KR102584448B1 - 열안정성이 향상된 열전달 유체 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열안정성이 향상된 열전달 유체 조성물에 관한 것으로, 수소 자동차 스택 냉각시스템 부품 및 작동 온도에 의한 냉각액의 산화를 억제하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 열안정성이 향상된 열전달 유체 조성물에 관한 것이다.
내부 연소 엔진용 열전이 액체 (예를 들어, 냉각액)는 일반적으로 50 중량%의 물과 50 중량%의 에틸렌글리콜, 미량의 부식 억제제와 같은 첨가제가 포함되어 있다. 그러나, 내부 연소 엔진은 연료전지가 잠재적인 대체물로 부각됨에 따라, 다가오는 수 십년 사이에 쓸모 없게 될 가능성이 있다.
일반적으로 연료 전지는 연료의 화학 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 전기화학적 장치이다. 이들은 내부 연소 엔진에 비해 여러 가지 장점을 제공한다. 연료 전지는 연료로부터 에너지를 추출하는데 더욱 효과적이다. 예를 들어, 터보디젤 엔진의 경우 40%, 가솔린 엔진의 경우 30%이나, 연료 전지는 60 내지 70%의 효율을 나타낸다.
또한, 연료전지는 조용하고 오염물질의 방출이 무시할 수 있을 정도이다. 또한, 연료전지의 주 연료원이 수소여서 내부 연소 엔진의 연료원으로 사용되는 가솔린보다 더욱 쉽게 이용 가능하다. 그러나, 내부 연소 엔진을 연료 전지로 대체함에 있어서는 공지의 열전이 액체도 동시에 대체될 필요성이 있다.
연료 전지는 통상적으로 양극, 음극 및 두 전극 사이에 위치한 전해물질로 이루어져 있다. 각 전극은 촉매 층으로 피복되어 있다. 양극에서 수소와 같은 연료는 촉매적으로 전환되어 양이온을 형성하고, 이는 전해물질을 통해 음극으로 이동한다. 음극에서, 산소와 같은 산화제는 촉매층과 반응하여 음이온을 형성한다. 음이온과 양이온 사이의 반응으로 반응 생성물, 전기 및 열이 생성되게 된다.
연료전지에서 생성되는 전류는 전극의 크기 (면적)에 비례한다. 단일 연료 전지는 일발적으로 비교적 적은 전압 (약 1 볼트)을 생성한다. 더 높은 전압을 생성하기 위해서는 몇 개의 연료 전지가 인접하는 연료 전지를 분리하는 양극판을 따라 직렬 또는 병렬로 연결되어야 한다 (예를 들어, 집적 (stacked)). 여기서 사용된 연료 전지 어셈블리는 개별적인 연료전지를 의미한다. 연료 전지에 사용되는 가장 일반적인 연료 및 산화제는 수소와 산소이다. 이러한 연료 전지에서 양극 및 음극에서 일어나는 반응은 다음의 반응식으로 표시된다:
양극에서의 반응: H2 --> H+ + 2e- (1)
음극에서의 반응: 1/2 O2 + 2H+ + 2e- --> H2O (2)
연료전지에서 사용되는 산소는 공기로부터 나온다. 여기서 사용되는 수소는 수소 가스 또는 개질된 수소의 형태일 수 있다. 개질된 수소는 연료 전지 어셈블리의 선택적인 요소인 개질기에 의해 생산되는데, 탄화수소 연료 (예를 들어, 메탄올, 천연 가스, 가솔린 등)가 수소로 전환되게 된다. 개질 반응은 수소뿐만 아니라 열을 생성한다. 최근에는 전해물질 (고체 또는 액체), 작동 온도 및 연료 선호도에 따라 5가지 유형의 연료 전지가 있다.
이러한 연료 전지의 유형에는 양자 교환막 연료전지("PEMFC"), 인산 연료 전지 ("PAFC"), 용융 카보네이트 연료 전지 ("MCFC"), 고체 산화물 연료 전지("SOFC") 및 알카리성 연료 전지("AFC")가 있다.
중합체 전해질 막 연료 전지로도 알려져 있는 PEMFC는 전해물질로서 이온 교환 막을 사용한다. 막은 양극과 음극 사이에서 단지 양성자만이 통과하도록 한다. PEMFC의 경우 수소 연료는 양극에 도입되어 촉매적으로 산화되어 전자를 방출하고 양성자를 형성한다. 전자는 외부 회로를 따라 음극으로 전류의 형태로 이동하게 된다. 동시에 양성자는 막을 따라 음극으로 확산되어 거기서 산소와 반응하여 물을 생성하고 결국 전체적인 공정을 마치게 된다. PEMFC는 비교적 저온(약 200°F)에서 작동하며, 이러한 유형의 연료전지는 연료의 불순물에 대해 민감하다는 단점이 있다.
PAFC는 전해물질로써 인산을 사용한다. PAFC의 작동 온도 범위는 약 300 내지 400 °F이다. PEMFC와 달리, PAFC는 연료의 불순물에 대해 민감하지 않다. 이런 점에서 사용할 수 있는 연료 선택의 폭이 넓다. 그러나 PAFC는 몇 가지 단점이 있다. 그 중 하나는 PAFC는 값비싼 촉매(백금)을 사용한다는 것이다. 또 다른 단점은 다른 유형의 연료 전지에 비해 전류와 동력이 낮다는 것이다. 또한 PAFC는 일반적으로 크기와 무게가 크다.
MCFC는 전해물질로써 Li+, Na+ 또는 K+ 와 같은 알카리 금속 카보네이트를 사용한다. 알카리 금속 카보네이트가 전해물질로써 기능하기 위해서는 액체 형태이어야 한다. 결과적으로 MCFC는 약 1200°F의 온도에서 작동한다. 이와 같이 높은 작동 온도는 전해물질의 충분한 전도성을 얻는데 필요하다. 이는 연료를 선택하는데 있어서 (예를 들어, 개질된 수소) 더 큰 유연성을 허여하나 동시에 전지 구성 요소의 부식과 파손을 증가시킨다.
SOFC는 액체 형태의 전해물질보다 고체의 비다공성 금속 산화물을 전해물질로써 사용한다. MCFC와 같이 SOFC는 약 700 내지 1000 ℃내지 1830°F)의 고온에서 작동한다. SOFC의 높은 작동 온도는 MCFC와 마찬가지의 장점과 단점이 있다. SOFC의 추가적인 장점은 전해물질의 고형 상태 특성에 있는 바, 이는 연료 전지 어셈블리의 형상에 대한 제한을 없앤다 (예를 들어, SOFC는 평판형 또는 튜브형태로 디자인될 수 있다).
연료 전지의 마지막 유형은 AFC로 알려져 있는데, 전해물질로써 알카리성 수산화 칼륨의 수용액을 사용한다. 이의 작동 온도는 약 150 내지 200 ℃(약 300 내지 400°F)이다. AFC의 장점은 음극 반응이 산성 전해물질에서보다 알카리성 전해물질에서 더 빠르다는 점이다. 그러나, AFC는 오염되기 쉬어 순수한 수소와 산소와 같이 순수한 반응물을 필요로 한다.
일반적으로 연료 전지 어셈블리 (예를 들어, 전기화학적 반응과 개질 반응)내에서 일어나는 반응은 발열반응이다. 그러나, 이러한 반응에 적용된 촉매는 열에 대해 민감하다. 최적으로 반응을 수행하기 위해서는 연료 전지가 집적되어 있는 각각의 전지를 따라 거의 균일한 특정 온도에서 유지되어야 한다. 예를 들어, 고온에서는 촉매가 손상될 수 있고, 저온에서는 연료 전지 어셈블리 내에 얼음이 형성될 수도 있다. 따라서, 이러한 온도 조건을 수용하기 위해서는 열전이 조성물이 필요하다.
이에, 본 발명의 목적은 열안정성이 향상된 열전달 유체 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 열안정성이 향상된 열전달 유체 조성물에 관한 것이다.
이하 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 예는 다음을 포함하는 열안정성이 향상된 열전달 유체 조성물에 관한 것이다:
물, 알코올류, 글리콜류 및 글리콜 에테르류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 용제; 및 안트라닐아미드 (Anthranilamide).
본 발명에 있어서 물은 탈이온수, 순수 증류수 또는 2회 증류된 물인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 물은 조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 70 중량%, 30 내지 65 중량%, 30 내지 60 중량%, 30 내지 55 중량%, 35 내지 70 중량%, 35 내지 65 중량%, 35 내지 60 중량%, 35 내지 55 중량%, 40 내지 70 중량%, 40 내지 65 중량%, 40 내지 60 중량%, 40 내지 55 중량%, 45 내지 70 중량%, 45 내지 65 중량%, 45 내지 60 중량%, 45 내지 55 중량%, 예를 들어, 45 내지 54 중량% 포함된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 알코올류는 당업계에 공지된 어떠한 것도 이용할 수 있으며, 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 푸르푸롤, 테트라하이드로푸르푸릴, 에톡실레이트된 푸르푸릴, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 글리세롤, 글리세롤의 모노에틸에테르, 글리세롤의 디메틸에테르, 소르비톨, 1,2,6-헥산트리올, 트리메틸올프로판 및 메톡시에탄올로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 글리콜류는 당업계에 공지된 어떠한 것도 이용할 수 있으며, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올 및 헥실렌글리콜로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 글리콜 에테르류는 당업계에 공지된 어떠한 것도 이용할 수 있으며, 예를 들어, 에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 에틸렌글리콜모노 부틸 에테르, 디에틸렌글리콜모노 부틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 부틸 에테르 및 테트라에틸렌글리콜모노 부틸 에테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 일 구체예에 있어서 상기 용제는 에틸렌글리콜 및/또는 프로필렌 글리콜인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 알코올류, 글리콜류 및 글리콜 에테르류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상은 조성물 총 중량을 기준으로 30 내지 70 중량%, 30 내지 65 중량%, 30 내지 60 중량%, 30 내지 55 중량%, 35 내지 70 중량%, 35 내지 65 중량%, 35 내지 60 중량%, 35 내지 55 중량%, 40 내지 70 중량%, 40 내지 65 중량%, 40 내지 60 중량%, 40 내지 55 중량%, 45 내지 70 중량%, 45 내지 65 중량%, 45 내지 60 중량%, 45 내지 55 중량%, 예를 들어, 45 내지 54 중량% 포함된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 안트라닐아미드 (Anthranilamide)는 총 조성물 기준으로 0.001 내지 5.0 중량%, 0.001 내지 4.0 중량%, 0.001 내지 3.0 중량%, 0.001 내지 2.0 중량%, 0.001 내지 1.0 중량%, 0.01 내지 5.0 중량%, 0.01 내지 4.0 중량%, 0.01 내지 3.0 중량%, 0.01 내지 2.0 중량%, 0.01 내지 1.0 중량%, 0.02 내지 5.0 중량%, 0.02 내지 4.0 중량%, 0.02 내지 3.0 중량%, 0.02 내지 2.0 중량%, 0.02 내지 1.0 중량%, 0.03 내지 5.0 중량%, 0.03 내지 4.0 중량%, 0.03 내지 3.0 중량%, 0.03 내지 2.0 중량%, 0.03 내지 1.0 중량%, 0.04 내지 5.0 중량%, 0.04 내지 4.0 중량%, 0.04 내지 3.0 중량%, 0.04 내지 2.0 중량%, 0.04 내지 1.0 중량%, 0.05 내지 5.0 중량%, 0.05 내지 4.0 중량%, 0.05 내지 3.0 중량%, 0.05 내지 2.0 중량%, 예를 들어, 0.05 내지 1.0 중량% 포함된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 조성물은 부식 및 산화 방지제를 추가로 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 부식 및 산화 방지제는 아졸류, 아미노산, 아세트아마이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 아졸류는 트리아졸계 및/또는 티아디졸계인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 트리아졸계는 트리아졸 유도체, 벤조트리아졸 유도체 및 톨루트리아졸 유도체로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 트리아졸계는 N,N-비스(2-에틸헥실)-4-메틸-1 H-벤조트리아졸-1-메틸아민, N,N-비스(2-에틸헥실)-5-메틸-1 H-벤조트리아졸-1-메틸아민, 옥틸 1 H벤조트리아졸, 디터셔리부틸화 1 H벤조트리아졸, 1H-1,2,3-트리아졸, 2H-1,2,3-트리아졸, 1H-1,2,4-트리아졸, 4H-1,2,4-트리아졸, 1-(1', 2'-디-카르복시에틸) 벤조트리아졸, 2-(2'-하이드록시-5'-메틸 페닐) 벤조트리아졸, 1H-1,2,3-트리아졸, 2H-1,2,3-트리아졸, 1H-1,2,4-트리아졸, 4H-1,2,4-트리아졸, 벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 카르복시벤조트리아졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 클로로벤조트리아졸, 니트로 벤조트리아졸, 아미노벤조트리아졸, 시크로헤키사노〔1, 2-d〕트리아졸, 4,5,6,7-테트라하이드록시톨릴트리아졸, 1-히드록시벤조트리아졸, 에틸 벤조트리아졸, 나프토트리아졸, 1-[N,N-비스(2-에틸헥실)아미노메틸]벤조트리아졸, 1-[N,N-비스(2-에틸헥실) 아미노메틸]톨릴트리아졸, 1-[N,N-비스(2-에틸헥실) 아미노메틸]카르복시벤조트리아졸, 1-[N,N-비스( 디-(에탄올)-아미노메틸]벤조트리아졸, 1-[N,N-비스( 디-(에탄올)-아미노메틸]톨릴트리아졸, 1-[N,N-비스( 디-(에탄올)-아미노메틸]카르복시벤조트리아졸, 1-[N,N-비스(2-하이드록시프로필) 아미노메틸]카르복시벤조트리아졸, 1-[N,N-비스(1-부틸) 아미노메틸]카르복시벤조트리아졸, 1-[N,N-비스(1-옥틸) 아미노메틸]카르복시벤조트리아졸, 1-(2', 3'-디-히드록시 프로필) 벤조트리아졸, 1-(2', 3'-디-카르복시에틸) 벤조트리아졸, 2-(2'-하이드록시-3',5'-디-tert-부틸 페닐) 벤조트리아졸, 2-(2'-하이드록시-3',5'-디-tert-아밀 페닐) 벤조트리아졸, 2-(2'-하이드록시-4'-오크트키시페닐) 벤조트리아졸, 2-(2'-하이드록시-5'-tert-부틸 페닐) 벤조트리아졸, 1-히드록시벤조트리아졸-6-카르복실산, 1-나 오일 벤조트리아졸, 1,2,4-트리아졸-3-올, 3-아미노-5-페닐-1,2,4-트리아졸, 3-아미노-5-헵틸-1,2,4-트리아졸, 3-아미노-5-(4-이소프로필-페닐)-1,2,4-트리아졸, 5-아미노-3-메르캅토-1,2,4-트리아졸, 3-아미노-5-(p.tert-부틸 페닐)-1,2,4-트리아졸,5-아미노-1,2,4-트리아졸-3-카르복실산, 1,2,4-트리아졸-3-카르복시아미드, 4-아미노우라졸, 1,2,4-트리아졸-5-온 등이 있으며, 예를 들어, 1,2,4 트리아졸 또는 벤조트리아졸인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 티아디아졸계는 2,5-디머캅토 1,3,4 티아디아졸, 티아디아졸, 2-머캅토-5-하이드로카르빌티오-1,3,5-티아디아졸, 2-머캅토-5-하이드로카르빌디티오-1,3,4-티아디아졸, 2,5-비스(하이드로카르빌티오)-1,3,4-티아디아졸, 2,5,-(비스)하이드로카르빌디티오-1,3,4-티아디아졸 등인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 아졸류는 총 조성물 기준으로 0.01 내지 5.0 중량%, 0.01 내지 4.0 중량%, 0.01 내지 3.0 중량%, 0.01 내지 2.0 중량%, 0.01 내지 1.0 중량%, 0.01 내지 0.5 중량%, 0.05 내지 5.0 중량%, 0.05 내지 4.0 중량%, 0.05 내지 3.0 중량%, 0.05 내지 2.0 중량%, 0.05 내지 1.0 중량%, 0.05 내지 0.5 중량%, 0.1 내지 5.0 중량%, 0.1 내지 4.0 중량%, 0.1 내지 3.0 중량%, 0.1 내지 2.0 중량%, 0.1 내지 1.0 중량%, 0.1 내지 0.5 중량%, 0.15 내지 5.0 중량%, 0.15 내지 4.0 중량%, 0.15 내지 3.0 중량%, 0.15 내지 2.0 중량%, 0.15 내지 1.0 중량%, 0.15 내지 0.5 중량%, 0.2 내지 5.0 중량%, 0.2 내지 4.0 중량%, 0.2 내지 3.0 중량%, 0.2 내지 2.0 중량%, 0.2 내지 1.0 중량%, 0.2 내지 0.5 중량%, 예를 들어, 0.25 중량% 포함된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 아미노산은 베타인인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 아미노산은 총 조성물 기준으로 0.01 내지 5.0 중량%, 0.01 내지 4.0 중량%, 0.01 내지 3.0 중량%, 0.01 내지 2.0 중량%, 0.01 내지 1.0 중량%, 0.01 내지 0.5 중량%, 0.05 내지 5.0 중량%, 0.05 내지 4.0 중량%, 0.05 내지 3.0 중량%, 0.05 내지 2.0 중량%, 0.05 내지 1.0 중량%, 0.05 내지 0.5 중량%, 0.1 내지 5.0 중량%, 0.1 내지 4.0 중량%, 0.1 내지 3.0 중량%, 0.1 내지 2.0 중량%, 0.1 내지 1.0 중량%, 0.1 내지 0.5 중량%, 0.15 내지 5.0 중량%, 0.15 내지 4.0 중량%, 0.15 내지 3.0 중량%, 0.15 내지 2.0 중량%, 0.15 내지 1.0 중량%, 0.15 내지 0.5 중량%, 0.2 내지 5.0 중량%, 0.2 내지 4.0 중량%, 0.2 내지 3.0 중량%, 0.2 내지 2.0 중량%, 0.2 내지 1.0 중량%, 0.2 내지 0.5 중량%, 예를 들어, 0.25 중량% 포함된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 아세트아마이드는 예를 들어, N,O-비스(트리메틸실릴)아세트아미드 또는 N-트리메틸실릴아세트아미드인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 아세트아마이드는 총 조성물 기준으로 0.001 내지 5.0 중량%, 0.001 내지 4.0 중량%, 0.001 내지 3.0 중량%, 0.001 내지 2.0 중량%, 0.001 내지 1.0 중량%, 0.001 내지 0.5 중량%, 0.01 내지 5.0 중량%, 0.01 내지 4.0 중량%, 0.01 내지 3.0 중량%, 0.01 내지 2.0 중량%, 0.01 내지 1.0 중량%, 0.01 내지 0.5 중량%, 0.05 내지 5.0 중량%, 0.05 내지 4.0 중량%, 0.05 내지 3.0 중량%, 0.05 내지 2.0 중량%, 0.05 내지 1.0 중량%, 0.05 내지 0.5 중량%, 0.1 내지 5.0 중량%, 0.1 내지 4.0 중량%, 0.1 내지 3.0 중량%, 0.1 내지 2.0 중량%, 0.1 내지 1.0 중량%, 0.1 내지 0.5 중량%, 0.15 내지 5.0 중량%, 0.15 내지 4.0 중량%, 0.15 내지 3.0 중량%, 0.15 내지 2.0 중량%, 0.15 내지 1.0 중량%, 0.15 내지 0.5 중량%, 0.2 내지 5.0 중량%, 0.2 내지 4.0 중량%, 0.2 내지 3.0 중량%, 0.2 내지 2.0 중량%, 0.2 내지 1.0 중량%, 0.2 내지 0.5 중량%, 예를 들어, 0.25 중량% 포함된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 조성물이 아졸류, 아미노산, 아세트아마이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 경우, 안트라닐아미드의 함량이 줄더라도 동등 수준의 성능을 가지며, 안트라닐아미드를 포함하지 않는 경우와 비교해서도 성능이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 있어서 조성물은 조성물 (100g)에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 장기(168 시간) 방치한 후의 전기 전도도 변화율이 방치 전 전기 전도도를 기준으로 6배 이하인 것일 수 있으며, 예를 들어, 5배 이하, 4.5배 이하, 4배 이하, 3.5배 이하, 3.4배 이하, 3.3배 이하, 3.2배 이하, 3.1배 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 조성물은 조성물 (100g)에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 장기(168 시간) 방치한 후의 pH 변화율이 방치 전 pH를 기준으로 20배 미만인 것일 수 있으며, 예를 들어, 18배 이하, 16배 이하, 14배 이하, 12배 이하, 10배 이하, 8배 이하, 6배 이하, 5.5배 이하, 5배 이하, 4.5 배 이하, 4배 이하, 3.5 배이하, 3배 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 조성물은 조성물 (100g)에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 장기(168 시간) 방치한 후의 유기산 생성량이 80 ppm 이하, 예를 들어, 70 ppm 이하, 60 ppm 이하, 50 ppm 이하, 45 ppm 이하, 40 ppm 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 유기산은 글리콜산 (glycolic acid) 및 포름산 (formic acid)인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 유기산이 글리콜산인 경우 조성물 (100g)에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 장기(168 시간) 방치한 후의 글리콜산 생성량은 70 ppm 이하, 예를 들어, 60 ppm 이하, 50 ppm 이하, 40 ppm 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 유기산이 포름산인 경우 조성물 (100g)에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 장기(168 시간) 방치한 후의 포름산 생성량은 10 ppm 미만, 예를 들어, 9 ppm 이하, 8 ppm 이하, 7 ppm 이하, 6 ppm 이하, 5 ppm 이하인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 열전달 유체 조성물은 수소전기 자동차용인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 열안정성이 향상된 열전달 유체 조성물에 관한 것으로, 수소 자동차 스택 냉각시스템 부품 및 작동 온도에 의한 냉각액의 산화를 억제하는 효과가 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예. 냉각액 조성물의 제조
실시예. 1 내지 6
하기 표 1과 같이 다양한 배합의 수소전기 자동차용 냉각액 조성물을 제조하였다. 각각의 조성물에 포함된 성분 및 함량은 하기 표 1에 나타내었다. 용제로 물 및 에틸렌 글리콜을 사용하였으며, 이들의 비율은 중량%이다. 또한, 용제를 제외한 나머지는 용제부를 100 중량부 기준으로 그 중량부를 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예3 | 실시예 4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예 1 | |
| 에틸렌글리콜 | 49.5 | 49.975 | 49.85 | 49.85 | 49.85 | 49.85 | 50 |
| 탈이온수 | 49.5 | 49.975 | 49.85 | 49.85 | 49.85 | 49.85 | 50 |
| Anthranilamide | 1.0 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | - |
| 1,2,4 triazole | - | - | 0.25 | - | - | - | - |
| benzotriazole | - | - | - | 0.25 | - | - | - |
| betaine | - | - | - | - | 0.25 | - | - |
| n,o(bis trimethysilyl)acetamide | - | - | - | - | - | 0.25 | - |
| 합계 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
실험예 1. 열산화 평가
1-1. 전기 전도도 변화율 측정
제조예에서 제조된 각각의 냉각액 조성물(100g)에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 장기(168 시간) 방치하였다. 그 다음 알루미늄 파우더를 제거한 후 전기 전도도를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예3 | 실시예 4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예 1 | ||
| 전기 전도도 |
시험 전 | 1.02 | 0.503 | 0.715 | 0.821 | 0.812 | 0.911 | 0.155 |
| 시험 후 | 3.14 | 2.14 | 2.18 | 2.41 | 2.43 | 2.65 | 1.01 | |
| 변화율 (배) | 3.08 | 4.25 | 3.05 | 2.94 | 2.99 | 2.91 | 6.52 | |
표 2에서 확인할 수 있듯이, 비교예 1의 냉각액 조성물은 약 6.5배의 전기 전도도 증가율을 보이나, 실시예 1 내지 6의 냉각액 조성물은 약 3 내지 4 배의 전기전도도 증가율을 보임을 확인하여, 현저하게 증가율이 작음을 확인하였다.
1-2. pH 변화 측정
제조예에서 제조된 각각의 냉각액 조성물 (100g)에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 장기 (168 시간) 방치하였다. 그 다음, 알루미늄 파우더를 제거한 후 pH를 측정하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예3 | 실시예 4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예 1 | |
| 시험 전 | 6.1 | 5.9 | 5.9 | 5.8 | 5.7 | 5.3 | 5.6 |
| 시험 후 | 5.6 | 5.2 | 5.4 | 5.3 | 5.1 | 4.9 | 4.3 |
| 수소이온 농도 변화율 (배) |
3.16 | 5.01 | 3.16 | 3.16 | 3.98 | 2.51 | 20.0 |
표 3에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 내지 6의 경우 수소이온 농도 변화율이 최대 약 5배였으나, 비교예의 경우 약 20배로 실시예의 냉각액 조성물이 수소이온 농도의 변화율이 현저히 낮은 것을 확인하였다.
1-3. 유기산 생성량 측정
에틸렌 글리콜이 열에 의해 산화되어 생성되는 유기산 (glycolic acid, formic acid 등)은 이온수지 필터의 수명을 단축시켜, 이의 교환주기를 빨라지게 한다. 이에, 제조예에서 제조된 각각의 냉각액 조성물의 유기산 생성량을 측정하였다.
구체적으로, 제조예에서 제조된 각각의 냉각액 조성물 (100g)에 알루미늄 파우더 3 g을 넣고 60℃에서 장기 (168 시간) 방치하였다. 그 다음, IC 분석을 통하여 유기산인 글리콜산 (glycolic acid) 및 포름산 (formic acid)의 양을 측정하여, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. (실험 전 냉각액 조성물에 포함된 유기산의 양은 0으로 측정됨.)
| ppm | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예3 | 실시예 4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예 1 |
| Glycolic acid | 32 | 38 | 35 | 37 | 36 | 34 | 72 |
| Formic acid | - | 5 | 4 | 4 | 3 | 3 | 10 |
| 합계 | 32 | 43 | 39 | 41 | 39 | 37 | 82 |
표 4에서 확인할 수 있듯이, 글리콜산은 비교예 1에서 72 ppm 생성되었으나, 실시예 1 내지 6은 약 30 ppm 정도가 생성되어 절반 정도만 생성되는 것으로 확인되었으며, 포름산은 비교예 1에서 10 ppm 생성되었으나, 실시예 1 내지 6은 전혀 생성되지 않은 것부터 최대 5 ppm 생성되어 현저하게 적은 양만이 생성되는 것을 확인 하였다.
실험예 2. 장기 보관 시 전기전도도 변화
연료전지 냉각액을 장기 보관할 경우 전기전도도가 상승하는 경향이 있다. 전기전도도가 올라갈 경우 스택 및 이온수지 필터 수명에 영향을 주게 되므로 일정기간이 지나도 전기전도도가 신액 기준으로 유지되어야 한다.
첨가제에 따라 장기 보관 시 전기전도도 변화를 확인하였다. 구체적으로, 제품을 PP 용기에 넣고 완전히 밀봉 후 상온 (25℃)에서 보관하면서, 30, 90, 180, 240, 및 360일에 전기전도도 측정하였으며, 평균변화율은 하기의 계산식으로 계산하여, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
[계산식]
평균변화율 (%/day) = [(Y2 - Y1) / X] * 100
X: 시험기간 (일)
Y1: 시험 전 전기전도도
Y2: 360일 후 전기전도도
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예3 | 실시예 4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예 1 | |
| 시험 전 | 1.02 | 0.503 | 0.715 | 0.821 | 0.812 | 0.911 | 0.155 |
| 30 일 | 1.31 | 0.854 | 1.01 | 1.13 | 1.11 | 1.22 | 0.852 |
| 90 일 | 1.52 | 1.19 | 1.33 | 1.55 | 1.54 | 1.63 | 1.34 |
| 180 일 | 1.87 | 1.51 | 1.642 | 1.86 | 1.82 | 1.93 | 1.75 |
| 240 일 | 2.28 | 2.02 | 2.04 | 2.34 | 2.23 | 2.54 | 2.62 |
| 360 일 | 2.56 | 2.31 | 2.32 | 2.79 | 2.64 | 2.98 | 3.17 |
| 평균 변화율 (%/day) | 0.43 | 0.50 | 0.45 | 0.55 | 0.51 | 0.57 | 0.84 |
표 5에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 내지 6은 평균변화율이 0.4 내지 0.6 %인 것을 확인하여, 비교예의 평균변화율이 0.84인 것에 비해 현저하게 변화가 적은 효과가 있음을 확인하였다.
Claims (11)
- 물 및 에틸렌글리콜을 포함하는 용제;
부식 및 산화 방지제; 및
안트라닐아미드 (Anthranilamide);를 포함하되,
상기 물은 조성물 총 중량을 기준으로 45 내지 49.975 중량% 포함되며,
상기 에틸렌글리콜은 조성물 총 중량을 기준으로 49.5 내지 54 중량% 포함되며,
상기 안트라닐아미드(Anthranilamide)는 조성물 총 중량을 기준으로 0.001 내지 5.0 중량% 포함되며,
상기 부식 및 산화 방지제는 베타인이며,
상기 베타인은 조성물 총 중량을 기준으로 0.2 내지 0.5 중량% 포함되며,
상기 조성물은 조성물 100g에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 168 시간 방치한 후의 전기 전도도 변화율이 방치 전 전기 전도도를 기준으로 3.1배 이하인 것이며,
상기 조성물은 조성물 100g에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 168 시간 방치한 후의 pH 변화율이 방치 전 pH를 기준으로 4배 이하인 것이며,
상기 조성물은 조성물 100g에 알루미늄 파우더 3g을 넣고 60℃에서 168 시간 방치한 후의 유기산 생성량이 40 ppm 이하인 것인, 수소전기 자동차용 냉각액 조성물. - 삭제
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