CN115605374A - 电气系统用传热流体的状况监测 - Google Patents

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Abstract

一种操作传热系统的方法包括使传热流体循环通过与电气系统流体连通的传热回路，和获得传热流体的流体特性的实时测量值。基于流体特性和传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)，以及对于传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)。由此获得传热流体的归一化有效性因子NEF流体，由此获得传热流体的状况。如果NEF流体低于预定阈值，则认为状况恶化，以及如果NEF流体高于预定阈值，则认为状况是可行的。

Description

电气系统用传热流体的状况监测
技术领域
本说明书涉及用在电系统中的传热流体，更具体地，涉及通过确定传热流体的实时状况来改进电气系统的传热系统的性能。
背景技术
传热系统被结合到许多类型的电气系统中，以帮助去除产生的热量，并从而调节电气系统的长时间运行。电动交通工具是一种电气系统，其需要有效的传热系统来去除运行过程中产生的热量。电动交通工具的传热系统通常使用水性传热流体(也称为“冷却剂”)，该传热流体间接去除由特定电气部件(如电池和电动机)产生的热量。随着电动交通工具技术的发展以支持更长的电池续航里程、更短的充电时间和更高的交通工具功率，存在与直接冷却电气部件相关的优势，而采用水性传热流体则无法做到这一点。
使用非水性介电传热流体，例如烃基流体，可以降低与水的电导率相关的安全问题的可能性，包括氢形成和释放的潜在风险。基于它的低电导率，烃基传热流体在不断发展的电动交通工具应用中为热电气部件表面的安全性和直接冷却提供了好处。
在许多电动交通工具应用中，传热流体的性能取决于其从电气部件中带走热量的能力以及传热流体在传热回路中循环所需的功率量。理想的合适传热流体将最大限度地去除热量，并且需要最小的功率来循环流体。
根据电动交通工具的设计，将控制其整体性能的传热流体的特定流体特性会有所不同。例如，在电动交通工具设计中，其中存在要经过其来去除热量的大表面积，和经过其随后从传热流体中去除热量以在再循环之前降低其温度的大表面积，则传热流体的热容将在确定从热部件到传热流体的热流量方面起主导作用。在其他电动交通工具设计中，诸如粘度、密度和热导率等流体特性也可以在确定热流方面发挥关键作用。在每种情况下，传热流体的流体特性对于确定循环传热流体所需的功率量也很重要。
虽然对于内燃机中油的预期寿命和降解途径已经有了很大的进步和理解，但在理解和预测电气系统，例如电动交通工具中传热流体的状况方面的经验和发展却很少。
发明内容
下文概述了本说明书的各种细节以提供基本理解。该概述不是本说明书的广泛综述，并且既不旨在标识本说明书的某些要素，也不旨在限制其范围。相反，本概述的主要目的是在下文呈现的更详细描述之前以简化形式呈现本说明书的一些概念。
在一个或多个方面，公开了一种操作传热系统的方法，以及该方法包括使非水性介电传热流体循环通过与电气系统流体连通的传热回路，该传热回路包括泵，管路和热交换器，获得传热回路内传热流体的流体特性的实时测量值，流体特性选自密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)和热导率(k)，基于实时流体特性以及传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)，以及针对传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)，由以下等式确定传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)：
Figure BDA0003945321500000021
以及
基于NEF流体确定传热流体状况，其中如果NEF流体低于预定阈值，则认为状况恶化，并且其中如果NEF流体高于预定阈值，则认为状况是可行的。
在一个或多个附加方面，操作传热系统的另一种方法包括使非水性介电传热流体循环通过与电气系统流体连通的传热回路，传热回路包括泵、管路、和热交换器，获得传热回路内传热流体的流体特性的实时测量值，流体特性选自密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)和热导率(k)，基于实时流体特性以及传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)，以及针对传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)，从以下等式确定传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)：
Figure BDA0003945321500000031
基于NEF流体确定传热流体的状况，其中如果NEF流体低于预定阈值，则认为状况恶化，并且其中如果NEF流体高于预定阈值，则认为状况是可行的，监测电气系统的温度，并且如果温度超过预定温度限制并且传热流体的状况是可行的，则确定电气系统存在硬件问题(hardwareissue)。
附图说明
所包括以下附图图示本说明书的某些方面，并且不应被视为排除其他实施方案。所公开的主题能够在形式和功能上进行相当大的修改、变更、组合和等效替换(equivalents)，而不脱离本说明书的范围。
附图1可以结合本说明书原理的传热系统示例的示意图。
附图2图示图1的计算机系统的示例实施方案。
发明详述
本说明书涉及用于电系统的传热流体，更具体地，涉及通过确定传热流体的实时状况来改进电气系统的传热系统的性能。
除非另有说明，本申请描述传热流体的所有百分比均按重量计。“Wt.％”是指重量百分比。
“电气系统”、“电气设备”、“电系统”、“电设备”及其任何变体，是指主要通过电气方式提供动力或操作，并且需要传热系统来去除产生的热量以用于长时间运行的任何系统、设备或装置。电气系统示例包括但不限于电动交通工具、包括在电动交通工具中的电力电子设备(例如，“车载”电子设备)、电动机、电池、可充电电池系统、充电站、电子设备、计算机、服务器组(或群)、数据中心或其任意组合。
“电动交通工具”及其任何变体，是指全电动和完全电动交通工具，以及混合动力和混合动力电动交通工具，它们可以单独或组合方式具有多种并联或串联传动系统配置中的任何一种，以及包括在交通工具中使用的齿轮的机械和电系统、子系统和部件。这些具有齿轮的机械和电系统、子系统和部件可以包括例如电动交通工具动力系统、动力系统部件、传动系统部件、动能回收系统(KERS)、能量再生系统等。术语电动交通工具和混合动力交通工具可以互换使用。此外，术语“电动交通工具”不限于陆上交通工具(例如汽车)，还旨在涵盖任何类型的完全或部分电力驱动的交通工具，包括航空交通工具(例如飞机、无人驾驶飞机、航天器等)和航海交通工具(例如，任何类型的水上交通工具、气垫船等)。“电动交通工具”还可以指手动驾驶或自动驾驶交通工具，或其任何混合动力交通工具。
已经发现在电动交通工具运行过程中，可以使用非水性传热流体来去除电气部件或设备(例如电池、车载电力电子设备、超快速充电系统和电动机)的热量，该流体直接去除热表面的热量。非水性传热流体，例如本说明书中提到的烃基传热流体，可以在不断发展的电动交通工具技术领域对于热部件表面的直接冷却和基于非水性传热流体低电导率的安全性两个方面都提供益处。
如上所述，在电动交通工具应用中，传热流体的性能受其从热表面带走热量的能力以及使传热流体循环通过传热回路所需的功率量两者控制。在理想情况下，选定的传热流体将最大限度地去除热量，并且需要最小的功率来使流体循环通过传热回路。
在给定的电动交通工具设计中，传热流体有效性可以定义为热流量(HF)与循环传热流体的功率(PC)之比。具有更高有效性的电动交通工具传热流体将能够以每单位循环流体所需的功率从热表面带走更多热量，从而这将在最大化电动交通工具电池续航里程和/或交通工具冷却系统优化设计方面提供显著优势。通过结合传热流体在特定交通工具应用中的有效性评估电动交通工具设计参数，已经确定了HF和PC如何分别受到传热流体的流体特性，例如密度(ρ)、粘度(μ)、热容或比热(cp)和热导率(k)的影响。这导致识别出一种独特的流体特性组合，在本申请中称为归一化有效性因子(NEF流体)，它最大化用于本申请所述的电动交通工具设计的传热流体的有效性。
出乎意料的是，该归一化有效性因子(NEF流体)不同于业界普遍提出的通常适用于液体冷却剂的传热，且称为Mouromtseff方程(或数字)的流体特性组合。因此，对于与具有较低NEF流体值的对比材料相比具有产生更高NEF流体值的特性的传热流体，可以改进和优化电动交通工具冷却系统的整体性能。在某些情况下，例如，通过使用具有等于或大于1的NEF流体的传热流体来获得传热系统性能的改进。在至少一个实施方案中，NEF流体＝1可以对应于新鲜的传热流体，并且在运行期间降解中传热流体的分数值是其降低的应用性或降解程度的直接指示。在这样的实施方案中，当NEF流体值下降到用户指定数值(分数)以下时，可以触发流体替换。
Mouromtseff方程被开发为用于比较流体特性对最终传热系数的影响的一种快速且方便的方法。虽然使用Mouromtseff方程为快速比较流体提供了一种方便的方法，但它的使用在例如流量、量纲和主导的热输送机理方面存在许多缺点。
就流量而言，除与流体物理特性有关的那些之外在从传热相关性中消除所有变量时，传统的Mouromtseff方程推导忽略了流体特性可能对流体循环速率产生的任何影响。特别是，如果使用离心泵来循环传热流体，则传热流体的流体特性将以特定方式影响循环速率，以及因此影响最终的局部流体速度。因此，当变量本身取决于流体特性，并且这种依赖性应包含在任何流体比较中时，通常会消除该变量。
就量纲而言，传统Mouromtseff方程中使用的流体特性变量具有单位。这意味着与努塞尔(Nu)、雷诺(Re)和普朗特(Pr)数不同，得到的Mouromtseff方程不是无量纲的；然而，适用的单位通常没有在文献中报道。因此，计算相同流体的Mouromtseff方程的任何两个不同从业者可能会产生不同的数字，这取决于例如，一个使用Si单位，而另一个使用英制单位。
就主导的热输送机理而言，使用Mouromtseff方程意味着在其中要使用流体的物理情况下热量去除由与流体的局部传热占主导地位。然而，在某些情况下，通过使传热流体循环的热输送可能占主导地位，例如在待冷却部件和散热部位处存在大传热区域的情况下。在这种情况下，局部传热的实际机理，和因此流体性质对局部传热的影响，变得不相关。在这些应用中，虽然Mouromtseff方程可能指示关于传热流体的某些内容，但它指示的内容可能与作为传热流体的流体性能不相关。
循环传热流体需要功率。对于其中独立地提供功率的某些传热应用，这可能不是问题。然而尤其在移动应用中，这种循环流体的功率通常由为移动提供功率的同动力源提供。例如，在电动交通工具中，电池为交通工具运动提供功率，并为传热流体循环提供功率。类似的情况发生在航空和航天应用中。在这种情况下，当比较用于传热服务的流体时，人们需要考虑流体特性如何影响传热，以及流体特性如何影响流体循环所需的功率。
循环传热流体所需的功率只是流体体积流量和通过循环回路的压降的乘积。这不包括执行此循环功率的特定泵的任何低效率，并且假定由理想泵递送。流体特性对循环流体的体积流量，和通过回路的压降两者的影响将取决于在该回路中主导压降的流态。换言之，传热回路中层流流态、过渡流态或湍流流态的存在将导致不同的关系。
同样，用于循环传热流体的特定类型的泵也会产生影响。例如，对于理想的容积泵，体积流量将始终保持不变，而与流体特性无关，但由此产生的压降会受到传热流体的流体特性的影响。在这种情况下，局部传热主导和热输送主导都不会因流量而改变，但不同流体的泵送功率仍会有所不同。相反，如果要使用恒压泵(即输送压力恒定而与流量无关的泵循环系统)，则流量会随物理特性而变化，因此循环流体所需的功率也会发生变化。对于离心泵，输送的压力和体积流量都可能随着不同的传热流体而变化。
如本申请所述，新型传热流体有效性因子可用于考虑传热流体作为传热介质的性能以及使传热流体循环通过传热回路所需的功率两者。该有效性因子将取决于具体的冷却应用，取决于待冷却的电气部件内的传热是否占主导地位，或者是否通过使传热流体循环的热输送占主导地位(通常是因为传热面积相对较大，或者因为使用了低循环速率)。该有效性因子在本申请中称为量纲(dimensional)有效性因子(DEF流体)，因为它将具有与Mouromtseff方程相同的单位缺陷。它将具有单位，使其具体值取决于用于具体特性的单位。
当热输送是冷却应用中控制传热流体性能的主导模式时，关于量纲有效性因子(DEF流体)关于指定流体循环流态和泵类型对流体特性的依赖性在表1中给出：
Figure BDA0003945321500000071
表1-传热流体和参考流体
在表1中，传热的细节不是相关的，这是由于它们不控制传热流体的传热性能。因此，传热流体可以流过管子，或在平板上流动，或作为射流喷射，或任何其他流体接触机理，并且由于热输送占主导地位，来自表1的量纲有效性因子(DEF流体)方程将适用。由于局部传热机理并不重要，因此可以看出对于任何一种情况，传热流体的热导率(k)都没有出现在表1中。
在当局部传热反而是冷却应用中控制传热流体性能的主导模式的情况下，则将考虑热导率(k)。此外，关于量纲有效性因子(DEF流体)关于指定的流体循环流态和泵类型对流体特性的依赖性将与表1中所示的那些不同。因此，在其中热输送是控制传热流体性能的主导机理的应用中，表1中给出的量纲有效性因子(DEF流体)方程仅提供用于说明性目的。因此，这些方程不应被视为特别限于本说明书的原理，而是仅提供示例。在其他示例中，可以提供方程，其中通过管状几何形状的局部传热是控制冷却流体性能的主导机理，其中通过在平板上流动的局部传热是控制冷却流体的性能的主要机理，或其中通过射流到平板上的局部传热是控制应用中冷却流体性能的主导机理。
为了克服量纲有效性因子(DEF流体)依赖于所使用的单位系统的问题，使用了上面最初介绍的归一化有效性因子(NEF流体)。归一化有效性因子(NEF流体)由以下等式确定：
Figure BDA0003945321500000081
其中DEF流体是传热流体的量纲有效性因子，它是根据表1中指定的方程(或另一个表中对应于局部传热主导应用的方程)针对选定的泵和选定的传热回路主导流态确定的，而DEF参考是参考流体的量纲有效性因子，它使用表1中针对DEF流体以及针对相同选定的泵和相同选定的传热回路主导流态指定的相同方程确定。DEF流体和DEF参考都在相同的预定温度下确定，并且在每个方程中使用每个特性的匹配单位。
用于确定DEF流体和DEF参考的预定温度可以在很宽的范围内变化。例如，预定温度可以在约-40℃和约175℃之间，或在约-25℃和约170℃之间，或者在约-10℃和约165℃之间，或者在约0℃至约160℃之间，或约10℃至约155℃，或约25℃至约150℃，或约25℃至约125℃，或约30℃至约120℃，或约35℃至约115℃，或约35℃至约105℃，或约35℃至约95℃，或约35℃至约85℃。用于确定DEF流体和DEF参考的优选预定温度包括40℃或80℃。
可以根据本说明书使用的示例性参考流体包括例如本领域已知的常规流体，例如联苯26.5％+二苯醚73.5％(Dowtherm A)、硅氧烷(>95％，KV100 16.6cSt)(Duratherm S)，有机硅酸酯(>90％，KV1000.93cSt)(Coolanol 20)，有机硅酸酯(>90％，KV100 1.6cSt)(Coolanol25R)，全氟流体C5-C8(KV25 2.2cSt)(Fluorinert FC-40)，3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷(>99％)(Novec 7500)等。在其他实施方案中，参考流体可以与传热流体相同，但没有其流体特性的任何降解；即新鲜或新的传热流体。更具体地，在一个或多个方面，参考流体可以与处于新鲜或未使用状态的传热流体相同以及或者表现出相同的特性。在这些方面中，在传热流体的操作性使用之前，NEF流体等于1，这是因为DEF流体基本上被其自身相除。因此，如将在下文更详细讨论的，传热流体通过操作随时间的任何后续劣化将导致NEF流体随着DEF流体的值减小而具有某个分数值。
给定参考流体DEF参考的流体特性在文献中很容易获得，条件是使用一致的单位来评估DEF流体和DEF参考，则归一化有效性因子(NEF流体)将是无量纲的，从而消除了DEF流体的缺点之一以及诸如Mouromtseff方程之类的度量。
对于任何特定的冷却应用，可以确定适当的密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)和热导率(k)特性，然后这些属性可用于计算DEF流体和DEF参考，则NEF流体可以从其确定。
归一化有效性因子(NEF流体)所依赖的流体特性都与温度有关。就本说明书而言，应在待冷却元件的平均温度下评估特性。对于使用方程来定义流体，可以使用40℃或80℃的温度，但也可以使用任何其他温度，前提是所评估的传热流体，以及参考流体的特性两者使用相同的温度。
与使用Mouromtseff方程来评估用于传热应用的流体相比，上面提供的归一化有效性因子(NEF流体)方程具有许多益处。NEF流体方程的主要益处是在评估流体的潜在传热性能时考虑循环传热流体所需的功率。NEF流体方程可以被认为是提供每单位流体循环能量的传热潜力的量度。对于其中在循环传热流体和为其他用途提供功率之间共享电源的应用，循环所需功率的最小化使可用于其他目标的功率最大化。
或者，如果在设计过程中使用，可以使用较小的电池产生类似的范围。或者，交通工具设计者可以利用增加的功率在交通工具上提供额外的动力特征。同样，在航空应用中，减少的循环功率可以提高燃油经济性、增加航程或在飞机上安装其他功能。在航空航天应用中，功率通常通过太阳能收集器提供。对可用功率的这种限制更加强调了功率管理，并且使用归一化有效性因子(NEF流体)方程提供了对于有限量可用循环功率获得最大传热量的措施。
Mouromtseff方程的传统推导在简化传热相关性期间忽略了流体特性对速度的影响。虽然这对于使用容积式来循环流体的应用不太重要，但对于其他类型的泵来说却很重要。归一化有效性因子(NEF流体)方程方案确保流体特性完全包含在分析中。
Mouromtseff方程的历史使用导致使用有单位的数字。具有不同单位的数值比较并不简单。因为归一化有效性因子(NEF流体)方程是无单位的，所以它提供了一种方便的方法来比较来自不同来源的值。
使用Mouromtseff方程方案进行流体评估意味着局部传热过程是主导机理，它决定了流体的传热性能。这并非总是如此。流体评估需要基于对决定传热性能的主导机理的理解进行。归一化有效性因子(NEF流体)方程方案为不同的应用提供了不同的选项。这为流体评估提供了更严格和正确的方法。
本申请提到的传热流体表现出流体特性(例如，密度(ρ)、比热(cp)和动态粘度(μ))用于在特定电气系统中赋予令人满意的传热性能。此外，本申请提到的传热流体可以具有有利于它们在特定装置中使用的其他特性。这样的其他性质包括例如热导率(k)和闪点。具有较高热导率(k)的传热流体可能是有益的，因为它会提高传热速率，而具有较高闪点的流体可能是有益的，因为它会降低可燃性。此外，具有赋予电相容性以及与特定电气系统和设备中的材料相容性的特性的传热流体在特定电气设备中可能是有益的。
如本申请所用，密度(ρ)根据ASTM D8085或D4052测定，比热(cp)通过ASTM E1269测定，和动态粘度(μ)通过ASTM D8085测定或由ASTM D445和ASTM D4052得到。
在一个实施方案中，在40℃的温度下，本申请提到的传热流体具有约0.25g/mL至约1.75g/mL，或约0.30g/mL至约1.70g/mL，或约0.35g/mL至约1.65g/mL，或约0.40g/mL至约1.60g/mL，或约0.45g/mL至约1.55g/mL的密度(ρ)。
在另一个实施方案中，在80℃的温度下，本申请提到的传热流体具有约0.25g/mL至约1.75g/mL，或约0.30g/mL至约1.70g/mL，或约0.35g/mL至约1.65g/mL，或约0.40g/mL至约1.60g/mL，或约0.45g/mL至约1.55g/mL的密度(ρ)。
在一个实施方案中，在40℃的温度下，本申请提到的传热流体的比热(cp)为约1.25kJ/kg·K至约3.50kJ/kg·K，或约1.35kJ/kg·K至约3.40kJ/kg·K，或约1.45kJ/kg·K至约3.25kJ/kg·K，或约1.50kJ/kg·K至约3.20kJ/kg·K，或约1.55kJ/kg·K至约3.15kJ/kg·K。
在另一个实施方案中，在80℃的温度下，本申请提到的传热流体的比热(cp)为约1.25kJ/kg·K至约3.50kJ/kg·K或约1.35kJ/kg·K至约3.40kJ/kg·K，或约1.45kJ/kg·K至约3.25kJ/kg·K，或约1.50kJ/kg·K至约3.20kJ/kg·K，或约1.55kJ/kg·K至约3.15kJ/kg·K。
在平均流体温度为40℃的实施方案中，本申请提及的传热流体动态粘度(μ)为约0.50厘泊(cP)至约7.50cP，或约0.55cP至约7.00cP，或约0.65cP至约6.50cP，或约0.70cP至约6.00cP，或约0.75cP至约5.50cP。
在平均流体温度为80℃的另一个实施方案中，本申请提到的传热流体的动态粘度(μ)为约0.50cP至约7.50cP，或约0.55cP至约7.00cP，或约0.65cP至约6.50cP，或约0.70cP至约6.00cP，或约0.75cP至约5.50cP。
在某些方面，当热输送是应用中控制传热流体性能的主导模式时，对于指定流体循环流态和泵类型的量纲有效性因子(DEF流体)方程对流体特性的依赖性如下所示：
1)对于容积泵和层流传热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为ρ1cp 1μ-1；
2)对于容积泵和过渡流传热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为ρ0.25cp 1μ-0.25；
3)对于容积泵和湍流传热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为cp 1；
4)对于离心泵和层流换热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为ρ0.19cp 1μ-0.19；
5)对于离心泵和过渡流传热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为ρ0.04cp 1μ-0.04；和
6)对于离心泵和湍流传热回路的主导流态，DEF流体和DEF参考均为cp 1。
在一个或多个附加方面，当热输送是应用中控制传热流体性能的主要模式时，对于指定流体循环流态和泵类型的量纲有效性因子(DEF流体)方程对流体特性的依赖性如下所示：
1)对于容积泵和层流传热回路的主导流态DEF流体和DEF参考均为ρ0.5-1.5cp 0.5-1.5μ-1.5-0.5；
2)对于容积泵和过渡流传热回路的主导流态，DEF流体和DEF参考均为ρ0.1-0.5cp 0.5-1.5μ-0.5-0.1；
3)对于容积泵和过渡流传热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为cp 0.5-1.5；
4)对于离心泵和层流换热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为ρ0.05-0.5cp 0.5-1.5μ-0.5-0.05；
5)对于离心泵和过渡流传热回路主导流态，DEF流体和DEF参考均为ρ0.01-0.1cp 0.5-1.5μ-0.1-0.01；和
6)对于离心泵和湍流传热回路的主导流态，DEF流体和DEF参考均为cp 0.5-1.5。
当热输送是控制传热流体性能的主导模式时，提供上述量纲有效性因子(DEF流体)方程依赖性仅用于说明目的。在其中局部传热(即热导率)反而是冷却应用中控制传热流体性能的主导模式的应用中，方程依赖性会有所不同。因此，前述量纲有效性因子(DEF流体)方程依赖性仅出于说明性目的而提供并且不应被视为特别限于本说明书的原理。
本申请提及的传热流体提供在传热流体的整个生命周期内持续的传热流体特性，以及与本申请提及的电系统(例如电动交通工具及其部件和材料)的相容性。可根据本说明书进行冷却的示例性电动交通工具部件包括例如电动交通工具电池、电动机、发电机、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC转换器、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC变压器、电源管理系统、控制电池的电子设备、车载充电器、车载电力电子设备、超快速充电系统、充电站的快速充电设备、固定式超快速充电器等。
取决于特定的电气系统(例如，电动交通工具电池、电动机、发电机、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC转换器、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC变压器、电源管理系统、控制电池的电子设备、车载充电器、车载电力电子设备、超快速充电系统、充电站快速充电设备、固定式超快速充电器等)，电气系统可以在很宽的温度范围内工作。例如，电气系统可以在约-40℃和约175℃之间、或约-25℃和约170℃之间、或约-10℃和约165℃之间，或约0℃至约160℃，或约10℃至约155℃，或约25℃至约150℃，或约25℃至约125℃，或约30℃至约120℃，或约35℃至约115℃，或约35℃至约105℃，或约35℃至约95℃，或约35℃至和约85℃的温度下运行。
在一个实施方案中，可以在电气系统中使用单一的传热流体。在另一个实施方案中，可以在电气系统中使用一种以上的传热流体，例如，一种用于电池的传热流体和另一种用于电气系统的另一部件的传热流体。
本申请提到的传热流体在设备部件的表面上提供了有利的性能，这些设备部件包括例如以下材料：金属、金属合金、非金属、非金属合金、混合碳-金属复合材料和合金、混合碳-非金属复合材料和合金、黑色金属、黑色金属复合材料和合金、有色金属、有色金属复合材料和合金、钛、钛复合材料和合金、铝、铝复合材料和合金、镁、镁复合材料和合金、离子注入金属和合金，等离子改性表面；表面改性材料；涂层；单层、多层和梯度分层涂层；珩磨表面；抛光表面；蚀刻表面；纹理表面；纹理表面上的微米和纳米结构；超精加工表面；类金刚石碳(DLC)，高氢含量的DLC，中等氢含量的DLC，低氢含量的DLC，接近零氢含量的DLC，DLC复合材料，DLC-金属组合物和复合材料，DLC-非金属组合物和复合材料；陶瓷、陶瓷氧化物、陶瓷氮化物、FeN、CrN、陶瓷碳化物、混合陶瓷组合物等；聚合物、热塑性聚合物、工程聚合物、聚合物共混物、聚合物合金、聚合物复合材料；材料组合物和复合材料，包括例如石墨、碳、钼、二硫化钼、聚四氟乙烯、聚全氟丙烯、聚全氟烷基醚等。
参考图1，示出了可以结合本说明书的原理的示例传热系统100的示意图。传热系统100包括传热回路102，传热回路102包括一个或多个管路104和泵106，泵106配置为使传热流体循环通过管路104。泵106可以包括例如容积泵或离心泵。传热流体可以包括本申请提到的任何非水介电传热流体，并且可以用于冷却形成电气系统的一部分的电气部件108。电气部件108具有传热面积A热并且传热流体可以被配置为直接冷却电气部件108的一个或多个表面。更具体地，传热流体可以直接接触电气部件108，从而将热量从电气部件108吸走。
需要热输送速率(Q)来将电子部件108保持在Te温度。通过使具有热容(cp)的传热流体循环到与电气部件108直接接触来从电气部件108中去除热量。传热流体首先以低(冷)温度Tc接触电气部件108。在与电气部件108进行热交换之后，在高温Th下输送传热流体离开电气部件108。然后加热的传热流体在管路104内被传送到包括在传热回路102中的热交换器110。通过将热量从传热流体中吸走，热交换器110操作可以与散热器类似。在一些情况下，热交换器110可以将热量释放给另一种传热流体，或者，如图所示，排放到环境温度Ta的空气中。热交换器110(具有传热面积A冷)可以是特定的装置，或者只是当传热流体流过管路104时热量损失到大气中。
泵106以质量流量
Figure BDA0003945321500000141
使传热流体循环通过传热回路102。在稳态下，热输送速率(Q)由以下等式确定：
Figure BDA0003945321500000151
其中
Figure BDA0003945321500000152
是体积流量和ρ是流体密度。根据泵106的类型和传热流体的最终流量，并且还根据电气部件108和热交换器108的配置和表面积A热和A冷，传热回路的主导流态可以是层流、过渡流或湍流。
在传热回路102内，电气部件108的冷却可以由流体从电气部件108“输送热量”的能力主导，或者，可以由电气部件108内的“局部传热”机理主导。许多不同的设备设计和操作因素可以决定这两种现象中的哪一种占主导地位。例如，在电气部件108(即要被冷却的元件)中，局部传热可以通过在设备设计中包括冷却翅片来增强，这增加了有效的传热面积。类似地，局部传热可以通过人工诱导湍流来改善，或者通过元件内的流体射流增强流体/硬件接触来加强。对于任何特定的电气系统，无论是由于基本设计还是通过有针对性的设计增强，这种局部传热可能不是控制传热性能的主导机理，而是传热流体的性能可能由传热流体从电气部件108将热量输送走的能力主导。传热流体可以输送的最大热量由下式给出：
Figure BDA0003945321500000153
从电气部件108输送的实际热量由下式给出：
Figure BDA0003945321500000154
如果被输送的实际热量小于或等于可以输送的最大热量的一半，则认为传热系统100同局部传热主导，即，
Figure BDA0003945321500000155
相反，如果实际输送递的热量超过流体可以输送的最大可能热量的一半，则认为传热系统100由“热输送”主导，即，
Figure BDA0003945321500000156
由于Mouromtseff方程(或数)试图将传热流体的局部传热系数与流体特性联系起来，因此涉及Mouromtseff方程有关传热流体的历史性讨论仅在“局部传热主导”的应用中有意义，并且几乎没有与“热输送主导”的应用相关。此外，应该注意的是与Mouromtseff方程不同，本申请所述的DEF和NEF有效性因子获得传热性能和循环流体所需的能量这两者。
根据本说明书的实施方案，可以确定(计算)循环通过传热回路102的传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)，以帮助理解和预测传热流体的实时状况。通过了解密度、粘度、热容和热导率，以及电气设备的具体设计对传热流体的功效的影响，可以在使用过程中评估传热流体的实时状况或可行性。为了帮助实现这一点，传热系统100可以进一步包括一个或多个传感器，该传感器与传热回路102连通并且被配置为获得在传热回路102内循环的传热流体的密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)以及热导率(k)的实时测量值。在所示实施方案中，传热系统100包括配置为测量传热流体的密度(ρ)的密度传感器112a、配置为测量传热流体的动态粘度(μ)的粘度传感器112b、配置为测量传热流体的比热(cp)的热容传感器112c、以及配置为测量传热流体的热导率(k)的热导率传感器112d。
传感器112a-d可以与计算机系统114连通(有线或无线)。由传感器112a-d获得的测量值可以传送到计算机系统114以进行处理。计算机系统114可被编程或以其他方式配置为使用由传感器112a-d获得的测量值来有助于计算对于选定的泵106以及传热回路102内选定的主导流态的量纲有效性因子(DEF流体)和(DEF参考)。
此外，计算机系统114然后可以被编程或以其他方式配置为确定或以其他方式计算传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)，这可以帮助确定传热流体的状况。例如，如果NEF流体的值处于或高于预定阈值，则认为传热流体在帮助从电气部件106去除热量方面的状况是可行的或仍然有效。相反，如果NEF流体的值低于预定阈值，则传热流体的状况可能被认为恶化或不再有效。在一些实施方案中，传热流体的NEF流体的值的预定阈值可以是1.0。
在一些实施方案中，一旦传热流体的NEF流体的值低于预定阈值，计算机系统114可以配置为向用户(操作员)发送警报从而指示上述问题。在这样的实施方案中，用户然后可以根据需要决定更换或补充传热流体。在其他实施方案中，特别是在具有自动驾驶交通工具等的实施方案中，一旦传热流体的NEF流体的值低于预定阈值，计算机系统114可以被配置为将自动驾驶交通工具引导到维修站，在该维修站可以更换或补充传热流体。
由于传热流体的功效(可行性)影响传热系统100的性能，因此传热流体的实时功效与热传递系统100的整体功效的比较可以帮助诊断冷却性能减弱是来自传热流体的退化、还是替代地来自整体硬件问题。换言之，确定或以其他方式计算传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)还可以帮助诊断电设备的工作温度升高是否与传热流体劣化有关，或者它是否源于与电设备相关的硬件问题。更具体地，如果NEF流体的值保持在或高于预定阈值，但电设备的工作温度继续增加，则传热流体状况可以被认为是可行的或仍然能有效地帮助从电气部件中去除热量106。相反，操作温度升高的原因可能与传热系统100的硬件问题有关。示例硬件问题包括但不限于电气部件108的结垢、运行不正常的泵106等。
在其中确定传热流体的状况仍然是可行的，但传热系统100的硬件问题可能存在故障的实施方案中，计算机系统114可以被配置为向用户(操作员)发送警报从而指示上述问题。在这样的实施方案中，用户随后可以决定对电气设备的硬件进行维护。在其他实施方案中，尤其是在具有自动驾驶交通工具等的实施方案中，当确定硬件问题导致传热系统100中的温度升高时，计算机系统114可以被配置为将自动驾驶交通工具引导至维修站，在维修站可能会分析硬件并且可能会潜在地解决硬件问题。
在一些实施方案中，传感器112a-d中的一个或多个可以形成传热回路102的组成部分。在这样的实施方案中，例如，传感器112a-d可以包括与传热回路102持续流体连通的电动交通工具中的内部或车载传感器。此外，在这样的实施方案中，可以利用传感器112自主连续地、半连续地、以预定间隔进行测量，或者按照计算机系统114或操作员的指示进行测量。
然而，在其他实施方案中，一个或多个传感器112a-d可以位于传热回路102的外部。在这样的实施方案中，可以将传热流体的样品从传热回路102获得(提取)并输送到传感器112a-d所在的位置以供分析。在至少一个实施方案中，获得传热流体的样品可以类似于获得内燃机中的油样品，或者也可以通过任何其他已知的方式来实现。此外，在这样的实施方案中，可以采用预定的时间间隔或在操作者希望检查传热流体状况的任何时候获得传热流体的样品。
图2图示了图1的计算机系统114的示例实施方案。如图所示，计算机系统114包括一个或多个处理器202，其可以控制计算机系统114的操作。“处理器”在本申请中也称为“控制器”。处理器202可以包括任何类型的微处理器或中央处理单元(CPU)，包括可编程的通用或专用微处理器和/或多种专有或商业上可用的单处理器或多处理器系统中的任何一种。计算机系统114还可以包括一个或多个存储器204，其可以为将由处理器202执行的代码或从一个或多个用户、存储设备和/或数据库获取的数据提供临时存储。存储器204可以包括只读存储器(ROM)、闪存、一种或多种随机存取存储器(RAM)(例如，静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)或同步DRAM(SDRAM))，和/或存储器技术的组合。
计算机系统114的各种元件可以耦合到总线系统206。图示的总线系统206是表示通过适当的桥接器、适配器和/或控制器连接的任何一个或多个单独的物理总线、通信线路/界面和/或多点或点对点连接的抽象。计算机系统114还可以包括一个或多个网络界面208、一个或多个输入/输出(IO)界面210和一个或多个存储设备212。
网络界面208可以使计算机系统114能够通过网络与远程设备(例如，其他计算机系统)通信，并且对于非限制性示例，可以是远程桌面连接界面、以太网适配器和/或其他局域网(LAN)适配器。IO界面210可以包括一个或多个界面部件以将计算机系统114与其他电子设备连接。对于非限制性示例，IO界面210可以包括高速数据端口，例如通用串行总线(USB)端口、1394端口、Wi-Fi、蓝牙等。此外，人类用户可以访问计算机系统114，因此IO界面210可以包括显示器、扬声器、键盘、定点设备和/或各种其他视频、音频或字母数字界面。存储设备212可以包括用于以非易失性和/或非瞬态方式存储数据的任何传统介质。存储设备212因此可以将数据和/或指令保持在持久状态，即，尽管计算机系统114的电源中断，仍保留这些值。存储设备212可以包括一个或多个硬盘驱动器、闪存驱动器、USB驱动器、光驱、各种媒体卡、软盘、光盘和/或它们的任意组合，并且可以直接连接到计算机系统114或远程连接到计算机系统114，例如通过网络。在示例性实施方案中，存储设备212可以包括被配置为存储数据的有形或非暂时性计算机可读介质，例如硬盘驱动器、闪存驱动器、USB驱动器、光驱、媒体卡、软盘、光盘等。
图2中所示的元素可以是单个物理机的部分或全部元素。此外，并非所有图示的元素都需要位于同一物理机器上或同一物理机器中。示例性计算机系统包括传统的台式计算机、工作站、小型计算机、膝上型计算机、平板计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话等。
计算机系统114可以包括用于检索网页或其他标记语言流、呈现那些页面和/或流(视觉、听觉或其他方式)、在那些页面/流上执行脚本、控件和其他代码、接受关于这些页面/流的用户输入(例如，为了完成输入字段)，发出关于这些页面/流的超文本传输协议(HTTP)请求或其他(例如，用于从完成的输入字段向服务器提交信息)等。网页或其他标记语言可以是超文本标记语言(HTML)或其他常规形式，包括嵌入式可扩展标记语言(XML)、脚本、控件等。计算机系统114还可以包括用于生成和/或传送网页到客户端计算机系统的网络服务器。
在示例性实施方案中，计算机系统114可以作为单个单元提供，例如作为单服务器、作为单塔(single tower)、包含在单个外壳内等。单个单元可以是模块化的使得其各个方面可以根据需要进行换入和换出，例如升级、更换、维护等，而不会中断系统任何其他方面的功能。因此，单个单元也可以是可扩展的，能够在需要和/或改进现有模块的附加模块和/或附加功能时添加。
计算机系统114还可以包括多种其他软件和/或硬件部件中的任一种，包括作为非限制性示例的操作系统和数据库管理系统。尽管这里描绘和描述了示例性计算机系统，但是应当理解，这是为了一般性和方便性。在其他实施方案中，计算机系统的架构和操作可能与这里所示和描述的不同。
存储设备212可以包括一个或多个数据库，该数据库被配置为在存储器204中存储和排列数据并与处理器202交互。该数据包括选自密度(ρ)、比热(cp)、热导率(k)以及动态粘度(μ)的至少一种流体特性。
存储器204的部件之一可以是程序模块214。程序模块214包含用于控制处理器202执行本申请所述方法的指令。例如，作为程序模块214执行的结果，处理器202确定传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)、参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)和传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)。然后可以对处理器202进行编程以确定NEF流体的值是否处于、高于或低于预定阈值，从而指示传热流体的状况为可行的或恶化。处理器202向网络界面208的用户界面输出此处描述的方法的执行结果。或者，处理器202可以通过网络界面208将输出定向到远程设备(未示出)。
术语“模块”在本申请中用于表示可以体现为独立部件或多个从属部件的集成配置的功能操作。因此，程序模块214可以被实现为单个模块或者被实现为彼此协作操作的多个模块。此外，虽然程序模块214在本申请中被公开为安装在存储器204中，因此以软件实现，但它可以采用任何硬件(例如，电子电路)、固件、软件或它们的组合来实现。
虽然程序模块214被指示为已经加载到存储器204中，但它可以被配置在存储介质335上以用于随后加载到存储器204中。存储介质335可以是在其上以有形形式存储程序模块214的任何常规存储介质。存储介质335的示例包括软盘、光盘、磁带、只读存储器、光学存储介质、通用串行总线(USB)闪存驱动器、数字通用盘或压缩驱动器。或者，存储介质335可以是随机存取存储器或其他类型的电子存储器，位于远程存储系统上并通过网络330耦合到计算机305。
实施例
提供以下非限制性实施例以帮助说明本说明书的各个方面。
案例1
在案例1中提到的电动交通工具设计中，有一个很大的表面积，通过该表面积可以从电气系统的热表面中去除热量。例如，当待冷却的电池具有可用于冷却的大表面积时，就是这种情况。因此，从热表面流向传热流体的热量是热输送主导的。在此案例1中提到的交通工具设计中，冷却回路设计产生过渡流(雷诺数在2100到4000左右)在整个系统中占主导地位，以实现传热流体循环所需的压力以及冷却系统的重量和尺寸之间的平衡。最后，在此案例1中提到的交通工具设计中，采用了恒流(容积)泵，这样通过系统泵送的传热流体的体积与传热流体的特性无关。
因此，在这种类型的电动交通工具中，归一化有效性因子(NEF流体)将与以下传热流体特性组合成正比：
Figure BDA0003945321500000211
案例2
在案例2中提到的电动交通工具设计中，有一个很大的表面积，热量可以通过该表面积从热表面移除。例如，当待冷却的电池具有可用于冷却的大表面积时，就是这种情况。因此，从热表面流向传热流体的热量是热输送主导。在案例2中提到的交通工具设计中，冷却回路设计在整个系统中产生层流(雷诺数小于2100左右)，以防止损坏敏感部件(例如电子设备)并使得循环传热流体所需的压力最小化。最后，在案例2中提到的交通工具设计中，采用了恒流(容积)泵，这样通过系统泵送的传热流体的体积与传热流体的特性无关。
因此，在这种类型的电动交通工具中，归一化有效性因子(NEF流体)将与以下传热流体特性组合成正比：
Figure BDA0003945321500000212
传热流体配方的制备和测试结果
传热流体配方中使用的所有成分都是可商购的。如本申请所述制备传热流体配方。配方中使用的任选添加剂包括常规量的常规添加剂。任选的添加剂是抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡剂和抗磨添加剂中的一种或多种。
通过将至少一种基础原料(base stock)与一种或多种选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡剂和抗磨添加剂的添加剂混合来制备传热流体。根据ASTM D8085或D4052测量密度(ρ)。比热(cp)通过ASTM E1269测量。动态粘度(μ)通过ASTM D8085测量或源自ASTM D445和ASTM D4052。对于其中热输送是控制应用中传热流体性能的主导机理的情况的量纲有效性因子(DEF流体)方程在本申请的表1中给出。
归一化有效性因子(NEF流体)由下式确定：
Figure BDA0003945321500000221
其中DEF流体是传热流体的量纲有效性因子，其基于本申请表1中指定的方程针对选定的泵和选定的冷却回路主导流态确定；并且其中DEF参考是参考流体的量纲有效性因子，其使用针对相同选定泵和针对相同选定的冷却回路主导流态的上面表1中针对DEF流体指定的相同方程确定。DEF流体和DEF参考都是在相同的预定温度(即40℃或80℃)下确定的，并且在每个方程中使用了每个特性的匹配单位。
多年来，研究人员已经开发了许多压降关联式。例如，用于计算由于管道中的层流引起的压降的最广泛使用的关联式之一是常用的Hagen-Poiseuille方程。使用的具体关联式将取决于通过回路发生大部分压降的几何形状和流态。对于本说明书，使用“Fanning摩擦因子”，f的关联式，其定义为：
Figure BDA0003945321500000222
其中f是Fanning摩擦因子，d是管/管道直径，ΔP是压降，L是管/管道的当量长度，ρ是平均流体密度，和v是流体速度。
摩擦因子关联式已发展为雷诺数的函数：
Figure BDA0003945321500000231
层流定义为Re<2,100。在这种流态下，摩擦因子f由下式给出：
Figure BDA0003945321500000232
过渡流定义为当Re>2,100时，其摩擦因子可以用Blasius方程描述，如下所列：
Figure BDA0003945321500000233
过渡流到完全湍流取决于管道的粗糙度。对于光滑的管道，上面的Blasius方程在雷诺数为107时是有效的。对于特定应用，可以参考参考文献中的图表，如R.B.Bird，W.E.Stewart和E.N.Lightfoot，“Transport Phenomena”，John Wiley&Sons，纽约，1960，其中基于特定应用的粗糙度，可以确定与Blasius方程的偏差。
尽管这些特定的关联式已被用于导出本说明书的因子中特性的指数，但应注意任何特定的压降关联式可用于任何特定的应用。同样，这种方法可以用于任何其他应用，例如流过管束(tube bank)的外部，或轴向流过同心旋转圆柱体，例如在直接冷却转子/定子时可能遇到的情况。
传热流体基础原料和辅助基础原料(Cobase Stocks)
广泛的传热流体基础油(base oils)在本领域中是已知的。可用于本说明书的传热流体基础油是天然油、矿物油和合成油，及可以使用未精制、精制或再精制(后者也称为再生油或再加工油)的非常规油(或其混合物)。未精制油是直接从天然或合成来源获得的油，无需额外纯化即可使用。这些包括直接从干馏操作获得的页岩油、直接从初级蒸馏获得的石油和直接从酯化过程获得的酯油。精炼油类似于针对未精炼油讨论的油，除了精炼油经过一个或多个纯化步骤以改善至少一种传热流体基础油的特性。本领域技术人员熟悉许多纯化方法。这些过程包括溶剂萃取、二次蒸馏、酸萃取、碱萃取、过滤和渗滤。再精制油是通过类似于精制油的工艺获得的，但使用以前用作原料进料(feedstock)的油。
类I、II、III、IV和V是由美国石油学会(API出版物1509；www.API.org)开发和定义的广泛基础油分类以创建传热流体基础油指南。类I基础原料的粘度指数在约80至120之间并且含有大于约0.03％硫和/或小于约90％饱和物。类II基础原料的粘度指数在约80至120之间，并且含有小于或等于约0.03％硫和大于或等于约90％饱和物。类III基础原料的粘度指数大于约120，含有小于或等于约0.03％硫和大于约90％饱和物。类IV包括聚α-烯烃(PAO)。类V基础原料包括未包括在第I-IV类中的基础原料。下面的表2归纳了这五类中每一类的特性。
Figure BDA0003945321500000241
表2
天然油包括动物油、植物油(例如蓖麻油和猪油)和矿物油。可以使用具有良好热氧化稳定性的动物和植物油。在天然油中，矿物油是优选的。矿物油随其原油(crude)来源而差异很大，例如，关于它们是石蜡烃(paraffinic)、环烷烃还是混合石蜡烃-环烷烃。来自煤或页岩的油也是有用的。天然油的生产和纯化方法也各不相同，例如，它们的蒸馏范围以及它们是直馏还是裂化、加氢精制或溶剂萃取的。
类II和/或类III加氢处理或加氢裂化基础原料，包括合成油如烷基芳烃和合成酯也是公知的基础原料油。
合成油包括烃油。烃油包括油如聚合和互聚的烯烃(例如聚丁烯、聚丙烯、丙烯异丁烯共聚物、乙烯-烯烃共聚物和乙烯-α-烯烃共聚物)。聚α-烯烃(PAO)油基础原料是常用的合成烃油。例如，可以使用衍生自C8，C10，C12，C14烯烃或其混合物的PAO。参见专利号为4,956,122；4,827,064；和4,827,073的美国专利。
属于已知材料以及通常可以在商业规模上从供应商如ExxonMobil ChemicalCompany、Chevron Phillips Chemical Company、BP以及其他供应商获得的PAO的数均分子量通常在约250至约3,000之间变化，尽管可以采用高达约350cSt的粘度制备PAO(100℃)。优选是通常由α-烯烃的相对低分子量氢化聚合物或低聚物组成的PAO，其包括但不限于C2至约C32α-烯烃与C8至约C16α-烯烃，例如1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯等。优选的聚α-烯烃是聚-1-辛烯、聚-1-癸烯和聚-1-十二碳烯及其混合物和混合烯烃衍生的聚烯烃。然而，C14至C18范围内的高级烯烃的二聚物可用于提供可接受低挥发性的低粘度基础原料。根据粘度等级和起始低聚物，PAO可能主要是起始烯烃的三聚物和四聚物，及少量高级低聚物，具有1.5至12cSt的粘度范围。特定用途的PAO流体可包括3.0cSt、3.4cSt和/或3.6cSt及其组合。如果需要可以使用粘度范围为1.5至大约350cSt或更高的PAO流体的混合物。
PAO流体可以方便地通过α-烯烃在聚合催化剂例如Friedel-Crafts催化剂的存在下聚合制备，所述催化剂包括例如三氯化铝、三氟化硼或三氟化硼与水的络合物、醇例如乙醇、丙醇或丁醇、羧酸或酯如乙酸乙酯或丙酸乙酯。例如，专利号为4,149,178或3,382,291的美国专利公开的方法可以方便地用于本申请。PAO合成的其他描述见以下专利号为3,742,082；3,769,363；3,876,720；4,239,930；4,367,352；4,413,156；4,434,408；4,910,355；4,956,122；和5,068,487的美国专利。C14至C18烯烃的二聚物公开于美国专利US4,218,330中。
其他有用的传热流体油基础原料包括蜡异构体基础原料和基础油，其包括加氢异构化的蜡质原料(例如蜡质原料如瓦斯油、粗蜡、燃料加氢裂化器底部物等)、加氢异构化的费托蜡、气体液化(Gas-to-Liquids，GTL)基础原料和基础油，以及其他蜡异构体加氢异构化基础原料和基础油，或其混合物。费-托蜡是费-托合成的高沸点残余物，是硫含量非常低的高度石蜡烃。用于生产此类基础原料的加氢处理可使用无定形加氢裂化/加氢异构化催化剂，例如专用润滑油加氢裂化(LHDC)催化剂或结晶加氢裂化/加氢异构化催化剂中的一种，优选沸石催化剂。例如，一种有用的催化剂是如美国专利US5,075,269中所述的ZSM-48，其公开内容以引用的方式整体并入本申请。制备加氢裂化/加氢异构化馏出物和加氢裂化/加氢异构化蜡的方法公开于例如专利号为2,817,693；4,975,177；4,921,594和4,897,178美国专利以及英国专利第1,429,494号；第1,350,257号；第1,440,230号和第1,390,359号。上述专利中的每一个都以其整体并入本申请。在专利申请号464546和464547的欧洲专利申请中公开了特别有利的工艺，它们也通过引用并入本申请。使用费-托蜡进料的方法在专利号为4,594,172和4,943,672的美国专利中公开，其公开内容通过引用整体并入本申请。
气体液化(GTL)基础油、费托蜡衍生的基础油和其他蜡衍生的加氢异构化(蜡异构体)基础油有利地用于本说明书内容，并且在100℃下可能具有有用的运动粘度约3cSt至约50cSt，优选约3cSt至约30cSt，更优选约3.5cSt至约25cSt，如由在100℃下的运动粘度约为4.0cSt和粘度指数约为141的GTL 4示例。这些气体液化(GTL)基础油、费托蜡衍生的基础油和其他蜡衍生的加氢异构化基础油可能具有约-20℃或更低的有用倾点，并且在某些条件下可能具有约-25℃或更低的有利倾点，有用的倾点约-30℃至约-40℃或更低。例如，美国专利US 6,080,301，6,090,989和US 6,165,949中公开了气体液化(GTL)基础油、费托蜡衍生基础油和蜡衍生加氢异构化基础油的有用组合物；并通过引用将其整体并入本申请。
烃基芳族化合物可以用作基础油或基础油组分并且可以是任何烃基分子，其含有至少约5％的其重量衍生自芳族组成部分，例如苯环型结构部分或环烷型结构部分，或它们的衍生物。这些烃基芳族化合物包括烷基苯、烷基萘、烷基二苯醚、烷基萘酚、烷基二苯硫醚、烷基化双酚A、烷基化硫代二苯酚等。芳族化合物可以是单烷基化的、二烷基化的、多烷基化的等。芳族化合物可以是单官能或多官能化的。烃基还可以由烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基和其他相关烃基的混合物组成。烃基的范围可以从约C6至约C60，通常优选约C8至约C20的范围。通常优选烃基的混合物，并且可以存在最多约三个这样的取代基。烃基可任选地包含含硫、氧和/或氮的取代基。芳族基团也可以衍生自天然(石油)来源，条件是至少约5％的分子由上述类型的芳族结构部分组成。优选粘度在100℃下约3cSt至约50cSt，对于烃基芳族组分约3.4cSt至约20cSt的粘度通常更优选。在一个实施方案中，使用其中烷基主要由1-十六碳烯组成的烷基萘。可以有利地使用其他芳族化合物的烷基化物。例如，萘或甲基萘可以用烯烃如辛烯、癸烯、十二碳烯、十四碳烯或更高级烯烃、类似烯烃的混合物等烷基化。取决于应用，传热流体组合物中烃基芳族化合物的有用浓度可为约2％至约25％，优选约4％至约20％，更优选约4％至约15％。
烷基化芳族化合物例如本说明书的烃基芳族化合物可以通过芳族化合物的公知Friedel-Crafts烷基化来生产。参见Friedel-Crafts and Related Reactions，Olah，G.A.(ed.)，Inter-science Publishers，纽约，1963。例如，在Friedel-Crafts催化剂存在下芳族化合物，如苯或萘，由烯烃、卤代烷或醇烷基化。Friedel-Crafts和相关反应，参见Olah，G.A.(ed.)，Inter-science Publishers，纽约，1964，卷2，第1部分，第14、17和18章。许多均相或多相的固体催化剂是本领域技术人员已知的。催化剂的选择取决于原料的反应性和产品质量要求。例如，可以使用强酸例如AlCl3，BF3或HF。在某些情况下，较温和的催化剂如FeCl3或SnCl4是优选的。较新的烷基化技术使用沸石或固体超强酸。
酯构成有用的基础原料。添加剂溶解能力和密封相容性特性可通过使用酯如二元酸与单烷醇的酯和单羧酸的多元醇酯来确保。前一种类型的酯包括，例如，二羧酸例如邻苯二甲酸、琥珀酸、烷基琥珀酸、烯基琥珀酸、马来酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、富马酸、己二酸、亚油酸二聚物、丙二酸、烷基丙二酸、烯基丙二酸等，与丁醇、己醇、十二醇、2-乙基己醇等多种醇类的酯。这些类型的酯的具体实施例包括己二酸二丁酯、癸二酸二(2-乙基己基)酯、富马酸二正己酯、癸二酸二辛酯、壬二酸二异辛酯、壬二酸二异癸酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二癸酯、癸二酸双二十酯等。
特别有用的合成酯是通过使如下物质反应而获得的那些：一种或多种多元醇，优选受阻多元醇(例如新戊基多元醇，如新戊二醇、三羟甲基乙烷、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇和二季戊四醇)与含有至少约4个碳原子的链烷酸，优选C5至C30酸如饱和直链脂肪酸，其包括辛酸、癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸和山萮酸，或相应的支链脂肪酸或不饱和脂肪酸如油酸，或任何这些材料的混合物。
合适的合成酯组分包括三羟甲基丙烷、三羟甲基丁烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇和/或二季戊四醇与一种或多种含约5至约10个碳原子的单羧酸的酯。这些酯可广泛商购，例如埃克森美孚化学公司的Mobil P-41和P-51酯。
同样有用的是衍生自可再生材料例如椰子、棕榈、油菜籽、大豆、向日葵等的酯。这些酯可以是单酯、二酯、多元醇酯、复合酯或其混合物。这些酯可广泛商购，例如埃克森美孚化学公司的Mobil P-51酯。
包含可再生酯的传热流体配方包括在本说明书中。对于此类配方，酯的可再生含量通常大于约70重量％，优选大于约80重量％和最优选大于约90重量％。
其他有用的流体包括非普通或非常规基础原料，这些基础原料经过处理，优选催化处理或合成以提供高性能传热特性。
非普通或非常规基础原料/基础油包括如下物质的混合物中的一种或多种：衍生自一种或多种气体液化(GTL)材料的基础原料，以及衍生自天然蜡或蜡质进料的异构体/异脱蜡本原料，矿物油和/或非矿物油蜡质进料原料例如粗蜡、天然蜡，以及蜡质原料例如瓦斯油、蜡质燃料加氢裂化器底部物、蜡质萃余液、加氢裂化油、热裂化油、或其他矿物、矿物油，或甚至非石油衍生的蜡质材料例如从煤液化或页岩油中获得的蜡质材料，以及此类基础原料的混合物。
GTL材料是从一种或多种作为进料原料的气态含碳化合物、含氢化合物和/或元素如氢气、二氧化碳、一氧化碳、水、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、丁烷、丁烯和丁炔通过合成、组合、转化、重排和/或降解/解构过程而衍生的材料。GTL基础原料和/或基础油是通常衍生自烃；例如，蜡质合成烃的GTL材料，其本身衍生自作为进料原料的更简单气态含碳化合物、含氢化合物和/或元素。GTL基础原料和/或基础油包括沸点在润滑油(lubeoil)沸程中的油(1)从合成的GTL材料中分离/分馏，例如通过蒸馏并随后进行最终的蜡加工步骤，其涉及催化脱蜡过程或溶剂脱蜡过程中的一个或两个，以生产降低/低倾点的润滑油；(2)合成蜡异构体，包括例如加氢脱蜡或加氢异构化催化和/或溶剂脱蜡合成蜡或蜡质烃；(3)加氢脱蜡或加氢异构化催化剂和/或溶剂脱蜡费托(F-T)材料(即烃、蜡质烃、蜡和可能的类似含氧化合物)；优选加氢脱蜡或加氢异构化/随后将脱蜡的F-T蜡质烃进行催化和/或溶剂脱蜡，或加氢脱蜡或加氢异构化/随后将脱蜡的F-T蜡进行催化(或溶剂)脱蜡，或其混合物。
衍生自GTL材料的GTL基础原料和/或基础油，尤其是加氢脱蜡或加氢异构化/随后催化和/或溶剂脱蜡的蜡或蜡质进料，优选F-T材料衍生的基础原料和/或基础油的特征通常为在100℃下具有约2mm2/s至约50mm2/s的运动粘度(ASTM D445)。它们的典型特征还在于具有-5℃至约-40℃或更低的倾点(ASTM D97)。它们还典型地表征为具有约80至约140或更大的粘度指数(ASTM D2270)。
此外，GTL基础原料和/或基础油通常是高度石蜡烃的(>90％饱和)，并且可以包含单环石蜡烃和多环石蜡烃与非环状异石蜡烃的混合物。这种组合中环烷烃(即环石蜡烃)含量的比例随所使用的催化剂和温度而变化。此外，GTL基础原料和/或基础油通常具有非常低的硫和氮含量，通常含有小于约10ppm，更通常小于约5ppm的这些元素中的每一种。从F-T材料，特别是F-T蜡获得的GTL基础原料和/或基础油的硫和氮含量基本上为零。此外，磷和芳族化合物的不存在使得这种材料特别适用于低SAP产品的配方。
术语GTL基础原料和/或基础油和/或蜡异构体基础原料和/或基础油应理解为包括在生产过程中回收的具有宽粘度范围的此类材料的单独馏分、这样馏分中两种或更多种的混合物，以及一种或两种或更多种低粘度馏分与一种、两种或更多种较高粘度馏分的混合物以产生共混物，其中该共混物表现出目标运动粘度。
GTL基础原料和/或基础油衍生自其的GTL材料优选为F-T材料(即烃、蜡质烃、蜡)。
用于本发明的配制传热流体的基础油是对应于API类I、类II、类III、类IV和类V油及其混合物的任何种类的油，优选API类II、类III、类IV和类V油及其混合物，更优选类III、类IV和类V基础油及其混合物。高度石蜡烃基础油可以有利地用于本说明书所用的配制传热流体中。也可以使用少量的类I原料，例如用于稀释添加剂以混合到配制润滑油产品中的量。即使对于类II原料，优选类II原料处于与该原料相关的较高质量范围内，即粘度指数在100<VI<120范围内的类II原料。
用于本发明的配制传热流体的优选基础流体包括例如芳烃、聚烯烃、石蜡烃、异石蜡烃、酯、醚、氟化流体、纳米流体和硅油。
基础油构成本说明书的传热流体组合物的主要组分并且通常含量为约50至约99重量％、优选约70至约95重量％、更优选约85至约95重量％，基于组合物的总重量。根据ASTM标准，基础油的运动粘度在100℃下适宜地为约2.5cSt至约12cSt(或mm2/s)和在100℃下优选为约2.5cSt至约9cSt(或mm2/s)。如果需要，可以使用合成基础油和天然基础油的混合物。如果需要，可以使用类I、II、III、IV和/或V基础原料的双峰混合物。
传热流体添加剂
可用于本说明书的配制传热流体可另外包含一种或多种常用传热流体性能添加剂，该添加剂包括但不限于抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、纳米材料、纳米颗粒等。这些添加剂通常与不同量的稀释油一起交付，稀释油的重量百分比范围为5％至50％。
可用于本说明书的添加剂不必可溶于传热流体中。
与本发明组合在传热流体组合物中使用的性能添加剂的类型和数量不受本申请作为说明所示的实例的限制。
抗氧化剂
传热流体通常包括至少一种抗氧化剂。抗氧化剂可延缓使用过程中基础油的氧化降解。这种降解可能导致金属表面上的沉积物、油泥的存在或传热流体的粘度增加。本领域技术人员知道可用于传热流体的多种氧化抑制剂。例如，参见Klamann in Lubricants andRelated Products，同上，以及美国专利US 4,798,684和US5,084,197。
示例性抗氧化剂包括位阻烷基酚例如2,6-二叔丁基苯酚、2,6-二叔丁基-对甲酚和2,6-二叔丁基-4-(2-辛基-3-丙酸)苯酚；N,N-二(烷基苯基)胺；和烷基化苯二胺。
抗氧化剂可以是受阻酚类抗氧化剂例如丁基化羟基甲苯，其合适的存在量为传热流体重量的0.01-5％，优选0.4-0.8％。作为另外一种选择或除此之外，抗氧化剂可以包括芳香胺抗氧化剂，例如单辛基苯基α-萘胺或对,对-二辛基二苯胺，其单独使用或混合使用。胺抗氧化剂组分合适地以传热流体的0.01至5重量％，更优选0.5至1.5重量％的范围存在。
有用的抗氧化剂包括受阻酚。这些酚类抗氧化剂可以是无灰(无金属)酚类化合物或某些酚类化合物的中性或碱性金属盐。典型的酚类抗氧化剂化合物是受阻酚类化合物，其是含有位阻羟基的化合物，这些化合物包括其中羟基彼此处于邻位或对位的那些二羟基芳基化合物的衍生物。典型的酚类抗氧化剂包括被C6+烷基取代的受阻酚和这些受阻酚的亚烷基偶联衍生物。这种类型的酚类材料的实例是2-叔丁基-4-庚基苯酚；2-叔丁基-4-辛基苯酚；2-叔丁基-4-十二烷基苯酚；2,6-二叔丁基-4-庚基苯酚；2,6-二叔丁基-4-十二烷基苯酚；2-甲基-6-叔丁基-4-庚基苯酚；和2-甲基-6-叔丁基-4-十二烷基苯酚。其他有用的受阻单酚抗氧化剂可以包括例如受阻的2,6-二烷基酚丙酸酯衍生物。双酚类抗氧化剂也可以有利地与本发明组合使用。邻位偶联酚的实例包括：2,2′-双(4-庚基-6-叔丁基-苯酚)；2,2′-双(4-辛基-6-叔丁基苯酚)；和2,2′-双(4-十二烷基-6-叔丁基苯酚)。对位偶联双酚包括例如4,4′-双(2,6-二叔丁基苯酚)和4,4′-亚甲基-双(2,6-二叔丁基苯酚)。
其他示例性酚类抗氧化剂包括硫化和非硫化酚类抗氧化剂。本申请使用的术语“酚类”或“酚类抗氧化剂”包括具有一个或一个以上羟基的化合物，该羟基与芳环结合，该芳环本身可以是单核的，例如苄基，或多核的，例如萘基和螺芳族化合物。因此，“酚类”包括苯酚本身、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、萘酚等，以及它们的烷基或烯基和硫化烷基或烯基衍生物，以及双酚类化合物，其包括通过亚烷基桥、硫桥或氧桥连接的此类双酚化合物。烷基酚包括单-和多-烷基或烯基酚，该烷基或烯基含有3-100个碳，优选4-50个碳及其硫化衍生物，芳环中存在的烷基或烯基的数目为1到在计算与芳环结合的羟基的数量后芳环的可用不满足化合价数。
因此，一般而言，酚类抗氧化剂可由通式表示：
(R)x--Ar--(OH)y
其中Ar选自由以下组成的组：
Figure BDA0003945321500000321
Figure BDA0003945321500000331
其中R是C3-C100烷基或烯基、硫取代的烷基或烯基，优选C4-C50烷基或烯基或硫取代的烷基或烯基，更优选C3-C100烷基或硫取代的烷基，最优选C4-C50烷基，Rg是C1-C100亚烷基或硫取代的亚烷基，优选C2-C50亚烷基或硫取代的亚烷基，更优选C2-C20亚烷基或硫取代的亚烷基，y为至少1至最高Ar的可用化合价，x的范围从0到最高Ar-y的可用化合价，z的范围从1到10，n的范围从0到20，m为0到4，p为0或1，优选y的范围为1到3，x的范围为0到3，z的范围为1到4，n的范围为0到5，p为0。
优选的酚类抗氧化剂化合物是含有位阻羟基的受阻酚类和酚类酯，这些包括其中羟基彼此处于邻位或对位的二羟基芳基化合物的衍生物。典型的酚类抗氧化剂包括被C1+烷基取代的受阻酚以及这些受阻酚的亚烷基偶联衍生物。这种类型的酚类材料的实例是2-叔丁基-4-庚基苯酚；2-叔丁基-4-辛基苯酚；2-叔丁基-4-十二烷基苯酚；2,6-二叔丁基-4-庚基苯酚；2,6-二叔丁基-4-十二烷基苯酚；2-甲基-6-叔丁基-4-庚基苯酚；2-甲基-6-叔丁基-4-十二烷基苯酚；2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚；2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚；和2,6-二叔丁基-4-烷氧基苯酚；和
Figure BDA0003945321500000332
酚类抗氧化剂在传热流体行业是公知的和商业实例例如EthanoxTM 1710、IrganoxTM 1076、IrganoxTM L1035、IrganoxTM 1010、IrganoxTM L109、IrganoxTM L118、IrganoxTM L135等是本领域技术人员所熟悉的。以上仅以举例的方式呈现，并不限制可以使用的酚类抗氧化剂的类型。
酚基抗氧化剂的其他实例包括2-叔丁基苯酚、2-叔丁基-4-甲基苯酚、2-叔丁基-5-甲基苯酚、2,4-二叔丁基苯酚、2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚、2-叔丁基-4-甲氧基苯酚、3-叔丁基-4-甲氧基苯酚、2，5-二叔丁基对苯二酚(由Kawaguchi Kagaku Co.制造，商品名为“Antage DBH”)、2,6-二叔丁基苯酚和2,6-二叔丁基-4-烷基苯酚例如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚；2,6-二叔丁基-4-烷氧基苯酚例如2,6-二叔丁基-4-甲氧基苯酚和2,6-二叔丁基-4-乙氧基苯酚、乙酸3,5-二-叔丁基-4-羟基苄基巯基辛基酯，烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯例如正辛基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯(由Yoshitomi Seiyaku Co.制造，商品名为“Yonox SS”)、正十二烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯和2′-乙基己基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯；2,6-二叔丁基-α-二甲氨基-对甲酚、2,2′-亚甲基双(4-烷基-6-叔丁基苯酚)化合物例如2,2′-亚甲基双(4-甲基-6)-叔丁基苯酚)(由Kawaguchi Kagaku Co.制造，商品名为“Antage W-400”)和2,2′-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)(由Kawaguchi Kagaku Co.制造，商品名为“Antage W-500”)；双酚类如4,4′-丁叉基双(3-甲基-6-叔丁基-苯酚)(由KawaguchiKagaku Co.制造，商品名“Antage W-300”)、4,4′-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)(由Laporte Performance Chemicals制造，商品名为“Ionox 220AH”)、4,4′-双(2,6-二叔丁基苯酚)、2,2-(二-对-羟基苯基)丙烷(双酚A)、2,2-双(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙烷、4,4′-环己叉基双(2,6-二叔丁基苯酚)、六亚甲基二醇双[3,(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](由Ciba Specialty Chemicals Co.制造，商品名为“Irganox L109”)，三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-y-5-甲基苯基)丙酸酯](由Yoshitomi Seiyaku Co.制造，商品名为“Tominox917”)，2,2′-硫代[二乙基-3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](由CibaSpecialty Chemicals Co.制造，商品名为“Irganox L115”)，3,9-双{1,1-二甲基-2-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)-丙酰氧基]乙基}2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷(Sumitomo Kagaku Co.制造，商品名为“Sumilizer GA80”)和4,4′-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)(由Kawaguchi Kagaku Co.制造，商品名为“Antage RC”)、2,2′-硫代双(4,6-二-叔丁基间苯二酚)；多酚例如四[亚甲基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]甲烷(由CibaSpecialty Chemicals Co.制造,商品名“Irganox L101”)、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁基苯基)丁烷(由Yoshitomi Seiyaku Co.制造，商品名为“Yoshinox930”)、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(由Ciba Specialty Chemicals制造，商品名为“Irganox 330”)，双[3,3′-双(4′-羟基-3′-叔丁基苯基)丁酸]二醇酯，2-(3′,5′-二-叔丁基-4-羟基苯基)-甲基-4-(2",4"-二-叔丁基-3"-羟基苯基)甲基-6-叔丁基苯酚和2,6-双(2′-羟基-3′-叔丁基-5′-甲基苄基)-4-甲基苯酚；和苯酚/醛缩合物如对叔丁基苯酚和甲醛的缩合物以及对叔丁基苯酚和乙醛的缩合物。
也可以使用有效量的一种或多种催化抗氧化剂。催化抗氧化剂包含有效量的a)一种或多种油溶性多金属有机化合物；和，有效量的b)一种或多种取代的N,N′-二芳基-邻苯二胺化合物或c)一种或多种受阻酚化合物；或b)和c)两者的组合。催化抗氧化剂在美国专利US8,048,833中有更充分的公开，该专利通过引用整体并入本申请。
示例性芳族胺抗氧化剂包括由以下分子结构描述的苯基-α-萘胺：
Figure BDA0003945321500000351
其中Rz是氢或C1至C14直链或C3至C14支链烷基，优选C1至C10直链或C3至C10支链烷基，更优选直链或支链C6至C8，并且n是1至5的整数，优选1。一个特别的实例是Irganox L06。
其他芳香胺抗氧化剂包括其他烷基化和非烷基化芳香胺，例如芳香单胺。
典型的芳香胺类抗氧化剂具有至少6个碳原子的烷基取代基。脂族基团的实例包括己基、庚基、辛基、壬基和癸基。通常，脂族基团不会包含超过14个碳原子。可能存在的此类其他附加胺抗氧化剂的一般类型包括二苯胺、吩噻嗪、亚氨基二苄基和二苯基苯二胺。也可以存在两种或更多种这样的其它附加芳族胺的混合物。也可以使用聚合胺抗氧化剂。
可用于本说明书传热流体的抗氧化剂或氧化抑制剂是受阻酚(例如，2,6-二-(叔丁基)苯酚)；芳香胺(例如烷基化二苯胺)；烷基多硫化物；硒化物；硼酸盐(例如，环氧化物/硼酸反应产物)；二硫代磷酸、酯和/或盐；和二硫代氨基甲酸盐(例如，二硫代氨基甲酸锌)。在一个实施方案中，这些抗氧化剂或氧化抑制剂可以单独使用或以优选1:10至10:1的胺/酚比率混合物使用。
也可用于本说明书的传热流体组合物中的抗氧化剂或氧化抑制剂是氯化脂肪烃例如氯化蜡；有机硫化物和多硫化物例如苄基二硫化物、双(氯苄基)二硫化物、二丁基四硫化物、硫化油酸甲酯、硫化烷基酚、硫化二戊烯和硫化萜烯；磷硫化烃例如硫化磷与松节油或油酸甲酯的反应产物，磷酯，其主要包括亚磷酸二烃酯和亚磷酸三烃酯例如亚磷酸二丁酯、亚磷酸二庚酯、亚磷酸二环己酯、亚磷酸戊基苯基酯、亚磷酸二戊基苯基酯、亚磷酸十三烷基酯、亚磷酸二硬脂基酯、二甲基萘基亚磷酸酯、油基4-戊基苯基亚磷酸酯、聚丙烯(分子量500)-取代的亚磷酸苯酯、二异丁基取代的亚磷酸苯酯；金属硫代氨基甲酸盐例如二辛基二硫代氨基甲酸锌和庚基苯基二硫代氨基甲酸钡；II族金属二硫代磷酸盐例如二环己基二硫代磷酸锌、二辛基二硫代磷酸锌、二(庚基苯基)二硫代磷酸钡、二壬基二硫代磷酸镉、以及五硫化磷与等摩尔的异丙醇、4-甲基-2-戊醇和正己醇混合物的反应。
包括含有硫、氮、磷的有机化合物和一些烷基酚的氧化抑制剂是本说明书的传热流体配方中的有用添加剂。两种一般类型的氧化抑制剂是那些与引发剂、过氧自由基和氢过氧化物反应以形成惰性化合物的那些，以及分解这些材料以形成活性较低的化合物的那些。实例是受阻(烷基化)酚，例如6-二(叔丁基)-4-甲基-苯酚[2,6-二(叔丁基)-对甲酚，DBPC]和芳香胺，例如N-苯基-α-萘胺。
硫化烷基酚及其碱金属或碱土金属盐也是有用的抗氧化剂。
另一类用于传热流体组合物并且也可能存在的抗氧化剂是油溶性铜化合物。任何油溶性的合适铜化合物都可以混合到传热流体中。合适铜抗氧化剂的实例包括二烃基硫代或二硫代磷酸铜和羧酸铜盐(天然存在的或合成的)。其他合适的铜盐包括二硫代氨基甲酸铜、磺酸铜、铜酚盐和乙酰丙酮酸铜。已知衍生自烯基琥珀酸或酸酐的碱性、中性或酸性铜Cu(I)和/或Cu(II)盐是特别有用的。
含硫抗氧化剂可以是任何和每一种含硫抗氧化剂，例如，包括硫代二丙酸二烷基酯如硫代二丙酸二月桂酯和硫代二丙酸二硬脂酯、二烷基二硫代氨基甲酸衍生物(不包括金属盐)、双(3,5-二叔丁基-4)-羟基苄基)硫醚、巯基苯并噻唑、五氧化二磷和烯烃的反应产物以及双十六烷基硫醚。其中，优选硫代二丙酸二烷基酯如硫代二丙酸二月桂酯和硫代二丙酸二硬脂酯。胺系抗氧化剂包括，例如单烷基二苯胺如单辛基二苯胺和单壬基二苯胺；二烷基二苯胺如4,4′-二丁基二苯胺、4,4′-二戊基二苯胺、4,4′-二己基二苯胺、4,4′-二庚基二苯胺、4,4′-二辛基二苯胺和4,4′-二壬基二苯胺；多烷基二苯胺如四丁基二苯胺、四己基二苯胺、四辛基二苯胺和四壬基二苯胺；和萘胺例如α-萘胺、苯基-α-萘胺、丁基苯基-α-萘胺、戊基苯基-α-萘胺、己基苯基-α-萘胺、庚基苯基-α-萘胺、辛基苯基-α-萘胺和壬基苯基-α-萘胺。其中，优选的是二烷基二苯胺。
硫系抗氧化剂的实例包括二烷基硫醚如双十二烷基硫醚和双十八烷基硫醚；硫代二丙酸酯例如双十二烷基硫代二丙酸酯、双十八烷基硫代二丙酸酯、二肉豆蔻基硫代二丙酸酯和十二烷基十八烷基硫代二丙酸酯和2-巯基苯并咪唑。
这样的抗氧化剂可以单独使用或作为一种或多种类型的抗氧化剂的混合物使用，所使用的总量为约0.01至约5重量％，优选0.1至约4.5重量％，更优选0.25至3重量％(基于收到的状态)。
腐蚀抑制剂
传热流体组合物可以包括至少一种腐蚀抑制剂。腐蚀抑制剂用于减少与传热流体油组合物接触的金属部件的退化。合适的腐蚀抑制剂包括芳基噻嗪、烷基取代的二巯基噻二唑、烷基取代的二巯基噻二唑及其混合物。
腐蚀抑制剂是保护金属表面免受水或其他污染物化学侵蚀的添加剂。这些物质中的很多种是可商购的。如本申请所用，腐蚀抑制剂包括防锈添加剂和金属去活化剂。
一种类型的腐蚀抑制剂是一种极性化合物，它优先润湿金属表面，从而用油膜保护它。另一种类型的腐蚀抑制剂通过将其加入油包水乳液中来吸收水，这样只有油才能接触金属表面。还有另一种类型的腐蚀抑制剂以化学方式粘附在金属上以产生非反应性表面。合适添加剂的实例包括二硫代磷酸锌、金属酚盐、碱性金属磺酸盐、脂肪酸和胺。这样的添加剂可以采用约0.01至5重量％，优选约0.01至1.5重量％的量使用。
示例性腐蚀抑制剂包括(短链)烯基琥珀酸、其偏酯和其含氮衍生物；和合成烷芳基磺酸盐，例如金属二壬基萘磺酸盐。腐蚀抑制剂包括，例如，具有8至30个碳原子的一元羧酸、烷基或烯基琥珀酸酯或其偏酯、具有12至30个碳原子的羟基脂肪酸及其衍生物、具有8至24个碳原子的肌氨酸及其衍生物、氨基酸及其衍生物、环烷酸及其衍生物、羊毛脂脂肪酸、巯基脂肪酸和石蜡烃氧化物。
特别优选的腐蚀抑制剂如下所示。一元羧酸(C8-C30)实例：辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山萮酸、蜡酸、褐煤酸、蜂蜡酸、油酸、正二十二烷酸、芥酸，二十碳烯酸，牛油脂肪酸，大豆脂肪酸，椰子油脂肪酸，亚油酸(linolicacid)，亚油酸(linoleic acid)，妥尔油脂肪酸，12-羟基硬脂酸，月桂基肌氨酸，肉豆蔻基肌氨酸，棕榈基肌氨酸，硬脂基肌氨酸、油基肌氨酸、烷基化(C8-C20)苯氧基乙酸、羊毛脂脂肪酸和C8-C24巯基脂肪酸。
起腐蚀抑制剂作用的多元羧酸的实例包括烯基(C10-C100)琥珀酸及其酯衍生物、二聚酸、N-酰基-N-烷氧基烷基天冬氨酸酯(美国专利US5,275,749)。作为腐蚀抑制剂或与上述羧酸盐的反应产物以得到酰胺等的烷基胺的实例有伯胺例如月桂胺、椰子胺、正十三烷胺、肉豆蔻胺、正十五烷胺、棕榈胺、正十七烷胺、硬脂胺、正十九烷胺、正二十烷胺、正二十一烷胺、正二十二烷胺、正二十三烷胺、正二十五烷胺、油胺、牛油胺、氢化牛油胺和大豆胺。仲胺的实例包括二月桂胺、二椰子胺、二正十三烷胺、二肉豆蔻胺、二正十五烷胺、二棕榈胺、二正十五烷胺、二硬脂胺、二正十九烷胺、二正二十烷胺、二正二十一烷胺、二正二十二烷胺、二正二十三烷胺、二正二十五烷胺、二油胺、二牛脂胺、二氢化牛脂胺和二大豆胺。前述N-烷基多亚烷基二胺的实例包括：亚乙基二胺如月桂基乙二胺、椰子乙二胺、正十三烷基乙二胺、肉豆蔻基乙二胺、正十五烷基乙二胺、棕榈基乙二胺、正十七烷基乙二胺、硬脂基乙二胺、正十九烷基乙二胺、正二十烷基乙二胺、正二十一烷基乙二胺、正-二十二烷基乙二胺、正二十三烷基乙二胺、正二十五烷基乙二胺、油基乙二胺、牛油乙二胺、氢化牛油-乙二胺和大豆乙二胺；亚丙基二胺例如月桂基丙二胺、椰子丙二胺、正十三烷基丙二胺、肉豆蔻基丙二胺、正十五烷基丙二胺、棕榈基丙二胺、正十七烷基丙二胺、硬脂基丙二胺、正十九烷基丙二胺、正二十烷基丙二胺、正二十一烷基丙二胺、正二十二烷基丙二胺、正二十三烷基丙二胺、正二十五烷基二胺，二亚乙基三胺(DETA)或三亚乙基四胺(TETA)、油基丙二胺、牛脂-丙二胺、氢化牛脂-丙二胺和大豆-丙二胺；丁二胺，例如月桂基丁二胺、椰子丁二胺、正十三烷基丁二胺、肉豆蔻基丁二胺、正十五烷基丁二胺、硬脂基丁二胺、正二十烷基丁二胺、正二十一烷基丁二胺、正二十二烷基丁二胺、正二十三烷基丁二胺、正二十五烷基丁二胺、油基丁二胺、牛脂-丁二胺、氢化脂丁二胺和大豆丁二胺；和戊二胺例如月桂基戊二胺、椰子戊二胺、肉豆蔻基戊二胺、棕榈基戊二胺、硬脂基戊二胺、油基戊二胺、牛脂戊二胺、氢化牛脂戊二胺和大豆戊二胺。
其他示例性腐蚀抑制剂包括2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑及其衍生物、巯基苯并噻唑、烷基三唑和苯并三唑。可用于本说明书内容的可用作腐蚀抑制剂的二元酸的实例是癸二酸、己二酸、壬二酸、十二烷二酸、3-甲基己二酸、3-硝基邻苯二甲酸、1,10-癸烷二甲酸和富马酸。腐蚀抑制剂可以是直链或支链、饱和或不饱和一元羧酸或其酯，其可任选以高达35重量％的量硫化。优选地，酸是C4至C22直链不饱和一元羧酸。该添加剂的优选浓度为全部传热流体组合物的0.001重量％至0.35重量％。优选的一元羧酸是硫化油酸。然而，其他合适的材料是油酸本身；戊酸和芥酸。示例性腐蚀抑制剂包括如前所述的三唑。三唑的使用浓度应为总组合物重量的0.005％至0.25％。优选的三唑是可包含在本发明组合物中的甲苯基三唑，包括三唑、噻唑和某些可用作金属去活化剂或金属钝化剂的二胺化合物。实例包括三唑、苯并三唑和取代的苯并三唑，例如烷基取代的衍生物。烷基取代基通常含有最多1.5个碳原子，优选最多8个碳原子。三唑类可以在芳环上含有其他取代基，如卤素、硝基、氨基、巯基等。合适化合物的实例是苯并三唑和甲苯基三唑、乙基苯并三唑、己基苯并三唑、辛基苯并三唑、氯苯并三唑和硝基苯并三唑。特别优选苯并三唑和甲苯基三唑。一种直链或支链饱和或不饱和一元羧酸，其任选硫化量可达35％(重量)；或这种酸的酯；和三唑或其烷基衍生物，或至多5个碳原子的短链烷基；n为零或介于1和3之间的整数，包括端值；以及是氢、吗啉代、烷基、酰胺基、氨基、羟基或其烷基或芳基取代的衍生物；或选自1,2,4三唑、1,2,3三唑、5-苯胺-1,2,3,4-噻三唑、3-氨基-1,2,4三唑、1-H-苯并三唑-1-基-甲基异氰化物、亚甲基-双-苯并三唑和萘并三唑的三唑。
腐蚀抑制剂的用量可以为0.01至5重量％，优选0.01至1.5重量％，更优选0.01至0.2重量％，还更优选0.01至0.1重量％(基于收到的状态)，基于传热流体组合物的总重量。
消泡剂
消泡剂可以有利地添加到传热流体组合物中。这些试剂延缓了稳定泡沫的形成。硅酮和有机聚合物是典型的消泡剂。例如，聚硅氧烷，如硅油或聚二甲基硅氧烷，提供消泡性能。消泡剂是市售的，可以与其他添加剂(如破乳剂)一起以常规的少量使用；通常这些添加剂的组合量小于1重量％，通常小于0.1重量％。在实施方案中，此类添加剂的用量可为约0.01至5重量％，优选0.1至3重量％，更优选约0.5至1.5重量％。
抗磨添加剂
传热流体组合物可以包括至少一种抗磨剂。合适抗磨剂的实例包括磷化合物的油溶性胺盐、硫化烯烃、金属二烃基二硫代磷酸盐(例如二烷基二硫代磷酸锌)、含硫代氨基甲酸酯的化合物，例如硫代氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸酯酰胺、硫代氨基甲酸类醚、亚烷基偶联的硫代氨基甲酸酯和双(S-烷基二硫代氨基甲酰基)二硫化物。
在传热流体的配方中使用的抗磨剂本质上可以是无灰的或形成灰的。优选地，抗磨剂是无灰的。所谓的无灰抗磨剂是在燃烧时基本上不形成灰的材料。例如，不含金属的抗磨剂被认为是无灰的。
在一个实施方案中，油溶性磷胺抗磨剂包括磷酸酯的胺盐或其混合物。磷酸酯的胺盐包括磷酸酯及其胺盐；二烷基二硫代磷酸酯及其胺盐；亚磷酸酯的胺盐；和含磷羧酸酯、醚和酰胺的胺盐；及其混合物。磷酸酯的胺盐可以单独使用或组合使用。
在一个实施方案中，油溶性磷胺盐包括部分胺盐-部分金属盐化合物或其混合物。在一个实施方案中，磷化合物在分子中进一步包括硫原子。在一个实施方案中，磷化合物的胺盐可以是无灰的，即，不含金属(在与其他组分混合之前)。
适合用作胺盐的胺包括伯胺、仲胺、叔胺及其混合物。胺包括具有至少一个烃基，或在某些实施方案中，具有两个或三个烃基的那些。烃基可包含2至30个碳原子，或在其他实施方案中8至26、或10至20、或13至19个碳原子。
伯胺包括乙胺、丙胺、丁胺、2-乙基己胺、辛胺和十二胺，以及脂肪胺如正辛胺、正癸胺、正十二胺、正十四胺、正十六胺、正十八胺和油胺。其他有用的脂肪胺包括可商购的脂肪胺例如“ArmeenTM”胺(可从Akzo Chemicals，Chicago，Ill.获得的产品)，例如Armeen C、Armeen O、Armeen OL、Armeen T、Armeen HT、Armeen S和Armeen SD，其中字母名称涉及脂肪基团，例如椰油基、油基、牛脂基或硬脂基。
合适仲胺的实例包括二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、二庚胺、甲基乙胺、乙基丁胺和乙基戊胺。仲胺可以是环状胺例如哌啶、哌嗪和吗啉。
胺也可以是叔-脂族伯胺。在这种情况下脂族基团可以是含有2至30、或6至26、或8至24个碳原子的烷基。叔烷基胺包括单胺如叔丁胺、叔己胺、1-甲基-1-氨基-环己烷、叔辛胺、叔癸胺、叔十二烷基胺、叔十四烷基胺、叔十六烷基胺、叔十八烷基胺、叔二十四烷基胺和叔二十八烷基胺。
在一个实施方案中，磷酸胺盐包括具有C11至C14叔烷基伯基的胺或其混合物。在一个实施方案中，磷酸胺盐包括具有C14至C18叔烷基伯胺的胺或其混合物。在一个实施方案中，磷酸胺盐包括具有C18至C22叔烷基伯胺的胺或其混合物。
胺的混合物也可用于本发明。在一个实施方案中一种有用的胺混合物是"PrimeneTM 81R"和"PrimeneTM JMT"。PrimeneTM 81R和PrimeneTM JMT(均由Rohm&Haas生产和销售)分别是C11至C14叔烷基伯胺和C18至C22叔烷基伯胺的混合物。
在一个实施方案中，磷化合物的油溶性胺盐包括含磷化合物的无硫胺盐，其可以通过以下方法获得/可获得：使胺与(i)磷酸的羟基取代二酯，或(ii)磷酸的磷酸化的羟基取代二酯或三酯进行反应。在申请号为PCT/US08/051126的国际专利申请中公开了该类型化合物的更详细描述。
在一个实施方案中，烷基磷酸酯的烃基胺盐是C14至C18烷基化磷酸与Primene81RTTM(由Rohm&Haas生产和销售，其是C11至C14叔烷基伯胺的混合物)的反应产物。
二烷基二硫代磷酸酯的烃基胺盐的实例包括异丙基,甲基-戊基(4-甲基-2-戊基或其混合物)，2-乙基己基，庚基，辛基或壬基二硫代磷酸与乙二胺，吗啉或Primene 81RTM及其混合物的反应产物。
在一个实施方案中，二硫代磷酸可以与环氧化物或二醇反应。该反应产物进一步与磷酸、酸酐或低级酯反应。环氧化物包括脂族环氧化物或氧化苯乙烯。有用环氧化物的实例包括环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、环氧辛烷、环氧十二碳烷和氧化苯乙烯。在一个实施方案中，环氧化物可以是环氧丙烷。二醇可以是具有1至12、或2至6、或2至3个碳原子的脂族二醇。美国专利US 3,197,405和US 3,544,465中公开了二硫代磷酸、二醇、环氧化物、无机磷试剂及其反应方法。然后可以将所得到的酸用胺进行盐化。
可以通过使二硫代氨基甲酸或盐与不饱和化合物反应来制备含二硫代氨基甲酸酯的化合物。含二硫代氨基甲酸酯的化合物也可以通过同时使胺、二硫化碳和不饱和化合物反应来制备。通常，反应在25℃至125℃的温度下发生。
可以硫化以形成硫化烯烃的合适烯烃的实例包括丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、己烷、庚烯、辛烷、壬烯、癸烯、十一碳烯、十二碳烯、十一碳烯、十三碳烯、十四碳烯、十五碳烯、十六碳烯、十七碳烯、十八碳烯、十八碳烯、十九碳烯、二十碳烯或其混合物。在一个实施方案中，十六碳烯、十七碳烯、十八碳烯、十八碳烯、十九碳烯、二十碳烯或其混合物以及它们的二聚物、三聚物和四聚物是特别有用的烯烃。或者，烯烃可以是二烯如1,3-丁二烯和不饱和酯如丙烯酸丁酯的Diels-Alder加合物。
另一类硫化烯烃包括脂肪酸及其酯。脂肪酸通常取自植物油或动物油；并且通常包含4到22个碳原子。合适脂肪酸及其酯的实例包括甘油三酯、油酸、亚油酸、棕榈油酸或其混合物。通常，脂肪酸来自猪油、妥尔油、花生油、大豆油、棉籽油、葵花籽油或其混合物。在一个实施方案中，脂肪酸和/或酯与烯烃混合。
多元醇包括二醇、三醇和具有更多醇类OH基团的醇。多元醇包括乙二醇类，其包括二甘醇、三甘醇和四甘醇；丙二醇类，其包括二丙二醇、三丙二醇和四丙二醇；甘油；丁二醇；己二醇；山梨糖醇；阿糖醇；甘露醇；蔗糖；果糖；葡萄糖；环己烷二醇；赤藓糖醇；和季戊四醇类，其包括二季戊四醇和三季戊四醇。多元醇通常是二甘醇、三甘醇、甘油、山梨糖醇、季戊四醇或二季戊四醇。
在替代的实施方案中，无灰抗磨剂可以是多元醇和脂族羧酸(通常是含有12至24个碳原子的酸)的单酯。多元醇和脂族羧酸的单酯通常是具有葵花油等的混合物的形式，其在混合物中的存在量可以是所述混合物的5-95重量％，在一些实施方案中10-90重量％，或20-85重量％，或20至80重量％。形成酯的脂族羧酸(尤其是一元羧酸)是通常含有12至24或14至20个碳原子的那些酸。羧酸的实例包括十二烷酸、硬脂酸、月桂酸、山萮酸和油酸。
可用于本说明书的说明性抗磨添加剂包括例如羧酸的金属盐。金属选自过渡金属及其混合物。羧酸选自脂族羧酸、脂环族羧酸、芳族羧酸及其混合物。
金属优选选自第10、11和12族金属及其混合物。羧酸优选为具有约8至约26个碳原子的脂族，饱和，未支化羧酸及其混合物。
金属优选选自镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)及其混合物。
羧酸优选选自辛酸(C8)、壬酸(C9)、癸酸(C10)、十一烷酸(C11)、月桂酸(C12)、十三烷酸(C13)、肉豆蔻酸(C14)，十五烷酸(C15)，棕榈酸(C16)，杏仁酸(C17)，硬脂酸(C18)，十九烷酸(C19)，花生酸(C20)，二十烷酸(C21)，山萮酸(C22)、二十二烷酸(C23)、二十四烷酸(C24)、二十五烷酸(C25)、蜡酸(C26)及其混合物。
优选地，羧酸金属盐包括硬脂酸锌、硬脂酸银、硬脂酸钯、棕榈酸锌、棕榈酸银、棕榈酸钯及其混合物。
基于配制油的总重量，羧酸的金属盐可以约0.01重量％至约5重量％的量存在于本说明书的传热流体配方中。
金属烷基硫代磷酸盐，更特别地金属二烷基二硫代磷酸盐，其中金属成分是锌，或二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)可以是本说明书的传热流体的有用组分。ZDDP可以衍生自伯醇、仲醇或其混合物。ZDDP化合物通常具有下式：
Zn[SP(S)(OR1)(OR2)]2
其中R1和R2是C1-C18烷基，优选C2-C12烷基。这些烷基可以是直链或支链的。ZDDP中使用的醇可以是2-丙醇、丁醇、仲丁醇、戊醇、己醇如4-甲基-2-戊醇、正己醇、正辛醇、2-乙基己醇、烷基化酚等。可以优选仲醇或伯醇和仲醇的混合物。也可以使用烷基芳基基团。
优选的可商购二硫代磷酸锌包括仲二硫代磷酸锌，例如以商品名“LZ 677A”、“LZ1095”和“LZ 1371”从Lubrizol Corporation获得的那些，例如以商品名“OLOA 262”从Chevron Oronite获得的那些，例如以商品名“HITEC 7169”从Afton Chemical获得的那些。
基于传热流体的总重量，ZDDP通常以约0.4重量％至约1.2重量％，优选约0.5重量％至约1.0重量％，更优选约0.6重量％至约0.8重量％的量使用，尽管通常可以或多或少地有利地使用。优选地，ZDDP是仲ZDDP并且以传热流体总重量的约0.6至1.0重量％的量存在。
本说明书内容包括低磷传热流体配方。对于此类配方，磷含量通常小于约0.12重量％，优选小于约0.10重量％，最优选小于约0.085重量％。
可用于本说明书的其他示例性抗磨剂包括例如锌烷基二硫代磷酸盐、芳基磷酸盐和亚磷酸盐、含硫酯、磷硫化合物，和金属或无灰二硫代氨基甲酸盐。
基于传热流体的总重量，本说明书的传热流体中的抗磨添加剂浓度可以为约0.01至约5重量％，优选约0.1至4.5重量％，更优选约0.2至约4重量％。
其他添加剂
可用于本说明书的配制传热流体可另外包含一种或多种其他常用传热流体性能添加剂，其包括但不限于分散剂、清净剂、粘度改进剂、金属钝化剂、离子液体、极压添加剂、抗咬合剂、蜡改性剂、流体损失添加剂、密封相容剂、润滑剂、防污剂、发色剂、去泡剂、破乳剂、乳化剂、增稠剂、润湿剂、胶凝剂、粘合剂、着色剂等。有关许多常用添加剂的评论，请参见Klamann in Lubricants and Related Products，Verlag Chemie，Deerfield Beach，FL；ISBN 0-89573-177-0；另外参见美国专利US7,704,930，其公开的全部内容并入本申请。这些添加剂通常与不同量的稀释油一起交付，其范围为5重量％至50重量％。
可用于本说明书的添加剂并不必须可溶于传热流体中。油中的不溶性添加剂例如硬脂酸锌可以分散在本说明书的传热流体中。
与本发明公开内容结合在传热流体组合物中使用的性能添加剂的类型和数量不受本申请作为说明所示的实例限制。
分散剂
传热流体组合物可以包括至少一种分散剂。在电装置部件运行期间，会产生油不溶性氧化副产物。分散剂有助于将这些副产物保持在溶液中，从而减少它们在金属表面上的沉积。在传热流体的配方中使用的分散剂本质上可以是无灰的或形成灰的。优选地，分散剂是无灰的。所谓的无灰分散剂是在燃烧时基本上不形成灰的有机材料。例如，不含金属或不含硼酸化金属的分散剂被认为是无灰的。
合适的分散剂通常包含连接到相对高分子量烃链的极性基团。极性基团通常包含氮、氧或磷中的至少一种元素。典型的烃链含有50到400个碳原子。
一类特别有用的分散剂是(聚)烯基琥珀酸衍生物，通常通过长链烃基取代的琥珀酸化合物(通常是烃基取代的琥珀酸酐)与多羟基或多氨基化合物的反应来制备。构成在油中赋予溶解度的分子的亲油部分的长链烃基通常是聚异丁烯基团。这类分散剂的许多实例在商业上和文献中是公知的。描述这些分散剂的例示U.S.专利是专利号为3,172,892；3,2145,707；3,219,666；3,316,177；3,341,542；3,444,170；3,454,607；3,541,012；3,630,904；3,632,511；3,787,374和4,234,435的U.S.专利。其他类型的分散剂在专利号为3,036,003；3,200,107；3,254,025；3,275,554；3,438,757；3,454,555；3,565,804；3,413,347；3,697,574；3,725,277；3,725,480；3,726,882；4,454,059；3,329,658；3,449,250；3,519,565；3,666,730；3,687,849；3,702,300；4,100,082；5,705,458的U.S.专利中。分散剂的进一步描述，例如，在欧洲专利申请No.471 071中，为此目的对其进行了参考。
烃基取代的琥珀酸和烃基取代的琥珀酸酐衍生物是有用的分散剂。特别地，通过优选在烃取代基中具有至少50个碳原子的烃取代的琥珀酸化合物，与至少一当量的亚烷基胺反应制备的琥珀酰亚胺、琥珀酸酯或琥珀酸酯酰胺是特别有用的。
琥珀酰亚胺由烃基取代的琥珀酸酐与胺之间的缩合反应所形成。摩尔比可以根据多胺而变化。例如，烃基取代的琥珀酸酐与TEPA的摩尔比可以在约1:1至约5:1之间变化。典型实例公开在专利号为3,087,936；3,172,892；3,219,666；3,272,746；3,322,670；3,652,616、3,948,800的美国专利中。
琥珀酸酯由烃基取代的琥珀酸酐与醇或多元醇之间的缩合反应所形成。摩尔比可以根据所使用的醇或多元醇而变化。例如，烃基取代的琥珀酸酐和季戊四醇的缩合产物是有用的分散剂。
琥珀酸酯酰胺由烃基取代的琥珀酸酐与烷醇胺之间的缩合反应所形成。例如，合适的烷醇胺包括乙氧基化多烷基多胺、丙氧基化多烷基多胺和多烯基多胺如聚乙烯多胺。一个例子是丙氧基化六亚甲基二胺。代表性的实例显示在美国专利US4,426,305中。
前述段落中使用的烃基取代的琥珀酸酐的分子量通常在800至2,500或更高的范围内。上述产物可与各种试剂如硫、氧、甲醛、羧酸如油酸进行后反应。上述产物还可以与硼化合物如硼酸、硼酸酯或高度硼酸化的分散剂进行后反应，以形成每摩尔分散剂反应产物通常具有约0.1至约5摩尔硼的硼酸化分散剂。
曼尼希碱分散剂由烷基酚、甲醛和胺的反应来制备。参见美国专利US 4,767,551，该专利通过引用并入本申请。加工助剂和催化剂，例如油酸和磺酸，也可以是反应混合物的一部分。烷基酚的分子量范围为800至2,500。代表性的实例公开在专利号为3,697,574；3,703,536；3,704,308；3,751,365；3,756,953；3,798,165；和3,803,039的美国专利中。
可用于本说明书的典型高分子量脂族酸改性曼尼希缩合产物可由高分子量烷基取代的羟基芳族化合物或含HNR2基团的反应物制备。
烃基取代的胺无灰分散剂添加剂是本领域技术人员公知的；例如，参见专利号为3,275,554；3,438,757；3,565,804；3,755,433；3,822,209和5,084,197的美国专利。
示例性分散剂包括硼酸化和非硼酸化琥珀酰亚胺，其包括来自单-琥珀酰亚胺、双-琥珀酰亚胺和/或单-和双-琥珀酰亚胺的混合物的那些衍生物，其中烃基琥珀酰亚胺衍生自通常具有高末端乙烯基的亚烃基，例如Mn为约500至约5000，或约1000至约3000，或约1000至约2000的聚异丁烯，或这些亚烃基的混合物。其他优选的分散剂包括琥珀酸酯和酰胺、烷基酚-多胺偶联的曼尼希加合物、它们的封端衍生物和其他相关组分。
聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酸酯衍生物是另一类分散剂。这些分散剂通常通过使含氮单体与在酯基中含有5-25个碳原子的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯反应来制备。代表性的实例公开在美国专利US2,100,993和6,323,164中。聚甲基丙烯酸酯和聚丙烯酸酯分散剂通常用作多功能粘度改进剂。较低分子量的版本可用作传热流体分散剂或燃料清净剂。
可用于本说明书的其他示例性分散剂包括衍生自聚烯基取代的单羧酸或二羧酸、酸酐或酯的那些，该分散剂具有数均分子量为至少900且每个聚烯基组成部分有从大于1.3至1.7、优选从大于1.3至1.6，最优选从大于1.3至1.5个官能团(产生单或二羧酸的组成部分)的聚烯基组成部分(中等官能度分散剂)。官能度(F)可以根据下式确定：
F＝(SAP×Mn)/((112,200×A.I.)-(SAP×98))
其中SAP是皂化值(即，根据ASTM D94测定，在完全中和一克含琥珀酸类的反应产物中酸基团所消耗的KOH毫克数)；Mn是起始烯烃聚合物的数均分子量；以及A.I.是含琥珀酸类的反应产物的活性成分百分比(其余为未反应的烯烃聚合物、琥珀酸酐和稀释剂)。
分散剂的聚烯基组成部分的数均分子量可以为至少900，合适地至少1500，优选1800-3000，例如2000-2800，更优选约2100-2500，最优选约2200到约2400。分散剂的分子量通常以聚烯基组成部分的分子量表示。这是因为分散剂的精确分子量范围取决于许多参数，其包括用于衍生分散剂的聚合物的类型、官能团的数量和所使用的亲核基团的类型。
聚合物分子量，特别是Mn，可以通过各种已知技术确定。一种方便的方法是凝胶渗透色谱法(GPC)，它还提供分子量分布信息(参见W.W.Yau，J.J.Kirkland和D.D.Bly，"Modern Size Exclusion Liquid Chromatography"，John Wiley and Sons，纽约，1979)。另一种确定分子量的有用方法，特别是对于较低分子量聚合物，是蒸气压渗透法(例如，ASTM D3592)。
分散剂中的聚烯基组成部分优选具有窄的分子量分布(MWD)，也称为多分散性，由重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)的比率确定。Mw/Mn小于2.2，优选小于2.0的聚合物是最理想的。合适的聚合物具有约1.5至2.1，优选约1.6至约1.8的多分散性。
用于形成分散剂的合适聚烯烃包括均聚物、互聚物或较低分子量的烃。一类这样的聚合物包括乙烯和/或至少一种C3至C24α-烯烃的聚合物。优选地，此类聚合物包括乙烯和至少一种上式的α-烯烃的互聚物。
另一类有用的聚合物是通过单体如异丁烯和苯乙烯的阳离子聚合制备的聚合物。此类常见的聚合物包括通过聚合丁烯含量为35至75重量％和异丁烯含量为30至60重量％的C4炼油物流获得的聚异丁烯。用于制备聚正丁烯的优选单体来源是石油原料流，例如残液II。这些进料原料在本领域中公开，例如在美国专利US 4,952,739中。一个优选实施方案利用由纯异丁烯流或残液I流制备的聚异丁烯，以制备具有末端乙烯叉基烯烃的反应性异丁烯聚合物。可以使用的聚异丁烯聚合物通常基于从1500至3000的聚合物链。
含有烯基或烷基的分散剂具有约500至约5000的Mn值和约1至约5的Mw/Mn比。优选的Mn间隔取决于提高过滤性的试剂的化学性质。适合与马来酸酐或其他酸材料或酸形成材料反应的聚烯烃聚合物包括含有主要量的C2至C5单烯烃，例如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯和戊烯的聚合物。一种非常合适的聚烯烃聚合物是聚异丁烯。优选作为反应物质的琥珀酸酐是PIBSA，即聚异丁烯基琥珀酸酐。
如果分散剂包含琥珀酰亚胺，该琥珀酰亚胺包含琥珀酸酐与多胺的反应产物，则用作反应物质的琥珀酸酐的烯基或烷基取代基优选由Mn值为约1200至约2500的聚合异丁烯组成。更有利地，用作反应物质的琥珀酸酐的烯基或烷基取代基由Mn值为约2100至约2400的聚合异丁烯组成。如果改进过滤性的试剂包含琥珀酸的酯，该酯包括琥珀酸酐和脂族多元醇的反应产物，则用作反应物质的琥珀酸酐的烯基或烷基取代基有利地由Mn值为500至1500的聚合异丁烯组成。优选地，使用Mn值为850至1200的聚合异丁烯。
酰胺可以是单羧酸或多羧酸或其反应性衍生物的酰胺。酰胺的特征可以是含有约6至约90个碳原子的烃基；每个独立地为氢或烃基、氨基烃基、羟基烃基或杂环取代的烃基，条件是两者不是氢；每个独立地是含有最多约10个碳原子的亚烃基。
酰胺可以衍生自一元羧酸、含有6至约30或38个碳原子的烃基，更经常是衍生自含有12至约24个碳原子的脂肪酸的烃基。
衍生自二羧酸或三羧酸的示例性酰胺将包含6至约90或更多碳原子，这取决于多羧酸的类型。例如，当酰胺衍生自二聚物酸时，将含有约18至约44个或更多碳原子，而衍生自三聚物酸的酰胺通常平均含有约44至约90个碳原子。每个独立地是氢或烃基、氨基烃基、羟基烃基或含有最多约10个碳原子的杂环取代的烃基。它可以独立地是杂环取代的烃基，其中杂环取代基衍生自吡咯、吡咯啉、吡咯烷、吗啉、哌嗪、哌啶、吡啶、哌可啉等。具体实例包括甲基、乙基、正丙基、正丁基、正己基、羟甲基、羟乙基、羟丙基、氨基甲基、氨基乙基、氨基丙基、2-乙基吡啶、1-乙基吡咯烷、1-乙基哌啶等。
示例性脂族单胺包括单脂族和二脂族取代的胺，其中脂族基团可以是饱和或不饱和的以及直链或支链的。这样的胺包括，例如单-和二-烷基取代的胺、单-和二-烯基取代的胺等。这种单胺的具体实例包括乙胺、二乙胺、正丁胺、二正丁胺、异丁胺、椰油胺、硬脂胺、油胺等。脂环族取代的脂族胺的实例是2-(环己基)-乙胺。杂环取代的脂肪胺的实例包括2-(2-氨基乙基)-吡咯、2-(2-氨基乙基)-1-甲基吡咯、2-(2-氨基乙基)-1-甲基吡咯烷和4-(2-氨基乙基)吗啉、1-(2-氨基乙基)哌嗪、1-(2-氨基乙基)哌啶、2-(2-氨基乙基)吡啶、1-(2-氨基乙基)吡咯烷、1-(3-氨基丙基)咪唑、3-(2-氨基丙基)吲哚、4-(3-氨基丙基)吗啉、1-(3-氨基丙基)-2-哌可啉、1-(3-氨基丙基)-2-吡咯烷酮等。
示例性的脂环族单胺是其中有一个脂环族取代基通过环结构中的碳原子直接连接到氨基氮上的那些单胺。脂环族单胺的实例包括环己胺、环戊胺、环己烯胺、环戊烯胺、N-乙基-环己胺、二环己胺等。脂族取代的、芳族取代的和杂环取代的脂环族单胺的实例包括丙基取代的环己胺、苯基取代的环戊胺和吡喃基取代的环己胺。
示例性芳族胺包括其中芳环结构的碳原子直接连接至氨基氮的那些单胺。芳环通常是单核芳环(即衍生自苯的环)，但可以包括稠合芳环，尤其是衍生自萘的芳环。芳族单胺的实例包括苯胺、二-(对-甲基苯基)胺、萘胺、N-(正丁基)-苯胺等。脂族取代的、脂环族取代的和杂环取代的芳族单胺的实例是对乙氧基苯胺、对十二烷基苯胺、环己基取代的萘胺、各种取代的吩噻嗪和噻吩基取代的苯胺。
示例性的多胺是类似于上述单胺的脂族、脂环族和芳族多胺，不同之处在于它们的结构中存在额外的氨基氮。额外的氨基氮可以是伯、仲或叔氨基氮。这种多胺的实例包括N-氨基-丙基-环己胺、N,N′-二-正丁基-对苯二胺、双-(对-氨基苯基)甲烷、1,4-二氨基环己烷等。
示例性的羟基取代胺是具有直接键合到除羰基碳原子之外的碳原子上的羟基取代基的那些；也就是说，它们具有能够起醇作用的羟基。这种羟基取代胺的实例包括乙醇胺、二-(3-羟丙基)-胺、3-羟丁基-胺、4-羟丁基-胺、二乙醇胺、二-(2-羟胺、N-(羟丙基)-丙胺、N-(2-甲基)-环己胺、3-羟基环戊基对羟基苯胺、N-羟基乙基哌嗪等。
在一个实施方案中，胺是亚烷基多胺，其包括氢，或含有最多约10个碳原子的烃基、氨基烃基、羟基烃基或杂环取代的烃基。这种亚烷基多胺的实例包括亚甲基多胺、亚乙基多胺、亚丁基多胺、亚丙基多胺、亚戊基多胺、亚己基多胺、亚庚基多胺等。
亚烷基多胺包括乙二胺、三亚乙基四胺、丙二胺、三亚甲基二胺、六亚甲基二胺、十亚甲基二胺、六亚甲基二胺、十亚甲基二胺、八亚甲基二胺、二(七亚乙基)三胺、三亚丙基四胺、四亚乙基五胺、三亚甲基二胺、五亚乙基六胺、(三亚甲基)三胺等。通过缩合两种或更多种上述亚烷基胺获得的高级同系物是有用的，两种或更多种任何上述多胺的混合物也是有用的。
出于成本和有效性的原因，诸如上述那些的亚乙基多胺是特别有用的。此类多胺在The Encyclopedia of Chemical Technology，第二版，Kirk and Othmer,第7卷，第27-39页，Interscience Publishers，Division of John Wiley and Sons，1965中的标题“二胺和高级胺”下详细描述，其中为了公开有用的多胺，将其引入本申请作为参考。此类化合物最方便地通过亚烷基氯化物与氨的反应或通过乙烯亚胺与开环试剂如氨等的反应来制备。这些反应导致产生稍微复杂的亚烷基多胺混合物，其包括环状缩合产物如哌嗪。
其他有用类型的多胺混合物是由上述多胺混合物汽提产生的那些。在这种情况下，从亚烷基多胺混合物中除去较低分子量的多胺和挥发性污染物以留下通常称为“多胺底部物”的残留物。通常，亚烷基多胺底部物的特征在于具有少于2、通常少于1％(按重量计)沸点低于约200℃的材料。在容易获得并发现非常有用的亚乙基多胺底部物的情况下，底部物含有少于约2％(按重量计)的总二亚乙基三胺(DETA)或三亚乙基四胺(TETA)。从DowChemical Company，Freeport，Tex.获得的这种亚乙基多胺底部物的典型样品命名为“E-100”。这种样品的气相色谱分析表明它含有大约0.93％的“轻馏分”(很可能是DETA)、0.72％的TETA、21.74％的四亚乙基五胺和76.61％的五亚乙基六胺和更高(按重量计)。这些亚烷基多胺底部物包括环状缩合产物例如哌嗪和二亚乙基三胺、三亚乙基四胺等的高级类似物。
示例性分散剂选自：作为高分子量酚、亚烷基多胺和醛如甲醛的缩合反应产物的曼尼希碱；进一步与有机羟基化合物和/或胺反应作为烯烃聚合物和琥珀酸类酰化剂(酸、酸酐、酯或卤化物)的反应产物的琥珀酸类-基分散剂；高分子量酰胺和酯例如烃基酰化剂和多元脂族醇(例如甘油、季戊四醇或山梨糖醇)的反应产物。通常含有与极性官能团相连的油溶性高分子量主链的无灰(无金属)聚合物材料通常用作分散剂，其与待分散的颗粒缔合。乙酸锌封端，以及任何处理过的分散剂，其包括硼酸化的、环状碳酸酯、封端的聚亚烷基马来酸酐等；上述一些的混合物，处理率范围从约0.1％直到10-20％或更多。常用的烃主链材料是烯烃聚合物和共聚物，即乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、苯乙烯；聚合物的主链中可能引入或可能没有引入其他官能团，其分子量范围为300至5000。极性材料如胺、醇、酰胺或酯通过桥连接到主链上。
分散剂优选是非聚合的(例如单-或双-琥珀酰亚胺)。这种分散剂可以通过常规方法制备，例如美国专利申请公开No.2008/0020950中公开的，其公开内容通过引用并入本申请。
分散剂可通过常规方法硼酸化，如美国专利3,087,936、3,254,025和5,430,105中一般公开的。
这样的分散剂可以采用约0.01至20重量％或0.01至10重量％，优选约0.5至8重量％，或更优选0.5至4重量％的量使用。或者这样的分散剂可以采用约2至12重量％，优选约4至10重量％，或更优选6至9重量％的量使用。以活性成分计，此类添加剂的用量可为约0.06至14重量％，优选约0.3至6重量％。分散剂原子的烃部分可以在C60至C1000，或C70至C300，或C70至C200的范围内。这些分散剂可以含有中性和碱性氮两者，以及两者的混合物。分散剂可以用硼酸盐和/或环状碳酸酯封端。成品油中的氮含量可在约200重量ppm至约2000重量ppm，优选约200重量ppm至约1200重量ppm之间变化。碱性氮可以在约100重量ppm至约1000重量ppm，优选约100重量ppm至约600重量ppm之间变化。
如本申请所用，分散剂浓度基于“提供时(as delivered)”给出。通常，活性分散剂与加工油一起提供。“提供时”分散剂通常在“提供时”分散剂产品中包含约20重量％至约80重量％，或约40重量％至约60重量％的活性分散剂。
清净剂
传热流体组合物可以包括至少一种清净剂。可用于本说明书的示例性清净剂包括,例如碱金属清净剂、碱土金属清净剂或一种或多种碱金属清净剂与一种或多种碱土金属清净剂的混合物。典型的清净剂是一种阴离子材料，它包含分子的长链疏水部分和分子的较小的阴离子或疏油亲水部分。清净剂的阴离子部分通常衍生自有机酸例如硫酸、羧酸(例如水杨酸)、亚磷酸、苯酚或其混合物。抗衡离子通常是碱土金属或碱金属。
清净剂优选为有机酸或无机酸的金属盐、苯酚的金属盐、或其混合物。金属优选选自碱金属、碱土金属及其混合物。有机酸或无机酸选自脂族有机酸或无机酸、脂环族有机酸或无机酸、芳族有机酸或无机酸、及其混合物。
金属优选选自碱金属、碱土金属及其混合物。更优选地，金属选自钙(Ca)、镁(Mg)及其混合物。
有机酸或无机酸优选选自硫酸、羧酸、磷酸及其混合物。
优选地，有机酸或无机酸的金属盐或苯酚的金属盐包括酚钙、磺酸钙、水杨酸钙、酚镁、磺酸镁、水杨酸镁及其混合物。
包含基本化学计量量的金属的盐被描述为中性盐并且具有从0到80的总碱值(TBN，根据ASTM D2896测量)。许多组合物是高碱性的，含有大量的金属碱，这是通过使过量的金属化合物(例如金属氢氧化物或氧化物)与酸性气体(例如二氧化碳)反应而获得的。有用的清净剂可以是中性的、中度高碱性的或高度高碱性的。这些清净剂可以采用中性、高碱性、高度高碱性水杨酸钙、磺酸钙、酚钙和/或水杨酸镁、磺酸镁、酚镁的混合物使用。TBN范围可以从低、中到高TBN产品变化，包括低至0到高达600。优选地，由清净剂提供的TBN在1到20之间。更优选在1到12之间。可以使用低、中、高TBN的混合物，以及基于钙和镁金属的清净剂的混合物，包括磺酸盐、酚盐、水杨酸盐和羧酸盐。可以使用金属比为1的清净剂混合物，与金属比为2的清净剂结合使用，以及与金属比为5的清净剂一样高。也可以使用硼酸化清净剂。
碱土金属酚盐是另一类有用的清净剂。这些清净剂可以通过碱土金属氢氧化物或氧化物(例如CaO，Ca(OH)2，BaO，Ba(OH)2，MgO，Mg(OH)2)与烷基酚或硫化烷基酚反应来制备。有用的烷基包括直链或支链C1-C30烷基，优选C4-C20或其混合物。合适酚的实例包括异丁基苯酚、2-乙基己基苯酚、壬基苯酚、十二烷基苯酚等。应该注意的是起始烷基酚可以含有一个以上的烷基取代基，它们各自独立地是直链或支链的并且可以使用0.5-6重量％。当使用非硫化烷基酚时，硫化产物可以通过本领域公知的方法获得。这些方法包括加热烷基酚和硫化剂(包括元素硫、卤化硫如二氯化硫等)的混合物和然后使硫化酚与碱土金属碱反应。
羧酸的金属盐是有用的清净剂。这些羧酸清净剂可以通过使碱性金属化合物与至少一种羧酸反应并从反应产物中除去游离水来制备。由水杨酸制成的清净剂是一种衍生自羧酸的优选类别清净剂。有用的水杨酸盐包括长链烷基水杨酸盐。一种有用类属的组合物具有下式
Figure BDA0003945321500000551
其中R是具有1至约30个碳原子的烷基，n是1至4的整数，M是碱土金属。优选的R基团是至少C11，优选C13或更大的烷基链。R可以任选地被不干扰清净剂功能的取代基取代。M优选为钙、镁或钡。更优选地，M是钙。
烃基取代的水杨酸可通过Kolbe反应由酚类制备(参见美国专利US3,595,791)。烃基取代的水杨酸的金属盐可以通过金属盐在极性溶剂如水或醇中的双分解来制备。
碱土金属磷酸盐也用作清净剂并且是本领域已知的。
清净剂可以是简单清净剂或所谓的混合或复合清净剂。后一种清净剂可以提供两种优选类别剂的性能，而无需混合单独的材料。参见美国专利US 6,034,039。
说明性的清净剂包括烷基水杨酸钙、烷基酚钙和烷基芳基磺酸钙以及使用的替代金属离子例如镁、钡或钠。可以使用的清洁和分散剂的实例包括金属基清净剂，例如中性和碱性碱土金属磺酸盐、碱土金属酚盐和碱土金属水杨酸盐烯基琥珀酰亚胺和烯基琥珀酰亚胺酯及其硼氢化物、酚盐、萨利纳斯(salienius)络合物清净剂和用硫化合物改性的无灰分散剂。这些试剂可以单独或以混合物的形式添加和使用，适宜的量在每100重量份基础油0.01至1重量份的范围内；这些也可以是高TBN、低TBN或高/低TBN的混合物。
优选的清净剂包括磺酸钙、磺酸镁、水杨酸钙、水杨酸镁、酚钙、酚镁和其他相关组分(包括硼酸化清净剂)，及其混合物。优选的清净剂混合物包括磺酸镁和水杨酸钙、磺酸镁和磺酸钙、磺酸镁和酚钙、酚钙和水杨酸钙、酚钙和磺酸钙、酚钙和水杨酸镁、酚钙和酚镁。
基于传热流体的总重量，本说明书的传热流体中清净剂浓度可以在约0.01至约10重量％，优选约0.1至7.5重量％，和更优选约0.5至约5重量％的范围内。
如本申请所用，清净剂浓度基于“提供时”给出。通常，活性清净剂与加工油一起提供。“提供时”清净剂通常在“提供时”清净剂产品中包含约20重量％至约100重量％，或约40重量％至约60重量％的活性清净剂。
粘度改进剂
粘度改进剂(也称为粘度指数促进剂(VI促进剂)和粘度促进剂)可以包含在本说明书的传热流体组合物中。
粘度改进剂提供具有高温和低温可操作性的传热流体。这些添加剂赋予高温下剪切稳定性和低温下可接受的粘度。
合适的粘度改进剂包括高分子量烃类、聚酯和既作为粘度改进剂又作为分散剂的粘度改进剂分散剂。这些聚合物的典型分子量为约10,000至1,500,000，更通常为约20,000至1,200,000，甚至更通常为约50,000至1,000,000。
合适粘度改进剂的实例是甲基丙烯酸酯、丁二烯、烯烃或烷基化苯乙烯的线性或星形聚合物和共聚物。聚异丁烯是一种常用的粘度改进剂。另一种合适的粘度改进剂是聚甲基丙烯酸酯(例如，各种链长度的甲基丙烯酸烷基酯的共聚物)，其一些配方也用作倾点下降剂。其他合适的粘度改进剂包括乙烯和丙烯的共聚物、苯乙烯和异戊二烯的氢化嵌段共聚物以及聚丙烯酸酯(例如，各种链长度丙烯酸酯的共聚物)。具体的实例包括50,000至200,000分子量基于苯乙烯-异戊二烯或苯乙烯-丁二烯的聚合物。
烯烃共聚物可从Chevron Oronite Company LLC以商品名
Figure BDA0003945321500000571
(例如“
Figure BDA0003945321500000572
8921”和“
Figure BDA0003945321500000573
8941”)；从Afton Chemical Corporation以商品名
Figure BDA0003945321500000574
(例如“
Figure BDA0003945321500000575
5850B”；以及从The Lubrizol Corporation以商品名“
Figure BDA0003945321500000576
7067C”商购获得。氢化聚异戊二烯星形聚合物可从Infmeum InternationalLimited，例如以商品名“SV200”和“SV600”商购获得。氢化二烯-苯乙烯嵌段共聚物可从Infmeum International Limited，例如以商品名“SV 50”商购获得。
聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酸酯聚合物可以是可从Evnoik Industries以商品名
Figure BDA0003945321500000577
获得的线型聚合物(例如Viscoplex 6-954)或可从LubrizolCorporation以商品名AstericTM获得的星形聚合物(例如Lubrizol 87708和Lubrizol87725)。
可用于本说明书的说明性的含乙烯基芳烃的聚合物可以主要衍生自乙烯基芳烃单体。可用于本说明书的说明性的含乙烯基芳烃的共聚物可由以下通式表示：
A-B
其中A是主要衍生自乙烯基芳烃单体的聚合物嵌段，B是主要衍生自共轭二烯单体的聚合物嵌段。
在本说明书内容的一个实施方案中，粘度改进剂可以采用小于约10重量％、优选小于约7重量％、更优选小于约4重量％的量使用，并且在某些情况下，可以采用小于2重量％，优选小于约1重量％，更优选小于约0.5重量％使用，基于配制的传热流体的总重量。粘度改进剂通常以浓缩物形式添加到大量稀释剂油中。
粘度改进剂的用量可以为0.01至20重量％，优选0.1至10重量％，更优选0.5至7.5重量％，还更优选1至5重量％(基于收到的状态)，基于传热流体组合物的总重量。
如本申请所用，粘度改进剂浓度基于“提供时”给出。通常，活性聚合物与稀释剂油一起提供。在“提供时”聚合物浓缩物中，“提供时”粘度改进剂通常包含20重量％至75重量％用于聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酸酯聚合物的活性聚合物，或8重量％至20重量％用于烯烃共聚物、氢化聚异戊二烯星形聚合物或氢化二烯-苯乙烯嵌段共聚物的活性聚合物。
金属钝化剂
传热流体组合物可以包括至少一种金属钝化剂。金属钝化剂/去活化剂包括例如苯并三唑、甲苯基三唑、2-巯基苯并噻唑、二烷基-2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑；N,N′-二水杨叉基乙二胺，N,N′-二水杨叉基丙二胺；二烷基二硫代磷酸锌和二烷基二硫代氨基甲酸锌。
本说明书的一些实施方案还可以包括黄色金属钝化剂。如本申请所用，“黄色金属”是指包括黄铜和青铜合金、铝青铜、磷青铜、铜、铜镍合金和铍铜的冶金组。典型的黄色金属钝化剂包括例如苯并三唑、甲苯三唑(totutriazole)、甲苯基三唑、甲苯三唑钠(sodium tolutriazole)和甲苯基三唑的混合物，以及它们的组合。在一个特定且非限制性的实施方案中，选择含有甲苯基三唑的化合物。典型的商用黄色金属钝化剂包括IRGAMETTM-30和IRGAMETTM-42，可从Ciba Specialty Chemicals(现在是BASE的一部分)获得，以及VANLUBETM 601和704，以及CUVANTM 303和484，可从R.T.Vanderbilt Company，Inc获得。
基于传热流体的总重量，本说明书的传热流体中的金属钝化剂浓度可以为约0.01至约5.0重量％，优选约0.01至3.0重量％，和更优选约0.01重量％至约1.5重量％。
离子液体(IL)
离子液体是所谓的盐熔体，其优选在室温下为液体和/或根据定义具有<100℃的熔点。它们几乎没有蒸汽压，因此没有气蚀特性。此外，通过选择离子液体中的阳离子和阴离子，延长传热流体的寿命，和通过调节电导率，这些液体可以用于其中存在电荷积聚的设备，例如，电动交通工具部件。适用于离子液体的阳离子包括季铵阳离子、鏻阳离子、咪唑鎓阳离子、吡啶鎓阳离子、吡唑鎓阳离子、噁唑鎓阳离子、吡咯烷鎓阳离子、哌啶鎓阳离子、噻唑鎓阳离子、胍鎓阳离子、吗啉鎓阳离子、三烷基锍阳离子或三唑鎓阳离子，其可以由选自如下的阴离子取代：[PF6]-，[BF4]31，[CF3CO2]31，[CF3SO3]-及其高级同系物，[C4F9--SO3]31或[C8F17--SO3]-以及更高级的全氟烷基磺酸根，[(CF3SO2)2N]-，[(CF3SO2)(CF3COO)N]-，[R1--SO3]-，[R1--O--SO3]31，[R1--COO]-，Cr-，Br-，[NO3]-，[N(CN)2]-，[HSO4]-，PF(6-x)R3 x或[R1R2PO4]-，以及基团R1和R2彼此独立地选自氢；具有1至20个碳原子的直链或支链、饱和或不饱和、脂族或脂环族烷基；杂芳基、在杂芳基中具有3至8个碳原子和N、O和S中的至少一个杂原子的杂芳基-C1-C6-烷基，其可以与选自C1-C6烷基和/或卤素原子的至少一个基团结合；在芳基中具有5至12个碳原子的芳基-芳基C1-C6烷基，其可以被至少一个C1-C6烷基取代；R3可以是全氟乙基或高级全氟烷基，x为1至4。然而，其他组合也是可能的。
特别优选具有高度氟化阴离子的离子液体，因为它们通常具有高热稳定性。这种阴离子肯定会降低吸水能力，例如在双(三氟甲基亚磺酰基)酰亚胺阴离子的情况下。
示例性离子液体包括例如丁基甲基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(MBPimide)、甲基丙基吡咯烷鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(MPPimide)、己基甲基咪唑鎓三(全氟乙基)三氟磷酸盐(HMIMPFET)、己基甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(HMIMimide)、己基甲基吡咯烷鎓(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(HMP)、四丁基鏻三(全氟乙基)三氟磷酸盐(BuPPFET)、辛基甲基咪唑鎓六氟磷酸盐(OMIM PF6)、己基吡啶鎓双(三氟甲基)磺酰亚胺(Hpyimide)、三氟乙酸甲基三辛基铵(MOAac)、丁基甲基吡咯烷鎓三(五氟乙基)三氟磷酸盐(MBPPFET)、三己基(十四烷基)鏻双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(HPDimide)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙基硫酸盐(EMIM乙基硫酸盐)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(EMIMimide)、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(EMMIMimide)、N-乙基-3-甲基吡啶鎓九氟丁烷磺酸盐(EMPyflate)、三己基(十四烷基)鏻双(三氟甲基磺酰基)酰胺、三己基(十四烷基)鏻双(2,4,4-三氟甲基戊基)次膦酸盐、三丁基(十四烷基)鏻十二烷基苯磺酸盐等。
产生离子液体的阳离子/阴离子组合包括例如二烷基咪唑鎓、吡啶鎓、铵和鏻等与有机阴离子如磺酸根、酰亚胺、次甲基等，以及无机阴离子如卤根和磷酸根等，这样采用其可以实现低熔点的阳离子和阴离子的任何其他组合也是可以想到的。离子液体具有极低的蒸气压，这取决于它们的化学结构，不易燃，并且通常具有高达260℃以上的热稳定性，此外还适合用作传热流体。
通过合适的阳离子和阴离子选择，用离子液体实现传热流体的各自所需特性。这些理想的特性包括调整传热流体的电导率以扩展使用区域、增加传热流体的使用寿命以及调整粘度以提高温度适应性。适用于离子液体的阳离子已被证明是鏻阳离子，咪唑鎓阳离子、吡啶鎓阳离子或吡咯烷鎓阳离子，其可与含氟并选自双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、双(全氟烷基磺酰基)酰亚胺、全氟烷基磺酸根、三(全氟烷基)次甲基、双(全氟烷基)酰亚胺、双(全氟芳基)酰亚胺、全氟芳基全氟烷基磺酰亚胺和三(全氟-烷基)三氟磷酸根的阴离子结合或与无卤素烷基硫酸根阴离子结合。
离子液体优选具有高度氟化的阴离子，因为它们通常具有高热稳定性。此类阴离子可显着降低吸水能力，例如，当使用双(三氟甲基磺酰基)阴离子时。
在一个实施方案中，此类离子液体添加剂的用量可为约0.1至10重量％，优选0.5至7.5重量％，更优选约0.75至5重量％。
抗静电添加剂
在电装置部件中，会产生静电，尤其是在使用传热流体时。为了减少这种危险，可以将导电抗静电添加剂添加到传热流体中并使其分布在整个传热流体中。因此，这种传热流体将避免与基础原料的局部击穿相关的性能降低和静电积聚引起的安全问题。
可以添加一类称为“抗静电流体”或“抗静电添加剂”的产品，它们也是石油馏出物，以将传热流体的电导率调节到安全水平，例如，每米电导率等于或高于100皮西门子。需要非常少量的这些抗静电流体来将电导率提高到所需的水平，即每1,000加仑烃大约需要10到30毫升。
根据本说明书的另一个特征，抗静电添加剂基于材料与传热流体的化学相容性的能力以及将传热流体的电导率调节至对于传热流体的预期应用所需水平的成本效益而选自一群可商购的材料。
典型的抗静电流体是ExxonMobilTM Chemical的脱芳香烃流体系列，称为ExxsolTM流体。代表性流体及其蒸馏点包括ExxsolTM抗静电流体己烷(最低65IBP(℃)，最高71DP(℃)，和添加剂量30ml/1000gal)，D 40(最低150IBP(℃)，最高210DP(℃)，和添加剂量30ml/1000gal)，D 3135(最低152IBP(℃)，最高182DP(℃)，和添加剂量10ml/1000gal)和D60(最低177IBP(℃)，最高220DP(℃)，和添加剂量30ml/1000gal)。IBP是蒸馏1％材料的温度，和DP是蒸馏96％材料的温度。
其他示例性抗静电剂基于长链脂肪胺(任选乙氧基化的)和酰胺、季铵盐(例如，山萮三铵氯化物或椰油酰胺丙基甜菜碱)、磷酸酯、聚乙二醇酯或多元醇。其他抗静电剂包括长链烷基酚、乙氧基化胺、甘油酯，例如单硬脂酸甘油酯、酰胺、二醇和脂肪酸。
调节传热流体的电导率所需的抗静电添加剂的量是通过在混合抗静电添加剂时测量传热流体的电导率并在要达到与应用一致的所需电导率时停止来确定的。混入的抗静电添加剂的量将在传热流体重量的0.001重量％到10重量％之间，优选在1重量％到7.5重量％之间，尽管它可以采用每百万份10到100,000份的液体体积混入。
倾点下降剂(PPD)
如果需要可以将常规倾点下降剂(也称为润滑油流动促进剂)添加到本说明书的传热流体组合物中。这些倾点下降剂可以添加到本说明书的传热流体组合物中以降低流体将流动或可以倾倒的最低温度。合适倾点下降剂的实例包括聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚芳基酰胺、卤代石蜡烃蜡和芳族化合物的缩合产物、羧酸乙烯酯聚合物和富马酸二烷基酯、脂肪酸乙烯基酯和烯丙基乙烯基醚的三元共聚物。美国专利US 1,815,022；2,015,748；2,191,498；2,387,501；2,655，479；2,666,746；2,721,877；2,721,878；和3,250,715公开了有用的倾点下降剂和/或其制备。此类添加剂的用量可为约0.01至5重量％，优选0.1至3重量％，更优选约0.5至1.5重量％。
密封相容剂
传热流体组合物可以包括至少一种密封相容剂。密封相容剂通过引起流体中的化学反应或弹性体中的物理变化来帮助膨胀弹性体密封件。适用于传热流体的密封相容剂包括有机磷酸酯、芳族酯、芳烃、酯(例如，邻苯二甲酸丁基苄酯)和聚丁烯基琥珀酸酐。此类添加剂的用量可为约0.01至5重量％，优选0.1至3重量％，更优选约0.5至1.5重量％。
摩擦改进剂
传热流体组合物可以包括至少一种摩擦改进剂。摩擦改进剂是可以改变表面摩擦系数的任何一种或多种材料。摩擦改进剂，也称为减摩剂，或润滑性剂或油性剂，以及改变基础油、配制的传热流体组合物或功能流体的能力以改变表面摩擦系数的其他此类试剂可被有效地与本说明书的基础油或传热流体组合物组合使用，如果需要的话。降低摩擦系数的摩擦改进剂与本说明书的基础油和润滑油组合物组合是特别有利的。
示例性的摩擦改进剂可以包括例如有机金属化合物或材料，或其混合物。可用于本说明书的传热流体配方的示例性有机金属摩擦改进剂包括例如钼胺、钼二胺、有机钨酸盐、二硫代氨基甲酸钼、二硫代磷酸钼、钼胺络合物、羧酸钼等，及其混合物。类似的钨基化合物可能是优选的。
可用于本说明书的传热流体配方的其他示例性摩擦改进剂包括例如烷氧基化脂肪酸酯、烷醇酰胺、多元醇脂肪酸酯、硼酸化甘油脂肪酸酯、脂肪醇醚及其混合物。
示例性的烷氧基化脂肪酸酯包括例如聚氧乙烯硬脂酸酯、脂肪酸聚二醇酯等。这些可以包括聚氧丙烯硬脂酸酯、聚氧丁烯硬脂酸酯、聚氧乙烯异硬脂酸酯、聚氧丙烯异硬脂酸酯、聚氧乙烯棕榈酸酯等。
示例性烷醇酰胺包括例如月桂酸二乙基烷醇酰胺、棕榈酸二乙基烷醇酰胺等。这些可以包括油酸二乙基烷醇酰胺、硬脂酸二乙基烷醇酰胺、油酸二乙基烷醇酰胺、聚乙氧基化烃基酰胺、聚丙氧基化烃基酰胺等。
示例性多元醇脂肪酸酯包括例如甘油单油酸酯、饱和甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯、甘油单硬脂酸酯等。这些可以包括多元醇酯、含羟基的多元醇酯等。
示例性的硼酸化甘油脂肪酸酯包括例如硼酸甘油单油酸酯、硼酸化饱和甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯、硼酸化甘油单硬脂酸酯等。除了甘油多元醇之外，这些可以包括三羟甲基丙烷、季戊四醇、脱水山梨糖醇等。这些酯可以是多元醇单羧酸酯、多元醇二羧酸酯，有时是多元醇三羧酸酯。优选的可以是甘油单油酸酯、甘油二油酸酯、甘油三油酸酯、甘油单硬脂酸酯、甘油二硬脂酸酯和甘油三硬脂酸酯和相应的甘油单棕榈酸酯、甘油二棕榈酸酯和甘油三棕榈酸酯，以及各自的异硬脂酸酯、亚油酸酯等。有时甘油酯可以是优选的以及含有任何这些的混合物。可以优选多元醇的乙氧基化、丙氧基化、丁氧基化脂肪酸酯，尤其是使用甘油作为基础多元醇。
示例性脂肪醇醚包括例如硬脂基醚、肉豆蔻基醚等。醇，包括具有C3至C50的碳数的醇，可以被乙氧基化、丙氧基化或丁氧基化以形成相应的脂肪烷基醚。基础醇部分可以优选为硬脂基、肉豆蔻基、C11-C13烃基、油基、异甾基等。
本说明书的传热流体在存在或不存在摩擦改进剂的情况下表现出期望的特性，例如磨损控制。
摩擦改进剂的有用浓度可以为0.01重量％至5重量％，或约0.1重量％至约2.5重量％，或约0.1重量％至约1.5重量％，或约0.1重量％至约1重量％。含钼材料的浓度通常以Mo金属浓度来描述。Mo的有利浓度可以在25ppm至700ppm或更高的范围内，并且通常具有50-200ppm的优选范围。所有类型的摩擦改进剂可以单独使用或与本说明书的材料混合使用。通常两种或更多种摩擦改进剂的混合物，或摩擦改进剂与替代表面活性材料的混合物也是合乎需要的。
极压剂
传热流体组合物可以包括至少一种极压剂(EP)。可溶于油中的EP剂包括含硫和含氯硫的EP剂、氯代烃EP剂和磷EP剂。这种EP剂的实例包括氯化蜡；硫化烯烃(如硫化异丁烯)、有机硫化物和多硫化物如二苄基二硫化物、双-(氯苄基)二硫化物、二丁基四硫化物、硫化油酸甲酯、硫化烷基苯酚、硫化二戊烯、硫化萜烯和硫化Diels-Alder加合物；磷硫化烃例如硫化磷与松节油或油酸甲酯的反应产物；磷酯例如亚磷酸二烃酯和亚磷酸三烃酯，例如亚磷酸二丁酯、亚磷酸二庚酯、亚磷酸二环己酯、亚磷酸戊基苯基酯；亚磷酸二戊基苯基酯、亚磷酸十三烷基酯、亚磷酸二硬脂基酯和聚丙烯取代的苯酚亚磷酸酯；金属硫代氨基甲酸盐例如二辛基二硫代氨基甲酸锌和庚基苯酚二酸钡；烷基和二烷基磷酸或衍生物的胺盐；及其混合物(如美国专利US3,197,405所述)。
极压剂的用量可以为0.01至5重量％，优选0.01至1.5重量％，更优选0.01至0.2重量％，还更优选0.01至0.1重量％(基于收到的状态)，基于传热流体组合物的总重量。
纳米材料和纳米颗粒
传热流体可以包括纳米材料和/或纳米颗粒。纳米材料和/或纳米颗粒可以有利地改变本说明书的传热流体的传热性质。
本说明书的传热流体可以与工程纳米材料、纳米材料和纳米颗粒组合表现出有利的传热性能和性质。
工程纳米材料，也称为纳米材料，是包含纳米颗粒的材料，这些纳米颗粒是原子和/或分子的小规模集合体，并且被生产为具有与相应本体材料不同的独特/新颖特性。
纳米颗粒是具有尺寸范围为约1nm至约100nm(nm＝纳米)的一个或多个尺寸的颗粒。在一个方面，可以认为纳米颗粒在不考虑周围界面层的情况下起作用。在另一方面，可以认为纳米颗粒的作用包括界面层的作用。
纳米材料和纳米颗粒组合物包括例如金属(例如Au、Ag、Pd、Pt、Cu、Fe、它们的组合等)、非金属(例如C、B、Si、O、P、N、卤化物、它们的组合等)、准金属、金属合金、金属间化合物、导体、半导体、绝缘体、电活性材料；光学活性、电光学、偏振、可极化材料；磁性、铁磁性、抗磁性、电磁、非磁性材料；有机物、含杂原子的有机物、有机金属；无机物、陶瓷、金属氧化物(例如Ti氧化物、Zn氧化物、Ce氧化物等)；盐、络合物盐、清净剂-金属盐络合物、清净剂-金属碳酸盐络合物、高碱性清净剂络合物、胶束-金属盐络合物、胶束-金属碳酸盐络合物及其组合；单晶、多晶、多结晶、半结晶、无定形、半无定形、玻璃状、它们的组合等。
纳米材料和纳米颗粒还包括例如团聚材料、非团聚材料；疏水可溶、不溶、部分可溶的材料；亲水可溶、不溶、部分可溶的材料；富勒烷、富勒烯、其官能化衍生物；碳硼烷、硼烷、硼酸盐、硼胺；硼-碳、硼-杂原子、硼-金属/准金属络合物；石墨烯、其官能化衍生物；单碳原子片或多片材料，其官能化衍生物；单壁，无缝，圆柱形碳纳米管，其官能化衍生物；纳米管及其官能化衍生物，包含例如碳、硼、氮化物、杂原子、它们的组合等；纳米管及其官能化衍生物，它们是例如单壁、多壁、同轴、滚动涡旋、无封端、封端等；纳米线及其官能化衍生物，包含例如碳、硼、氮化物、杂原子、它们的组合等；量子点包括例如半导体、Cd硒化物、Cd碲化物等；分子片，它们是例如单层、多层、夹层、层压、轧制、轧制滚动、折叠、插层、板、薄片等；纳米线，例如分子串、分子线、分子绳、分子电缆、同轴电缆、单线和多线、盘绕、螺旋、交织等；核壳、核包覆、表面改性、表面功能化；在某些情况下，在所有量纲上都具有低纵横比，例如接近1的形态，并且在其他情况下，对于至少一对量纲来说具有高纵横比，例如大于1、大于5、大于10、大于50、大于100、大于500、甚至大于1000的形态。
合适的纳米材料和纳米颗粒例如通过如下方式制备：合成、化学反应、成核和晶体生长；结晶、沉淀；络合；酸碱反应；金属盐、金属氧化物、金属碳酸盐的增溶；羧酸碱反应；金属盐、金属氧化物、金属碳酸盐的羧酸或羧酸盐增溶；金属羧酸盐高碱化；清净剂金属碳酸盐高碱化；液体沉积；本体材料的碾磨、研磨、粉碎等物理过程；胶体过程；喷射挤压、雾化、汽化、气相沉积、离子束分解；物理分离、化学分离；本体材料的解构、分解、消化、分层、插层等；其组合等。
如需要通过使用一种或多种合适的相容剂改进纳米材料和纳米颗粒向传热流体中的掺入，该相容剂包括例如溶剂、分散剂、清净剂、高碱性清净剂、增溶剂；络合剂、具有给电子基团的络合剂，其包括例如O、S、N、P-O、杂原子官能团、阴离子等；具有电子接受基团的络合剂，其包括例如金属、准金属、B、P、Si、阳离子、碱金属和碱土离子、络合阳离子等；胶束、胶束络合物、胶束-金属盐络合物、清净剂-金属盐络合物、高碱性清净剂络合物；离子液体；烃基基础油，其含有例如芳烃、杂芳烃、杂原子、极性官能团、可极化基团和结构、醇、醚、聚醚、酯、聚酯、碳酸酯、聚碳酸酯、胺、聚胺、酰胺、聚酰胺、脲、羧基、羧酸盐、它们的组合等。
含有纳米材料和纳米颗粒的传热流体可以具有有利的性能和性质，其包括例如延长的使用寿命、改善的氧化稳定性、改善的热稳定性、改善的磨损保护、改善的极压磨损保护、改善的清洁度、受控的摩擦、受控的热导率、受控的热容，受控的电导率。
纳米材料和纳米颗粒可以采用0.01至20重量％，优选0.1至10重量％，更优选0.5至7.5重量％，还更优选1至5重量％的用量使用(基于收到的状态)，基于传热流体组合物的总重量。
当传热流体组合物包含一种或多种上述添加剂时，将添加剂以足以使其发挥其预期功能的量掺入组合物中。可用于本说明书的此类添加剂的典型量示于下表3中。
值得注意的是，许多添加剂作为浓缩物从添加剂制造商运送，其中包含在一起的一种或多种添加剂，以及一定量的基础油稀释剂。因此，下表3中的重量以及本申请提到的其他量是针对活性成分的量(即成分的非稀释剂部分)。以下所示的重量百分比(wt％)基于传热流体组合物的总重量。
表3
Figure BDA0003945321500000671
上述添加剂均为市售材料。这些添加剂可以单独添加，但通常预先组合在可从传热流体添加剂供应商处获得的包装中。具有多种成分、比例和特性的添加剂包装可供选择，并且选择合适的包装将考虑到最终成分的必要用途。
实施方案列表
本说明书尤其提供了以下实施方案，每个实施方案可以被认为可选地包括任何替代实施方案。
条款1：一种操作传热系统的方法，包括使非水性介电传热流体循环通过与电气系统流体连通的传热回路，该传热回路包括泵、管路和热交换器，获得传热回路内传热流体的流体特性的实时测量值，该流体特性选自密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)和热导率(k)，基于实时流体特性以及传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)，以及针对传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)，由以下等式确定传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)：
Figure BDA0003945321500000681
和
基于NEF流体确定传热流体的状况，其中如果NEF流体低于预定阈值，则认为状况恶化，并且其中如果NEF流体高于预定阈值，则认为状况是可行的。
条款2：条款1的方法，其中泵是容积泵和离心泵之一。
条款3：条款1的方法，其中电气系统选自电动交通工具、车载电力电子设备、电动机、发电机、电池、可充电电池系统、充电站、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC转换器、电子设备、计算机、服务器组、数据中心、变压器、电源管理系统、控制电池的电子设备及其任意组合。
条款4：条款3的方法，其中使传热流体循环还包括用传热流体直接冷却电气系统的一个或多个电气部件的表面。
条款5：根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述传热回路内选定的主导流态选自层流、过渡流和湍流。
条款6：根据前述条款中任一项所述的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括当传热流体在传热回路内循环时用与传热流体连通的一个或多个传感器监测传热流体，以及使用一个或多个传感器获得流体特性的实时测量值。
条款7：条款1至4中任一项的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括从传热回路中提取传热流体的样品，用一个或多个传感器分析传热流体的样品。
条款8：前述条款中任一项的方法，还包括当NEF流体低于预定阈值时向电气设备的操作者发送警报，并更换至少一部分传热流体。
条款9：根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述电气设备是自动驾驶交通工具，所述方法还包括当所述NEF流体低于预定阈值时向所述自动驾驶交通工具发送警报，并且将所述自动驾驶交通工具引导至维修站以更换至少一部分传热流体。
条款10：前述条款中任一项的方法，进一步包括监测电气系统的温度，并且如果温度超过预定温度限制并且传热流体的状况是可行的，则结论是电气系统具有硬件问题。
条款11：前述条款中任一项的方法，其中传热回路以热输送为主。
条款12：条款1至10中任一项的方法，其中传热回路以传热为主。
条款13：前述条款中任一项的方法，其中传热流体是选自I类基础油、II类基础油、III类基础油、IV类基础油、和V类基础油。
条款14：条款1至12中任一项的方法，其中传热流体是选自芳烃、聚烯烃、石蜡烃、异石蜡烃、酯、醚、氟化流体、纳米流体和硅油的流体。
条款15：前述条款中任一项的方法，其中传热流体包括一种或多种添加剂，所述添加剂选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、抗磨添加剂、纳米材料、纳米颗粒和其任何组合。
条款16：前述条款中任一项的方法，其中所述参考流体是选自下组的至少一种流体：联苯26.5％+二苯醚73.5％、硅氧烷(>95％，KV10016.6cSt)、有机硅酸酯(>90％，KV1000.93cSt)，有机硅酸酯(>90％，KV100 1.6cSt)，全氟流体C5-C8(KV25 2.2cSt),和3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷(>99％)。
条款17：条款1至15中任一项的方法，其中参考流体包括处于新鲜或未使用状态的传热流体。
条款18：一种操作传热系统的方法，包括使非水性介电传热流体循环通过与电气系统流体连通的传热回路，该传热回路包括泵、管路和热交换器，获得传热回路内传热流体的流体特性的实时测量值，该流体特性选自密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)和热导率(k)，基于实时流体特性以及传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)，以及针对传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)，由以下等式确定传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)：
Figure BDA0003945321500000701
基于NEF流体确定传热流体的状况，其中如果NEF流体低于预定阈值，则认为状况恶化，并且其中如果NEF流体高于预定阈值，则认为状况是可行的，监测电气系统的温度，并且如果温度超过预定温度限制并且传热流体的状况是可行的，则确定电气系统存在硬件问题。
条款19：条款18的方法，其中泵是容积泵和离心泵之一。
条款20：条款18或条款19的方法，其中电气系统选自包括电动交通工具、车载电力电子设备、电动机、发电机、电池、可充电电池系统、充电站、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC转换器、电子设备、计算机、服务器组、数据中心、变压器、电源管理系统、控制电池的电子设备和任何组合。
条款21：条款20的方法，其中使传热流体循环还包括用传热流体直接冷却电气系统的一个或多个电气部件的表面。
条款22：条款18至21中任一项的方法，其中在传热回路内选定的主导流态选自层流、过渡流和湍流。
条款23：条款18至22中任一项所述的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括当传热流体在传热回路内循环时用与热流体连通的一个或多个传感器监测传热流体，以及通过一个或多个传感器获得流体特性的实时测量值。
条款24：条款18至22中任一项的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括从传热回路中提取传热流体的样本，并用一种或多种传感器分析传热流体的样本。
条款25：条款18至24中任一项的方法，还包括当确定电气系统具有硬件问题时向电气设备的操作者发送警报。
条款26：根据条款18至25中任一项所述的方法，其中电气设备是自动驾驶交通工具，所述方法还包括当确定所述电气系统存在硬件问题时向所述自动驾驶交通工具发送警报，并且将该自动驾驶交通工具引导至维修站以解决硬件问题。
条款27：条款18至26中任一项的方法，其中传热回路以热输送为主。
条款28：条款18至26中任一项的方法，其中传热回路以传热为主。
条款29：条款18至28中任一项的方法，其中传热流体是选自I类基础油、II类基础油、III类基础油、IV类基础油的流体和V类基础油。
条款30：条款18至28中任一项的方法，其中传热流体是选自芳烃、聚烯烃、石蜡烃、异石蜡烃、酯、醚、氟化流体、纳米流体和硅油的流体。
条款31：条款18至30中任一项的方法，其中传热流体包括一种或多种添加剂，该添加剂选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、抗磨添加剂、纳米材料、纳米颗粒和任何组合。
条款32：条款18至31中任一项的方法，其中参考流体是至少一种选自下组的流体：联苯26.5％+二苯醚73.5％、硅氧烷(>95％，KV10016.6cSt)、有机硅酸酯(>90％，KV1000.93cSt)，有机硅酸酯(>90％，KV100 1.6cSt)，全氟流体C5-C8(KV25 2.2cSt),和3-乙氧基-1,1,1,2,3,4，4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷(>99％)。
条款33：条款18至31中任一项的方法，其中参考流体包括处于新鲜或未使用状态的传热流体。
此处引用的所有专利和专利申请、测试程序(例如ASTM方法、UL方法等)和其他文件均通过引用完全并入，只要此类公开与本说明书不矛盾，并且适用于此类公开的所有司法管辖区允许注册成立。
当本申请列出数值下限和数值上限时，涵盖从任何下限到任何上限的范围。尽管已经具体描述了本说明书的说明性实施例，但是应当理解，在不背离本说明书的精神和范围的情况下，各种其他修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的并且可以容易地进行。因此，所附权利要求的范围并不限于本申请所阐述的示例和描述，而是将权利要求解释为涵盖存在于本说明书中的可专利新颖性的所有特征，包括本说明书所属领域的技术人员将把它们视为其等同物。
上面已经参考许多实施例和具体示例描述了本说明书。鉴于以上详细描述，本领域技术人员会想到许多变化。所有这些明显的变化都在所附权利要求的全部预期范围内。

Claims (33)

1.一种操作传热系统的方法，包括使非水性介电传热流体循环通过与电气系统流体连通的传热回路，该传热回路包括泵、管路和热交换器，获得传热回路内传热流体的流体特性的实时测量值，该流体特性选自密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)和热导率(k)，基于实时流体特性以及传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)，以及针对传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)，由以下等式确定传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)：
Figure FDA0003945321490000011
和
基于NEF流体确定传热流体的状况，其中如果NEF流体低于预定阈值，则认为状况恶化，并且其中如果NEF流体高于预定阈值，则认为状况是可行的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中泵是容积泵和离心泵之一。
3.根据权利要求1所述的方法，其中电气系统选自电动交通工具、车载电力电子设备、电动机、发电机、电池、可充电电池系统、充电站、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC转换器、电子设备、计算机、服务器组、数据中心、变压器、电源管理系统、控制电池的电子设备及其任意组合。
4.根据权利要求3所述的方法，其中使传热流体循环还包括用传热流体直接冷却电气系统的一个或多个电气部件的表面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中传热回路内选定的主导流态选自层流、过渡流和湍流。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括当传热流体在传热回路内循环时用与传热流体连通的一个或多个传感器监测传热流体，以及使用一个或多个传感器获得流体特性的实时测量值。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括从传热回路中提取传热流体的样品，用一个或多个传感器分析传热流体的样品。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括当NEF流体低于预定阈值时向电气设备的操作者发送警报，并更换至少一部分传热流体。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中电气设备是自动驾驶交通工具，该方法还包括当该NEF流体低于预定阈值时向该自动驾驶交通工具发送警报，并且将该自动驾驶交通工具引导至维修站以更换至少一部分传热流体。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括监测电气系统的温度，并且如果温度超过预定温度限制并且传热流体的状况是可行的，则结论是电气系统具有硬件问题。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中传热回路以热输送为主。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中传热回路以传热为主。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中传热流体是选自I类基础油、II类基础油、III类基础油、IV类基础油、和V类基础油的流体。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中传热流体是选自芳烃、聚烯烃、石蜡烃、异石蜡烃、酯、醚、氟化流体、纳米流体和硅油的流体。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中传热流体包括选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、抗磨添加剂、纳米材料、纳米颗粒及其任何组合的一种或多种添加剂。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中参考流体是选自下组的至少一种流体：联苯26.5％+二苯醚73.5％、硅氧烷(>95％，KV10016.6cSt)、有机硅酸酯(>90％，KV1000.93cSt)，有机硅酸酯(>90％，KV100 1.6cSt)、全氟流体C5-C8(KV25 2.2cSt)和3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷(>99％)。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中参考流体包括处于新鲜或未使用状态的传热流体。
18.一种操作传热系统的方法，包括使非水性介电传热流体循环通过与电气系统流体连通的传热回路，该传热回路包括泵、管路和热交换器，获得传热回路内传热流体的流体特性的实时测量值，该流体特性选自密度(ρ)、比热(cp)、动态粘度(μ)和热导率(k)，基于实时流体特性以及传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算传热流体的量纲有效性因子(DEF流体)，以及针对传热回路内选定的泵和选定的主导流态计算参考流体的量纲有效性因子(DEF参考)，由以下等式确定传热流体的归一化有效性因子(NEF流体)：
Figure FDA0003945321490000031
基于NEF流体确定传热流体的状况，其中如果NEF流体低于预定阈值，则认为状况恶化，并且其中如果NEF流体高于预定阈值，则认为状况是可行的，监测电气系统的温度，并且如果温度超过预定温度限制并且传热流体的状况是可行的，则确定电气系统存在硬件问题。
19.根据权利要求18所述的方法，其中泵是容积泵和离心泵之一。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中电气系统选自电动交通工具、车载电力电子设备、电动机、发电机、电池、可充电电池系统、充电站、AC-DC/DC-AC/AC-AC/DC-DC转换器、电子设备、计算机、服务器组、数据中心、变压器、电源管理系统、控制电池的电子设备及其任何组合。
21.根据权利要求20所述的方法，其中使传热流体循环还包括用传热流体直接冷却电气系统的一个或多个电气部件的表面。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中在传热回路内选定的主导流态选自层流、过渡流和湍流。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括当传热流体在传热回路内循环时用与热流体连通的一个或多个传感器监测传热流体，以及通过一个或多个传感器获得流体特性的实时测量值。
24.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中获得流体特性的实时测量值包括从传热回路中提取传热流体的样本，并用一种或多种传感器分析传热流体的样本。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法，还包括当确定电气系统具有硬件问题时向电气设备的操作者发送警报。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的方法，其中电气设备是自动驾驶交通工具，该方法还包括当确定该电气系统存在硬件问题时向该自动驾驶交通工具发送警报，并且将该自动驾驶交通工具引导至维修站以解决硬件问题。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的方法，其中传热回路以热输送为主。
28.根据权利要求18至26中任一项所述的方法，其中传热回路以传热为主。
29.根据权利要求18至28中任一项所述的方法，其中传热流体是选自I类基础油、II类基础油、III类基础油、IV类基础油的流体和V类基础油的流体。
30.根据权利要求18至28中任一项所述的方法，其中传热流体是选自芳烃、聚烯烃、石蜡烃、异石蜡烃、酯、醚、氟化流体、纳米流体和硅油的流体。
31.根据权利要求18至30中任一项所述的方法，其中传热流体包括选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、消泡剂、抗磨添加剂、纳米材料、纳米颗粒及其任何组合的一种或多种添加剂。
32.根据权利要求18至31中任一项所述的方法，其中参考流体是至少一种选自下组的流体：联苯26.5％+二苯醚73.5％、硅氧烷(>95％，KV100 16.6cSt)、有机硅酸酯(>90％，KV100 0.93cSt)，有机硅酸酯(>90％，KV100 1.6cSt)、全氟流体C5-C8(KV25 2.2cSt)和3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基-己烷(>99％)。
33.根据权利要求18至31中任一项所述的方法，其中参考流体包括处于新鲜或未使用状态的传热流体。
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