Охлаждающая жидкость для двигателей внутреннего сгорания

Авторы патента:

C09K5/20 - антифризные добавки для них, например радиаторные жидкости (использование на поверхностях C09K 3/18; ингибирование коррозии с помощью жидкостей C23F 11/00)

Владельцы патента RU 2470059:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ" (RU)

Изобретение относится к низкозамерзающим охлаждающим жидкостям-антифризам и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных и стационарных энергетических систем, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах. Предложена охлаждающая жидкость для ДВС, включающая, мас.%: этиленгликоль - 40-69, натрий фосфорнокислый двузамещенный - 0,31-0,35, декстрин картофельный - 1,2-1,3, полиакриламид - 0,05-0,1, поливиниловый спирт - 0,05-0,1, поверхностно-активное вещество - Синтанол ДС-10 - 0,05-0,1, вода дистиллированная или паровой конденсат - остальное. Технический результат: повышение эффективности защиты конструкционных материалов от кавитационной эрозии и снижение тепловых потерь через систему охлаждения, что обеспечивает снижение времени прогрева ДВС, при понижении стоимости продукта за счет снижения концентрации присадок и повышения водной составляющей. 3 табл.

Изобретение относится к низкозамерзающим охлаждающим жидкостям (антифризам) и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) транспортных и стационарных энергетических систем, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах. Предлагаемое вещество было получено специалистами Санкт-Петербургского Государственного университета водных коммуникаций при разработке системы охлаждения судовых ДВС, имеющих жидкостное охлаждение.

Большая часть охлаждающих жидкостей для ДВС и теплообменных аппаратов производится на основе водного раствора этиленгликоля (см., например, пат. RU 2219216 МПК C09K 5/00, пат. US 4759864 МПК C09K 5/00 и др.). По сравнению с антифризами других классов они являются наиболее дешевыми композициями и обладают большими теплоемкостью и теплопроводностью. Кроме того, имеют низкую температуру замерзания, что позволяет безопасно эксплуатировать охлаждаемое оборудование практически при любых отрицательных температурах окружающего воздуха. Недостатком указанных жидкостей является высокая коррозионная активность к конструкционным материалам, для предотвращения которой в смеси вводят специальные присадки: ингибиторы коррозии, буферные добавки и др.

На территории Российской Федерации в качестве охлаждающей жидкости наиболее широко используется «Тосол» (марки «Тосол-АМ», «Тосол-А40М», «Тосол-А65М» ТУ 2422-001-526000940-00, ГОСТ 28084-89). Антикоррозионной присадкой промышленно выпускаемых тосолов является двузамещенный фосфорнокислый натрий первого сорта (динатрийфосфат Na₂HPO₄·12H₂O) и декстрин сорта экстра (общая формула (C₆H₁₀O₅)_х). Динатрийфосфат защищает от коррозии чугунные, стальные и медные детали, а декстрин - припой, алюминий и медь. Недостатком приведенных композиций является склонность к вспениванию, усиливаемая присадками. Для предотвращения вспенивания в тосол добавляют пеногасители (например, силоксанового ряда), что усложняет состав вещества и, соответственно, технологию его получения и, таким образом, повышает стоимость продукта.

Из известных решений наиболее близким аналогом к предлагаемому веществу является охлаждающая жидкость для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания на основе водного раствора этиленгликоля по пат. RU 2206591, МПК C09K 5/00, опубл. 20.06.2003. Композиция содержит, мас.%: этиленгликоль - 65-69; натрий фосфорнокислый двузамещенный - 0,31-0,35; декстрин картофельный - 1,2-1,3; морфолин паранитробензойнокислый - 0,7-0,8; глицерин - 8-10; натрий олеиновокислый - 0,11-0,13; вода дистиллированная или паровой конденсат - остальное.

Как показали результаты лабораторных испытаний, указанная жидкость не уступает большинству аналогов по физико-химическим свойствам, при этом обеспечивает высокую противокоррозионную защиту конструкционных материалов. Вместе с тем имеет сложный состав, высокие концентрации присадок (11…12%) и низкий коэффициент защиты от кавитационной эрозии. Кроме того, известная жидкость недостаточно эффективно управляет процессами теплообмена внутри двигателя, что ограничивает ее использование в качестве теплоносителя.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является увеличение эффективности защиты конструкционных материалов от кавитационной эрозии при уменьшении концентрации присадок и увеличении влияния на процессы теплообмена внутри ДВС.

Заявленный технический результат достигается тем, что охлаждающая жидкость для двигателей внутреннего сгорания на основе водного раствора этиленгликоля, (содержащая, так же как прототип, натрий фосфорнокислый двузамещенный и декстрин картофельный), в отличие от прототипа, дополнительно содержит полиакриламид, поливиниловый спирт и поверхностно-активное вещество, например, синтанол ДС-10, при следующем соотношении, мас.%:

Этиленгликоль	40-69
Натрий фосфорно-кислый двузамещенный	0,31-0,35
Декстрин картофельный	1,2-1,3
Полиакриламид (ПАА)	0,05-0,1
Поливиниловый спирт (ПВС)	0,05-0,1
Поверхностно-активное вещество (Синтанол ДС-10)	0,05-0,1
Вода дистиллированная или паровой конденсат	Остальное

Таким образом, отличие предложенной композиции от прототипа заключается в введении в ее состав водорастворимых полимеров и поверхностно-активного вещества и выбор соответствующего соотношения всех компонентов.

Сопоставление предлагаемого вещества и прототипа показало, что поставленная задача - увеличение эффективности защиты от кавитационных разрушений конструкционных материалов ДВС при уменьшении концентрации присадок и увеличение влияния на процессы теплообмена внутри ДВС - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь проведенный информационный поиск в области химической технологии не выявил отдельных отличительных признаков заявляемого изобретения (содержания в водно-гликолевых растворах поверхностно-активных веществ и растворимых полимеров в рекомендуемых пропорциях), что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Суть изобретения заключается в получении низкотемпературного жидкого охлаждающего вещества, обладающего высокой эффективностью защиты от коррозии и эрозии конструкционных материалов. Кроме того, предлагаемое решение позволяет улучшить теплообменные свойства вещества. Для этого в раствор, содержащий натрий фосфорнокислый двузамещенный и декстрин картофельный, вместо морфолина паранитробензойнокислого (0,7-0,8), глицерина (8-10) и натрия олеиновокислого (0,11-0,13) вводят полиакриламид (0,05-0,1), поливиниловый спирт (0,05-0,1) и синтанол (0,05-0,1).

Присутствие полимеров в охлаждающей жидкости приводит к изменению реологических свойств охлаждающей жидкости, препятствует переносу количества движения поперек потока, то есть ламиниризирует его и тем самым снижает гидравлическое сопротивление системы охлаждения, уменьшает скорость роста и захлопывания кавитационных пузырьков и интенсивность накипеобразования.

В свою очередь, поверхностно-активное вещество способствует: снижению поверхностного натяжения на границе раздела фаз газ-жидкость, гидрофобизации поверхностей в результате ориентированной адсорбции молекул и создания барьера между металлом и средой, возникновению расклинивающего давления и отрыву частиц загрязнений от поверхностей, предотвращению образования накипи, созданию защитных пленок на поверхностях и снижению интенсивности эрозионных и коррозионных процессов, увеличению толщины ламинарного подслоя на теплообменной поверхности, благодаря чему снижается коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости. При этом уменьшение тепловых потерь способствует увеличению индикаторной работы и снижению расхода топлива, а также обеспечивает более быстрый прогрев двигателя после его запуска.

При совместном же введении всех компонентов благодаря их синергетическому действию достигается поставленная цель - увеличивается эффективность защиты от кавитационных разрушений конструкционных материалов ДВС и влияние на процессы теплообмена внутри ДВС. Увеличение коэффициента защиты сталей и чугунов составляет при этом 30-40%, для цветных металлов: 5-25%. Таким образом, предлагаемый состав охлаждающей жидкости не только позволяет изготовить продукт, превосходящий по своим антикоррозионным и потребительским свойствам прототип, но также обеспечивает высокую антиэрозионную защиту и возможность направленно влиять на процессы теплообмена в ДВС, и тем самым повышать топливную экономичность двигателя внутреннего сгорания.

Характеристика компонентов.

Этиленгликоль высший или первый сорт по ГОСТ 19710-83 - бесцветная прозрачная жидкость. Формула HOCH₂CH₂OH. Используется в качестве полупродукта в производстве антифризов.

Натрий фосфорнокислый двузамещенный по ТУ 113-25-110-90 - стекловидные и белые кристаллы. Формула NaHPO₄·12H₂O. Используется в качестве эмульгатора, отбеливателя.

Декстрин картофельный по ГОСТ 6034-74 - используется в качестве ингибитора коррозии.

Полиакриламид (ПАА) по ТУ 6-01-1049-92. Формула [-CH₂CH(CONH₂)-]_n, твердое аморфное белое или частично прозрачное вещество без запаха. Используется в качестве эффективных флокулянтов, шлихтующих добавок, флотореагентов, диспергаторов, загустителей, агентов уменьшения гидродинамического сопротивления.

Поливиниловый спирт (ПВС) по ГОСТ 10779-78. Формула [-CH₂CH(ОН)-]_n. Твердое бесцветное вещество. Применяют для производства волокон, как защитные удаляемые покрытия на деталях, связующее в литейных формах, эмульгатор, загуститель водных растворов при изготовлении клеев. Тщательно очищенный от примесей низкомолекулярный поливиниловый спирт используют в фармакологии и медицине.

Поверхностно-активное вещество (Синтанол ДС-10) - смесь фракций спиртов С10-С20 и оксида этилена по ТУ 6-14-577-88. Представляет собой пасту белого или бело-желтого цвета. Применяется при изготовлении моющих средств.

Указанную смесь готовят следующим образом.

В водно-этиленгликолевом растворе при перемешивании последовательно растворяют натрий фосфорнокислый двузамещенный, декстрин картофельный, полиакриламид, поливиниловый спирт и синтанол. Для ускорения процесса растворения температуру жидкости поднимают до 50-55°C.

Для обоснования количественного состава компонентов были приготовлены образцы заявляемой композиции, представленные в табл.1.

Образцы и прототип по пат. RU 2206591 (охлаждающая жидкость марки «Тосол-АМ») испытывали в лабораторных условиях. Исследования антикоррозионных и антиэрозионных свойств охлаждающих жидкостей проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 28084-84. Результаты исследований приведены в табл.2. Влияние жидкости на процессы теплообмена в системах охлаждения и топливную экономичность исследовалось при проведении лабораторных и стендовых испытаний. Результаты испытаний приведены в табл.3.

Как видно из результатов испытаний, предлагаемая жидкость имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

более эффективную защиту металлов, из которых выполнено оборудование, от коррозионного и эрозионного воздействий (табл.2),

более высокие теплообменные свойства. Так, использование жидкости обеспечивает снижение тепловых потерь через систему охлаждения, что подтверждается более быстрым прогревом двигателя (табл.3),

более низкую концентрацию присадок, а, значит, более высокую водную составляющую (табл.1). Это соответственно уменьшает стоимость получаемого продукта.

Проведенные лабораторные, стендовые и эксплуатационные испытания показали высокие эксплуатационные качества жидкости, что позволяет сделать вывод о возможности промышленного применения изобретения, в том числе, в системах охлаждения стационарных и транспортных двигателей внутреннего сгорания, а также в теплообменных аппаратах, работающих в условиях как положительных, так и отрицательных температур.

Таблица 1
№	Наименование компонента	Номер образца	Прототип
1	2	3	4	5
1	Этиленгликоль	40	44,7	49,5	60	69	67
2	Натрий фосфорнокислый двузамещенный	0,31	0,32	0,33	0,34	0,35	0,32
3	Декстрин картофельный	1,2	1,22	1,25	1,27	1,3	1,25
4	Полиакриламид (ПАА)	0,05	0,067	0,075	0,087	0,1	-
5	Поливиниловый спирт (ЛВС)	0,05	0,067	0,075	0,087	0,1	-
6	Поверхностно-активное вещество (Синтанол ДС-10)	0,05	0,067	0,075	0,087	0,1	-
7	Вода дистиллированная или паровой конденсат	58,35	53,6	48,7	39,13	29,15	21,61

Таблица 2
Материал	ГОСТ	Тосол-А40М (прототип)	Заявляемая жидкость (образец 3)
ΔG_к, г/(м²·сут)	ΔG_к, г/(м²·сут)	ΔG_p, г/(м²·сут)
Сталь Ст20	Не более 0,1000	0.0572	0.0418
Чугун СЧ24	Не более 0,1000	0.0511	0.0372
Сплав Ал-9	Не более 0,1000	0.0440	0.0415
Латунь Л63	Не более 0,1000	0.0600	0.0512
Медь М-1	Не более 0,1000	0.0579	0.0452
Припой ПОС-40	Не более 0,2000	0.0901	0.0744

Таблица 3
Тосол А40М (прототип)	Заявляемая жидкость (образец 3)
коэффициент теплоотдачи	Время прогрева, мин	коэффициент теплоотдачи	Время прогрева, мин
100%	8,5	100%	7,5

Охлаждающая жидкость для двигателей внутреннего сгорания на основе водного раствора этиленгликоля, содержащая натрий фосфорнокислый двузамещенный и декстрин картофельный, отличающаяся тем, что дополнительно содержит полиакриламид, поливиниловый спирт и поверхностно-активное вещество - Синтанол ДС-10 при следующем соотношении, мас.%:

этиленгликоль	40-69
натрий фосфорнокислый двузамещенный	0,31-0,35
декстрин картофельный	1,2-1,3
полиакриламид (ПАА)	0,05-0,1
поливиниловый спирт (ЛВС)	0,05-0,1
поверхностно-активное вещество - Синтанол ДС-10	0,05-0,1
вода дистиллированная или паровой конденсат	остальное

Похожие патенты:

Ингибитор коррозии металлов // 2462539

Изобретение относится к составам для ингибирования атмосферной коррозии, коррозии в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и межоперационной защиты сборочных единиц и деталей из черных и цветных металлов.

Состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений // 2462538

Изобретение относится к составам для ингибирования коррозии и солеотложений в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и межоперационной защиты узлов и деталей из черных и цветных металлов.

Ингибирующая коррозию смесь и материалы покрытия, содержащие ингибирующую коррозию смесь // 2315074

Способ подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий // 2268593

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий в промысловой воде в системах поддержания пластового давления добычи, подготовки и транспортировки нефти.

Способ защиты черных металлов от коррозии в водных солевых средах // 2265676

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам защиты черных металлов от коррозии в нейтральных и слабощелочных солевых средах с помощью введения ингибитора в коррозионную среду, и может быть использовано для защиты от коррозии замкнутых охлаждающих систем с использованием в качестве хладагента водного раствора хлорида кальция, а также при хранении и транспортировке растворов хлорида кальция в оборудовании из углеродистой стали.

Ингибитор коррозии для антифризов // 2241784

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.

Ингибитор коррозии для антифризов // 2232209

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к ингибиторам коррозии для антифризов, применяемых в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах.

Состав для нейтрализации сероводорода, подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий и ингибирования коррозии в нефтепромысловых средах // 2228946

Изобретение относится к средствам для нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов, подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий (СВБ) и ингибирования сероводородной коррозии в нефтепромысловых средах.

Способ ингибиторной обработки скважинной жидкости // 2227174

Изобретение относится к химической обработке скважинной жидкости и может быть использовано для уменьшения расхода ингибиторов коррозии при транспортировке коррозионно-активной жидкости в нефтепромысловых трубопроводах.

Способ защиты внутренней поверхности днища резервуара от коррозии // 2221083

Изобретение относится к защите металла от коррозии и может найти применение в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. .

Противообледенительные и теплообменные жидкие составы // 2465298

Изобретение относится к противообледенительным и теплообменным жидким составам, применяемым для борьбы с обледенением или получения теплообменных жидкостей. .

Концентрат для охлаждающей жидкости и его использование в качестве средства для снижения температуры начала кристаллизации охлаждающей жидкости // 2457235

Изобретение относится к химической технологии, в частности к концентрату для снижения температуры кристаллизации охлаждающих жидкостей. .

Композиции фенилендиамина, растворимые в воде, и способы стабилизации этиленненасыщенных соединений и мономеров // 2349622

Изобретение относится к ингибитору преждевременной полимеризации этиленненасыщенных мономеров, содержащему одно или более соединений определенной структурной формулы, относящихся к классу фенилендиаминов.

Ингибитор коррозии для низкозамерзающих охлаждающих жидкостей // 2302479

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к ингибиторам коррозии, являющимися кислород- и азотсодержащими соединениями. .

Способ получения концентрата охлаждающей жидкости // 2287006

Изобретение относится к области химической технологии и касается способа получения концентрата низкозамерзающей охлаждающей жидкости, используемой, в частности, в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Концентрат антифриза // 2263131

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к концентратам антифризов, для изготовления охлаждающих жидкостей, применяемых в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, а также в качестве теплоносителя, предназначенного для использования в системах отопления и кондиционирования зданий.

Ингибирующие коррозию композиции для жидких теплоносителей // 2249634

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии, в частности к водным растворам, пригодным для использования в качестве жидких теплоносителей для охлаждающих контуров, например, для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Синергетические комбинации карбоксилатов для применения в качестве депрессоров температуры замерзания и ингибиторов коррозии в жидких теплоносителях // 2240338

Изобретение относится к водным жидким теплоносителям, в частности к антифризовым хладагентам и к обычным охлаждающим жидкостям, которые обеспечивают как защиту от замерзания, так и защиту от коррозии с помощью синергетических комбинаций карбоновых кислот.

Способ очистки отработанного антифриза на основе водно- этиленгликолевого раствора от продуктов окисления этиленгликоля, продуктов коррозии и механических примесей // 2221766

Изобретение относится к способу очистки отработанного антифриза на основе водно-этиленгликолевого раствора, используемого для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, от продуктов окисления этиленгликоля, продуктов коррозии и механических примесей.

Способ утилизации отработанных автомобильных антифризов // 2188212

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от загрязнения токсичными веществами - отработанными автомобильными антифризами. .

Концентрат охлаждающей жидкости // 2518583

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к низкозамерзающим охлаждающим жидкостям, и может быть использовано в качестве теплоносителя в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также в оборудовании бытового и промышленного назначения. Концентрат охлаждающей жидкости содержит, масс.%: 1,75-2,00 себациновой кислоты, 0,75-1,05 бензойной кислоты, 1,25-1,50 янтарной кислоты, 0,02-0,065 бензотриазола и/или толилтриазола и/или гуаназола, 1,85-2,15 гидроксида щелочного металла, 87,75-91,0 этиленгликоля и/или пропиленгликоля и/или глицерина, 0,002-0,004 красителя и воду. Изобретение обеспечивает получение концентрата охлаждающей жидкости, обладающего кроме набора стандартных характеристик высокими антикоррозионными свойствами по отношению к каждому элементу конструкций. 3 табл., 15 пр.