Functie

Om bij de basisfunctie te beginnen; een koelvloeistof moet, zoals de naam doet vermoeden, vooral koelen. De energie uit de verbranding van brandstof wordt idealiter volledig gebruikt voor beweging, echter het grootste deel van de energie uit brandstof gaat op in warmte. Ook in elektrische voertuigen en hybrides met een groot batterijpakket komt veel warmte vrij tijdens het rijden (ontladen) en laden. Deze systemen functioneren niet meer als ze oververhit raken en daarom is er een koelsysteem aanwezig met als basis een (koel)vloeistof.

Naast het afvoeren van warmte zijn er nog meer taken weggelegd voor een koelvloeistof, te weten:

• Beschermen tegen bevriezing;
• Kookpunt verhogen tot boven de werktemperatuur van het te koelen systeem;
• Beschermen van metalen in het koelsysteem tegen corrosie;
• Schuimvorming remmen.

Basis

De primaire functie van de vloeistof is, zoals eerder gezegd, om de overtollige warmte te verdelen en af te voeren naar de radiator waar de warmte wordt afgegeven aan de buitenlucht. Water is bij uitstek geschikt voor het opnemen en afvoeren van deze warmte, echter het nadeel van water is dat het bevriest bij 0 graden en kookt bij 100 graden. Ook de mineralen en zouten aanwezig in (drink)water hebben een negatieve invloed op de materialen waar een koelmiddel mee in aanraking komt.

Om deze negatieve effecten van water te omzeilen, gebruiken we glycolen als basis voor koelvloeistof, meestal mono-ethyleenglycol (MEG). Mono-propyleenglycol (MPG) wordt soms ook gebruikt als basis echter, hiervan is de warmteoverdracht voor verbrandingsmotoren meestal onvoldoende. Omdat MPG minder giftig is zien we deze vloeistoffen vaker voorkomen in de voedselindustrie. Als derde optie is er nog de op glycerol gebaseerde koelvloeistoffen, ook wel bekend onder de G13 specificatie. Glycerol is weliswaar milieuvriendelijker dan MEG maar ook in mindere mate beschikbaar voor deze toepassing omdat het ook een grondstof is voor de cosmetica. Glycerol is een bijproduct uit de productie van biobrandstof maar kan ook van plantenmateriaal gemaakt worden.

Samenstelling

De samenstelling van een daadwerkelijke koelvloeistof bestaat uit meerdere delen, want naast mono-ethyleenglycol (MEG) zijn er additieven nodig om de vloeistof de gewenste eigenschappen te geven (hierover later meer). MEG + additieven noemen we “antivries” of ook wel “concentraat”. Antivries moet, alvorens het daadwerkelijk in een koelsysteem gebruikt kan worden, verdund worden met gedemineraliseerd- of onthard water.

Gedemineraliseerd water (demi water) is vrij van mineralen als kalk en zouten. Kalkaanslag verhindert de warmteoverdracht en zouten kunnen de metalen aantasten in het systeem.

Pas nadat het antivries is verdund hebben we een koelvloeistof gereed voor toepassing, ook wel “Ready-Mix” of “coolant” genoemd. De mate van verdunning van antivries met demiwater definieert de temperatuurrange van de vloeistof. Een 50/50 mix geeft in de regel een vorstbescherming tot -36 °C, een 40/60 mixratio (40% concentraat en 60% demiwater) geeft een bescherming tot -26 °C. Hogere concentraties antivries geven overigens geen grotere of ‘betere’ temperatuur bereiken en een te lage concentratie antivries verliest op zijn beurt weer zijn corrosiebeschermende eigenschappen, zie ook onderstaande grafiek:

Additieven

Om de koelvloeistof de gewenste eigenschappen te geven zijn er additieven, eigenlijk chemische toevoegingen, nodig. De additieven worden toegevoegd om de vorming van o.a. corrosie, cavitatie (vorming en vernietiging van kleine luchtbelletjes die schade kunnen veroorzaken aan bijvoorbeeld de waterpomp), afzettingen en sludge (neerslag van onoplosbaar materiaal) tegen te gaan.

Om te voorkomen dat er vergiftiging optreedt door inname van de koelvloeistof, wordt er altijd een bitterstof toegevoegd. Hierdoor laten honden in het voorbijgaan van een onverhoopt gelekte koelvloeistof de vloeistof met rust. Ook zal het ervoor zorgen dat kinderen de koelvloeistof niet opdrinken, mens en dier zullen namelijk na inname erg ziek worden.

We kunnen de koelvloeistof elke gewenste kleur geven door er een kleurstof aan toe te voegen (dye), dit betekent dat men dus absoluut niet meer kan ‘varen’ op welke kleur de vloeistof heeft of wat men gewend was te verwerken. Je kan dus van de kleur geen kwaliteit aflezen.

Verder zijn er nog stabilisatoren tegen uitzakkingen (ophopingen van het mineraal silicaat), dispergenten voor hardwater verdraagzaamheid, een pH-buffer om de zuurtegraad te waarborgen en anti-schuim additieven om ervoor te zorgen dat zo min mogelijk lucht in de vloeistof opgesloten wordt tijdens het verpompen.

IAT (Inorganic Acid Technology)

IAT staat voor Inorganic Acid Technology, ook wel bekend als de conventionele koelvloeistof zoals we deze vroeger hadden met het korte verversingsinterval (elke 2 jaar), vaak groen of blauw van kleur.

Om aan de eerder gestelde eisen te voldoen bevat deze koelvloeistof anorganische (minerale) inhibitoren of ‘remmers’ bestaande uit silicaten, nitraten, amines, fosfaten en/of boraten. Deze koelvloeistof werkt door een soort beschermingsdeken achter te laten zodat het metaal niet aangetast wordt. De minerale remmers die hiervoor zorgdragen worden gedurende het proces opgebruikt en dit houdt in dat er daarna geen capaciteit meer is voor het repareren van beschadigingen in de beschermingsdeken. Dit maakt het systeem kwetsbaar.

Het voordeel van deze koelvloeistof is dat het snel werkt maar tegelijk is het nadeel dat de chemie relatief snel uitgewerkt is. Ook werkt de gevormde beschermingsdeken als een isolator en beperkt dus in enige mate de warmteoverdracht.

OAT (Organic Acid Technology)

Een OAT koelvloeistof is glycolen (MEG of MPG) gebaseerd met organische remmers, bestaande uit carboxylaten. Hierin vindt men 0% anorganische (minerale) remmers. Organische remmers gaan selectief te werk; in plaats van een beschermingsdeken door het hele systeem op te bouwen zoals bij een IAT, gaan de remmers of inhibitoren alleen een chemische interactie aan op de plaatsen in het systeem waar aantasting door corrosie dreigt. Hierdoor is het verbruik van de additieven dus veel lager vergeleken met een IAT. Het verversingsinterval van een OAT is dus aanmerkelijk langer (long-life). Het nadeel is dat de bescherming altijd reactief plaatsvindt, er is dus altijd enige vertraging in de bescherming want het oppervlak moet eerst beginnen met corroderen voordat de chemie aan het werk gaat.

HOAT (Hybrid Organic Acid Technology)

Bij veel lichtmetalen is deze kleine vorm van corrosie, zoals het ontstaat bij een OAT, niet gewenst; om deze reden is er een hybride koelvloeistof ontwikkeld waarin zowel minerale remmers van een IAT, als organische remmers van een OAT worden gebuikt. De basis is een OAT waar afhankelijk van de toepassing kleine hoeveelheden silicaat, boraat, molybdaat of nitraat aan is toegevoegd. Deze koelvloeistof combineert het long-life effect (OAT) met de snelle bescherming (IAT) van de twee voorheen besproken varianten.

Lobrid

Lobrids zijn de nieuwste generatie koelvloeistoffen waarin het hybride effect van een HOAT nog beter is afgestemd en gefinetuned voor de toepassing. De minerale remmers zijn verminderd en er zijn meer organische remmers gebruikt, vandaar de combibenaming tussen low en hybrid. De gebruikte minerale remmers zijn vaak in de naam opgenomen zoals bijvoorbeeld: Si-OAT en P-OAT (silicaat- of fosfaat OAT) of een combinatie van de twee: PSi-OAT.

Batterij Elektrische Voertuigen en koeling

Warmtemanagement in een batterij elektrisch voertuig (BEV) is erg belangrijk, of het nu gaat om de temperatuur van de batterijen, de motor of de hoogvermogen elektrische componenten voor de aansturing. Hierin onderscheiden we twee varianten:

• Conventionele koeling van het batterijpakket;
• In vloeistof ondergedompelde batterijen (immersed battery pack).

Een batterij neemt in capaciteit af als hij te warm is maar zeker ook als hij te koud is. Een batterij die te koud is zal ook niet laden. De dominante factor op dit moment is nog een aan de buitenkant gekoeld batterijpakket door conventionele MEG gebaseerde koelvloeistoffen. Voorbeelden van dit soort voertuigen: Tesla Model S, Audi eTron, Mercedes-Benz EQC en BMW i3.

Snellaadtechnologie is een focuspunt voor voertuigontwikkelaars. Snelladen zorgt potentieel voor hele hoge temperaturen. Actueel zijn er al voertuigen verkrijgbaar in de markt waarbij (omgerekende) laadsnelheden van wel 960 km/h gehaald worden. Binnen afzienbare tijd worden ons laadsnelheden beloofd van meer dan 1400 km/h. Dit soort snelheden kunnen alleen behaald worden door ondergedompelde battery packs, zogenaamde immersed battery packs, omdat daarmee de temperatuur gemanaged kan worden. De vloeistoffen die hiervoor worden gebruikt hebben meer weg van transformatorvloeistoffen maar dan met een veel lagere viscositeit en worden ook wel “thermal fluids” of “dielectric fluids” genoemd.

Aan thermal fluids worden andere eisen gesteld dan aan de hiervoor besproken vloeistoffen voor verbrandingsmotoren, ze hebben een hoog vlampunt, moeten brandvertragend werken en niet-geleidend zijn.

Toepassing

Nu we kennis hebben genomen van de verschillen en de door de tijd gedane ontwikkelingen rijst de vraag “waarom hebben we dan zoveel verschillende koelvloeistoffen nodig?” In theorie zou uiteraard de meest ideale oplossing zijn om de meest beschermende long-life koelvloeistof toe te passen voor alle koelsystemen, helaas blijkt de praktijk toch anders. Er zijn veel verschillende OEM’s (automerken) met verschillende visies ten aanzien van hun motoren en de toegepaste materialen. De eisen die de OEM’s stellen aan een goedgekeurde koelvloeistof hebben zij over het algemeen omschreven in een specificatie zodat de benodigde vloeistof aan een van de bovenstaande technologieën voldoet. Raadpleeg daarom altijd de Eurol Olieadviseur, deze tool helpt u de juiste keuze te maken voor de juiste (koel)vloeistof voor uw toepassing.

Neem voor andere vragen contact met ons op, onze specialisten helpen u graag.