингибитора коррозии: силикаты и фосфаты . В автомобилях американского производства традиционно использовались силикаты и фосфаты. [16] Европейские марки содержат силикаты и другие ингибиторы, но не фосфаты. [16] Японцы традиционно используют фосфаты и другие ингибиторы, но не силикаты. [16] [17]

Технология органических кислот [ править ]

Некоторые автомобили построены с использованием антифриза на основе органических кислот (OAT) (например, DEX-COOL [18] ) или с составом на основе гибридных органических кислот (HOAT) (например, Zerex G-05) [19], оба из которых являются заявлено, что срок их службы составляет пять лет или 240 000 км (150 000 миль).

DEX-COOL конкретно вызвал споры . Судебный процесс связал это с отказами прокладок впускного коллектора в двигателях General Motors (GM) 3,1 л и 3,4 л, а также с другими отказами в двигателях 3,8 и 4,3 л. Один из антикоррозионных компонентов, представленный как 2-этилгексаноат натрия или калия и этилгексановая кислота , несовместим с нейлоном 6,6 и силиконовым каучуком и является известным пластификатором . Групповые иски были зарегистрированы в нескольких штатах США и Канаде [20].для рассмотрения некоторых из этих претензий. Первым из них было принято решение в Миссури, где в начале декабря 2007 года было объявлено об урегулировании. [21] В конце марта 2008 года GM согласилась выплатить компенсацию заявителям в остальных 49 штатах. [22] GM ( Motors Liquidation Company ) подала заявление о банкротстве в 2009 году, в результате чего неурегулированные претензии были приостановлены до тех пор, пока суд не определит, кто получит деньги. [23]

По словам производителя DEX-COOL, «смешивание« зеленой »охлаждающей жидкости [без OAT] с DEX-COOL сокращает интервал замены партии до 2 лет или 30 000 миль, но в противном случае не вызовет повреждения двигателя». [24] В антифризах DEX-COOL используются два ингибитора: себацинат и 2-EHA ( 2-этилгексановая кислота ), последний хорошо работает с жесткой водой, имеющейся в Соединенных Штатах, но является пластификатором, который может вызвать протекание прокладок. [16]

Согласно внутренним документам GM [24], главная причина, по-видимому, заключается в эксплуатации транспортных средств в течение длительных периодов времени с низким уровнем охлаждающей жидкости. Низкий уровень охлаждающей жидкости вызван выходом из строя герметичных колпачков в открытом положении. (Новые крышки и емкости для восстановления были выпущены одновременно с DEX-COOL). Это подвергает горячие компоненты двигателя воздействию воздуха и паров, вызывая коррозию и загрязнение охлаждающей жидкости частицами оксида железа, что, в свою очередь, может усугубить проблему герметичной крышки, поскольку загрязнение постоянно удерживает крышки открытыми. [24]

В новой охлаждающей жидкости с увеличенным сроком службы Honda и Toyota используется OAT с себацинатом, но без 2-EHA. Некоторые добавленные фосфаты обеспечивают защиту при накоплении ОАТ. [16] Honda специально исключает 2-EHA из своих формул.

Обычно антифриз ОАТ содержит оранжевый краситель, чтобы отличать его от обычных охлаждающих жидкостей на основе гликоля (зеленого или желтого), хотя некоторые продукты ОАТ могут содержать красный или лиловый краситель. Некоторые из новых охлаждающих жидкостей на основе OAT утверждают, что они совместимы со всеми типами охлаждающих жидкостей на основе OAT и гликоля; они обычно зеленого или желтого цвета. [15]

Технология гибридных органических кислот [ править ]

Охлаждающие жидкости HOAT обычно смешивают OAT с традиционным ингибитором, обычно силикатами. [25]

Примером является Zerex G05 , который представляет собой формулу с низким содержанием силикатов и фосфатов, которая включает ингибитор бензоата . [16]

Срок службы охлаждающей жидкости HOAT может достигать 10 лет / 180 000 миль. [25]

Технология фосфатных гибридных органических кислот [ править ]

В охлаждающих жидкостях P-HOAT фосфаты смешиваются с HOAT. [25] Эта технология обычно используется в азиатских производителях и часто окрашивается в красный или синий цвет. [25]

Технология силикатных гибридных органических кислот [ править ]

В охлаждающих жидкостях Si-OAT силикаты смешиваются с HOAT. [25] Эта технология обычно используется в европейских производителях и часто окрашивается в розовый цвет. [25]

Добавки [ править ]

Все составы автомобильных антифризов, включая новые составы с органическими кислотами (антифризы OAT), опасны для окружающей среды из-за смеси присадок (около 5%), включая смазочные материалы, буферы и ингибиторы коррозии. [26] Поскольку добавки к антифризу являются собственностью компании, в паспортах безопасности (SDS), предоставленных производителем, перечислены только те соединения, которые считаются серьезными опасностями при использовании в соответствии с рекомендациями производителя. Обычные добавки включают силикат натрия , динатрия фосфат , натрий молибдат , натрий борат , денатоний бензоата и декстрин (гидроксиэтилкрахмал).

Краситель динатрий флуоресцеин добавляется к обычным формулам этиленгликоля, чтобы визуально отличить количество вытекшего от других жидкостей носителя, а также в качестве маркера типа, чтобы отличить его от несовместимых типов. [15] Этот краситель флуоресцирует ярко-зеленым светом при освещении синим или ультрафиолетовым светом дневного света или тестовых ламп.

Автомобильный антифриз имеет характерный запах из-за добавки толитриазола , ингибитора коррозии. Неприятный запах при промышленном использовании толитриазола возникает из-за примесей в продукте, которые образуются из изомеров толуидина (орто-, мета- и пара-толуидин) и мета-диаминотолуола, которые являются побочными продуктами при производстве толуидина. [27] Эти побочные продукты обладают высокой реакционной способностью и производят летучие ароматические амины, которые вызывают неприятный запах. [28]

См. Также [ править ]

  • Антифриз протеин
  • Воздушное охлаждение
  • Криопротектор
  • Сердечник нагревателя
  • Таяние льда
  • Охлаждение двигателя внутреннего сгорания
  • Радиатор
  • Водяное охлаждение
  • Безводная охлаждающая жидкость

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Bosen, Sidney F .; Боулз, Уильям А .; Ford, Emory A .; Перлсон, Брюс Д. (2000). «Антифризы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a03_023 .
  2. ^ Пресс-релиз Prestone [ постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ a b Таблица пиковых значений антифриза. Архивировано 5 октября 2010 г. на Wayback Machine.
  4. ^ Goodsell D (декабрь 2009). «Молекула месяца: антифризы» . Исследовательский институт Скриппса и RCSB PDB . DOI : 10.2210 / rcsb_pdb / mom_2009_12 .
  5. ^ Fletcher GL, Hew CL, Davies PL (2001). «Антифризные протеины костистых рыб». Ежегодный обзор физиологии . 63 : 359–90. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.63.1.359 . PMID 11181960 . 
  6. ^ PM Leth, M Gregersen. Отравление этиленгликолем . Международная судебная медицина, 2005 г. - Elsevier
  7. ^ Оценка некоторых пищевых добавок и загрязняющих веществ (серия технических отчетов) . Всемирная организация здоровья. п. 105. ISBN 92-4-120909-7.
  8. ^ Hartwick, D .; Hutchinson, D .; Ланжевен, М., «Многопрофильный подход к обработке закрытых систем», Коррозия, 2004; Новый Орлеан, Луизиана; 28 марта - 1 апреля 2004 г .; ДокументNACE ( Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов ) 04-322. См .: Предварительный просмотр документа.
  9. ^ Кеннет Содер, Дэниел Бенсон и Деннис Томшек, «Процедура очистки в режиме онлайн, используемая для удаления железа и микробиологических загрязнений из критически загрязненной гликолем замкнутой системы охлаждающей воды», [ постоянная мертвая ссылка ] Ежегодная конференция и выставка 2007 г. Ассоциация водных технологий; Колорадо-Спрингс, Колорадо; 7–10 ноября 2007 г.
  10. ^ Аллан Браунинг и Дэвид Берри (сентябрь / октябрь 2010 г.) «Выбор и обслуживание теплоносителей на основе гликоля», [ постоянная мертвая ссылка ] Журнал по проектированию сооружений , страницы 16-18.
  11. ^ Уолтер Дж. Росситер-младший, МакКлюр Годетт, Пол У. Браун и Кевин Г. Галук (1985) «Исследование разложения водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля с использованием ионной хроматографии», « Материалы солнечной энергии , том. 11, страницы 455-467.
  12. ^ Хадженс, Р. Дуглас; Геркамп, Ричард Д .; Фрэнсис, Хайме; Nyman, Dan A .; Бартоли, Иоланда (2007). «Оценка глицерина (глицерина) как основы антифриза / охлаждающей жидкости для двигателей, работающих в тяжелых условиях» . Серия технических статей SAE . 1 . DOI : 10.4271 / 2007-01-4000 . Проверено 7 июня 2013 .
  13. ^ «Предлагаемые стандарты охлаждающей жидкости двигателя ASTM фокусируются на глицерине» . Проверено 7 июня 2013 .
  14. ^ a b c Тестирование охлаждения двигателя: зачем использовать рефрактометр? Архивировано 25 июля 2011 года в Wayback Machine, опубликовано 7 февраля 2001 года Майклом Реймером.
  15. ^ a b c Матрица охлаждающих жидкостей 2003_5.xls . (PDF). Проверено 1 января 2011 г. Архивировано 16 апреля 2008 г. в Wayback Machine.
  16. ^ a b c d e f «Путаница с охлаждающей жидкостью: непросто быть зеленым ... или желтым, или оранжевым или ...» motor.com . Проверено 7 июня 2013 .
  17. ^ «Путаница с охлаждающей жидкостью» . Архивировано из оригинала на 2013-05-12 . Проверено 7 июня 2013 .
  18. ^ Продукция: Северная Америка: антифризы / охлаждающие жидкости . Havoline.com (31 января 2003 г.). Проверено 1 января 2011 г.
  19. ^ "Zerex G-05® Antifreeze / Coolant" . Проверено 7 июня 2013 .
  20. ^ «Канадское общенациональное соглашение об урегулировании коллективных исков» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 12 мая 2013 года . Проверено 7 июня 2013 .
  21. ^ Предварительное урегулирование иска GM DEX-COOL по групповому иску
  22. ^ Сайт судебных разбирательств DEX-COOL
  23. ^ "GM хочет снять с себя ответственность за поврежденные двигатели в случаях Dex-Cool" . Проверено 7 июня 2013 .
  24. ^ a b c Проект - DEX 2007, Часть 3: Теперь все зависит от судей и присяжных . Imcool.com. Проверено 1 января 2011 г.
  25. ^ Б с д е е [1]
  26. ^ Безопасная и эффективная жидкость на основе пропиленгликоля для ловушек для плодовых мух, наживленных синтетическими приманками - стр. 2 | Флорида Энтомолог . Findarticles.com. Проверено 1 января 2011 г.
  27. ^ ВОГТ, П.Ф. 2005. Толитриазол-миф и заблуждения. Аналитик 12: 1–3.
  28. ^ Безопасная и эффективная жидкость на основе пропиленгликоля для ловушек для плодовых мух с синтетическими приманками; Энтомолог из Флориды, июнь 2008 г., Дональд Б. Томас.