KR101247537B1 - 처리된 이온 교환 수지, 그것의 제조방법, 그것을 함유한어셈블리 및 열 전달 시스템 및 그것의 사용방법 - Google Patents

Abstract

교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래한 하나 이상의 이온, 또는 루이스 산, 루이스 염기를 포함한 전체 수의 교환기의 15% 이상을 포함한 전처리된 이온 교환 수지가 개시된다. 한 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 착색제, 부식 억제제, 소포제, 고미제, 분산제, 또는 이들의 조합 중 하나 이상이다. 한 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 열 전달 부식 억제제를 포함한다. 또한, 개시된 전처리된 이온 교환 수지를 도입한 열 전달 유체에서 200 μS/cm 미만의 전도도를 유지하는 열 전달 시스템, 어셈블리, 연료 전지 시스템 및 방법이 개시된다.

이온 교환 수지, 열 전달 유체, 연료 전지, 부식 억제제, 어셈블리.

Description

처리된 이온 교환 수지, 그것의 제조방법, 그것을 함유한 어셈블리 및 열 전달 시스템 및 그것의 사용방법{TREATED ION EXCHANGE RESINS, METHOD OF MAKING, ASSEMBLIES AND HEAT TRANSFER SYSTEMS CONTAINING THE SAME, AND METHOD OF USE}

이 출원은 2004년 9월 8일 출원된 미국 가출원 S.N. 60/607,974호의 이익을 주장한다.

본 발명은 전처리된 이온 교환 수지, 특히 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지 및 열 전달 시스템에서의 이들의 사용, 연료 전지와 같은 대체 전력원, 및 이 전력원을 포함한 어셈블리에 관한 것이다.

전력원을 작동하는 동안 발생된 열을 조절하기 위해서 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템이 이용되고 있다. 예를 들어, 자동차는 가솔린을 동력으로 하는 내연엔진의 부산물로서 생긴 열을 전달하여 방산시키는 열 전달 유체 및 냉각 시스템을 채용하고 있다. 이 경우, 열 전달 유체 및 냉각 시스템은 엔진이 최적 환경에서 작동하고 바람직하지 않은 고온에서는 노출되지 않도록 한다.

그러나, 이제는 종래의 가솔린 동력 내연엔진에 대한 대안, 특히 환경 및 천연자원의 관리에 관한 공공의 관심을 다루는 대안이 바람직하다. 결국, 새로운 전력원 기술, 특히 에너지 효율의 개선을 제공하는 기술들이 계속 개발되고 있다. 개 발된 대체 전력원의 예는, 제한은 없지만, 배터리, 연료 전지, 태양전지(또는 광전지) 및 증기 응축, 천연가스, 디젤, 수소 등을 동력으로 하는 내연엔진을 포함한다. 이러한 대체 전력원은 단독으로 또는 그것과 조합하여 사용될 수 있으며, 예를 들어 하이브리드 차량에 채용된 것들이 있다.

이러한 대체 전력원들은 대체로 가솔린 동력 내연엔진에 비해 에너지 효율이 개선되지만, 이들은 여전히 열 전달 시스템 및 열 전달 유체의 사용을 필요로 한다. 특히, 열 전달 시스템 및 유체는 특히 온도와 관련된 최적 작동 조건을 유지하는 데 필수적이다.

그러나, 불행히도, 종래 선행 기술 냉각 시스템 및 열 전달 유체는 대체 전력원, 특히 전기 또는 전기 전하를 채용하는 것들과 함께 사용하기에는 적합하지 않다. 예를 들어, 종래 선행 기술 열 전달 유체는 일반적으로 고도로 높은 전도도, 대체로 3000 μS/cm 이상 범위의 전도도를 특징으로 한다. 고 전도도 열 전달 유체를 대체 전력원, 특히 전기 기반의 대체 전력원과 함께 사용하는 것은 전기 쇼크, 부식 증가 및/또는 전기 회로의 단락을 초래할 수 있다.

결과적으로, 종래의 열 전달 유체는 대체 전력원; 특히 전기 기반의 대체 전력원과 사용하는 데 부적합하다.

연료 전지는 이들의 순수하고 효율적인 작동 때문에 특히 매력적인 대체 전력원이다. 연료 전지는 많은 용도에서 사용하도록 제안되었다.

예를 들어, 연료 전지는 자동차에서 현재 사용되는 내연엔진을 대신하도록 제안되었다. 몇 가지 상이한 종류의 연료 전지가 현재 개발 중이며, 자동차 용도로 사용하기에 전망이 밝은 것처럼 보인다. 예시적 예로는 양자 교환 막 또는 중합체 전해질 막(PEM) 연료 전지, 인산(PA) 연료 전지, 용융 탄산염(MC) 연료 전지, 고체 산화물(SO) 연료 전지, 및 알칼리성 연료 전지가 있다.

연료 전지 어셈블리는 일반적으로 양극, 음극 및 두 전극 사이의 전해질을 포함한다. 보통, 산화 반응(예를 들어, H₂ → 2H⁺ + 2e)은 양극에서 일어나고 환원 반응(예를 들어, O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^-)은 음극에서 일어난다. 전극에서 발생한 전기화학 반응은 발열반응, 즉 이것들은 열을 생성한다.

내연엔진을 연료 전지로 성공적으로 대체하는 것은 최적 작동 조건이 달성되어 유지되는 것을 필요로 하는데, 즉 연료 전지는 연료 전지 성분의 분해 없이 바람직한 전류 밀도 수준을 달성해야 한다. 따라서 전기화학 반응 과정에서 생성된 발열반응 열을 제어할 필요가 있다.

예를 들어, 최적 작동 조건을 달성하기 위해서, PEM 연료 전지 어셈블리의 정상 작동 온도는 60℃ 내지 95℃의 범위 내에 유지되도록 제어된다. 전기화학 반응의 발열성 때문에, 바람직한 작동 온도 범위 내에 있는 작동 온도에서 전극 어셈블리를 유지하는 열 전달 유체를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 전기 전하의 존재는 연료 전지를 선행 기술 열 전달 시스템 및 유체와 함께 사용하는 것을 어렵게 한다.

더욱이, 충분한 전력을 생산하기 위하여, 연료 전지 기반 자동차 엔진은 많 은 연료 전지가 함께 직렬 연결되어 연료 전지 스택을 형성할 수 있다. 개개의 연료 전지는 0.6 내지 1.0V DC의 작동 전압을 가질 수 있다. 한 예에서, 100 내지 600개의 연료 전지가 직렬 연결될 수 있다고 고려된다. 결과적으로, 자동차 연료 전지 스택을 가로지른 DC 전기 전압은 매우 높을 수 있는데, 일반적으로 125 내지 450 V DC 범위이다.

이들 동일한 전압은 자동차 연료 전지 스택에 사용된 각 연료 전지의 열 전달 유체 시스템에도 적용된다. 전기 쇼크의 위험을 방지 또는 최소화하기 위하여, 열 전달 유체는 매우 낮은 전도도를 가져야 한다. 연료 전지 열 전달 유체를 위한 낮은 전기 전도도는 또한 열 전달 유체 시스템에서 전류 분로의 감소 및 시스템 효율 감소의 최소화를 위하여 바람직하다.

따라서, 대체 전력원과의 열적으로 통하는 열 전달 시스템에서 사용하기 위한 '저 전도도' 열 전달 유체를 제공할 필요가 있다.

저 전기 전도도뿐만 아니라, 대체 전력원과 사용된 열 전달 유체는 또한 고 열용량, 저 점성, 및 고 열 전도도를 가져야 한다. 이러한 특성은 열 전달 요건을 계속 충족하면서 압력 강하를 최소화하고 펌핑 압력 요건을 줄이는 것을 돕는다. 또한, 우수한 표면 습윤 특성은 대체 전력원과 함께 사용되는 열 전달 유체에서 바람직하다. 우수한 표면 습윤 특징을 가진 열 전달 유체는 일정한 유속의 조건에서 압력 강하를 줄이는 데 도움이 된다.

바람직한 열 전달 유체의 다른 중요한 특징은 내부식성이다. 대체 전력원과 함께 사용되는 많은 열 전달 유체 시스템은 대체로 몇 가지 금속 성분을 가진다. 대체 전력원과 함께 사용되는 열 전달 시스템에서 발견되는 예시적 금속은 철 및 비-철 합금, 예를 들어 스테인리스 강철, 알루미늄, 황동, 브레이즈 합금 등을 포함한다. 그러나, 이러한 금속은 열 전달 유체와 접촉한 결과로서 생기는 부식에 취약하다.

따라서, 대체 전력원과 함께 사용된 열 전달 시스템에서 부식을 최소화하고 열 전달 시스템의 내구 연수를 연장하는 부식 억제 열 전달 유체를 제공할 필요가 있다. 더 구체적으로, 대체 전력원과의 열적으로 통하는 열 전달 시스템의 부식을 억제하는 저 전도도 열 전달 유체에 대한 필요성이 남아있다.

열 전달 유체에서 저 전기 전도도를 유지하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다. 예를 들어, WO 00/17951은 연료 전지 시스템에서 적합한 순도의 순수 글리콜 및 물의 열 전달 유체 혼합물을 유지하는 이온 교환 수지 유닛의 사용을 제안한다. CA 2 435 593은 2개의 열 전달 회로 배치 및 탈이온화 전지를 이용하여 연료전지의 열 전달 매체를 탈이온화하는 방법을 개시하는데, 역시서 한 열 전달 회로의 희석액 흐름이 연료 전지 스택을 통해 흐르고, 두 번째 열 전달 회로의 일부에는 농축액 흐름이 있을 수 있다.

또한, 연료 전지 냉각제는 고 열용량, 저 점도, 및 고 열 전도도를 가져야 한다. 이러한 특성은 열 전달 요건을 계속 충족하면서 압력 강하를 최소화하고 펌핑 동력 요건을 줄이는 것을 돕는다. 또한, 우수한 표면 습윤 특성은 연료 전지 냉각제에서 바람직하다. 우수한 표면 습윤 특징을 가진 열 전달 유체는 일정한 유속의 조건에서 압력 강하를 줄이는 데 도움이 된다.

바람직한 열 전달 유체의 다른 중요한 특성은 내부식성이다. 열 전달 유체 시스템은 대체로 몇 가지 금속 성분을 가진다. 연료 전지 냉각 시스템 및 다른 열 전달 시스템에서 발견되는 예시적 금속은 철 및 비-철 합금, 예를 들어 스테인리스 강철, 알루미늄, 황동, 브레이즈 합금 등을 포함한다. 그러나, 이러한 금속은 열 전달 유체와 접촉한 결과로서 생기는 부식에 취약하다.

따라서, 금속 열 전달 시스템 성분의 부식을 최소화하고 연료 전지 냉각 시스템 및 다른 열 전달 시스템의 내구 연수를 연장하는 부식 억제 열 전달 유체를 제공할 필요가 있다.

그러나, 내연엔진 냉각제에서 사용하기 위하여 이전에 공지된 많은 부식 억제제들은 일반적으로 고 전도도 이온 종이기 때문에 연료 전지 열 전달 유체에서 사용하기에 부적합하다. 이러한 부식 억제제들의 예시적 예는 규산염, 아질산염, 몰리브덴산, 질산염, 카르복실산염, 인산염, 붕산염 등이다. 이러한 이온성 부식 억제제는 연료 전지 열 전달 유체가 매우 낮은 전도도를 가진다는 요건 때문에 연료 전지 열 전달 유체에서 사용될 수 없다. 이온 교환 수지 또는 전기탈이온화 전지 방법의 한 주요 결점은 이들이 부식 억제제를 제거할 수 있다는 것이다. 결과적으로, 연료 전지 열 전달 유체는 연료 전지 열 전달 시스템의 금속 성분의 부식을 억제하는 그것의 능력을 상실할 수 있다.

결과적으로, 선행 기술은 연료 전지와 같은 대체 전력원을 포함한 어셈블리를 위한 부식 억제 열 전달 유체의 저 전도도의 유지와 연관된 문제에 대하여 효과적 해결책을 제공하지 못했다.

발명의 개요

전처리된 이온 교환 수지, 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하는 방법, 어셈블리, 열 전달 시스템, 연료 전지 시스템, 부식 억제 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하는 방법 및 전처리된 이온 교환 수지를 만드는 방법이 개시된다.

한 구체예에서, 전처리된 이온 교환 수지는 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래된 이온, 루이스 산, 또는 루이스 염기 중 하나 이상을 포함하는 교환가능한 기가 전체수의 15% 이상을 포함한다. 적합한 열 전달 유체 성분의 예시적 예는 착색제, 부식 억제제, 탈포제 및/또는 소포제, 고미제, 분산제 또는 이들의 조합을 포함한다. 한 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 성분은 25℃의 수용액에서 5 내지 14의 pK_a 또는 pK_b를 가질 것이다.

한 특히 개시된 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 부식 억제제일 것이다. 따라서, 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 부식 억제제를 포함한 교환가능한 기가 15% 이상을 포함하는 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지가 개시된다.

개시된 어셈블리는 대체 전력원에 의하여 동력을 받고, 대체 전력원 및 200 μS/cm 미만의 전도도를 가진 열 전달 유체에 대한 유로를 한정하는 순환 루프를 포함하는, 열적으로 통하는 열 전달 시스템, 및 이온 교환가능한 기를 포함한, 유로에 위치한 이온 교환 수지를 포함하며, 여기서 전체 교환가능한 기의 15% 이상은 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래된 이온, 또는 루이스 산, 또는 루이스 염기를 포함한다. 한 전형적인 구체예에서, 대체 전력원은 연료 전지이다.

개시된 열 전달 시스템은 200 μS/cm 미만의 전도도를 가진 열 전달 유체에 대한 유로를 한정하는 순환 루프 및 유로에 위치한 이온 교환 수지를 포함하며, 여기서 이온 교환 수지는 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래된 이온, 또는 루이스 산, 또는 루이스 염기를 포함한 교환가능한 기가 15% 이상을 가진다.

부식 억제 열 전달 유체에서 200 μS/cm 미만의 전도도를 유지하는 개시된 방법은 열 전달 유체를 통과시키는 단계를 포함하고, 열 전달 유체는 200 μS/cm 미만의 전도도를 가지며, 열 전달 시스템은 열 전달 유체에 대한 유로를 한정하는 순환 루프 및 유로에 위치한 이온 교환 수지를 포함하고, 이온 교환 수지는 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래된 이온, 또는 루이스 산, 또는 루이스 염기를 포함한 교환가능한 기가 15% 이상을 포함한다. 한 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 착색제, 부식 억제제, 소포제, 고미제, 분산제 또는 이들의 조합 중 하나 이상이다. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 열 전달 유체 부식 억제제를 포함한다.

교환가능한 부위 15% 이상을 열 전달 유체 성분으로 교환하기에 충분한 시간 동안 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분을 포함한 수성 처리 용액과 이온 교환 수지를 접촉하는 단계를 포함하는, 처리된 이온 수지를 만드는 방법이 또한 개시된다. 한 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 착색제, 부식 억제제, 고미제, 분산제, 또는 이들의 조합 중 하나 이상이다. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 열 전달 유체 부식 억제제를 포함한다.

양극, 음극 및 전해질을 포함한 하나 이상의 연료 전지 및 200 μS/cm 미만의 전도도를 가진 열 전달 유체에 대한 유로를 한정하는 순환 루프를 포함한 하나 이상의 연료 전지와 열적으로 통하는 열 전달 시스템, 및 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래된 이온, 또는 루이스 산, 또는 루이스 염기를 포함한 교환가능한 기가 전체 수의 15% 이상을 포함한, 유로에 위치한 이온 교환 수지를 포함한 연료 전지 시스템이 또한 개시된다. 한 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 착색제, 부식 억제제, 소포제, 고미제, 분산제, 또는 이들의 조합 중 하나 이상이다. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 열 전달 유체 부식 억제제를 포함한다.

도 1은 개시된 열 전달 시스템 및 연료 전지 시스템의 한 구체예의 도식적 그림이다.

도 2는 이온 교환 수지의 존재 없이 자극된 연료 전지 냉각 시스템 시험에서 측정된 열 전달 유체 전도도 대 시간을 나타낸 실험 결과를 도시한 그래프이다.

도 3은 이동 루프에서 150g Amberlite MB-150 혼합층 수지를 함유한 필터가 사용되었을 때, 자극된 연료 전지 냉각 시스템 시험에서 측정된 열 전달 유체 전도도 대 시간을 나타낸 다른 실시예의 실험 결과를 도시한 그래프이다.

도 4는 이동 루프에서 60g Dow 강산 양이온 이온 교환 수지를 함유한 필터가 사용되었을 때, 자극된 연료 전지 냉각 시스템 시험에서 측정된 전도도 대 시간을 나타낸 다른 실시예의 실험 결과를 도시한 그래프이다.

도 5는 0.6g의 SYBRON 강염기 음이온 수지를 연료 전지 냉각 시스템을 위한 100g의 열 전달 유체 내에 첨가했을 때, 비커 시험에서 측정된 전도도 대 시간을 나타낸 다른 실시예의 실험 결과를 도시한 그래프이다.

도 6은 열 전달 유체로부터 이온 종을 제거하는 개시된 전처리된 이온 교환 수지의 능력을 도시한 그래프이다.

도 7은 금속 샘플의 부식 방지에 미치는 개시된 전처리된 이온 교환 수지의 효과를 도시한 극성화 곡선 측정 결과이다.

도 8은 대체 전력원 및 열 전달 시스템, 더 특히 하이브리드 차량 냉각 시스템을 포함한 예시적 어셈블리의 도식적 그림이다.

발명의 상세한 설명

개시된 열 전달 유체는 대체 전력원, 특히 연료 전지를 포함한 어셈블리에서 사용하기에 적합하고, 매우 낮은 전도도를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

본원에 사용된 용어 '열 전달 유체'는 제1 지점으로부터 제2 지점으로 열 에너지의 양을 전달 및 방산할 수 있는 유체를 말한다. 한 구체예에서, 개시된 열 전 달 유체는 냉각제로서 언급될 수 있다. 다른 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 또한 어는점 억제제로서 작용하는 일부 열 전달 유체의 능력 때문에, 부동액으로 언급될 수 있다.

본원에 사용된 '열 전달 유체'는 부식 억제제의 농축된 용액 및 알코올 또는 물/알코올 혼합물뿐만 아니라 물과 혼합된 것의 희석된 용액, 바람직하게는 탈이온화된 물을 말한다. 열 전달 유체가 주로 하나 이상의 알코올 및 부식 억제제로 구성된 농축된 용액에서 획득, 수송 또는 사용될 수 있다 하더라도, 이러한 농축액은 대체로 연료 전지에 혼입 또는 사용되기 전에 물, 특히 탈이온화된 물로 희석될 것이다. 1:3 내지 3:1의 희석 비율(DI 물: 열 전달 유체)은 한 전형적인 구체예에서 사용된 40%:60% 내지 60%:40%의 비율과 함께 전형적이다. 따라서, 본원에 사용된 용어 '열 전달 유체'는 개시된 열 전달 유체의 농축된 용액 및 희석 용액을 모두 말한다.

본원에 사용된 용어 '저 전도도'은 일반적으로 200 μS/cm 이하의 전기 전도도를 말한다. 한 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 150 μS/cm 미만의 전도도를 가질 것이고, 다른 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 50 μS/cm의 전도도를 가질 것이다.

다른 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 0.2 μS/cm 내지 200 μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다. 한 구체예에서, 연료 전지에 사용하기 위한 개시된 열 전달 유체는 0.2 μS/cm 내지 100 μS/cm의 전도도를 가질 것이다. 다른 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 0.05 내지 50 μS/cm 미만의 전도도를 가질 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 0.05 내지 25 μS/cm 이하의 전도도를 가질 것이다. 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 0.05 내지 10 μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 0.05 내지 5 μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다.

개시된 열 전달 유체의 전기 전도도는 ASTM D1125, 즉, "Standard Test Methods for Electrical Conductivity and Resistivity of Water" 또는 동등한 방법에 개시된 시험 방법, 또는 동등한 방법을 사용함으로써 측정될 수 있다.

본원에 사용된 '부식 억제 열 전달 유체'는 상기 유체에 담긴 금속 성분이 그것이 어떤 부식 억제제가 결핍된 것을 제외하고 모든 면에서 동일한 열 전달 유체에서 이들의 부식에 비해서 부식의 감소된 비율을 가지도록 하나 이상의 부식 억제제의 충분한 양을 가진 열 전달 유체를 말한다.

한 구체예에서 전처리된 이온 교환 수지, 상기 전처리된 이온 교환 수지를 사용한 열 전달 시스템, 상기 열 전달 시스템을 사용한 어셈블리, 상기 열 전달 시스템을 사용한 연료 전지 시스템 및 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하기 위하여 상기 전처리된 이온 교환 수지를 사용한 방법이 개시된다.

다른 구체예에서 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지, 상기 수지를 사용한 열 전달 시스템, 상기 열 전달 시스템을 사용한 어셈블리, 상기 열 전달 시스템을 사용한 연료 전지 시스템, 및 부식 억제 연료 전지 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하는 방법이 개시된다.

한 구체예에서, 개시된 전처리된 이온 교환 수지는 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래된 이온, 또는 루이스 산, 또는 루이스 염기를 포함한 교환가능한 기가 전체 수의 15% 이상을 포함한다.

사전 처리된 수지를 만들기 위하여 사용될 수 있는 적합한 열 전달 유체 성분은 25℃의 수용액에서 이온 종을 형성하는 열 전달 유체 또는 열 전달 액체의 모든 성분을 포함한다. 한 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 성분은 25℃의 수용액에서 5 내지 14의 pK_a 또는 pK_b를 가질 것이다.

적합한 열 전달 유체 성분의 예시적 예는 착색제, 부식 억제제, 소포제, 고미제, 분산제 또는 이들의 조합을 포함한다. 한 구체예에서, 전처리된 수지에 존재하는 열 전달 유체 성분은 부식 억제제, 착색제, 또는 이들의 조합 중 하나 이상일 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 전처리된 수지에 존재하는 열 전달 유체 성분은 부식 억제제일 것이다.

한 구체예에서, 전처리된 이온 교환 수지, 예를 들어 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지는 전술한 하나 이상의 처리 열 전달 유체 성분으로 이온 교환 수지의 사전처리로부터 유래한다. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 성분은 처리 부식 억제제이다.

한 구체예에서, 개시된 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지는 이온 교환 수지를 부식 억제제와 같은 하나 이상의 처리 성분을 함유한 수성 처리 용액과 접촉시킴으로써 만들어질 수 있다. 상기 처리는 억제제와 같은 처리 성분을 이온 교환 가능한 수지에서 교환가능한 기의 적어도 일부와 교환한다.

적합한 이온 교환 수지의 예시적 예는 음이온 교환 수지, 양이온 교환 수지, 혼합층 이온 교환 수지 및 이들의 혼합물을 포함한다. 선택된 특정 이온 교환 수지는 열 전달 유체에 사용된 열 전달 유체 성분의 유형에 의존한다. 예를 들어, 한 구체예에서, 선택된 특정 이온 교환 수지는 열 전달 유체에 사용된 부식의 유형에 의존한다. '부식 억제제'는 하기 논의에서 사용되지만, 이것은 처리된 이온 교환 수지를 제조 및 획득하는 데 사용하기에 적합한 열 전달 유체 성분의 한 유형을 설명하는 것에 불과한 것으로 이해될 것이다.

본원에 개시된 임의의 전처리된 이온 교환 수지를 제조하는 데 사용하기에 적합한 이온 교환 수지는 일반적으로 중합체 매트릭스 및 교환가능한 이온 형태와 '짝을 이룬' 작용기를 가질 것이다.

교환가능한 이온 형태는 일반적으로 이온 교환가능한 수지의 유형에 따라서 하나 이상의 Na⁺, H⁺, OH^_ 또는 Cl^_ 이온일 것이다. 이들 교환가능한 이온은 수성 부식 억제제 처리 용액에 존재하는 하나 이상의 부식 억제제에 의하여 생성된 이온 종과 교환된다. 이들 교환가능한 이온은 수성 억제제 처리 용액에 존재하는 하나 이상의 부식 억제제에 의하여 생성된 임의의 이온 종과 교환되고, 일부의 경우 부식 억제 연료 전지 열 전달 유체에 존재하는 이온 억제제 종과 교환된다.

예를 들어, 부식 억제제와 같은 열 전달 유체 성분이 용액에서 음전하 종이 되면, 즉 예를 들어 N-헤테로고리 화합물이 부식 억제제로 사용되면, 이온 교환 수 지는 혼합층 수지, 음이온 교환 수지, 또는 이들의 혼합물이어야 한다. 상업적으로 이용가능한 음이온 교환 수지는 일반적으로 OH^_ 또는 Cl^_ 형태 중 하나이다. 한 전형적인 구체예에서, 선택된 음이온 교환 수지는 OH^_ 형태일 것이다.

대안적으로, 부식 억제 열 전달 유체에서 부식 억제제와 같은 열 전달 유체 성분이 용액에서 양전하 종이 되면, 그 후 혼합층 수지, 양이온 교환 수지 또는 이들의 혼합물은 사용되어야 한다. 상업적으로 이용가능한 양이온 교환 수지는 일반적으로 H⁺ 또는 Na⁺ 형태 중 하나이다. 한 전형적인 구체예에서, 선택된 양이온 교환 수지는 H⁺ 형태일 것이다.

한 구체예에서, Na⁺ 또는 Cl^_ 형태의 이온 교환 수지는 수성 부식 억제제 용액과 같은 수성 성분 용액으로의 처리가 이온 교환 수지로부터 실질적으로 모든 Na⁺ 또는 Cl^_ 이온의 제거를 초래하는 경우에만 사용될 것이다. 예를 들어, 한 전형적인 구체예에서, Na⁺ 또는 Cl^_ 형태의 이온 교환 수지는 수성 성분 용액으로의 처리가 부식 억제제와 같은 적합한 열 전달 유체 성분을 포함한 교환가능한 기의 90% 이상을 가진 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지의 생성을 초래하는 경우에만 사용될 것이다.

예시적 중합체 매트릭스의 예는 폴리스티렌, 폴리스티렌 및 스티렌 공중합체, 폴리아크릴산, 방향족 치환된 비닐 공중합체, 폴리메타크릴산, 페놀-포름알데 히드, 폴리알킬아민, 이들의 조합 등을 포함한다. 한 구체예에서, 중합체 매트릭스는 폴리스티렌 및 스티렌 공중합체, 폴리아크릴산, 또는 폴리메타크릴산일 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 중합체 매트릭스는 스티렌 디비닐벤젠 공중합체일 것이다.

양이온 이온 교환 수지에서 예시적 작용기의 예는 술폰산기(-SO₃H), 포스포늄산기(-PO₃H), 포스핀산기(-PO₂H), 카르복실산(-COOH 또는 -C(CH₃)-COOH), 이들의 조합 등을 포함한다. 한 구체예에서, 양이온 교환 수지에서의 작용기는 -SO₃H, -PO₃H, 또는 -COOH일 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 양이온 교환 수지에서의 작용기는 -SO₃H일 것이다.

음이온 교환 수지에서 예시적 작용기의 예는 4차 암모늄기, 예를 들어 벤질트리메틸암모늄기(제1형 수지라고도 함), 벤질디메틸에탄올암모늄기(제2형 수지라고도 함), 트리알킬벤질 암모늄기(제1형 수지라고도 함); 또는 3차 아민 작용기 등을 포함한다. 한 구체예에서, 음이온 교환 수지에서 작용기는 트리알킬벤질 암모늄, 트리메틸벤질 암모늄, 또는 디메틸-2-히드록시에틸벤질 암모늄일 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 음이온 교환 수지에서 작용기는 트리알킬벤질 암모늄일 것이다.

본원에 사용하기에 적합한 상업적으로 이용가능한 이온 교환 수지는 Rohm & Haas(미국 펜실베니아 필라델피아, Amberlite^TM, Amberjet^TM, Duolite^TM, 및 Imac^TM 수지), Bayer(독일 레버쿠젠, Lewatit^TM 수지), Dow Chemical(미국 미시간 미들랜드, Dowex^TM 수지), Mitsubishi Chemical(일본 도쿄, Diaion^TM 및 Relite^TM 수지), Purolite(미국 펜실베니아 발라 신위드, Purolite^TM 수지), Sybron(미국 뉴저지 버밍엄, Ionac^TM 수지), Resintech(미국 뉴저지 웨스트 벌린) 등으로부터 입수가능하다. 한 구체예에서, 적합한 상업적으로 이용가능한 이온 교환 수지는 Dowex^TM MR-3 LC NG Mix 혼합층 수지, Dowex^TM MR-450 UPW 혼합층 수지, Sybron Ionac^TM NM-60 혼합층 수지 또는 Amberlite^TM MB-150 혼합층 수지일 것고, 한 전형적인 구체예에서, 적합한 상업적으로 이용가능한 이온 교환 수지는 Dowex^TM MR-3 LC NG Mix일 것이다.

이온 교환 수지는 부식 억제제와 같은 적합한 열 전달 유체 성분을 포함한 수성 처리 용액과 접촉된다. 본원에 설명된 다른 성분들 또한 사용에 적합한 것으로 이해될 것이다. 적합한 열 전달 유체 성분은 '처리 성분'으로 언급될 수 있다.

전처리된 수지를 만드는 데 사용될 수 있는 적합한 열 전달 유체 성분은 25℃의 수용액에서 이온 종 또는 루이스산 또는 루이스 염기를 형성하는 열 전달 유체의 모든 성분 도는 열 전달 유체를 포함한다. 한 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 성분은 25℃의 수용액에서 5 내지 14의 pK_a 또는 pK_b를 가질 것이다.

한 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 성분은 25℃의 수용액에서 5 내지 14 미만의 pK_a 또는 pK_b를 가질 것이다.

적합한 처리 열 전달 유체 성분의 한 예는 '처리 부식 억제제' 또는 '처리 억제제'이다. 억제제의 수성 처리 용액에 사용하기 위한 적합한 처리 억제제는 알코올 또는 하나 이상의 알코올과 물의 혼합물에서 가용성 또는 분산성인 약 이온성 부식 억제제를 포함한다.

한 구체예에서 처리 억제제로 사용하기에 적합한 부식 억제제는 그것이 25℃의 수용액에서 산인 경우, 5 이상의 pK_a를 가질 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 처리 억제제는 5 내지 14의 pK_a를 가질 것이다. 한 특별한 전형적인 구체예에서, 적합한 산 처리 억제제는 5 내지 14 미만의 pK_a를 가질 것이다.

처리 억제제가 염기인 경우, 적합한 처리 억제제의 pK_b 값은 25℃의 수용액에서 5와 동등하거나 그 이상이어야 한다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 염기성 처리 억제제는 5 내지 14의 pK_b 값을 가질 것이다. 한 특별한 전형적인 구체예에서, 적합한 염기성 처리 억제제는 5 내지 14 미만의 pK_b 값을 가질 것이다.

한 전형적인 구체예에서, 적합한 처리 억제제는 연료 전지 작동 조건 하, 즉 일반적으로 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도에서 알코올과 물의 혼합물에서 우수한 안정성을 지닐 것이다.

한 구체예에서, 처리 억제제와 같은 처리 성분은 수성 알코올 또는 알킬렌 글리콜 용액에서의 가수분해 때문에 이온 종을 형성할 적어도 일부 최소한의 수의 작용기를 포함할 것이다. 구체예에서, 처리 억제제는 분자당 1 내지 10 개의 이온 형성 작용기, 더 바람직하게는 처리 억제제의 분자당 1 내지 5개를 포함할 수 있다. 예시적 이온 형성 작용기는 아민기, 헤테로고리 방향족 기, 및 다른 N-함유기, 및 페놀 또는 나프톨 유도체로 구성된 군 중에서 선택된 것들이다.

한 실시형태에서, 처리 억제제는 아졸 화합물을 포함할 것이다.
적합한 아졸 화합물은 1 내지 4개 질소 원자를 가진 5-원 헤테로고리 화합물이다. 예시적 예는 하기 화학식 (I), (II), (III) 및 (IV)의 이미다졸, 트리아졸, 티아졸 및 테트라졸, 예를 들어 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 알킬 벤조트리아졸, 예를 들어 4-메틸 벤조트리아졸, 5-메틸 벤조트리아졸, 및 부틸 벤조트리아졸 등, 벤지미다졸, 할로벤조트리아졸, 예를 들어 클로로-메틸벤조트리아졸, 테트라졸, 치환된 테트라졸, 티아졸, 예를 들어 2-머캅토벤조티아졸 등을 포함한다.

한 구체예에서, 아졸 화합물은 하기 화학식 (I), (II), (III) 또는 (IV)일 것이고;

여기서, R은 수소 또는 Cl 또는 Br과 같은 할로겐, 또는 C₁ 내지 C₂₀ 알킬기이고; R'은 수소, C₁ 내지 C₂₀ 알킬기 또는 SH 또는 SR기 중 하나 이상이며; X는 N, C-SH 또는 CH이고; Y는 N, C-R 또는 CH기 중에서 선택되며, R은 상기와 같이 정의된다. 한 전형적인 구체예에서, 아졸 화합물은 X가 N인 화학식 (I)일 것이다. 한 특정 예시적 구체예에서, 아졸 화합물은 X가 N이고 R은 수소 또는 1 내지 10개 탄소 미만의 알킬기인 화학식 (I)일 것이다.

본원에 사용된 용어 "알킬"은 특정한 수의 탄소 원자를 가진 분지 및 직쇄 포화 지방족 탄화수소기를 포함한다. 본원에 사용된 용어 C₁-C₇ 알킬은 1 내지 약 7개의 탄소 원자를 가진 알킬기를 나타낸다. C₀-C_n 알킬이 본원에서 다른 기, 예를 들어, 헤테로고리알킬(C₀-C₂ 알킬)과 결합되어 사용된 경우, 지시된 기, 이 경우에 헤테로사이클로알킬은 단일 공유결합(C₀)에 의하여 직접 결합하거나, 특정한 수의 탄소 원자, 이 경우에는 1 내지 약 2개의 탄소 원자를 가진 알킬 사슬에 의하여 부착된다. 알킬의 예는, 제한은 없지만, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 3-메틸부틸, t-부틸, n-펜틸, 및 sec-펜틸이다.

적합한 아졸 화합물의 예시적 예는 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 메틸 벤조트리아졸, 즉, 4-메틸 벤조트리아졸 및 5-메틸 벤조트리아졸, 부틸 벤조트리아졸, 머캅토벤조티아졸, 벤지미다졸, 할로-벤조트리아졸, 예를 들어 클로로-메틸벤조트리아졸 등을 포함한다. 한 구체예에서, 아졸 화합물은 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 또는 머캅토벤조티아졸일 것이지만, 한 전형적인 구체예에서, 아졸 화합물은 벤조트리아졸일 것이다.

부식 억제제 처리된 이온 교환 수지를 만드는 데 사용된 수성 억제제 용액은 대체로 ~2 ℃ 이상의 온도에서 적어도 1000 ppm의 전술한 처리 억제제의 농도를 가질 것이다. 한 구체예에서, 수성 억제제는 0.001 중량% 내지 90 중량%의 농도를 가질 것이지만, 다른 구체예에서, 수성 억제제 용액은 0.005 중량% 내지 10 중량%의 농도를 가질 것이다.

한 전형적인 구체예에서, 수성 억제제 용액은 탈이온화된 물로 만들어질 것이다.

한 구체예에서, 이온 교환 수지는 이온 교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 전체 수를 기준으로, 처리 억제제와 같은 처리 성분이 전체 교환가능한 기의 15% 이상과 위치를 교환할 수 있도록 충분한 시간 동안 수성 성분 용액과 접촉된다. 즉, 한 구체예에서, 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지는 이온 교환 수지의 교환 용량의 15% 이상이어야 한다. 다른 구체예에서, 접촉 기간은 이온 교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 전체 수를 기준으로, 처리 억제제가 전체 교환가능한 기의 50% 이상과 위치를 교환하기에 충분하다. 한 전형적인 구체예에서, 접촉 기간은 이온 교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 전체 수를 기준으로, 처리 억제제가 전체 교환가능한 기의 75% 이상과 위치를 교환하기에 충분하다. 다른 예시적 구체예에서, 접촉 기간은 이온 교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 전체 수를 기준으로, 처리 억제제 로딩이 수지의 전체 교환 용량의 15 내지 99%의 양 또는 전체 교환가능한 기의 15 내지 99%의 양이 될 수 있게 하기에 충분하다.

생성된 전처리된 이온 교환 수지 및 한 구체예에서, 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지는 불순물의 우발적 유입의 가능성을 최소화하기 위해서 탈이온화된 물로 정화되고/거나 연료 전지 열 전달 유체를 세척할 것이다.

한 구체예에서, 개시된 전처리된 이온 교환 수지는 열 전달 시스템, 특히 연료 전지 열 전달 시스템에 사용될 것이다. 그러나, 개시된 전처리된 이온 교환 수지 및 저 전도도를 유지하기 위하여 이러한 수지를 통과한 열 전달 유체는 열 전달 액체를 필요로 하는 연료 전지 이외의 응용에서 사용될 수 있다.

특히 적합한 응용은 저 전도도를 가진 열 전달 유체를 필요로 하는 열 전달 시스템을 가진 것들이다. 예시적 예는 고 전기 전압/전류가 액체 상태에서 유리 또는 강철과 같은 물질을 유지하는 데 사용된 전극에 사용되는 유리 및 철 제조 공정을 포함한다. 이러한 공정은 통상적으로 전극을 냉각시키기 위하여 저 전도도를 가진 열 전달 유체를 필요로 한다. 본원에 개시된 전처리된 이온 교환 수지는 이러한 열 전달 시스템에 사용하기에 적합하다.

한 전형적인 구체예에서, 개시된 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지는 연료 전지 열 전달 시스템에서 사용될 것이다. 도 1에 도시된 한 예시적 예에서, 적합한 연료 전지 열 전달 시스템(10)은 양극(18), 음극(20), 및 전해질(22)을 포함한 하나 이상의 연료 전지(16)와 열적으로 통하는 유로(14)를 한정하는 순환 루프(12)를 포함할 것이다. 본원에 사용된 용어 '열적 소통'은 연료 전지(16)에서 발열 반응에 의하여 생성된 열이 열 전달에 의하여 부식 억제 열 전달 유체에 전달되게 하는 어떤 배열을 말한다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 한 구체예에서, 유로(14)는 연료 전지(16)에서 열 전달 유체 채널(26)을 통과할 것이다. 부식 억제제 처리된 이온 교 환 수지(28)은 부식 억제 열 전달 유체 24가 거기서 통과해야만 하도록 유로(14)에 위치된다. 한 구체예에서, 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지(28)는 순환 루프(12)의 유로(14)에 위치한 필터(30)에 위치할 수 있다.

순환 루프(12)를 위한 다수의 형태가 본 개시의 범주 내에 있는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 열 전달 유체 채널(26)은 다중 채널을 포함할 수 있거나 연료 전지(16)를 감싼 형태일 수 있다. 대체로, 열 전달 유체 채널은 열 전달 유체와 전극 어셈블리 간에 효과적인 열 전달이 이루어질 수 있도록 하기 위해서 연료(들)의 산화 반응 및/또는 산화제(들)의 환원 반응이 일어나는 전극 어셈블리 표면에 근접한 위치에 있어야 한다. 또한, 열 전달 유체 채널 및 연료와 산화제 이동 채널은 일반적으로 기계적으로 서로 분리되어, 연료, 산화제 및 열 전달 유체 간에 바람직하지 않은 방해가 발생하지 않을 것이다.

개시된 처리된 이온 교환 수지 및/또는 열 전달 유체는 하나 이상의 대체 전력원을 포함한 다양한 어셈블리에 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 본원에 사용된 용어 '대체 전력원'은 에너지 효율의 향상, 환경적 관심, 폐기물 생성 및 관리, 천연 자원 관리 등을 제공하는 전력 공급 기술을 말한다. 개발된 대체 전력원의 예는, 제한은 없지만, 배터리, 연료 전지, 태양 전지 또는 태양 패널, 광전지 및 증기 응축, 천연 가스, 디젤, 수소 등을 동력으로 하는 내연엔진을 포함한다. 한 구체예에서, 용어 '대체 전력원'은 순수한 열 전달 시스템, 즉 열 전달 유체에서 이온 종의 농도에 기여하지 않는 열 전달 시스템과 작동하는 내연엔진을 동력으로 하는 장치를 포함한다. 이러한 대체 전력원들은 단독으로 또는 이들의 조합으로 사용될 수 있으며, 예를 들면 하이브리드 차량에 채용된 것들이 있다.

이러한 대체 전력원을 포함한 어셈블리는 자동차, 보트, 발전기, 라이트, 항공기 및 비행기, 기차 또는 기관차, 군용 수송 차량, 정지 엔진 등과 같은 내연엔진을 일반적으로 동력으로 하는 어떤 물품을 포함할 수 있는 것으로 이해될 것이다. 또한 어셈블리는 전기 모터, DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터, 전기 발전기, 및 다른 전력 전자 장치 등과 같은 대체 전력원의 적합한 이용에 필요한 추가 시스템 또는 장치를 포함한다. 또한 어셈블리는 전기 모터, DC/CC 컨버터, DC/AC 인버터, 전기 발전기 및 다른 전력 전자 및 전기 장치 등과 같은 대체 전력원의 적합한 이용에 필요한 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다.

개시된 어셈블리는 일반적으로 대체 전력원 및 대체 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템을 포함할 것이다. 한 구체예에서, 열 전달 시스템은 200 μS/cm 미만의 전도도를 가진 부식 억제 열 전달 유체를 위한 유로를 한정하는 순환 루프를 포함할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 시스템은 200 μS/cm 미만의 전도도를 가지고 아졸 화합물을 포함한 부식 억제제, 및 실록산 기재 계면활성제, 콜로이드상 실리카, 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함한 부식 억제 액체 열 전달 유체를 위한 유로를 한정하는 순환 루프를 포함할 것이다.

개시된 어셈블리의 예시적 예는 도 1에서 확인할 수 있다. 냉각 시스템의 주요 성분 및 냉각 매체로서 냉각제 또는 열 전달 유체의 사용을 필요로 할 수 있는 주 시스템 성분(16)은 도면에 도시된다. 본원에 지시된 바와 같이, 어셈블리는 차량 1차 전력원(7)으로서 내연엔진(5), 또는 연료 전지(5) 또는 태양 전지(5)를 함 유할 수 있다. 이것은 또한 차량 재생 브레이크 시스템을 통하여 부여될 수 있는 충전가능한 2차 배터리(12) 또는 선택적 울트라-축전지를 함유한다. 이 구체예에서, 배터리(12) 및/또는 울트라-축전지(13)은 2차 전력원으로 작용할 수 있다. 어셈블리는 또한 DC/DC 컨버터(10), DC/AC 인버터(10), 발전기(8), 전력 분할 장치(9), 및/또는 전력 부스트 컨버터(11) 등과 같은 전력 전자 장치를 함유할 수 있다. 또한, 어셈블리는 연료 전지 또는 태양 전지 "주변장치" 하위시스템(6)을 함유할 수 있다. 이들은 공기 압축기, 펌프, 전력 조절기 등일 수 있다. 어셈블리는 또한 HAVC 시스템(14), 예를 들어, 차량 내부 공간의 실내온도 조절기를 위한 에어컨 시스템을 함유한다. 이들은 온도 조절을 위한 냉각제 또는 열 전달 유체의 사용을 필요로 할 수 있는 도 1의 도시된 어셈블리에서 차량 시스템(16)에 포함된다. 다른 차량 냉각 시스템과 유사하게, 예시적 예에서의 어셈블리는 또한 냉각제 재순환 펌프(1), 냉각제 유로(4), 냉각제 탱크(2), 및 라디에이터 또는 열 교환기(3), 및 환풍기(15)를 함유한다. 환풍기는 외부 냉각 공급원, 예를 들어 자신의 냉각 매체를 가진 다른(또는 분리된) 냉각 시스템에 의하여 대체될 수 있다.

한 구체예에서, 대체 전력원은 연료 전지일 것이다. 연료 전지 개시된 열 전달 시스템 및 유체와 열적으로 통하고, 한 구체예에서 개시된 열 전달 유체의 전기 전도도는 10 μS/cm 이하일 것으로 이해될 것이다. 연료 전지를 포함한 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 0.02 내지 10 μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 부식 억제 열 전달 유체는 0.05 내지 5 μS/cm의 전기 전도도를 가질 것이다.

개시된 부식 억제 열 전달 유체는 양극, 음극, 및 전해질을 포함한 전극 어셈블리 및 전극 어셈블리 또는 연료 전지와 열적으로 통하는 열 전달 유체를 포함한 다수의 다른 유형의 연료 전지에 사용될 수 있다. 한 구체예에서, 열 전달 유체는 상기 연료 전지와 열적으로 통하는 순환 루프 또는 열 전달 유체 이동 채널에 의하여 한정된 채널 또는 이동 통로에 함유되거나 흐를 수 있다.

적합한 연료 전지의 예시적 유형은 PEM(양자 교환 막 또는 중합체 전해질 막) 연료 전지, AFC(알카리성 연료 전지), PAFC(인산 연료 전지), MCFC(용융 탄삼염 연료 전지), SOFC(고체 산화물 연료 전지) 등을 포함한다. 한 전형적인 구체예에서, 개시된 부식 억제 열 전달 유체는 PEM 및 AFC 연료 전지에서 사용될 것이다.

한 구체예에서, 개시된 열 전달 시스템, 어셈블리 및 연료 전지 시스템은 전술한 매우 낮은 전도도를 가진 것을 특징으로 할 수 있는 적합한 열 전달 유체를 채용할 것이다.

한 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 본원에 설명된 열 전달 유체 억제제를 포함할 것이다. 다른 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 열 전달 유체 억제제뿐만 아니라 하나 이상의 알코올을 포함할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 부식 억제 연료 전지 열 전달 유체는 부식 억제제, 하나 이상의 알코올 및 물을 함유할 것이다. 다른 전형적인 구체예에서, 부식 억제 연료 전지 열 전달 유체는 본원에 개시된 부식 억제제, 물, 하나 이상의 알코올, 착색제, 및 선택적으로 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 소포제, 고미제, 습윤제, 비이온성 분산제 등을 포함할 것이다.

전술한 바와 같이, 한 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 시스템, 어셈블 리, 및 연료 전지 시스템에 사용된 열 전달 유체는 하나 이상의 부식 억제제를 포함한 부식 억제 열 전달 유체일 것이다. 부식 억제 열 전달 유체에 사용된 부식 억제제, 즉 '열 전달 유체 억제제'는 전술한 수성 처리 용액에 사용된 '처리 억제제'에 관련하여 동일 또는 상이할 수 있다.

한 구체예에서, 처리 용액에 사용된 열 전달 유체 성분은 또한 열 전달 유체의 성분으로 존재할 것이다. 그러나, 한 전형적인 구체예에서, 추가 성분은 열 전달 유체의 부분으로 존재할 것이다.

한 구체예에서, 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지에 존재하는 하나 이상의 처리 억제제는 부식 억제 열 전달 유체에 사용된 하나 이상의 열 전달 유체 부식 억제제와 동일할 것이다. 다른 구체예에서, 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지에 존재하는 하나 이상의 처리 억제제는 상기 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지를 사용하는 열 전달 시스템에 사용된 부식 억제 열 전달 유체에 사용된 하나 이상의 열 전달 유체 억제제와 동일할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지에 존재하는 처리 억제제는 상기 부식 억제제 처리된 이온 교환 수지를 사용한 열 전달 시스템에 사용된 열 전달 유체에 사용된 열 전달 유체 억제제와 동일할 것이다.

한 전형적인 구체예에서, 처리 용액에 사용된 부식 억제제는 또한 열 전달 유체의 부식 억제제로 존재할 것이다. 그러나, 한 전형적인 구체예에서, 추가 성분은 열 전달 유체 부식 억제제의 부분으로 존재할 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 억제제는 실록산 기재 계면활성제, 콜로이드상 실리카 또는 이 들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 것이다.

적합한 아졸 화합물은 1 내지 4 질소 원자를 가진 5-원 헤테로고리 화합물이다. 예시적 예는 하기 화학식 (I), (II), (III) 및 (IV)의 이미다졸, 트리아졸, 티아졸 및 테트라졸, 예를 들어 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 알킬 벤조트리아졸, 예를 들어 4-메틸 벤조트리아졸, 5-메틸 벤조트리아졸, 및 부틸 벤조트리아졸 등, 벤지미다졸, 할벤조트리아졸, 예를 들어 클로로-메틸벤조트리아졸, 테트라졸, 치환된 테트라졸, 티아졸, 예를 들어 2-머캅토벤조티아졸 등을 포함한다. 한 구체예에서, 아졸 화합물은 하기 화학식 (I), (II), (III) 또는 (IV)일 것이고:

여기서 R은 수소, 또는 Cl 또는 Br과 같은 할로겐, 또는 C₁ 내지 C₂₀ 지방족 또는 알킬기이고; R'는 수소, C₁ 내지 C₂₀ 지방족 기, 또는 SR 또는 SH 기 중에서 선택되며; X는 N(또는 질소 원자), C-SH 또는 CH 중에서 선택되고; Y는 N (또는 질소 원자), C-R 또는 CH 기 중에서 선택된다. 한 전형적인 구체예에서, 아졸 화합물은 X가 N인 화학식 (I)이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 아졸 화합물은 X가 N이고 R은 수소 또는 1 내지 10 미만 탄소의 알킬기인 화학식 (I)일 것이다.

본원에 사용된 용어 "알킬"은 특정 수의 탄소 원자를 가진 분지쇄 및 직쇄 포화 지방족 탄화수소기를 포함한다. 본원에 사용된 용어 C₁-C₇ 알킬은 1 내지 약 7개 탄소 원자를 가진 알킬 기를 나타낸다. C₀-C_n 알킬이 본원에서 다른 기, 예를 들어 헤테로사이클로알킬(C₀-C₂ 알킬)과 결합하여 사용될 때, 지시된 기, 이 경우에 헤테로사이클로알킬은 단일 공유 결합(C₀)에 의하여 직접 결합되거나, 특정 수의 탄소 원자, 이 경우에 1 내지 약 2개 탄소 원자를 가진 알킬 사슬에 의하여 부착된다. 알킬의 예는, 제한은 없지만, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 3-메틸부틸, t-부틸, n-펜틸, 및 sec-펜틸을 포함한다.

적합한 아졸 화합물의 예시적 예는 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 메틸 벤조트리아졸, 즉, 4-메틸 벤조트리아졸 및 5-메틸 벤조트리아졸, 부틸 벤조트리아졸, 머캅토벤조티아졸, 벤지미다졸, 할로-벤조트리아졸, 예를 들어 클로로-메틸벤조트리아졸 등을 함한다. 한 구체예에서, 아졸 화합물은 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 또는 머캅토벤조티아졸 중 하나일 것이지만, 한 전형적인 구체예에서, 아졸 화합물은 벤조트리아졸일 것이다.

한 구체예에서, 아졸 화합물은 부식 억제 열 전달 유체에 1 ppm 내지 약 5000 ppm의 양으로 존재할 수 있지만, 한 전형적인 구체예에서, 아졸 화합물은 열 전달 유체의 전체 중량을 기준으로 10 ppm 내지 약 500 ppm으로 존재할 것이다.

한 전형적인 구체예에서, 억제제 처리 용액에 사용된 아졸 화합물은 연료 전지 열 전달 유체의 부식 억제제에 사용된 아졸 화합물과 동일할 것이다.

한 구체예에서, 연료 전지 열 전달 유체의 부식 억제제는 또한 실록산 기재 계면활성제, 콜로이드상 실리카 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상을 가질 것이다.

본원에 사용된 실록산 기재 계면활성제는 일반적으로 하나 이상의 실리콘-탄소 결합을 포함한 폴리실록산 및 유기규소 화합물을 말한다.

한 구체예에서, 적합한 폴리실록산은 일반적으로 R"은 1 내지 200개 탄소의 알킬기 또는 폴리알킬렌 산화물 공중합체이고 x는 0 내지 100일 수 있는 일반 화학식 R"₃-Si-[O-Si(R")₂]_x-OsiR"₃인 것으로 믿어지는 폴리실록산이다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 폴리실록산은 2 내지 6개 탄소, 특히 2 내지 4개 탄소를 가진 하나 이상의 알킬렌 산화물의 폴리알킬렌 산화물 공중합체와 같은 친수성기인 하나 이상의 R"기를 가질 것이다.

구조가 알려지지 않거나 이 화학식의 범위 바깥에 있는 상업적으로 이용가능한 폴리실록산은 또한 연료 전지 열 전달 유체의 부식 억제제에 사용하기에 적합할 수 있는 것으로 당업자에게 이해될 것이다.

예를 들어, 한 구체예에서, 적합한 폴리실록산은 적합한 상업적으로 이용가능한 폴리실록산, 예를 들어, GE Silicones/OSi Specialities로부터의 Silwet^? 실록산 계면활성제 및 Dow Corning 및 다른 공급업체로부터 구입가능한 다른 유사한 실록산-폴리에테르 공중합체와의 유사성에 의하여 한정될 수 있다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 실록산 기재 계면활성제는 Silwet^? L-77, Silwet^? L-7650, Silwet^? L-7600, Silwet^? L-7657, Silwet^? L-7200, Silwet^? L-7210 등으로 예시될 것이다.

적합한 유기규소 화합물은 실라놀, 즉 하나 이상의 Si-OH 기를 가진 화합물을 형성하기 위하여 물의 존재하에서 가수분해할 수 있는 하나 이상의 실리콘-탄소 결합을 포함하는 실란 화합물이다. 한 구체예에서, 적합한 유기규소 화합물은 Z기가 방향족기, 지환족기, 알킬기, 알콕시기, 또는 알킬렌기일 수 있고, 아미노기, 에폭시기 등과 같은 작용기 형태로 N, S 등과 같은 헤테로원자를 함유할 수 있는 일반 화학식 Z'Si(OZ)₃의 것이다. 한 구체예에서, 적합한 유기규소 화합물은 Z'가 방향족기, 지환족기, 알킬기, 알콕시기, 또는 알킬렌기 중 하나 이상일 수 있고, 아미노기, 에폭시기 등과 같은 작용기 형태로 N, S 등과 같은 헤테로원자를 함유할 수 있으며, Z는 1 내지 5개 탄소의 알킬기인 일반 화학식 ZSi(OZ)₃의 것이다.

구조가 알려지지 않거나 이 화학식의 범위 바깥에 있는 상업적으로 이용가능한 유기규소도 연료 전지 열 전달 유체의 부식 억제제에 사용하기에 적합할 수 있는 것으로 당업자에게 또한 이해될 것이다.

예를 들어, 한 구체예에서, 적합한 유기규소는 GE Silicones/OSi Specialities 및 다른 공급업체로부터의 Silquest^? 또는 Formasil^? 계면활성제와 같은 적합한 상업적으로 이용가능한 유기규소에 대한 유사성에 의하여 한정될 수 있다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 실록산 기재 계면활성제는 Formasil 891, Formasil 593, formasil 433, Silquest Y-5560 실란(즉, 폴리알킬렌옥시드알콕시실란), Silquest A-186(2-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란), Silquest A-187 (3-글리시독시프로필트리메톡시실란) 또는 GE Silicones, Osi Specialties 또는 다른 공급업체 등으로부터 구입가능한 다른 Silquest 실란으로 예시될 것이다.

상업적으로 이용가능한 것으로 믿어지고 적합한 실록산 기재 계면활성제를 예시하는 다른 적합한 유기규소는 3-아미노프로필트리에톡시실란, N-2-(아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 메틸트리메톡시실란, 및 유사한 구조를 가지지만 탄소의 수를 달리하는 다른 이러한 실록산 기재 계면활성제를 포함한다.

한 구체예에서, 실록산 기재 계면활성제는 열 전달 유체의 전체 중량을 기준으로 0.01 wt% 내지 약 10 wt%의 양으로 부식 억제 열 전달 유체에 존재할 수 있고, 한 전형적인 구체예에서; 실록산 기재 계면활성제는 열 전달 유체의 전체 중량을 기준으로 하여, 0.02 wt% 내지 약 2 wt%의 양으로 부식 억제 열 전달 유체에 존재할 것이다.

실록산 기재 계면활성제뿐만 아니라 또는 이것 대신에, 부식 억제 열 전달 유체는 또한 실리카를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 '실리카'는 콜로이드상 실리카, 나노-형태의 실리카 또는 이들의 조합을 말한다. 용어 '콜로이드상 실리 카'와 '실리카'는 본원에서 호환가능하게 사용된다. 특정 이론에 얽매이는 것을 바라진 않지만, 특정 평균 입자 크기의 콜로이드상 실리카의 사용은 열 전달 효율성 및/또는 연료 전지 열 전달 유체의 열용량에서의 개선을 제공한다.

한 구체예에서, 적합한 실리카는 약 1 nm 내지 약 200 nm의 작은 입자 크기를 가질 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 실리카는 약 1 nm 내지 약 100 nm의 평균 입자 크기를 가질 것이고, 한 특히 전형적인 구체예에서, 적합한 실리카는 1 nm 내지 약 40 nm의 평균 입자 크기를 가질 것이다.

적합한 입자 크기를 가진 적합한 실리카는 DuPont 또는 Grace Davidson으로부터의 Ludox^? 브랜드 하에, Akzo Nobel 또는 Eka Chemicals으로부터의 Nyacol^? 또는 Bindzil^? 브랜드 하에, Nissan Chemical으로부터의 Snowtex^? 브랜드 하에 시중 구입가능하다. 적합한 실리카의 다른 공급업체는 Nalco 등을 포함한다.

한 구체예에서, 실리카는 10,000 ppm 이하의 양으로 부식 억제 열 전달 유체에 사용될 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 실리카는 2000 ppm 미만의 양으로 사용될 것이다.

부식 억제 열 전달 유체의 부식 억제제는 또한 실록산 기재 계면활성제와 실리카의 조합을 포함할 수 있는 것으로 또한 이해될 것이다. 한 구체예에서, 부식 억제제는 아졸 화합물과 개시된 실록산 화합물의 조합을 포함할 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 부식 억제제는 아졸과 실록산 조합으로 구성될 것이다.

한 구체예에서, 개시된 전처리된 이온 교환 수지와 또는 개시된 열 전달 시 스템, 어셈블리, 또는 연료 전지 시스템에서 사용하기 위해서 의도된 열 전달 유체는 또한 착색제를 포함할 것이다. 한 구체예에서, 열 전달 유체는 하나 이상의 알코올 또는 개시된 알코올과 물의 혼합물에 가용성 또는 분산성인 비-이온 또는 약 이온 종인 착색제를 포함할 것이다.

한 구체예에서, 적합한 착색제는 수성 알코올 또는 알킬렌 글리콜 용액에서 가수분해 때문에 이온 종을 형성할 작용기가 실질적으로 없는 비-전도성 착색제일 것이다. 본원에 사용된 "실질적으로 없는"은 5 μS/cm 보다 높은 열 전달 유체의 전도도를 가져올 양을 초과하지 양을 말한다. 적은 양의 이온 종을 생성할 작용기의 예는 많은 N-함유 화합물, 예를 들어 아크리딘, 아민, 티아졸 등을 포함한다. 술폰산기, 포스포늄산기, 카르복실산기 등을 함유한 화합물은 또한 수성 용액에서 가수분해시 이온 종을 생성할 것이다. 이들 기는 더 작은 pK_a 값을 가지기 때문에, 용액은 이전 기(즉, N-함유 화합물)보다 더 이온성 또는 전도성이 있다.

한 특정 구체예에서, 비-전도성 열 전달 유체 착색제는 카르복시기, 술폰산기, 포스포늄산기, 4차 암모늄 양이온 기, 양전하를 운반하는 기, 및 음전하를 운반하는 기로 구성된 군 중에서 선택된 작용기가 실질적으로 없을 것이다. 양전하를 운반하는 기의 예시적 예는 Na⁺, Cu^{2 +}, N⁺(CH₃)₃, Fe^{3 +}, 이들의 조합 등을 포함한다. 음전하를 운반하는 기의 예시적 예는 Cl^-, Br^-, SO₄ ^{2 -}, 이들의 조합 등을 포함한다.

적합한 열 전달 유체 착색제는 하기 발색단: 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디 페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아눌렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상의 콘쥬게이트된 방향족기, 하나 이상의 콘쥬게이트된 헤테로고리기(예를 들어, 스틸켄, 및 또는 베스트리아제닐아미노-스틸켄, 및/또는 피라졸린 및/또는 쿠마린형 분자 또는 그것의 혼합물), 하나 이상의 콘쥬게이트된 탄소-탄소 이중 결합(예를 들어, 카로텐) 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 하나 이상의 콘쥬게이트된 방향족기, 아조, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 발색단으로서 적어도 하나 이상의 콘쥬게이트된 방향족기를 포함할 것이다.

다른 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 비-전도성 알콕시 화합물의 반응 생성물 및 전술한 바와 같은 하나 이상의 발색단을 포함할 것이다. 적합한 비-전도성 알콕시 화합물의 예시적 예는 1 내지 30개 탄소를 가진 것들을 포함한다. 예시적 알콕시 화합물은 에틸렌 산화물, 에틸렌 산화물과 함께 프로필렌 산화물, 부틸렌 산화물 등 및 특히 바람직한 프로필렌 산화물을 포함한다. 한 구체예에서, 알코올과 반응하는 발색단은 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 및 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택될 것이다.

대안적으로, 적합한 열 전달 유체 착색제는 이들 착색제가 하기 화학식인 것으로 나타낼 수 있으며:

R{A_k[(B)_nR¹]_m}_x

여기서, R은 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아눌렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 2개 이상의 콘쥬게이트된 방향족기, 2개 이상의 콘쥬게이트된 헤테로고리기 또는 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된 유기 발색단이고; A는 상기 발색단에서 결합 부분이며 O, N 또는 S으로 구성된 군 중에서 선택되고; k는 0 또는 1이며; B는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유한 하나 이상의 알킬렌옥시 또는 알콕시기로 구성된 군 중에서 선택되고; n은 1 내지 100의 정수이며; m은 1 또는 2이고; x는 1 내지 5의 정수이며; R¹은 C₁-C₆ 알킬 또는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유한 알콕시기, 또는 이들의 조합으로 구성된 군 중에서 선택된다.

한 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 착색제는 B는 2 내지 4개 탄소 원자를 함유한 알킬렌옥시 성분이고, n은 1 내지 30이며, m은 1 또는 2이고, X는 바람직하게는 1 또는 2이며, R¹은 바람직하게는 H 또는 C₁-C₄ 알킬 또는 1 내지 6개 탄소 원자를 함유한 알콕시기인 상기 화학식의 착색제이다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 착색제는 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 콘쥬게이트된 방향족기 또는 콘쥬게이트된 탄소-탄소 이중 결합 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 함유한 것들인데, 이러한 것들은 발색단으로부터 전도도 증가에 기여하는 것으로 예상되지 않는다. 달리 말하면, 이들 발색단 구조는 가수분해할 어떤 기도 가지지 않는다. 열거된 결합기 중에서, O는 수용액에서 가수분해할 가능성이 적을 수 있다.

열 전달 유체 착색제는 처리 억제제와 관련하여 전술한 다양한 공지된 방법에 의하여 제조될 수 있다.

개시된 연료 전지 및 연료 전지 시스템에 사용하기에 적합한 부식 억제 열 전달 유체에 사용하기 위한 적합한 열 전달 유체 착색제의 상업적으로 이용가능한 예는 미국 사우스캐롤리나주 스파르탄부르크의 Milliken Chemical로부터의 Liquitint^? Red ST 또는 다른 유사한 중합체 착색제 또는 미국 미시간 주 캔턴의 Chromatech로부터의 착색제(예를 들어, Liquitint^? Blue RE)를 포함한다. 다른 예시적 착색제는 Liquitint Red ST, Liquitint Blue RE, Liquitint Red XC, Liquitint Patent Blue, Liquitint Bright yellow, Liquitint Bright orange, Liquitint Royal Blue, Liquitint Blue N-6, Liquitint Bright Blue, Liquitint Supra Blue, Liquitint Blue HP, Liquitint Blue DB, Liquitint Blue II, Liquitint Exp, Yellow 8614-6, Liquitint Yellow BL, Liquitint Yellow II, Liquitint Sunbeam Yellow, Liquitint Supra yellow, Liquitint Green HMC, Liquitint violet, Liquitint Red BL, Liquitint Red RL, Liquitint Cherry Red, Liquitint Red II, Liquitint Teal, Liquitint Yellow LP, Liquitint Violet LS, Liquitint Crimson, Liquitint Aquamarine, Liquitint Green HMC, Liquitint Red HN, Liquitint Red ST 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다.

한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 Milliken으로부터의 Liquitint^? Red ST, Chromatech으로부터의 Liquitint^? Red XC, Milliken으로부터의 Liquitint^? Patent Blue, Chromatech으로부터의 Chromatint^? Yellow 1382 또는 Chromatech으로부터의 Liquitint^? Blue^? RE의 하나 이상일 것이고, 특히 전형적인 구체예에서, 비-전도성 착색제는 Chromatech으로부터의 Liquitint^? Blue RE일 것이다.

한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 부식 억제 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 0.0001 내지 0.2 중량%의 양으로 부식 억제 열 전달 유체에 존재할 것이다. 다른 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 0.0005-0.1 중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로, 0.0005 내지 0.05 중량%의 양으로 사용될 것이다.

개시된 열 전달 유체에 사용하기 위한 적합한 알코올의 예시적 예는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 푸르푸랄, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 글리크롤, 글리세롤의 모노에틸에테르, 글리세롤의 디메틸 에테르, 1,2,6-헥산트리올, 트리메틸올프로판, 메톡시에탄올, 또는 하나 이상의 이러한 알코올을 함유한 조합이다. 특히 적합한 알코올의 예시적 예는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸 글리콜, 글리세롤, 디에틸렌 글리콜 등 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 포함한다. 한 구체예에서, 알코올은 에틸렌 글리콜 또는 1,2-프로필렌 글리콜 또는 1,3-프로필렌 글리콜일 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 에틸렌 글리콜을 포함할 것이다.

한 구체예에서, 알코올은 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로, 10-99.9 중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이다. 다른 구체예에서, 하나 이상의 알코올은 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 20-99.9 중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 하나 이상의 알코올은 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 20 내지 99.9 중량%의 양으로 사용될 것이다.

이전에 지시된 바와 같이, 물은 개시된 부식 억제 열 전달 유체에 존재할 수 있다. 한 전형적인 구체예에서, 탈이온화된 물이 사용될 것이다. 한 구체예에서, 물은 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 0.1-90 중량%의 양으로 부식 억제 열 전달 유체에 존재할 것이다. 다른 구체예에서, 물은 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로, 0.1-80 중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이고, 한 전형적인 구체예에서, 물은 부식 억제 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로, 0.1 내지 70 중량%의 양으로 사용될 것이다.

예를 들어, 물은 열 전달 유체의 농축액 버전에 즉 0 wt%로 전혀 존재하지 않을 수 있지만 일부 농축액에 50 wt %의 양까지 존재할 수 있고, 다른 구체예에서 물은 농축액에 약 20 wt %의 양으로 존재할 수 있다. 희석된 열 전달 유체와 관련하여, 물은 20 wt% 내지 90% wt의 양으로 존재할 수 있다.

적합한 선택적 부식 억제제는 US2004/0028971 A1 등에 기재된 알루미늄 및 알루미늄 기재 합금 부식 억제제, 구리 및 구리 기재 합금 부식 억제제, 철 금속 부식 억제제, 아민, 예를 들어 에탄올아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올아민, 옥틸아민 및 모르폴린, 오르토규산염 에스테르를 포함한다. 한 구체예에서, 하나 이상의 선택적 부식 억제제는 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 0.0 내지 10.0 중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이다. 다른 구체예에서, 하나 이상의 부식 억제제는 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 0.0-5 중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이다.

적합한 열 전달 유체는 또한 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 10 중량%의 양으로 탈포제, 계면활성제, 스케일 억제제, 분산제, 습윤제, 고미제 등 뿐만 아니라 이들의 조합과 같은 추가적 첨가제를 포함할 수 있다.

한 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 하나 이상의 알코올 또는 알코올 혼합물의 20-99.9 중량%, 물의 0.1-80 중량%, 0.0001 내지 0.1 중량%의 비-전도성 착색제 및 다른 선택적 열 전달 유체 첨가제의 0.0 내지 10 중량%를 포함할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 개시된 연료 전지 열 전달 유체는 열 전달 유체의 양의 전체 양을 기준으로 하나 이상의 알코올 또는 알코올 혼합물의 20-99.9 중량%, 물의 0.1-80 중량%, 및 비-전도성 착색제의 0.0001 내지 0.1 중량% 및 다른 열 전달 유체 첨가제의 0.0 내지 10 중량%를 포함할 것이다.

다른 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 열 전달 유체의 전체 양을 기준으로 하나 이상의 알코올의 20-99.9 중량%, 물의 0.1-80 중량%, 하나 이상의 부식 억제제의 0 내지 5 중량%, 및 비-전도성 착색제의 0.0001 내지 0.1 중량% 및 0.0 내지 0.1 중량%의 양의 선택적 소포제를 포함할 것이다.

개시된 열 전달 유체는 성분들을 서로 혼합함으로써 제조될 수 있다. 보통 알코올과 물은 바람직하게는 먼저 서로 혼합된다. 그 후 다른 첨가제는 혼합 및 적당한 교반에 의하여 알코올-물에 첨가된다.

개시된 전처리된 이온 교환 수지는 이들이 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하고 열 전달 유체에 대하여 색깔과 같은 이로운 특성 제공하면서 처리 용액 또는 열 전달 유체로부터 이온 종을 제거할 수 있다는 면에서 유리하다.

개시된 전처리된 이온 교환 수지는 또한 이들이 열 전달 유체에 저 전도도를 유지하고, 부식 억제 열 전달 유체에 대하여 색깔과 같은 이로운 특성을 제공하면서 열 전달 유체로부터 이온 종을 동시에 제거할 수 있다는 면에서 유리하다.

문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 단수 형태는 복수 대상을 포함한다. "선택적" 또는 "선택적으로"는 연속적으로 설명된 이벤트 또는 상황이 발생할 수도 또는 발생하지 않을 수도 있음을 의미하고, 그 설명은 이벤트가 발생한 경우 의 예 및 발생하지 않은 경우의 예를 포함한다. 양과 연관되어 사용된 수식어구 "약"은 정해진 값을 포함하고, 문맥에 의하여 지시된 의미를 가진다(예를 들어, 특정 양의 측정과 연관된 오차의 정도를 포함한다).

발명을 바람직한 구체예에 관하여 설명하는 동안, 다양한 변화가 이루어질 수 있고, 발명의 범위를 벗어나지 않고 균등물은 그것의 성분으로 치환될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 뿐만 아니라, 특정 상황 또는 물질이 발명의 본질적 범위를 벗어나지 않고 발명의 교시에 적합하도록 많은 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 이 발명을 수행하기 위하여 고려된 최상의 방식으로 개시된 특정 구체예에 한정되는 것은 아니지만, 첨부된 청구범위의 범위 내에 해당하는 모든 구체예를 포함하는 것으로 의도된다.

실시예 1

연료 전지 시스템에 대한 혼합층 이온 교환 수지의 효과를 평가하였다. 열 전달 시스템을 가진 모의 연료 전지 스택에서 테스트를 실시하였다. 테스트 유닛은 연료 전지 스택을 모의실험하기 위하여 실리콘 가스켓과 스테인리스 강철판 스택을 위아래로 번갈아가면서 모의 연료 전지 스택을 함유한다. 스택은 연속적으로 연결된 50개 전지를 모의실험하였다. 테스트하는 동안, 50 내지 60 볼트 DC를 모의실험된 스택에 적용하였다. 테스트 유닛은 또한 연료 전지 열 전달 시스템을 모의실험하기 위해서 열 전달 유체 탱크, 쿠폰 홀더, 유동 및 압력 미터, 전기 히터, 펌프, pH, 온도 및 전도도 센서 등을 함유한다. 센서로부터의 출력은 컴퓨터 제어 데이터 인식 시스템에 의하여 기록되었다. 테스트의 결과 데이터는 하기 도 2, 3, 4, 및 5에 나타낸다. 혼합층 이온 교환 수지는 몇 시간 이상을 더 오랫동안 작동하는 동안 4 μS/cm 보다 낮은 연료 전지 열 전달 유체 전도도를 유지하기 위하여 필요하다.

실시예 2

벤조트리아졸(즉, BZT)이 연장된 접촉 동안 혼합층 이온 교환 수지에 의하여 제거되는지를 평가하기 위하여 테스트를 수행하였다. 10 g의 Dow 혼합층 수지를 각각 50% 에틸렌 글리콜 용액을 함유한 1000 ml, 500 ml 및 250 ml BZT를 함유한 세 유리 비커에 첨가하였다. BZT 농도는 1284 ppm인 것으로 결정되었다. 용액을 Teflon-코팅된 자기 교반 막대를 통하여 교반하였다. 전도도 및 BZT 농도를 수지와의 22 시간 노출 전 후에 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 도시한다. BZT는 혼합층 수지에 의하여 용액으로부터 제거된다는 것을 확인할 수 있다. 용액의 전도도는 이온 교환 수지로 처리한 후 감소되었다.

실시예 3

이온 종(예를 들어, 30ppm NaCl)으로 오염된 연료 전지 열 전달 유체에서 전도도를 감소시키는 데 실시예 2로부터의 BZT 처리된 혼합된 수지의 효과를 도 2에 나타낸 바와 같이 평가하였다. 또한, 개시된 BZT 처리된 혼합된 수지를 통과하는 열 전달 유체의 부식 억제 특성을 Cartridge Brass(70% Cu - 30% Zn)에 대한 부식 보호에 관하여 평가하였다. 열 전달 유체는 80℃에서 50% vol EG + lOOppm Cl의 수용액이었다. 주의: BZT는 100 ml 50% EG 용액에서 30ppm NaCl과 교환되었다.

도 6 및 7 및 표 2에 나타낸 결과는 하기를 증명한다: 1. BZT 처리된 혼합층 수지는 글리콜 기재 연료 전지 열 전달 유체에서 이온의 오염의 제거에 여전히 유효하다; 2. BZT는 열 전달 유체에서 이온 종에 의하여 수지로부터 교환된다; 3. 글리콜-기재 열 전달 유체에서의 탁월한 부식 보호 및 저 전도도는 BZT-처리된 혼합층 수지를 처리 방법으로 사용함으로써 얻을 수 있다.

실시예 4

다양한 금속에 대하여 개시된 부식 억제제를 함유한 열 전달 유체의 부식 억제 효과는 Modified ASTM D1384 테스트를 사용하여 평가하였다. 표 3에 나타낸 샘플은 상이한 부식 억제제뿐만 아니라 블랭크로 준비되었다. 336 시간 동안 88℃에서 테스트를 수행하였다. 모든 테스트 샘플에서 사용된 기본 용액은 52% wt 글리콜 + 48% DI 물이었다. 각 열 전달 유체 샘플의 부식 보호는 세 개의 주조용 Al 쿠폰(UNS A23190) 및 세 개의 황동 쿠폰(UNS C26000)으로 평가하였다. 알루미늄 및 황동의 질량 손실뿐만 아니라 알루미늄 쿠폰의 양상 및 샘플 열 전달 유체의 초기 및 최종 전도도를 하기에 나타낸다.

실시예 5

다양한 금속에 대한 개시된 부식 억제제를 함유한 열 전달 유체의 부식 억제 효과는 Modified ASTM D1384 테스트를 사용하여 다시 평가하였다. 표 4에 나타낸 샘플은 상이한 부식 억제제뿐만 아니라 블랭크로 준비되었다. 테스트를 336시간 동안 88 ℃에서 수행하였다. 모든 테스트 샘플에 사용된 기본 용액은 52% wt 글리콜 + 48% DI 물이었다. 각 열 전달 유체 샘플의 부식 보호는 한 개의 주조용 Al 쿠폰(UNS A23190) 및 한 개의 황동 쿠폰(UNS C26000)으로 평가하였다. 알루미늄 및 황동의 질량 손실뿐만 아니라 알루미늄 쿠폰의 양상 및 샘플 열 전달 유체의 초기 및 최종 전도도를 하기에 나타낸다.

Claims (29)

1. 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 25℃의 수용액에서 5 이상의 pK_a 또는 pK_b를 가진 열 전달 유체 성분으로부터 유래된 이온, 또는 루이스 산, 또는 루이스 염기 중 하나 이상을 포함한 교환가능한 기가 전체 수의 15중량% 이상을 포함한 전처리된 이온 교환 수지.
2. 제1항에 있어서, 열 전달 유체 성분은 착색제, 부식 억제제, 소포제, 고미제, 분산제, 또는 이들의 조합 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전처리된 이온 교환 수지.
3. 교환가능한 기의 전체 수를 기준으로, 부식 억제제를 포함한 교환가능한 기가 전체 수의 15중량% 이상을 포함한 이온 교환 수지.
4. 제3항에 있어서, 부식 억제제는 하기 화학식 (I), (II), (III) 또는 (IV)의 아졸 화합물 중 하나 이상을 포함하고:

   

   여기서, R은 수소 또는 Cl 또는 Br과 같은 할로겐, 또는 C₁ 내지 C₂₀ 알킬기이고; R'은 수소, C₁ 내지 C₂₀ 알킬기 또는 SH 또는 SR기 중 하나 이상이며; X는 N, C-SH 또는 CH이고; Y는 N, C-R 또는 CH기로부터 선택되며; R은 상기와 같이 정의된 것을 특징으로 하는 이온 교환 수지.
5. 제4항에 있어서, 부식 억제제는 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 또는 머캅토벤조티아졸 중 하나 이상을 포함한 것을 특징으로 하는 이온 교환 수지.
6. 10 μS/cm 미만의 전도도를 가진 열 전달 유체에 대한 유로를 한정하는 순환 루프, 및

   유로에 위치한 제1항, 제3항 또는 제4항에 따른 이온 교환 수지를 포함하는 열 전달 시스템.
7. 제6항에 있어서, 200 μS/cm 미만의 전도도를 갖는 부식 억제 열 전달 유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
8. 제7항에 있어서, 부식 억제 열 전달 유체는 0.05 내지 10 μS/cm의 전도도를 가진 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
9. 대체 전력원 및

   대체 전력원과 열적으로 통하는 제6항에 따른 열 전달 시스템

   을 포함한 대체 전력원을 동력으로 하는 어셈블리.
10. 열 전달 유체를 열 전달 시스템을 통하여 통과시키는 단계를 포함한,

    부식 억제 열 전달 유체에서 200 μS/cm 미만의 전도도를 유지하는 방법으로서,

    열 전달 유체는 200 μS/cm 미만의 전도도를 가지고,

    열 전달 시스템은

    열 전달 유체에 대한 유로를 한정하는 순환 루프, 및

    유로에 위치한 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 이온 교환 수지를 포함하는 방법.
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