Теплоноситель (хладоноситель)

Теплоноситель (в зависимости от условий применения – антифриз или хладоноситель) – это газообразное или жидкое вещество с высокими теплофизическими свойствами, используется для переноса тепловой энергии по системе. В промышленности и быту с этой целью используется вода (в виде жидкости или пара), этилен- и пропиленгликоль, глицерин, воздух, жидкий азот, нефтяные масла, бишофит, расплавы олова, свинца, калия и натрия. Фреоны в стадии фазового перехода называются хладагентами. Применяются в инженерных системах, приборах и установках для переноса, отвода или перераспределения тепловой энергии – обогреватель, кондиционер, котельная, тепловой пункт, солнечный коллектор, системы охлаждения и т.д.

Химический состав и свойства

Современные теплоносители/антифризы – это водный раствор гликоля (чаще – этиленгликоля в силу доступности и более низкой цены) с добавлением пакета присадок. Добавки обладают антикоррозионными, антикавитационными и антипенными свойствами, что позволяет увеличить рабочий ресурс и жидкости, и перекачивающего ее оборудования. Высококонцентрированный этиленгликоль замерзает уже при 12 градусах ниже нуля, но за счет эвтектических свойств при смешивании с водой получает более низкую температуру кристаллизации, чем у каждого компонента смеси по отдельности.

При разбавлении концентрированного гликоля водой теплофизические характеристики и температура замерзания изменяются, но эти изменения не носят прямой характер. По этой причине большинство этиленгликолевых антифризов и теплоносителей имеют концентрацию не более 50 %. При таком содержании гликоля температура кристаллизации раствора – минус 40 градусов. Для эксплуатации в экстремальных климатических условиях применяется 35-процентный раствор с температурой замерзания - 65 градусов. Теплоноситель на основе гликоля не кипит и не испаряется при высоких температурах – это еще одно его преимущество для промышленного использования.

История появления первых неорганических и органических антифризов

В начале XX века сырьем для производства первых теплоносителей и антифризов стал водный раствор метанола или этанола. Смесь обладала температурой замерзания ниже, чем у обычной воды, но имела много недостатков:

• Низкая температура кипения (в пределах 80 градусов), что повышало испаряемость раствора и вынуждало часто доливать жидкость в систему;
• Воспламеняемость паров спирта;
• Высокая скорость протекания коррозионных процессов и химическая активность этанола/метанола;
• Метиловый спирт ядовит, этиловый обладает психоактивными свойствами.

На замену метанолу и этанолу пришел трехатомный спирт – глицерин. В качестве антифриза использовался водный раствор с концентрацией 60-70 процессов. Высокая вязкость смеси затрудняла прокачку по системе при низких температурах. При нагревании до высоких температур глицерин подвергался термическому распаду с образованием токсичного акролеина. По этой причине смесь использовалась только в качестве охлаждающей жидкости.

В производстве автомобильных антифризов долгое время использовался концентрированный раствор хлористого кальция. Смесь не замерзала при минус 20 градусах, но была неудобна в использовании и негативно влияла на состояние радиатора.

Все ранние антифризы постепенно были вытеснены с рынка аналогами на основе гликолей. Сегодня этилен- и пропиленгликолевые теплоносители занимают лидирующие позиции в мире.

Виды гликолевых теплоносителей

Основным фактором для классификации антифризов, теплоносителей и хладоносителей на основе гликоля стал тип антикоррозионных присадок. Концентрированный гликоль химически активен, поэтому производители вынуждены постоянно работать над совершенствованием добавок, снижающих скорость коррозионных процессов, кавитацию и вспенивание.

Неорганические (традиционные)

Антифризы, у которых в качестве ингибиторов коррозии используются щелочные или нейтральные буферы – комплексы солей неорганических кислот. Нитриты, нитраты, бораты, фосфаты и силикаты образовывают на поверхности металла защитную пленку отложений, не подверженную влиянию гликоля. Срок эксплуатации таких антифризов обычно не превышает 3 года, так как пленка быстро разрушается и снижает антикоррозионные свойства присадок.

Органические (карбоксилатные)

Производятся по технологии OAT (Organic Acid Technology). Роль антикоррозионных присадок выполняют соли карбоновых кислот. Органические соединения имеют кардинально иной принцип действия. На поверхности металла не образуется защитный слой: присадка воздействует только на очаг коррозии. Срок службы теплоносителей Hot Stream до 10 и более лет.

Смешанные (гибридные)

Содержат и карбоксилаты, и неорганические соли – фосфаты, силикаты или нитриты. Гибридный антифриз дешевле карбоксилатного, но и срок его службу обычно не превышает 3-5 лет.

Лобридные

Антифризы на основе этиленгликоля, у которых в состав присадок входят, как и у гибридных, соли органических и неорганических кислот. Синергия составляющих позволяет защитить от коррозии алюминиевые сплавы, более совершенная композиция состава пакета присадок позволяет жидкости работать до 5 и более лет, без замены.