ES3047763T3 - Phosphate tester heat transfer fluids and their use in an immersion cooling system - Google Patents

Phosphate tester heat transfer fluids and their use in an immersion cooling system

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ES3047763T3
ES3047763T3 ES21191201T ES21191201T ES3047763T3 ES 3047763 T3 ES3047763 T3 ES 3047763T3 ES 21191201 T ES21191201 T ES 21191201T ES 21191201 T ES21191201 T ES 21191201T ES 3047763 T3 ES3047763 T3 ES 3047763T3
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Dr Michael Fletschinger
Neal Milne
Travis Benanti
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Lanxess Corp
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Abstract

Un fluido de transferencia de calor para el enfriamiento por inmersión de componentes eléctricos incluye una mezcla de ciertos ésteres de fosfato de trialquilo y ésteres de fosfato de triarilo. También se describe un sistema de enfriamiento por inmersión que emplea el fluido de transferencia de calor y un método para enfriar componentes eléctricos mediante dicho sistema. La mezcla de ésteres de fosfato de la presente divulgación presenta propiedades favorables en un sistema de enfriamiento por inmersión circulante, como baja inflamabilidad, bajo punto de fluidez, alta resistividad eléctrica y baja viscosidad para facilitar su bombeo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Fluidos para transferir calor a base de éster fosfato y su uso en un sistema de refrigeración por inmersión
[0005] La presente divulgación se refiere a un fluido de transferencia de calor para la refrigeración por inmersión de componentes eléctricos y a un sistema de refrigeración por inmersión que emplea el fluido de transferencia de calor. El fluido de transferencia de calor comprende una mezcla de ésteres de fosfato, como se describe en el presente documento. La mezcla de ésteres de fosfato presenta propiedades favorables en un sistema de refrigeración por inmersión circulante, tal como una baja inflamabilidad, punto de fluidez bajo, alta resistividad eléctrica y baja viscosidad para facilitar la capacidad de bombeo.
[0007] Los componentes eléctricos que usan, almacenan y/o generan energía o potencia puede generar calor. Por ejemplo, las celdas de batería, tales como las baterías de iones de litio, generan grandes cantidades de calor durante las operaciones de carga y descarga. Los sistemas de refrigeración tradicionales emplean refrigeración por aire o refrigeración indirecta por líquido. Habitualmente, las soluciones de agua/glicol se usan como fluidos de transferencia de calor y disiparlo mediante refrigeración indirecta. En esta técnica de refrigeración, el refrigerante de agua/glicol fluye a través de canales, tales como camisas, alrededor de los módulos de la batería o a través de placas dentro de la estructura de la batería. Las soluciones de agua/glicol, sin embargo, son altamente conductoras y no deben entrar en contacto con los componentes eléctricos, tal como a través de fugas, por riesgo de provocar cortocircuitos, lo que puede provocar la propagación del calor y la fuga térmica. Además, sigue habiendo dudas sobre si los sistemas de refrigeración indirecta pueden eliminar el calor de forma adecuada y eficiente bajo las crecientes demandas de alta carga (carga rápida), baterías de alta capacidad.
[0009] La refrigeración por inmersión de los componentes eléctricos en un refrigerante es una alternativa prometedora a los sistemas de refrigeración tradicionales. Por ejemplo, el documento US 2018/0233791 A1 divulga un sistema de paquete de baterías para inhibir la fuga térmica en donde un módulo de batería está al menos parcialmente sumergido en un refrigerante en una caja de baterías. El refrigerante puede ser bombeado fuera de la caja de la batería, a través de un intercambiador de calor, y de vuelta a la caja de la batería. Como el refrigerante, se mencionan trimetilfosfato y tripropilfosfato, entre otros productos químicos, o trifenilfosfato, trioctilfosfato (véase el documento US 2015/188203) o un éster de fosfato divulgado en el documento WO 2014/013981. Sin embargo, tal como se muestra en la presente solicitud, un fluido de trimetilfosfato o un fluido de tripropilfosfato presenta una resistividad de corriente continua (CC) baja y cada uno presenta un punto de inflamación bajo tal como que la inflamabilidad de cada fluido lo hace inadecuado Existe la necesidad de desarrollar fluidos de transferencia calor, en particular para sistemas de refrigeración por inmersión, que tengan baja inflamabilidad, punto de fluidez bajo, alta resistividad eléctrica y baja viscosidad.
[0011] Para satisfacer esta necesidad, se divulgan en el presente documento nuevos fluidos de transferencia de calor que comprenden ciertas mezclas de ésteres de fosfato. También se divulga un sistema de refrigeración por inmersión que utiliza los fluidos de transferencia de calor divulgados en el presente documento.
[0013] De acuerdo con la presente divulgación, un fluido de transferencia de calor para la refrigeración por inmersión de componentes eléctricos comprende
[0015] (a) uno o más de un éster fosfato de fórmula (I)
[0018]
[0021] donde cada R es, independientemente, alquilo C<6-18>y
[0022] (b) uno o más de un éster fosfato de fórmula (II)
[0025]
[0028] donde cada R' se elige independientemente entre fenilo no sustituido y fenilo sustituido por alquilo C<1>-<12>.
[0030] También se divulga un sistema de refrigeración por inmersión que comprende componentes eléctricos, un fluido de transferencia de calor de la presente divulgación y un depósito, en donde los componentes eléctricos están al menos parcialmente sumergidos en el fluido de transferencia de calor dentro del depósito y un sistema de circulación capaz de hacer circular el fluido de transferencia de calor fuera del depósito, a través de una tubería de circulación del sistema de circulación, y de vuelta al depósito.
[0031] La presente divulgación también incluye un método de refrigeración de componentes eléctricos que comprende sumergir al menos parcialmente componentes eléctricos en un fluido de transferencia de calor de la presente divulgación dentro de un depósito y hacer circular el fluido de transferencia de calor fuera del depósito, a través de una tubería de circulación de un sistema de circulación, y de vuelta al depósito.
[0032] El fluido de transferencia de calor, el sistema y el métodos de la presente divulgación son adecuados para la refrigeración de una amplia variedad de componentes eléctricos y, en particular, en la refrigeración de sistemas de baterías.
[0033] El sumario anterior no tiene por objeto restringir de ninguna manera el alcance de la invención reivindicada. Además, ha de comprenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son solamente a modo de ejemplo y explicación y no son restrictivas de la invención, como se reivindica.
[0034] Breve descripción de las figuras
[0035] La figura 1 y la figura 2 muestran cada una un diagrama de flujo de bloques de un sistema de refrigeración por inmersión ilustrativo según la presente divulgación.
[0036] La figura 3 y la figura 4 son diagramas esquemáticos de sistemas de refrigeración por inmersión ilustrativos según la presente divulgación.
[0037] A menos que se especifique lo contrario, el término "un" o "una" en la presente solicitud significa "uno o más de uno". Un fluido de transferencia de calor para la refrigeración por inmersión de componentes eléctricos comprende (a) uno o más de un éster fosfato de fórmula (I)
[0040]
[0042] donde cada R es, independientemente, alquilo C<6-18>y
[0043] (b) uno o más de un éster fosfato de fórmula (II)
[0046]
[0048] donde cada R' se elige independientemente entre fenilo no sustituido y fenilo sustituido por alquilo C<1>-<12>.
[0049] La relación en peso entre el componente de éster de fosfato (a) y el componente de éster de fosfato (b) en el fluido de transferencia de calor suele estar comprendida entre 12:1 y 1:12, a menudo de 10:1 a 1:10, tal como de 8:1 a 1:8, de 5:1 a 1:5 o de 3:1 a 1:3.
[0050] Si bien el fluido de transferencia de calor puede contener ésteres de fosfato distintos de los de las fórmulas (I) y (II), los componentes de ésteres de fosfato (a) y (b) normalmente constituyen en conjunto más del 50 % en peso basado en el peso total de todos los ésteres de fosfato en el fluido de transferencia de calor, por ejemplo, al menos el 60 %, al menos el 70 %, al menos el 80 %, al menos el 90 %, al menos el 95 % o al menos el 99 % en peso de todos los ésteres de fosfato en el fluido de transferencia de calor.
[0051] En la fórmula (I) del componente éster fosfato (a), cada R puede, pero no necesariamente, ser el mismo.
[0052] En la fórmula (II) del componente éster fosfato (b), cada R' puede, pero no necesariamente, ser el mismo. En algunas realizaciones, cada R' de la fórmula (II) se elige independientemente entre fenilo sustituido por alquilo C<1-12>. En realizaciones adicionales, un grupo R' es fenilo sustituido por alquilo C<1-12>y los dos grupos R' restantes son fenilo no sustituido, o dos grupos R' se eligen independientemente entre fenilo sustituido por alquilo C<1-12>y el grupo R' restante es fenilo no sustituido. En algunas realizaciones, los dos grupos R elegidos entre fenilo sustituido por alquilo C<1-12>son iguales.
[0054] R como "alquilo C<6-18>" en la fórmula (I) puede ser un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que tiene el número especificado de átomos de carbono. A menudo, R como "alquilo C<6-18>" tiene al menos 8 átomos de carbono. Preferentemente, R como alquilo C<6-18>es alquilo C<6-12>o C<8-12>o alquilo C<6-10>o C<8-10>. Ejemplos de grupos alquilo no ramificados incluyen n-hexilo, n-heptilo, n-octilo, n-nonilo, n-decilo, n-undecilo y n-dodecilo. Ejemplos de grupos alquilo ramificado incluyen 2-metilpentilo, 2-etilbutilo, 2,2-dimetilbutilo, 6-metilheptilo, 2-etilhexilo, f-octilo, 3,5,5-trimetilhexilo, 7-metiloctilo, 2-butilhexilo, 8-metilnonilo, 2-butiloctilo, 11-metildodecilo y similares. Ejemplos de grupos alquilo lineales y alquilo ramificados incluyen también fracciones denominadas habitualmente isononilo, isodecilo, isotridecilo y similares, donde se entiende que el prefijo "iso" se refiere a mezclas de alquilos tales como los derivados de un proceso oxo.
[0056] R' como "fenilo sustituido por alquilo C<1-12>" en la fórmula (II) se refiere a un grupo fenilo sustituido por un grupo alquilo C<1-12>. El grupo alquilo puede ser un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada que tiene el número especificado de átomos de carbono. Puede estar presente más de un grupo alquilo en el anillo fenilo (es decir, fenilo sustituido por dos grupos alquilo o tres grupos alquilo). A menudo, sin embargo, el fenilo está sustituido por un grupo alquilo (es decir, monoalquilado). Preferentemente, el alquilo C<1-12>se elige entre alquilo C<1-10>o C<3-10>, más preferentemente alquilo C<1-8>o C<3-8>o alquilo C<1-6>o C<3-6>. Ejemplos de dichos grupos alquilo incluyen metilo, etilo, n-propilo, iso-propilo, n-butilo, isobutilo, sec-butilo, t-butilo, pentilo, iso-pentilo, t-pentilo, 2-metilbutilo, n-hexilo, 2-metilpentilo, 2-etilbutilo, 2,2-dimetilbutilo, 6-metilheptilo, 2-etilhexilo, iso-octilo, t-octilo e iso-nonilo, 3,5,5-trimetilhexilo, 2-butilhexilo, iso-decilo y 2-butiloctilo y similares. Los agentes alquilantes pueden incluir olefinas derivadas del craqueo de nafta, tales como propileno, butileno, diisobutileno y tetrámero de propileno. Dicha sustitución alquílica en el anillo fenilo puede estar en la posición orto, meta o para o una combinación de las mismas. A menudo, la sustitución alquílica se produce en la posición para o, predominantemente, en la posición para.
[0058] El componente (a) puede comprender una mezcla de compuestos de éster de fosfato de fórmula (I). Por ejemplo, el componente (a) puede comprender una mezcla isomérica de compuestos de fórmula (I), por ejemplo, tales ésteres fosfato que contienen isómeros de alquilo ramificados, tal como los derivados de una mezcla de isómeros de alcoholes alifáticos ramificados.
[0060] A menudo, el componente (b) es una mezcla de ésteres fosfato de fórmula (II). Por ejemplo, el componente (b) puede comprender una mezcla isomérica de ésteres fosfato de fórmula (II), por ejemplo, tales ésteres fosfato que contienen isómeros de alquilo ramificados, tal como los derivados de una mezcla de isómeros de fenoles alquilados ramificados.
[0061] En realizaciones adicionales, el componente (b) comprende una mezcla isomérica de ésteres fosfato de fórmula (II) que contienen isómeros orto, meta y/o para de fenilo sustituido por alquilo C<1-12>, tal como trixilenilfosfato, tricresilfosfato y similares.
[0063] En muchas realizaciones, el componente (b) comprende dos o más ésteres fosfato de fórmula (II) que difieren en el número de grupos R' que son fenilo sustituido por alquilo C<1-12>. Por ejemplo, la mezcla de compuestos de fórmula (II) puede comprender al menos dos, a menudo tres o los cuatro, del grupo elegido entre mono(alquilfenil)difenilfosfato, di(alquilfenil)monofenilfosfato, tri(alquilfenil)fosfato y trifenilfosfato, donde "alquilfenilo" es fenilo sustituido por alquilo C<1-12>como se describe en el presente documento.
[0065] Dicha mezcla de compuestos de fórmula (II) puede comprender, por ejemplo,
[0067] (a) de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 95 % en peso de mono(alquilfenil)difenilfosfato, (b) de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 50 % en peso de di(alquilfenil)monofenilfosfato, (c) de aproximadamente el 0 % en peso, de aproximadamente el 2 o de aproximadamente el 5 % en peso hasta aproximadamente el 20 % en peso de tri(alquilfenil)fosfato y
[0068] (d) de aproximadamente el 0 % en peso o de aproximadamente el 2 % en peso a aproximadamente el 30 % en peso de trifenilfosfato, donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de todos los ésteres fosfato de fórmula (II).
[0070] En muchas realizaciones, dicha mezcla de compuestos de fórmula (II) comprende
[0072] (a) de aproximadamente el 60 % en peso a aproximadamente el 95 % en peso, tal como de aproximadamente el 65 o de aproximadamente el 70 % en peso a aproximadamente el 85 o aproximadamente el 80 %, de mono(alquilfenil)difenilfosfato,
[0073] (b) de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso, tal como de aproximadamente el 10 o de aproximadamente el 15% en peso a aproximadamente el 30 o a aproximadamente el 25% en peso, de di(alquilfenil)monofenilfosfato,
[0074] (c) de aproximadamente el 0 o de aproximadamente el 1 % en peso a aproximadamente el 5 o a aproximadamente el 4 % en peso, de tri(alquilfenil)fosfato y
[0075] (d) de aproximadamente el 0 o de aproximadamente el 1 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso, tal como de aproximadamente el 1 o de aproximadamente el 2 % en peso a aproximadamente el 10 o a aproximadamente el 5 % en peso, de trifenilfosfato, donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de todos los ásteres fosfato de fórmula (II).
[0077] En muchas realizaciones, dicha mezcla de compuestos de fórmula (II) comprende
[0079] (a) de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 60 % en peso, tal como de aproximadamente el 35 o de aproximadamente el 40 % en peso a aproximadamente el 55 o a aproximadamente el 50 % en peso, de mono(alquilfenil)difenilfosfato,
[0080] (b) de aproximadamente el 20 % en peso a aproximadamente el 50 % en peso, tal como de aproximadamente el 25 o de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 45 o a aproximadamente el 40 % en peso, de di(alquilfenil)monofenilfosfato,
[0081] (c) de aproximadamente el 2 % en peso a aproximadamente el 20 % en peso, tal como de aproximadamente el 2 o aproximadamente el 4 % en peso a aproximadamente el 15 o a aproximadamente el 10% en peso, de tri(alquilfenil)fosfato y
[0082] (d) de aproximadamente el 5 o de aproximadamente el 10 % en peso a aproximadamente el 30 o a aproximadamente el 25 % en peso, tal como de aproximadamente el 10 o de aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente 25 o a aproximadamente el 20 % en peso, de trifenilfosfato donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de todos los ásteres fosfato de fórmula (II).
[0084] El fluido de transferencia de calor de la presente divulgación también puede incluir uno o más de otros aceites base, tales como aceites minerales, polialfaolefinas, ásteres, etc. El o los demás aceites base y las cantidades de los mismos deben elegirse de forma que sean coherentes con las propiedades adecuadas para el fluido de refrigeración por inmersión circulante como se describe en el presente documento. Normalmente, los componentes de áster fosfato (a) y (b) representan conjuntamente más del 50 % en peso del fluido de transferencia de calor. Por ejemplo, en muchas realizaciones, los componentes de áster fosfato (a) y (b) en conjunto son al menos el 60 %, al menos el 70 %, al menos el 80 %, al menos el 90 %, al menos el 95 % o al menos el 99 % en peso del fluido de transferencia de calor.
[0086] El fluido de transferencia de calor de la presente divulgación puede comprender además uno o más aditivos de rendimiento. Los ejemplos de tales aditivos incluyen, pero sin limitación, antioxidantes, desactivadores de metales, aditivos de flujo, inhibidores de la corrosión, inhibidores de formación de espuma, demulsionantes, depresores del punto de fluidez y cualquier combinación o mezcla de los mismos. Los fluidos de transferencia de calor totalmente formulados contienen normalmente uno o más de estos aditivos de rendimiento y a menudo un paquete de múltiples aditivos de rendimiento. A menudo, uno o más aditivos de rendimiento están presentes en una proporción del 0,0001 % en peso al 3 % en peso o del 0,05 % en peso al 1,5 % en peso o del 0,1 % en peso al 1,0 % en peso, en función del peso del fluido de transferencia de calor.
[0088] El fluido de transferencia de calor puede consistir esencialmente en los componentes de áster fosfato (a) y (b) y, opcionalmente, uno o más aditivos de rendimiento. En algunas realizaciones, el fluido de transferencia de calor consiste en los componentes de áster fosfato (a) y (b) y, opcionalmente, uno o más aditivos de rendimiento.
[0090] Los ásteres fosfato de la presente divulgación, incluyendo mezclas de los mismos, son conocidos o pueden prepararse mediante tácnicas conocidas. Por ejemplo, los ásteres de trialquilfosfato se preparan a menudo mediante la adición de alcohol alquílico a oxicloruro de fósforo o a pentóxido de fósforo. Los ásteres de trifenilfosfato alquilados, incluyendo mezclas de los mismos, pueden prepararse según diversas tácnicas conocidas, tal como la adición de fenol alquilado al oxicloruro de fósforo. Se describen procesos conocidos, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos N.° 2.008.478, 2.868.827, 3.859.395, 5.206.404 y 6.242.631.
[0092] Los componentes de áster fosfato (a) y (b) pueden mezclarse según cualquier tácnica adecuada para mezclar dichos componentes de áster fosfato.
[0094] Las propiedades físicas del fluido de transferencia de calor divulgado en el presente documento pueden ajustarse u optimizarse al menos en parte basándose en el grado de alquilación en los componentes de áster fosfato (a) y (b) y/o basándose en las proporciones en peso del componente de áster fosfato (a) con respecto al componente de áster fosfato (b).
[0096] Normalmente, el fluido de transferencia de calor de la presente divulgación tiene un punto de inflamación según la norma ASTM D92 de • 190 °C, preferentemente • 200 °C; una viscosidad cinemática medida a 40 °C según la norma ASTM D445 inferior a 50*10'6 m2/s (50 cSt), preferentemente • 40*10'6 m2/s (40 cSt) o • 35*10'6 m2/s (35 cSt), más preferentemente • 30*10'6 m2/s (30 cSt); un punto de fluidez según la norma ASTM D5950 de • -20 °C, preferentemente • -25 °C, más preferentemente • -30 °C; y una resistividad en corriente continua medida a 25 °C según la norma IEC 60247 de > 0,25 GOhm-cm, preferentemente > 0,5 GOhm-cm, > 1 GOhm-cm o > 5 GOhm-cm.
[0097] El sistema de refrigeración por inmersión de la presente divulgación comprende componentes eléctricos, un fluido de transferencia de calor, como se describe en el presente documento, y un depósito, en donde los componentes eléctricos están al menos parcialmente sumergidos en el fluido de transferencia de calor dentro del depósito y un sistema de circulación capaz de hacer circular el fluido de transferencia de calor fuera del depósito, a través de una tubería de circulación del sistema de circulación, y de vuelta al depósito.
[0099] Los componentes eléctricos incluyen cualquier componente electrónico que genere energía térmica que necesite disiparse para un uso seguro. Ejemplos incluyen baterías, pilas de combustible, electrónica aeronáutica, electrónica de ordenadores tales como microprocesadores, sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI), electrónica de potencia (tales como IGBT, SCR, tiristores, condensadores, diodos, transistores, rectificadores y similares), inversores, convertidores de CC a CC, cargadores (es decir, dentro de estaciones de carga o puntos de recarga), inversores de cambio de fase, motores eléctricos, controladores de motores eléctricos, inversores de CC a CA y celdas fotovoltaicas.
[0100] El sistema y el método de la presente divulgación son particularmente útiles para refrigerar sistemas de baterías, tales como las de los vehículos eléctricos (incluidos los turismos y los vehículos comerciales), por ejemplo, en coches eléctricos, camiones, autobuses, carretillas industriales (por ejemplo, carretillas elevadoras y similares), vehículos de transporte masivo (por ejemplo, trenes o tranvías) y otras formas de transportar con energía eléctrica.
[0102] Normalmente, el transporte electrificado funciona con módulos de baterías. Un módulo de batería puede incluir uno o más elementos de batería dispuestos o apilados unos respecto a otros. Por ejemplo, el módulo puede incluir celdas prismáticas, de bolsa o cilíndricas. Durante las operaciones de carga y descarga (uso) de la batería, normalmente, el calor lo generan las celdas de la batería, que puede disipar el sistema de refrigeración por inmersión. La refrigeración eficaz de la batería mediante el sistema de refrigeración por inmersión permite tiempos de carga rápidos con cargas elevadas, al tiempo que se mantienen unas condiciones seguras y se evita la propagación del calor y la fuga térmica. Los componentes eléctricos del transporte eléctrico también incluyen motores eléctricos, que pueden ser refrigerados mediante el sistema de refrigeración por inmersión.
[0104] De acuerdo con la presente divulgación, los componentes eléctricos se sumergen, al menos parcialmente, en el fluido de transferencia de calor dentro de un depósito. A menudo, los componentes eléctricos se sumergen sustancialmente o se sumergen totalmente en el fluido de transferencia de calor, tal como inmersión (en el caso de un módulo de batería) de las paredes de las celdas de la batería, pestañas y cableado. El depósito puede ser cualquier recipiente adecuado para contener el fluido de transferencia de calor en el que se sumergen los componentes eléctricos. Por ejemplo, el depósito puede ser un recipiente o alojamiento para los componentes eléctricos, tal como un recipiente o alojamiento del módulo de la batería.
[0106] El sistema de refrigeración por inmersión comprende además un sistema de circulación capaz de hacer circular el fluido de transferencia de calor fuera del depósito, a través de una tubería de circulación del sistema de circulación, y de vuelta al depósito. A menudo, el sistema de circulación incluye una bomba y un intercambiador de calor. En funcionamiento, por ejemplo, tal como se muestra en la Figura 1, el sistema de circulación puede bombear el fluido de transferencia de calor calentado fuera del depósito a través de una tubería de circulación y a través de un intercambiador de calor para enfriar el fluido de transferencia de calor y bombear el fluido de transferencia de calor enfriado a través de una tubería de circulación de vuelta al depósito. De esta manera, durante el funcionamiento de los componentes eléctricos (que están al menos parcialmente sumergidos en el fluido de transferencia de calor dentro del depósito), tal como durante las operaciones de carga o descarga de una batería, el sistema de refrigeración por inmersión funciona para absorber el calor generado por los componentes eléctricos, para extraer el fluido de transferencia de calor que ha sido calentado por los componentes eléctricos para enfriarlo en el intercambiador de calor, y hacer circular el fluido de transferencia de calor enfriado de vuelta al depósito.
[0108] El intercambiador de calor puede ser cualquier unidad de transferencia de calor capaz de enfriar el fluido calentado para transferir calor a una temperatura adecuada para la aplicación en particular. Por ejemplo, el intercambiador de calor puede utilizar refrigeración por aire (líquido-aire) o refrigeración por líquido (líquido-líquido). El intercambiador de calor, por ejemplo, puede ser una unidad de transferencia de calor compartida con otro circuito de fluido dentro del equipo o dispositivo eléctrico, tal como un circuito de refrigeración/aire acondicionado en un vehículo eléctrico. El sistema de circulación puede hacer fluir el fluido de transferencia de calor a través de múltiples intercambiadores de calor, tales como intercambiadores de calor de refrigeración por aire y refrigeración por líquido.
[0110] La tubería de circulación del sistema de circulación puede hacer fluir el fluido de transferencia de calor a otros componentes eléctricos que generan energía térmica que necesita disiparse dentro del equipo o dispositivo eléctrico. Por ejemplo, como se muestra en la figura 2 para la refrigeración por inmersión de una batería, el fluido de transferencia de calor también puede usarse para refrigerar por inmersión los componentes eléctricos alimentados por la batería (por ejemplo, un motor eléctrico) y/o para enfriar por inmersión los componentes eléctricos empleados para cargar la batería. El fluido de transferencia de calor calentado que fluye fuera del o los recipientes o el o los alojamientos de los diversos componentes eléctricos puede refrigerarse en uno o más intercambiadores de calor y el fluido térmico enfriado puede circular de vuelta al o los recipientes o alojamientos.
[0111] El sistema de circulación puede incluir también un depósito de fluido de transferencia de calor para almacenar y/o mantener un volumen de fluido de transferencia de calor. Por ejemplo, el fluido de transferencia de calor enfriado de un intercambiador de calor puede bombearse al depósito de fluido de transferencia de calor y desde el depósito de fluido de transferencia de calor al depósito.
[0113] En la figura 3 se muestra un ejemplo de un sistema de refrigeración por inmersión de acuerdo con la presente divulgación. Los componentes eléctricos y el depósito se amplían a título ilustrativo. El sistema comprende componentes eléctricos1(que, en este ejemplo, son celdas de batería de un módulo de batería), un fluido de transferencia de calor2y un depósito3. Los componentes eléctricos1están al menos parcialmente sumergidos (en la figura 3, totalmente sumergidos) en el fluido de transferencia de calor2dentro del depósito3.Un sistema de circulación que comprende una tubería de circulación4,un intercambiador de calor5y una bomba6mueven el fluido de transferencia de calor calentado2fuera del depósito para enfriarlo en el intercambiador de calor5y el fluido de transferencia de calor enfriado se hace circular de vuelta al depósito3.El sistema de circulación puede incluir también un depósito de fluido de transferencia de calor7,como se muestra en la figura 4.
[0115] El flujo representado del fluido de transferencia de calor2sobre y alrededor de los componentes eléctricos1como se muestra en la figura 3 y la figura 4 es solo a título ilustrativo. Los componentes eléctricos pueden disponerse dentro del depósito de cualquier forma adecuada al tipo de componentes eléctricos y a la aplicación prevista. De manera similar, el flujo de fluido de transferencia de calor que entra y sale del depósito y el flujo a través del depósito pueden realizarse de cualquier manera adecuada para garantizar que los componentes eléctricos permanezcan al menos parcialmente sumergidos en el fluido de transferencia de calor. Por ejemplo, el depósito puede incluir múltiples entradas y salidas. El fluido de transferir calor puede fluir de lado a lado, de arriba a abajo o de abajo a arriba del depósito o una combinación de los mismos, dependiendo de la orientación deseada de los componentes eléctricos y del flujo de fluido deseado del sistema. El depósito puede incluir deflectores para guiar el flujo del fluido de transferencia de calor por encima y/o alrededor de los componentes eléctricos. Como ejemplo adicional, el fluido de transferencia de calor puede entrar en el depósito a través de un sistema de pulverización, de tal manera que se pulverice sobre los componentes eléctricos desde uno o más orificios de entrada superiores del depósito.
[0117] El sistema y el método de la presente divulgación son particularmente útiles para refrigerar componentes eléctricos, tales como módulos de baterías, la disposición de inmersión divulgada en el presente documento de los componentes eléctricos en el fluido de transferencia de calor también permite que el fluido transfiera calor a los componentes eléctricos para proporcionar control de temperatura en entornos fríos. Por ejemplo, el sistema de refrigeración por inmersión puede estar equipado con un calentador para calentar el fluido de transferir calor, tal como se muestra en la figura 2, donde el intercambiador de calor puede funcionar en "modo calefacción". El fluido calentado puede transferir calor a los componentes eléctricos sumergidos para alcanzar y/o mantener una temperatura deseada u óptima para los componentes eléctricos, tal como una temperatura deseada u óptima para la carga de la batería.
[0119] También se divulga un método de refrigeración de componentes eléctricos que comprende al menos parcialmente sumergir los componentes eléctricos en un fluido de transferencia de calor como se ha descrito en el presente documento, y hacer circular el fluido de transferencia de calor fuera del depósito, a través de una tubería de circulación de un sistema de circulación, y de vuelta al depósito.
[0121] En los Ejemplos que siguen se proporciona divulgación no limitante adicional.
[0123] Ejemplos
[0125] Procedimientos
[0127] Fluidos para transferir calor de acuerdo con la presente divulgación, así como fluidos de transferencia de calor de los Ejemplos comparativos, se evaluaron para determinar su punto de inflamación (ASTM D92), la viscosidad cinemática medida a 40 °C (ASTM D445), el punto de fluidez (ASTM D5950) y la resistividad CC medida a 25 °C (IEC 60247).
[0128] Ejemplo 1a
[0130] Trifenilfosfato butilado (TPP butilado), que es una mezcla de trifenilfosfato (en el intervalo de 2,5 a 25 % en peso) y una mezcla de mono(butilfenil)difenilfosfato, di(butilfenil)monofenilfosfato y tributilfenilfosfato (en el intervalo del 75 al 98,5 % en peso), disponible comercialmente con el nombre Durad® 220B, y tris(2-etilhexil)fosfato, se comercializa con el nombre de Disflamoll® TOF, en una proporción de 90:10 en peso de TPP butilado y tris(2-etilhexilo)fosfato se evaluó de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0132] Ejemplo 1b
[0134] Se evaluó una mezcla de TPP butilado y tris(2-etilhexil)fosfato en una proporción de 75:25 en peso de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0136] Ejemplo 1c
[0137] Se evaluó una mezcla de TPP butilado y tr¡s(2-et¡lhex¡l)fosfato en una proporción de 50:50 en peso de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0138] Ejemplo 1d
[0139] Se evaluó una mezcla de TPP butilado y tris(2-etilhexil)fosfato en una proporción de 25:75 en peso de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0140] Ejemplo Comparativo 1
[0141] El trimetilfosfato se evaluó de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0142] Ejemplo Comparativo 2
[0143] El tri-n-propilfosfato se evaluó de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0144] Ejemplo Comparativo 3
[0145] El triisopropilfosfato se evaluó de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0146] Ejemplo Comparativo 4
[0147] El tri-n-butilfosfato se evaluó de acuerdo con los procedimientos anteriores.
[0150]
[0152] Como se muestra en la tabla anterior, cada uno de los Ejemplos 1a, 1b, 1c y 1d tienen un punto de inflamación > 200 °C, un punto de fluidez • -30 °C, una viscosidad cinemática a 40 °C inferior a 35*10'6 m2/s (35 cSt), a menudo inferior a 25*10'6 m2/s (25 cSt), y una resistividad CC a 25 °C de > 5 GOhm-cm. Por el contrario, los Ejemplos comparativos 1-4 presentaban cada uno un punto de inflamación bajo, muy por debajo de 200 °C, y una resistividad CC baja en relación con los Ejemplos 1a-1d.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
1. Un fluido de transferencia de calor para la refrigeración por inmersión de componentes eléctricos, que comprende (a) uno o más de un éster fosfato de fórmula (I)
donde cada R es independientemente alquilo C<6>-<18>, preferentemente alquilo C<6>-<12>, y
(b) uno o más de un éster fosfato de fórmula (II)
donde cada R' se elige independientemente entre fenilo no sustituido y fenilo sustituido por alquilo C<1>-<12>.
2. El fluido de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde la relación en peso entre el componente éster fosfato (a) y el componente éster fosfato (b) es de 10:1 a 1:10, preferentemente de 5:1 a 1:5.
3. El fluido de transferencia de calor de la reivindicación 1, en donde el componente (b) comprende una mezcla de ésteres fosfato de fórmula (II), preferentemente al menos dos del grupo elegido entre mono(alquilfenil)difenilfosfato, di(alquilfenil)monofenilfosfato, tri(alquilfenil)fosfato y trifenilfosfato.
4. El fluido de transferencia de calor de la reivindicación 3, en donde la mezcla de ésteres fosfato de fórmula (II) comprende
(a) de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 95 % en peso de mono(alquilfenil)difenilfosfato, (b) de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 50 % en peso de di(alquilfenil)monofenilfosfato, (c) de aproximadamente el 0 % en peso a aproximadamente el 20 % en peso de tri(alquilfenil)fosfato y
(d) de aproximadamente el 0 % en peso a aproximadamente el 30 % en peso de trifenilfosfato,
donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de todos los ésteres fosfato de fórmula (II).
5. El fluido de transferencia de calor de la reivindicación 4, en donde la mezcla de ésteres fosfato de fórmula (II) comprende
(a) de aproximadamente el 60 % en peso a aproximadamente el 95 % en peso de mono(alquilfenil)difenilfosfato, (b) de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 30 % en peso de di(alquilfenil)monofenilfosfato, (c) de aproximadamente el 0 % en peso a aproximadamente el 5 % en peso de tri(alquilfenil)fosfato y
(d) de aproximadamente el 0 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso de trifenilfosfato,
donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de todos los ésteres fosfato de fórmula (II).
6. El fluido de transferencia de calor de la reivindicación 4, en donde la mezcla de ésteres fosfato de fórmula (II) comprende
(a) de aproximadamente el 30 a aproximadamente el 60 % en peso de mono(alquilfenil)difenilfosfato,
(b) de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 50 % en peso de di(alquilfenil)monofenilfosfato,
(c) de aproximadamente el 2 a aproximadamente el 20 % en peso de tri(alquilfenil)fosfato y
(d) de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 30 % en peso de trifenilfosfato,
donde los porcentajes en peso se basan en el peso total de todos los ésteres fosfato de fórmula (II).
7. El fluido de transferencia de calor de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los componentes de ésteres fosfato (a) y (b) constituyen en conjunto al menos el 70 % en peso, preferentemente al menos el 90 % en
peso, del fluido de transferencia de calor.
8. Un sistema de refrigeración por inmersión que comprende
componentes eléctricos, preferentemente una batería,
el fluido de transferencia de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 y
un depósito, en donde los componentes eléctricos se sumergen, al menos parcialmente, en el fluido de transferencia de calor dentro del depósito, y
un sistema de circulación capaz de hacer circular el fluido de transferencia de calor fuera del depósito, a través de una tubería de circulación del sistema de circulación, y de vuelta al depósito.
9. El sistema de refrigeración por inmersión de la reivindicación 8, en donde la batería es un módulo de batería para un vehículo eléctrico.
10. El sistema de refrigeración por inmersión de las reivindicaciones 8 o 9, en donde el sistema de circulación comprende una bomba y un intercambiador de calor.
11. El sistema de refrigeración por inmersión de la reivindicación 10, en donde el sistema de circulación comprende además un depósito de fluido de transferencia de calor.
12. Un método de refrigeración de componentes eléctricos que comprende
proporcionar un sistema de refrigeración por inmersión que comprende componentes eléctricos, el fluido de transferencia de calor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7 y un depósito, en donde los componentes eléctricos se sumergen, al menos parcialmente, en el fluido de transferencia de calor dentro del depósito, y
hacer circular el fluido de transferencia de calor fuera del depósito, a través de una tubería de circulación de un sistema de circulación, y de vuelta al depósito.
13. El método de la reivindicación 12, en donde los componentes eléctricos comprenden una batería, preferentemente un módulo de batería para un vehículo eléctrico.
14. El método de las reivindicaciones 12 o 13, en donde el sistema de circulación comprende una bomba y un intercambiador de calor y la etapa de hacer circular el fluido de transferencia de calor comprende bombear el fluido de transferencia de calor fuera del depósito a través de una tubería de circulación, a través del intercambiador de calor, y de vuelta al depósito.
15. El método de la reivindicación 14, en donde el sistema de circulación comprende además un depósito de fluido de transferencia de calor y el fluido de transferencia de calor que fluye a través del intercambiador de calor se bombea al depósito de fluido de transferencia de calor y desde el depósito de fluido de transferencia de calor, de vuelta al depósito.
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