EP1446850A1 - Kühlvorrichtung für elektrische einrichtungen und verwendung von polymeren in kühlkreisläufen - Google Patents

Kühlvorrichtung für elektrische einrichtungen und verwendung von polymeren in kühlkreisläufen

Info

Publication number
EP1446850A1
EP1446850A1 EP02783052A EP02783052A EP1446850A1 EP 1446850 A1 EP1446850 A1 EP 1446850A1 EP 02783052 A EP02783052 A EP 02783052A EP 02783052 A EP02783052 A EP 02783052A EP 1446850 A1 EP1446850 A1 EP 1446850A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
electrical
cooling device
polymers
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02783052A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Reuschel
Frank Reil
Michael Hoerr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ticona GmbH
Original Assignee
Ticona GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ticona GmbH filed Critical Ticona GmbH
Publication of EP1446850A1 publication Critical patent/EP1446850A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • Cooling device for electrical equipment and use of polymers in cooling circuits
  • the present invention relates to the use of selected polymers in cooling circuits in which the cooling medium is in direct contact with parts carrying voltage and to the use of these polymers in cooling circuits of this type.
  • JP-A-90-92,314 describes a fuel cell with a solid electrolyte in which the diffusion of chromium components is kept as low as possible through the use of dried air.
  • coated metal tubes as heat exchanger tubes has been described in order to limit the conductivity of the cooling medium and to maintain its purity.
  • US-A-3,964,930 describes the coating of the heat exchanger tubes with fluoropolymers.
  • WO-A-98 / 40,655 describes the use of fluoropolymers for the outer coating of thermally conductive pipes made of copper or stainless steel conductive material for use in fuel cells. For this purpose, two pipes made of these materials are brought into each other and the outer pipe is shrunk onto the surface of the inner pipe.
  • ion exchangers or ion filters in the cooling circuit has also already been described. These additional devices are intended to keep the conductivity of the cooling medium low and to help reduce its ionic load.
  • the materials required should also be suitable for series production processes in order to keep the manufacturing costs of such cooling systems low.
  • the object is achieved by the cooling circuit according to the invention and by the use of selected materials.
  • the invention relates to a cooling device for electrical devices through which an electrically insulating cooling fluid is circulated, comprising supply and discharge lines for a cooling fluid that is in contact with the parts that carry the electrical voltage.
  • the cooling device is characterized in that at least the parts of the cooling device which are in contact with the cooling medium consist of polyarylene sulfide and / or of liquid-crystalline polyester or have a coating of these polymers.
  • the cooling devices generally consist of a pipe system for supplying and discharging the fluid, at least in the area of the electrical voltage-carrying parts for cooling it, one or more heat exchangers for exchanging the heat generated and cooling the fluid, and / or storage container (s) for the Fluid and pumps, with which a circulation of the fluid in the cooling device is effected and, if appropriate, sensors, which can form parts of a control circuit, with the the circulation speed of the fluid in the circuit is influenced.
  • any liquid that is not or only slightly conductive, liquid, gaseous or supercritical medium that is capable of dissipating the heat generated as intended can be used as the fluid.
  • Typical conductivities of the fluid are in the range below 10 ⁇ S / cm, preferably below 5 ⁇ S / cm.
  • Polyethylene glycol which has an electrical conductivity of ⁇ 10 ⁇ S / cm, in particular ⁇ 5 ⁇ S / cm.
  • the parts of the cooling device which are in contact with and / or come close to the electrical voltage consist, at least in the area of these live parts of the electrical device, of polyarylene sulfide and / or of liquid-crystalline polyester or contain a coating of these polymers.
  • All parts of the cooling device which come into contact with or come close to the parts carrying electrical voltage can consist entirely of these polymers. Instead of completely forming the parts from these polymers, they preferably consist of a combination of a metal, for example made of copper, stainless steel or aluminum, and a coating of these polymers.
  • Parts of the cooling device of this type thus comprise at least one layer made of a molding composition which consists of a liquid-crystalline polyester and / or a polyarylene sulfide.
  • this layer can also contain further additives, such as, for example, fibrous reinforcing materials, such as glass fibers, carbon fibers, boron fibers or whiskers; or fillers, such as talc or calcium carbonate, or other conventional additives and auxiliaries for processing the polymers, as long as these additives do not adversely affect the long-term stability of the fluid.
  • the molding compositions used according to the invention can optionally also be combined with other plastics and / or metals.
  • polyarylene sulfides used according to the invention are known per se. These are usually linear polymers containing the recurring structural unit of the formula I.
  • Ar is a divalent aromatic radical, preferably meta- and / or para-phenylene.
  • Polyarylene sulfides can be prepared via dihalogenated aromatic compounds.
  • Preferred dihalogenated aromatic compounds are p-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, 2,5-dichlorotoluene, p-dibromobenzene, 1,4-dichloromaphthalene, 1-methoxy-2,5-dichlorobenzene, 4,4'-dichlorobiphenyl, 3,5- Dichlorobenzoic acid, 4,4'-dichlorodiphenyl ether, 4,4'-dichlodiphenyl sulfone, 4,4'-dichlorodiphenyl sulfoxide and 4,4'-dichlorodiphenyl ketone.
  • Other halogenated compounds, such as Trihalogenated aromatics can be used in small amounts in order to specifically influence the properties of the polymer.
  • polyphenylene sulfide is preferably used as the polyarylene sulfide.
  • Polyphenylene sulfide is a partially crystalline polymer with the general formula II
  • n 1 and the polymer has at least a molecular weight (M w ) of greater than 200 g / mol.
  • Cross-linked polyarylene sulfides can also be used; linear types are preferred, in particular those which derive more than 90 mol%, based on the arylene units, of p-phenylene.
  • Linear polyphenylene sulfides which have melt viscosities (measured at 316 ° C. and a shear rate of 400 / sec according to ASTM D3835) of 30-1500 Pa * sec are particularly preferably used.
  • liquid-crystalline plastics known per se can also be used.
  • materials which can be processed thermoplastically are advantageous.
  • Particularly suitable materials are, for example, in
  • Materials which can advantageously be used are polyterephthalates, polyisophthalates, PET-LCP, PBT-LCP, poly (m-phenylene isophthalimide), PMPI-LCP, poly (p-phenylene phthalimide), PPTA-LCP, polyarylates.
  • PAR LCP polyester carbonates, PEC-LCP, polyazomethines, polythioesters, polyester amides, polyester imides and polyarylene oxides.
  • Liquid-crystalline plastics based on p-hydroxybenzoic acid, such as copolyesters and copolyesteramides, are particularly advantageous.
  • M w weight average
  • a suitable class of liquid crystalline polymer is described in US-A-4 161 470, which is incorporated by reference. These are naphthoyl copolyesters with recurring structural units of the formulas III and IV
  • T is selected from an alkyl radical, an alkoxy radical, each having 1 to 4 carbon atoms or a halogen, preferably chlorine, bromine or fluorine, s is zero or an integer 1, 2, 3 or 4, where in the case of several radicals T these are independently the same or different.
  • the naphthoyl copolyesters contain 10 to 90 mol%, preferably 25 to 45 mol% of structural units of the formula I and 90 to 10 mol%, preferably 85 to 55 mol% Structural units of the formula II, the proportions of the structural units of the formulas I and II being added to 100 mol%.
  • PPS polyarylene sulfides
  • Fortron R insulating cooling fluids
  • the present invention also relates to the use of polyarylene sulfide and / or liquid-crystalline polyester in cooling circuits which are in contact with live parts of electrical devices.
  • the materials which can be used according to the invention are particularly suitable for producing parts for heat exchangers, coolers, pumps, sensors and valves for cooling circuits of this type.
  • Example 2 50 grams of aluminum chips measuring 5 mm ⁇ 5 mm ⁇ 1 mm were stored in a glycol / water mixture as described in Example 1 and the conductivity of the liquid was determined. As can be seen in Table 2, the conductivity increases rapidly after a short time.
  • Comparative Example 2 50 grams of 5mmx5mmx1mm copper chips were stored in a glycol / water mixture as described in Example 1 and the conductivity of the liquid was determined. As can be seen in Table 4, the conductivity increases rapidly after a short time.
  • Example 2 As described in Example 1, 50 g of a liquid-crystalline polyester (Vectra R ) were stored unreinforced and the conductivity of the heat transfer fluid was determined. The results are shown in Table 5 below.
  • Example 2 50 grams of glass fiber reinforced PPA (PolyPhthalAmid, Amodel from BP-Amoco) were stored in a glycol / water mixture as described in Example 1 and the conductivity of the liquid was determined. As can be seen in Table 6, the conductivity increases rapidly after a short time.
  • PPA PolyPhthalAmid, Amodel from BP-Amoco
  • Example 7 50 grams of unreinforced polyamide (Nylon PA6.6) were stored in a glycol / water mixture as described in Example 1 and the conductivity of the Liquid determined. As can be seen in Table 7, the conductivity increases rapidly after a short time.
  • Example 2 50 grams of unreinforced high-temperature polyamide (High Temperature Nylon; HTN from DuPont) were stored in a glycol / water mixture as described in Example 1 and the conductivity of the liquid was determined. As can be seen in Table 8, the conductivity increases rapidly after a short time.
  • High Temperature Nylon High Temperature Nylon; HTN from DuPont

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Beschrieben wird der Einsatz von Polyarylensulfiden oder flüssigkristallinen Polyestern in Kühlvorrichtungen für elektrische Einrichtungen. Mit dem Einsatz dieser Polymeren kann sichergestellt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit von isolierenden Kühlfluiden im Dauerbetrieb niedrig bleibt. Als elektrische Einrichtungen sind insbesondere Brennstoffzellen geeignet.

Description

Kühlvorrichtung für elektrische Einrichtungen und Verwendung von Polymeren in Kühlkreisläufen
Die vorliegende Erfindung betrifft den Einsatz ausgewählter Polymerer in Kühlkreisläufen, bei denen das Kühlmedium in direktem Kontakt zu elektrischspannungsführenden Teilen steht sowie die Verwendung dieser Polymeren in derartigen Kühlkreisläufen.
Elektrische Einrichtungen, wie galvanische Elemente zur Gewinnung von elektrischer Energie und Wärme durch eine elektrochemische Reaktion mit kontinuierlicher Zuführung der Reaktanden, werden derzeit intensiv weiterentwickelt. Ziel ist unter anderem der Einsatz als Energiequelle in Kraftfahrzeugen, die Verwendung in dezentralen kombinierten Heizkraftanlagen oder in transportablen Stromgeneratoren.
Ungefähr 30% bis 70% der im Brennstoff enthaltenen Energie kann je nach Konstruktion und Betriebspunkt in elektrische Energie umgewandelt werden. Diesem elektrischen Wirkungsgrad stehen dann entsprechend 70% bis 30% thermische Energie gegenüber, die bei der Energieumwandlung freigesetzt wird. Diese thermische Energie muss aus dem System abgeführt werden, um Überhitzungen während des Betriebes zu vermeiden. Gleichzeitig kann diese Energie als Wärmequelle für Heizzwecke genutzt werden. Daher ist für das Funktionieren von solchen elektrochemischen Energiewandlern ist ein Kühlsystem unverzichtbar, das mit Hilfe von fluiden Wärmeträgern die Verlustwärme der Reaktion abführt und die das System auf konstanter Betriebstemperatur hält. Es ist dabei zu beachten, dass der Wärmeträger ein elektrischer Isolator sein muss, da sonst in Kontakt mit spannungsführenden Teilen Kurzschlüsse oder Leistungsverluste auftreten können.
Bei Verwendung in Brennstoffzellensystemen ist zusätzlich darauf zu achten, dass möglichst keine Metallionen in das Kühlmedium übertreten können. Besonders die Elektrolytschicht von Polymer-Elektrolytmembran-(PEM)- Brennstoffzellen reagiert mit Leistungsverlusten auf die Einwirkung von Metallionen. Zusätzlich sollte das Kühlmedium billig, ungiftig und einfach zu Handhaben sein. Mischungen aus Wasser mit ein- oder mehrwertigen auch polymeren Alkoholen erfüllen diese Anforderungen. So haben sich Mischungen von Wasser mit Glykolen im Einsatz in konventionellen Systemen als Wärmeträger bewährt.
Die Bedeutung der niedrigen Leitfähigkeit des Kühlmediums ist bereits erkannt. Die JP-A-90-92,314 beschreibt eine Brennstoffzelle mit Feststoff-Elektrolyt, bei der die Diffusion von Chrom-Komponenten durch den Einsatz von getrockneter Luft möglichst gering gehalten wird.
Um die Leitfähigkeit des Kühlmediums zu begrenzen und seine Reinheit zu erhalten ist die Verwendung von beschichteten Metallrohren als Wärmetauscherrohre beschrieben worden. In der US-A-3,964,930 wird die Beschichtung der Wärmetauscherrohre mit Fluorpolymeren beschrieben.
In der WO-A-98/40,655 wird der Einsatz von Fluorpolymeren zu äußeren Beschichtung von wärmeleitfähigen Rohren aus Kupfer oder rostfreiem Stahl leitfähigem Material für den Einsatz in Brennstoffzellen beschrieben. Dazu werden zwei Rohre aus diesen Materialien ineinandergeführt und das äußere Rohr wird durch Schrumpfen auf die Oberfläche des inneren Rohres aufgebracht.
Auch der Einsatz von lonentauschern oder lonenfiltem im Kühlkreislauf ist bereits beschrieben. Diese Zusatzgeräte sollen die Leitfähigkeit des Kühlmediums gering halten und dessen lonenfracht vermindern helfen.
Derartige Systeme sind beispielsweise in der JP-A-2000-208,157; der JP-A- 80/83,991 und der WO-A- 1998-2247856 beschrieben.
Weitere Schriften, wie JP-A-2000-113,900 oder EP-A-1 ,056,148 offenbaren ein Kühlsystem, ohne auf die Materialauswahl der Komponenten einzugehen.
Die bekannten Materialien oder Materialkombinationen sind entweder teuer und/oder aufwendig zu verarbeiten oder man muss Zusatzgeräte, wie lonentauscher, einsetzen. Diese Maßnahmen wiederum führen zu erhöhten Kosten, da die Filterpatronen der lonentauscher im Dauerbetrieb sich erschöpfen und ausgewechselt werden müssen.
Es besteht demnach weiterhin ein Bedarf nach leistungsfähigen und preiswerten Kühlsystemen, die sicherstellen, dass keine Erhöhung der Leitfähigkeit des Kühlmediums erfolgt.
Es bestand daher die Aufgabe, Kühlsysteme für elektrische Anlagen zu entwickeln, welche die Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit während des Betriebs nicht oder nur unwesentlich erhöhen. Dazu waren geeignete Materialien aufzufinden, die eine hohe mechanische Festigkeit in Verbindung mit sehr großer chemischer Beständigkeit gegen Fluide in Kühlkreisläufen aufweisen.
Die geforderten Materialien sollen außerdem für Serienfertigungsverfahren geeignet sein, um die Herstellkosten derartiger Kühlsysteme niedrig zu halten.
Die Aufgabe wird durch den erfindungsgemäßen Kühlkreislauf sowie durch die Verwendung ausgewählter Materialien gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für elektrische Einrichtungen, durch die ein elektrisch isolierendes Kühifluid im Kreislauf geführt wird, umfassend Zu- und Ableitungen für ein in Kontakt mit den elektrische Spannung führenden Teilen stehendes Kühifluid. Die Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die mit dem Kühlmedium in Kontakt stehenden Teile der Kühlvorrichtung aus Polyarylensulfid und/oder aus flüssig-kristallinem Polyester bestehen oder eine Beschichtung aus diesen Polymeren aufweisen.
Unter elektrischen Einrichtungen sind im Rahmen dieser Beschreibung alle
Einrichtungen mit Teilen zu verstehen, die unter einer elektrische Spannung stehen und die mittels einem elektrisch isolierenden Fluid gekühlt werden. Beispiele für elektrische Einrichtungen, bei denen Verlustwärme abzuführen ist, sind Transformatoren, Wechselrichter, Elektromotoren oder galvanische Elemente zur Erzeugung von elektrischer Energie, insbesondere Brennstoff-zellen.
Die Kühlvorrichtungen bestehen im allgemeinen aus einem Rohrsystem zum Zu- und Ableiten des Fluids zumindest in den Bereich der elektrische Spannung führenden Teile zu deren Kühlung, einem oder mehreren Wärmetauschern zum Austausch der erzeugten Wärme und Abkühlung des Fluids und/oder Vorratsbehälter(n) für das Fluid sowie Pumpen, mit denen eine Umwälzung des Fluids in der Kühlvorrichtung bewirkt wird und gegebenenfalls von Sensoren, die Teile eines Regelkreises darstellen können, mit dem z.B. die Umlaufgeschwindigkeit des Fluids im Kreislauf beeinflusst wird.
Als Fluid kann jedes elektrisch nicht oder wenig leitende flüssige, gasförmige oder überkritische Medium eingesetzt werden, das in der Lage ist, die erzeugte Wärme bestimmungsgemäß abzuführen. Typische Leitfähigkeiten des Fluids bewegen sich im Bereich unterhalb von 10 μS/cm, vorzugsweise unterhalb von 5 μS/cm.
Überkritische Medien oder insbesondere Flüssigkeiten sind wegen ihrer guten
Wärmekapazität bevorzugt. Ganz besonders bevorzugt ist ein Gemisch aus Wasser und Alkohol, insbesondere einem Glykol, wie Ethylenglykol und/oder
Polyethylenglykol, das eine elektrische Leitfähigkeit von <10 μS/cm, insbesondere von <5 μS/cm, aufweist.
Die mit den elektrische Spannung führenden Teilen in Kontakt stehenden und/oder diesen nahekommenden Teile der Kühlvorrichtung bestehen zu-mindest im Bereich dieser spannungsführenden Teile der elektrischen Einrichtung aus Polyarylensulfid und/oder aus flüssigkristallinem Polyester oder enthalten eine Beschichtung aus diesen Polymeren.
Alle Teile der Kühlvorrichtung, die mit den elektrische Spannung führenden Teilen in Kontakt kommen oder diesen nahe kommen, können vollständig aus diesen Polymeren bestehen. Anstelle einer vollständigen Ausbildung der Teile aus diesen Polymeren bestehen diese vorzugsweise aus der Kombination eines Metalls, beispielsweise aus Kupfer, aus rostfreiem Stahl oder aus Aluminium, und einer Beschichtung aus diesen Polymeren.
Derartige Teile der Kühlvorrichtung umfassen also mindestens eine Schicht aus einer Formmasse, die aus einem flüssigkristallinen Polyester und/oder einem Polyarylensulfid besteht. Diese Schicht kann neben dem Polymeren noch weitere Zusätze enthalten, wie beispielsweise faserförmige Verstärkungsstoffe, wie Glasfasern, Carbonfasern, Borfasern oder Whisker; oder Füllstoffe, wie Talk oder Kalziumarbonat, oder andere an sich übliche Additive und Hilfsstoffe zur Verarbeitung der Polymeren, solange diese Zusätze die Lanzeitstabilität des Fluids nicht nachteilig beeinflussen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Formmassen können neben Polyarylensulfid oder flüssigkristallinem Polyester gegebenenfalls auch mit weiteren Kunststoffen und/oder Metallen kombiniert werden.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Polyarylensulfide sind an sich bekannt. Dabei handelt es sich üblicherweise um lineare Polymere enthaltend die wiederkehrende Struktureinheit der Formel I
-Ar- S- (I),
worin Ar ein zweiwertiger aromatischer Rest, vorzugsweise meta- und/oder para- Phenylen ist.
Polyarylensulfide können über dihalogenierte aromatische Verbindungen hergestellt werden. Bevorzugte dihalogenierte aromatische Verbindungen sind p-Dichlorbenzol, m-Dichlorbenzol, 2,5-Dichlortoluol, p-Dibrombenzol, 1 ,4-Dichlomaphthalin, 1- Methoxy-2,5-dichlorbenzol, 4,4'-Dichlorbiphenyl, 3,5-Dichlorbenzoesäure, 4,4'- Dichlordi-phenylether, 4,4'-Dichlodiphenylsulfon, 4,4'-Dichlordiphenylsulfoxid und 4,4'-Dichlordi-phenylketon. Andere halogenierte Verbindungen, wie beispielsweise trihalogenierte Aromaten können in geringen Mengen eingesetzt werden, um die Eigenschaften des Polymeren gezielt zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird als Polyarylensulfid bevorzugt Polyphenylensulfid eingesetzt.
Polyphenylensulfid (PPS) ist ein teilweise kristallines Polymer mit der allgemeinen Formel II
-(C6H4-S)n- (II)
wobei n > 1 ist und das Polymer mindestens eine Molmasse (Mw) von größer 200 g/mol besitzt.
Es können auch vernetzte Polyarylensulfide eingesetzt werden; bevorzugt werden lineare Typen, insbesondere solche, die sich zu mehr als 90 Mol%, bezogen auf die Aryleneinheiten, von p-Phenylen ableiten.
Besonders bevorzugt werden lineare Polyphenylensulfide eingesetzt, die Schmelzviskositäten (gemessen bei 316°C und einem Schergefälle von 400/Sek. gemäß ASTM D3835) von 30 - 1500 Pa*sec aufweisen.
Erfindungsgemäß können ferner die an sich bekannten flüssigkristallinen Kunststoffe eingesetzt werden. Bezüglich des Typs der verwendeten Materialien bestehen keine Einschränkungen, vorteilhaft sind jedoch Materialien, die sich thermoplastisch verarbeiten lassen. Besonders geeignete Materialien sind zum Beispiel in
Saechtling, Kunststoff-Taschenbuch, Hanser-Verlag, 27. Ausgabe, auf den Seiten 51 7 bis 521 beschrieben, worauf Bezug genommen wird. Vorteilhaft einsetzbare Materialien sind Polyterephthalate, Polyisophthalate, PET-LCP, PBT-LCP, Poly(m- phenylenisophthalimid), PMPI-LCP, Poly(p-phenylenphthalimid), PPTA-LCP, Polyarylate. PAR LCP, Polyestercarbonate, PEC-LCP, Polyazomethine, Polythioester, Polyester-amide, Polyesterimide sowie Polyarylenoxide. Besonders vorteilhaft sind auf p-Hydroxybenzoesäure basierende flüssig-kristalline Kunststoffe wie Copolyester und Copolyesteramide. Ganz besonders vorteilhaft als flüssigkristalline Kunststoffe einzusetzen sind im allgemeinen vollaromatische Polyester, die anisotrope Schmelzen bilden und mittlere Molekulargewichte (Mw=Gewichtsmittel) von 2000 bis 200.000, bevorzugt von 3.500 bis 50.000 und insbesondere von 4000 bis 30.000 g/mol aufweisen. Eine geeignete Klasse flüssigkristalliner Polymerer ist beschrieben in US-A-4 161 470, worauf Bezug genommen wird. Es handelt sich dabei um_Naphthoyl-Copolyester mit wiederkehrenden Struktureinheiten der Formel III und IV
30 o-
(IV),
CDs
40 worin T ausgewählt ist aus einem Alkylrest, einem Alkoxyrest, jeweils mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder einem Halogen, vorzugsweise Chlor, Brom oder Fluor, s bedeutet Null oder eine ganze Zahl 1 , 2, 3 oder 4, wobei im Falle mehrerer Reste T diese unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind. Die Naphthoyl- Copolyester enthalten 10 bis 90 Mol %, vorzugsweise 25 bis 45 Mol % Struktureinheiten der Formel I und 90 bis 10 Mol %, vorzugsweise 85 bis 55 Mol % Struktureinheiten der Formel II, wobei sich die Anteile der Struktureinheiten der Formeln I und II auf 100 Mol % ergänzen.
Weitere für den erfindungsgemäßen Zweck geeignete flüssigkristalline Polyester sind in EP-A-0 278 066 und US-A-3 637 595 beschrieben, worauf Bezug genommen wird.
Überraschend wurde gefunden, dass Polyarylensulfide („PPS"), wie FortronR, und auch flüssigkristalline Polyester selbst bei erhöhten Temperaturen die Leitfähigkeit von isolierenden Kühlfluiden, wie von Glykol-Wassergemischen, nicht wesentlich erhöht.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung von Polyarylensulfid und/oder flüssig-kristallinem Polyester in Kühlkreisläufen, die mit spannungsführenden Teilen von elektrischen Einrichtungen in Kontakt stehen. Besonders geeignet sind die erfindungsgemäß einsetzbaren Materialien zur Herstellung von Teilen für Wärmetauscher, Kühler, Pumpen, Sensoren und Ventilen für derartige Kühlkreisläufe.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung ohne diese zu begrenzen.
Beispiel 1
50 Gramm unverstärktes Poly-(p-phenylensulfid) (FortronR) Granulat wurden in 500 ml einer Kühlflüssigkeit (VE-Wasser : Glykol 1 : 1 ; Vol. Teile) bei 80°C gelagert. Die Leitfähigkeit der Lösung wurde in regelmäßigen Abständen mit Hilfe eines handelsüblichen Konduktometers (Hersteller Fa. Knick) bestimmt.
Vergleichend wurde eine Blindprobe ohne Granulateinwaage vermessen.
Selbst nach langer Zeit war die Leitfähigkeit des Wärmeträgerfluids noch unter 5 μS/cm. Die Leitfähigkeit des Wärmeträgerfluids ist in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt (RT bedeutet Raumtemperatur = 25°C)
Ver leichsbeispiel 1
50 Gramm Aluminium-Chips der Größe 5mmx5mmx1 mm wurden wie in Beispiel 1 beschrieben in einem Glykol/Wasser-Gemisch gelagert und die Leitfähigkeit der Flüssigkeit bestimmt. Wie in Tabelle 2 zu sehen ist, steigt die Leitfähigkeit schon nach kurzer Zeit stark an.
Beispiel 2
Wie in Beispiel 1 beschrieben wurden 50 g FortronR verstärkt mit 40% Glasfaser gelagert und die Leitfähigkeit des Wärmeträgerfluids bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt.
Verqleichsbeispiel 2 50 Gramm Kupfer-Chips der Größe 5mmx5mmx1mm wurden wie in Beispiel 1 beschrieben in einem Glykol/Wasser-Gemisch gelagert und die Leitfähigkeit der Flüssigkeit bestimmt. Wie in Tabelle 4 zu sehen ist, steigt die Leitfähigkeit schon nach kurzer Zeit stark an.
Beispiel 3
Wie in Beispiel 1 beschrieben wurden 50 g eines flüssig-kristallinen Polyesters (VectraR) unverstärkt gelagert und die Leitfähigkeit des Wärmeträgerfluids bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 5 dargestellt.
Verqleichsbeispiel 3
50 Gramm Glasfaser-verstärktes PPA (PolyPhthalAmid, Amodel von BP-Amoco) wurden wie in Beispiel 1 beschrieben in einem Glykol/Wasser-Gemisch gelagert und die Leitfähigkeit der Flüssigkeit bestimmt. Wie in Tabelle 6 zu sehen ist, steigt die Leitfähigkeit schon nach kurzer Zeit stark an.
Verqleichsbeispiel 4
50 Gramm unverstärktes Polyamid (Nylon PA6.6) wurden wie in Beispiel 1 beschrieben in einem Glykol/Wasser-Gemisch gelagert und die Leitfähigkeit der Flüssigkeit bestimmt. Wie in Tabelle 7 zu sehen ist, steigt die Leitfähigkeit schon nach kurzer Zeit stark an.
Verqleichsbeispiel 5
50 Gramm unverstärktes Hochtemperatur-Polyamid (High Temperature Nylon; HTN von DuPont) wurden wie in Beispiel 1 beschrieben in einem Glykol/Wasser-Gemisch gelagert und die Leitfähigkeit der Flüssigkeit bestimmt. Wie in Tabelle 8 zu sehen ist, steigt die Leitfähigkeit schon nach kurzer Zeit stark an.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung für elektrische Einrichtungen, durch die ein elektrisch isolierendes Kühifluid im Kreislauf geführt wird, umfassend Zu- und Ableitungen für ein in Kontakt mit den elektrische Spannung führenden Teilen stehendes Kühifluid, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die mit dem Kühlmedium in Kontakt stehenden Teile der Kühlvorrichtung aus Polyarylensulfid und/oder aus flüssigkristallinem Polyester bestehen oder eine Beschichtung aus diesen Polymeren aufweisen.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elektrischen Einrichtung um eine Brennstoffzelle, insbesondere um eine Brennstoffzelle mit Polymer-Elektrolytmembranen handelt.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Kühifluid eine Mischung aus Wasser und einem Alkohol, vorzugsweise einem Glykol, mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 5 μS/cm ist.
4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem elektrisch isolierenden Kühifluid in Kontakt stehenden Teile der Kühlvorrichtung zumindest im Bereich der spannungsführenden Teile der elektrischen Einrichtungen aus Polyarylensulfid oder aus flüssigkristallinem Polyester bestehen oder eine Beschichtung aus diesen Polymeren aufweisen.
5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyarylensulfid Poly-(p-phenylensulfid) ist.
6. Verwendung von Polyarylensulfid und/oder flüssig-kristallinem Polyester in Kühlkreisläufen, die mit spannungsführenden Teilen von elektrischen
Einrichtungen in Kontakt stehen. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der elektrischen Einrichtung um eine Brennstoffzelle handelt.
EP02783052A 2001-11-07 2002-10-31 Kühlvorrichtung für elektrische einrichtungen und verwendung von polymeren in kühlkreisläufen Withdrawn EP1446850A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001154242 DE10154242A1 (de) 2001-11-07 2001-11-07 Kühlvorrichtung für elektrische Einrichtungen und Verwendung von Polymeren in Kühlkreisläufen
DE10154242 2001-11-07
PCT/EP2002/012155 WO2003041198A1 (de) 2001-11-07 2002-10-31 Kühlvorrichtung für elektrische einrichtungen und verwendung von polymeren in kühlkreisläufen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1446850A1 true EP1446850A1 (de) 2004-08-18

Family

ID=7704650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02783052A Withdrawn EP1446850A1 (de) 2001-11-07 2002-10-31 Kühlvorrichtung für elektrische einrichtungen und verwendung von polymeren in kühlkreisläufen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20040265660A1 (de)
EP (1) EP1446850A1 (de)
JP (1) JP2005509259A (de)
DE (1) DE10154242A1 (de)
WO (1) WO2003041198A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10316996A1 (de) * 2003-04-11 2004-10-28 Degussa Ag Leitungssystem für Fluide und Gase in einer Brennstoffzelle
JP4389972B2 (ja) 2007-06-20 2009-12-24 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置及び車両
JP5210776B2 (ja) * 2008-09-25 2013-06-12 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池の充放電制御装置
JP5697751B2 (ja) 2011-03-25 2015-04-08 スカイワークス・パナソニック フィルターソリューションズ ジャパン株式会社 高次横モード波を抑制した弾性波デバイス
US9068922B2 (en) * 2013-03-15 2015-06-30 GM Global Technology Operations LLC Estimating coolant conductivity in a multi-voltage fuel cell system
WO2016036795A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 Open Water Power, Incorporated Injection of water in electrochemical systems
US9880226B2 (en) * 2015-10-13 2018-01-30 GM Global Technology Operations LLC Estimating coolant conductivity in a multi-voltage fuel cell system without disconnecting contactors
FR3074362B1 (fr) * 2017-11-24 2019-11-15 Arkema France Dispositif de refroidissement et/ou chauffage d'une batterie de vehicule automobile electrique ou hybride et circuit de refroidissement et/ou chauffage associe
FR3096836B1 (fr) 2019-05-29 2025-07-18 Arkema France Dispositif de refroidissement et/ou de chauffage d’une batterie de véhicule électrique
DE102024107626A1 (de) * 2024-03-18 2025-09-18 Mahle International Gmbh Verfahren zur Aufbereitung eines Kühlmittels sowie entsprechende Aufbereitungseinrichtung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3945844A (en) * 1971-08-18 1976-03-23 United Aircraft Corporation Electrochemical cell
US3880670A (en) * 1973-07-02 1975-04-29 United Aircraft Corp Electrochemical cell separator plate means
ATE189081T1 (de) * 1994-05-20 2000-02-15 Int Fuel Cells Corp Kühlplattenzusammenbau für einen brennstoffzellenstapel
WO2000017951A1 (en) * 1998-09-22 2000-03-30 Ballard Power Systems Inc. Antifreeze cooling subsystem
US6180275B1 (en) * 1998-11-18 2001-01-30 Energy Partners, L.C. Fuel cell collector plate and method of fabrication
JP3548447B2 (ja) * 1999-01-12 2004-07-28 ニチアス株式会社 燃料電池用セパレータ及びその作製方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03041198A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20040265660A1 (en) 2004-12-30
JP2005509259A (ja) 2005-04-07
DE10154242A1 (de) 2003-05-22
WO2003041198A1 (de) 2003-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
You et al. Highly conductive and chemically stable alkaline anion exchange membranes via ROMP of trans-cyclooctene derivatives
US6180275B1 (en) Fuel cell collector plate and method of fabrication
US6492431B1 (en) Process of making a composite membrane
EP1446850A1 (de) Kühlvorrichtung für elektrische einrichtungen und verwendung von polymeren in kühlkreisläufen
CN1312839A (zh) 用于性能改进的聚合物电化学电池的磺化聚苯醚基共混膜
KR20040011381A (ko) 전해질조성물
JP2006344918A (ja) 電気二重層キャパシタ用電極材
CN114982023A (zh) 用于燃料电池的隔板、其前体及其生产方法
WO2013100082A1 (ja) レドックスフロー二次電池及びレドックスフロー二次電池用電解質膜
CN101351920B (zh) 用于燃料电池双极板的组合物
Yang et al. Nanophase‐Separated Block Copolymer Layers Enabling Stable Zinc Metal Batteries
US20020182470A1 (en) Injection molded fuel cell endplate
DK180950B1 (en) Single layer separator plate for a fuel cell, precursor therefore and its method of production
EP3512015A1 (de) Aufschlämmungszusammensetzung zur herstellung einer elektrode einer redox-flow-batterie und verfahren zur herstellung einer elektrode einer redox-flow-batterie
KR102728968B1 (ko) 레독스 흐름 전지용 분리막 및 이를 포함하는 레독스 흐름 전지
US20090317683A1 (en) Membrane electrode assembly for fuel cell and fuel cell
JP2002280019A (ja) 燃料電池用イオン伝導性高分子膜およびそれを用いた燃料電池
JP4791488B2 (ja) 高分子電解質膜としてのスルホン化ポリ（フェニレンスルフィド）フィルム
CN120677572A (zh) 包含密封构件的非水电化学电池
EP3906592A1 (de) Verfahren zur herstellung von separatorplatten für eine brennstoffzelle
JP3261425B2 (ja) 固体イオン導電体
JP4747647B2 (ja) 高分子電解質膜およびその製造方法
JP4584800B2 (ja) 樹脂材料及びその製造方法、燃料電池、電源並びに電子機器
CN1206503A (zh) 用于增强型聚合物电化学电池的磺化聚苯醚基共混膜
JP3949416B2 (ja) 燃料電池用イオン伝導性高分子膜並びにそれを用いた燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20040607

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

17Q First examination report despatched

Effective date: 20040813

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20050312