防冻剂

防冻剂是一种降低水基液体凝固点的添加剂。 防冻混合物用于在寒冷环境中降低冰点。 普通防冻剂还会提高液体的沸点，从而提高冷却液温度。 然而，所有常见的防冻添加剂的热容量也低于水，添加后确实会降低水作为冷却剂的能力。

由于水作为冷却剂具有良好的性能，水加防冻剂被用于内燃机和其他传热应用，例如 HVAC 冷却器和太阳能热水器。 防冻剂的目的是防止刚性外壳在水结冰时因膨胀而爆裂。 在商业上，根据上下文，添加剂（纯浓缩物）和混合物（稀释溶液）都称为防冻剂。 仔细选择防冻剂可以使混合物保持液相的温度范围很广，这对于有效的热传递和热交换器的正常运行至关重要。 同样重要的是要注意大多数（如果不是全部）用于传热应用的商业防冻剂配方包括不同种类的防腐剂和抗气蚀剂，它们可以保护液压回路免受逐渐磨损。

水是内燃机的原始冷却剂。 它便宜、无毒并且具有高热容量。 然而，它只有 100 °C 的液体范围，并且在冻结时会膨胀。 这些问题通过开发具有改进性能的替代冷却剂来解决。凝固点和沸点是溶液的依数性质，其取决于溶解物质的浓度。 因此，盐会降低水溶液的熔点。 盐常用于除冰，但盐溶液不用于冷却系统，因为它们会腐蚀金属。 低分子量有机化合物的熔点往往低于水，这使得它们适合用作防冻剂。 有机化合物，尤其是醇类的水溶液是有效的。 自 1920 年代商品化以来，甲醇、乙醇、乙二醇等醇类一直是所有防冻剂的基础。

大多数汽车发动机都是水冷的，以去除废热，尽管所用的水实际上是水和防冻剂的混合物。 术语发动机冷却液在汽车工业中广泛使用，涵盖了其内燃机对流传热的主要功能。 当用于汽车环境时，添加缓蚀剂有助于保护车辆的散热器，这些散热器通常包含一系列电化学不相容的金属（铝、铸铁、铜、黄铜、焊料等）。 还添加了水泵密封润滑剂。

防冻剂是为了克服水作为传热流体的缺点而开发的。

另一方面，如果发动机冷却液变得太热，它可能会在发动机内部沸腾，导致空隙（蒸汽袋），导致局部热点和发动机的灾难性故障。 如果在北方气候条件下使用普通水作为发动机冷却剂，则会发生结冰，从而导致发动机内部严重损坏。 此外，普通水会增加电偶腐蚀的发生率。 适当的发动机冷却液和加压冷却液系统可以避免水的这些缺点。 使用适当的防冻剂，发动机冷却液可以承受很宽的温度范围，例如 -34°F（-37°C）至 +265°F（129°C），用蒸馏水稀释 50%（体积）的丙二醇 水和 15 psi 加压冷却系统。

早期的发动机冷却液防冻剂是甲醇（甲醇）。 开发乙二醇是因为其较高的沸点更适合加热系统。

电子产品冷却中最常用的水基防冻液是水与乙二醇 (EGW) 或丙二醇 (PGW) 的混合物。 乙二醇的使用历史较长，尤其是在汽车工业中。 然而，为汽车行业配制的 EGW 解决方案通常含有硅酸盐基防锈剂，这些防锈剂会覆盖和/或堵塞热交换器表面。 乙二醇被列为有毒化学品，在处理和处置时需要小心。

乙二醇具有理想的热性能，包括高沸点、低凝固点、在很宽的温度范围内稳定，以及高比热和热导率。 它还具有低粘度，因此降低了泵送要求。 虽然 EGW 具有比 PGW 更理想的物理特性，但后者冷却剂用于可能存在毒性问题的应用中。