KR20030091984A - 연료 전지 엔진의 열교환 냉각수/부동액용 신 화학기제 - Google Patents

연료 전지 엔진의 열교환 냉각수/부동액용 신 화학기제 Download PDF

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Abstract

250 kOhm-cm을 넘는 전기저항, 90℃를 넘는 비등점, -40℃ 미만의 어는점, 0.4 W/m-k를 넘는 열 전도성, 80℃에서 1 mPa.s(1 cPs) 미만인 점성, 0℃에서 6 mPa.s(6 cPs) 미만인 점성, 3 kJ/kg-K를 넘는 열용량을 가지며, 현 냉각 시스템 재료와 상용적인 무독성 연료 전지 엔진 냉각수.

Description

연료 전지 엔진의 열교환 냉각수/부동액용 신 화학기제{A NOVEL CHEMICAL BASE FOR FUEL CELL ENGINE HEAT EXCHANGE COOLANT/ANTIFREEZE}
연료 전지 기술은 승용차의 전기 모터와 예비 발전의 가동, 및 기타 용도로 쓰기에 충분한 양의 전기를 발생시키는 데 사용할 수 있다고 제안되어 왔다. 연료 전지는 연료의 화학 에너지를 전기로 직접 전환하는 장치로서 내연기관같은 대부분의 타 에너지 발생 장치보다 본질적으로 효율적이다. 원리적으로, 연료 전지는 다소 배터리처럼 작동한다. 배터리와 다른 점은, 연료 전지는 닳아 없어지거나 재충전을 필요로 하지 않는다는 것이다. 연료 전지는 연료가 공급되는 한 에너지를 전기와 열의 형태로 생성한다. 대부분의 일반형 연료 전지는 전해질을 둘러싸고 있는 두개의 전극으로 구성되어 있다. 하나의 전극으로 산소가 통과하고 다른 하나의 전극으로 수소가 통과하여 전기, 물, 및 열을 생성한다.
연료 전지에 의해 열이 발생한다는 사실은 자동차 또는 타 시스템 내에 현재 내연기관에서 사용되는 것과 유사할 수 있는 냉각 시스템의 존재를 요구한다. 전형적으로, 이러한 시스템은 순환 펌프, 알루미늄, 놋쇠, 구리, 납-주석 땜납, 스테인레스강, 플라스틱 또는 고무 재료를 포함할 수 있는 배관, 및 전형적으로 알루미늄 또는 구리/놋쇠로 구성되어 있는 열교환기(라디에이터)를 포함한다.
열교환 유체(냉각수)는 내연기관에서와 마찬가지로 연료 전지 시스템에서도 매우 중요하다. 내연기관용 열교환 유체의 많은 요구조건이 연료 전지 엔진에서 또한 요구된다. 그러나, 일부 추가 요구조건이 존재한다. 예를 들면, 연료 전지 차량은 400 볼트의 직류를 발생시킨다. 그러므로 연료 전지의 알루미늄 부품 주위를 흐르는 냉각수는 누전으로부터 전지와 그 자신을 보호하고 시스템을 작동시키거나 사용하는 사람에 대한 전기적 위험을 방지하기 위해 부전도성이어야 한다.
첫번째 연료 전지는 1839년에 웨일즈 판사이자 왕실 과학자인 윌리엄 그로브 경(Sir William Grove)에 의해 개발되었다. "그로브 전지"는 질산에 담근 백금 전극 및 황산 아연에 담근 아연 전극을 사용하여 약 1.8 볼트에서 약 12 암페어의 전류를 발생시켰다. 수년에 걸쳐 연료 전지 기술의 또다른 발전이 있었지만 실용적 전기 발생기로서의 연료 전지에 대한 진지한 관심은 미국 우주 프로그램이 원자력 및 태양에너지에 우선하여 연료 전지 기술을 선정한 시기인 1960년대에 와서야 시작되었다. 프란시스 토마스 베이컨(Francis Thomas Bacon)에 의해 개발된 이 기술은 니켈거즈 전극을 사용했으며 2068 kPa(300 psi) 정도의 높은 압력 하에서 작동했다.
발명의 개요
무독성의 연료 전지 엔진 냉각수는 250 kOhm-cm을 넘는 전기 저항성, 90℃를넘는 비등점, 선택적으로는 -40℃ 미만의 어는점, 0.4 W/m-k를 넘는 열 전도성, 80℃에서 1 mPa.s(1 cPs) 미만인 점성, 0℃에서 6 mPa.s(6 cPs) 미만인 점성, 3 kJ/kg-K를 넘는 열용량을 갖고, 현 냉각 시스템 재료와 상용적이다. 냉각수는 1 내지 100 부피%, 바람직하게는 40 내지 85 부피% 및 가장 바람직하게는 55 내지 85 부피%의 PDO를 함유할 수 있고 나머지 잔여량의 대부분 또는 전부는 물이다.
본 발명은 연료 전지 동력 차량 및/또는 장치의 냉각 시스템에 사용하는 신 기술에 관한 것이다. 연료 전지 시스템에서 발생하는 열을 제거하기 위해, 열교환 유체용 화학기제로 1,3-프로판디올이 사용된다.
도 1은 1,3-프로판디올 및 GM 6043 억제 화학물질(EG) 수용액의 어는점 특성을 도해한 것이다.
도 2는 수성 1,3-프로판디올 부동액 동결 작용의 도표이다.
전술한 바와 같이, 연료 전지의 목적은 전기 모터를 가동하는 등의 작업을 하기 위해 전지 밖으로 이끌어낼 수 있는 전류를 생성하는 것이다. 전기가 작용하는 방식 때문에, 이러한 전류는 연료 전지로 되돌아가 전기 회로를 완성한다. 이 전류를 생성하는 화학반응은 연료 전지가 어떻게 작동하는가에 대한 열쇠가 된다. 다소 상이하게 작동하지만 일반적으로는 연료 전지의 음극으로 수소 원자가 들어가서 화학반응에 의해 전자가 분리되는 몇몇 종류의 연료 전지가 있다. 수소 원자는 이제 "이온화"되어 양전하를 띠게 된다. 음전하를 띠는 전자는 작동을 위한 전류를 전선을 통해 공급한다.
산소는 연료 전지의 양극으로 들어와 전기 회로에서 돌아온 전자 및 음극에서부터 전해질을 통해 이동한 수소 이온과 결합한다. 일부 연료 전지에서 산소는전자를 데리고 전해질을 통해 음극까지 이동하여 수소 이온과 결합한다. 이러한 화학반응은 적절하게 작동을 이어가기 위해서 연료 전지로부터 제거되어야 하는 유의적인 양의 열에너지를 발생시킨다.
연료 전지 차량용 냉각수에 대한 다수의 목표가 밝혀져 있다. 첫째는, 연료 전지 차량은 400 볼트의 직류를 발생시키기 때문에, 연료 전지의 알루미늄 부품 주위를 흐르는 냉각수는 누전으로부터 전지를 보호하고 전기적 위험을 방지하기 위해 부전도성이어야 한다는 것이다. 연료 전지 냉각수에 대한 기타 물리적 성질 목표는 하기 표에 제시되어 있다.
전기 저항성 > 250 kOhm-cm
비등점 > 90℃
어는점 < -40℃
열 전도성 > 0.4 W/m-k
점성 80℃에서 < 1 mPa.s(1 cPs)0℃에서 < 6 mPa.s(6 cPs)
열용량 > 3 kJ/kg-K
내구성 > 5,000 작동시간/총 3년
재료 상용성 현 냉각 시스템 재료와 상용적
독성 운반 시 무독성으로 분류
쉘 케미컬 컴퍼니(Shell Chemical Company)에서 제조하는 1,3-프로판디올(PDO)은 일반적으로 US-A-5304691 및 여기에 기술된 문헌에 설명된 바와 같이 제조된다. 이는 PDO 및 HPA(3-하이드록시프로판알, 3-하이드록시알데하이드)의 제조방법이다. 이러한 특정 특허에서, PDO 및 HPA는 하이드로포밀화 반응 조건으로 불활성 반응 용매에서 옥시란(에틸렌 옥사이드, 이하 'EO'), 디터셔리 포스핀-변형 코발트 카르보닐 촉매, 루테늄 촉매 촉진제, 및 합성가스(일산화탄소 및수소)를 균질하게 접촉시킴으로써 제조된다. PDO 수율은 이좌배위자 리간드인 1,2-비스(9-포스퍼바이사이클로노닐)에탄과 결합된 코발트, 및 공촉매인 트리루테늄(0) 도데카르보닐이나 비스[루테늄 트리카르보닐 디클로라이드]를 포함하는 촉매를 사용하여 86 내지 87 몰% 이하로 기록된다. PDO를 제조하는 다른 방법도 알려져 있다.
GM 6043 화학물질로 억제시킨 경우, 1,3-프로판디올은 변형된 ASTM형 시험에서 EG보다 다소 우수하게 작용했다. 도 1은 1,3-프로판디올 및 GM 6043 (EG) 수용액의 어는점 특성을 도해한 것이다. ASTM D1177 시험 방법으로 측정했을 때 동결 보호작용이 약간 저하되는 것으로 나타났으나, 1,3-프로판디올은 보고된 어는점에서 부드럽고 질퍽했다. 이는 딱딱하고 해로운 동결에 대한 실제의 보호작용이 실질적으로 보다 우수하며 EG 기제 산물의 효과적인 보호점에 접근하고 있음을 시사할 수 있다. D1177 시험이 또한 수중 55% 및 60% 1,3-프로판디올로 실시되었고, 여기서 그 시험 방법에 의해 55% 농도의 산물이 50% EG와 동등한 보호작용을 제공함이 밝혀졌다. 60% 1,3-프로판디올에서도 동결 보호작용의 향상은 계속되었다. 이로써 이 화학물질의 부동액 성질이 용인될 수 있다고 사료된다. 실제로 50% 용액은 대부분의 지역에서 동결에 대한 적절한 보호작용을 할 것이다. 도 1의 TC는 PDO가 50, 55, 및 60 부피%인 PDO 수용액에 대한 내부 명칭이다.
도 2는 PDO/수용액의 동결 작용을 도시한 것이다. 이것은 배합물이 -40℃보다 유의적으로 낮은 어는점으로 제조될 수 있음을 나타낼 수 있다.
부동액/냉각수 조성물 내에 소포성 조성물의 유효량이 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 조성물은 잘 공지되어 있다. 폴리글리콜형 소포제가 사용될 수 있다.
연료 전지 차량의 PDO 냉각수는 250 kOhm-cm을 넘는 전기 저항성, 90℃를 넘는 비등점, 일반적으로 -40℃ 미만인 어는점, 0.4 W/m-k를 넘는 열 전도성, 80℃에서 1 mPa.s(1 cPs) 미만이고 0℃에서 6 mPa.s(6 cPs) 미만인 점성, 3 kJ/kg-K를 넘는 열용량, 5000 작동시간(총 3년)을 넘는 목적한 내구성, 현 자동차 냉각 시스템 재료를 부식시키거나 침식시키지 않는 재료적 상용성을 가지고, 운반시 무독성으로 분류되는 독성을 가지며, 현 자동차 냉각수와 가격 경쟁이 가능할 것이다.
PDO 배합물은 EG 또는 PG보다 본질적으로 우수한 공동화 보호작용을 부여한다.
이러한 이점의 일부 또는 전체가 EO 및 PO에 대한 PDO의 상대적 킬레이트화 능력에 기초한다는 이론이 있다. 전자는 이온을 쉽게 킬레이트화할 수 있다. EO 및 PO와의 킬레이트는 상대적으로 쉽게 형성되는 5-원자 링일 것이다. PDO는 형성되기가 보다 어려운 6-원자 링을 형성해야 하기 때문에 이온을 잘 킬레이트화할 수 없다.
하기 실험에 두가지 화학물질이 사용되었다. 이들은 1,3-프로판디올(무수) 및 1,3-프로판디올(50 내지 85 부피% 수용액)이다.
실시예 1
처음에, ASTM 문헌(ASTM 표준 2001년도 연감 제 15.05 권)에 기술된 통상적인 부식 및 성능 시험 계획이 차량 냉각 시스템에 통상적으로 사용되는 금속에 대한 냉각수의 부식성을 평가하고 비교하는 용인된 방법을 제공하는 것으로 사료되었다. 연료 전지에 대한 새로운 변수는 400볼트(직류) 전기장 및 이러한 전기장이 냉각수에 제공되는 결과이다. 이온 억제제는 자격이 박탈되었다. 억제제 없이 최대 저항 상태로 작동하는 상기 냉각수가 재평가되었다.
하기 시험은 상기 냉각수의 열교환 시스템에서의 수행 능력을 부식 보호작용과 물리적 및 화학적 성질 면에서 정확하게 예측할 것으로 사료되었다. 이들 새로운 냉각수는 이전에 이러한 시험 계획을 거치지 않았기 때문에, 시험이 합리적인지를 비교할 수 있는 경험이나 정상 성능이 없었다. 그러므로, 각 시험은 억제된 수성 에틸렌 글리콜 50 부피%를 대조군으로 했다.
통상적인 냉각수 개발의 접근은 유체를 물리적 및 화학적 성질에 대해 분석하는 단계를 수반했다. 일단 성질이 확립되면, 성능 목표를 결정하고 원형을 평가한다. 이들 시험은 목적하는 작동 환경에서 냉각수의 성능을 보다 나은 방식으로 평가하기 위해 변형될 수 있다. 변형의 예로 시험에서의 압력, 온도, 전기장 환경, 및 지속기간의 변동을 들 수 있다. 이어서 데이터는 새로운 원형 냉각수에 대한 비교 및 기준 데이터를 확립하기 위해 제공될 것이다. 이들 시험은 pH 값과 비중 같은 기본 성질, 물리적 성질, 및 기포성과 예비 알칼리도를 포함하는 냉각수 특유의 매개변수를 포함할 것이다. 상기 데이터는 가장 적절한 냉각수를 조사하게 해줄 것으로 사료된다. 결과는 표 2에 정리되어 있다.
물리적 및 화학적 성질
시험 번호 및 설명 비교용 현 규격 값 비고
ASTM D-1122 상대 밀도상대 밀도 성질을 측정하는 실험. 이 정보는 나중에 블렌딩 장치에서 산출되는 상품의 질을 검증하는 데 사용되며, 또한 오염수준을 판단하는 데도 유용하다. 1.110 - 1.145 새로운 냉각수의 상대 밀도는 EG 및 PG와 상이하며 또한 PDO 및 물의 농도에 의해 좌우될 것이다.
ASTM D-1177 어는점이 실험은 일부 유체의 어는점 측정을 어렵게 만드는 부드럽고 '질퍽한' 동결 특성을 극복한다. 이 실험으로 일관되고 유의적인 어는점이 측정될 수 있는 냉각 작용의 그래프가 만들어진다. < -40℃ 적절한 용액을 선택하면 이 요구조건을 만족시킬 수 있다.
ASTM D-1120 비등점이것은 유체 대부분의 비등점을 측정하는 데 사용되는 표준방법과 일치하는 비등점 측정법이다. > 90℃ 새로운 냉각수의 비등점은 EG 및 PG와 상이하며 또한 PDO 및 물의 농도에 의해 좌우될 것이다.
ASTM D-1882 자동차 최종 단계냉각수는 자동차 최종 단계에 주입될 것이다. 그러므로, 냉각수는 언제나 자동차의 최종 단계에 영향을 주지 않아야 하며, 이 시험은 그 성질을 평가하기 위해 개발되었다. 영향 없음 예상되는 문제점 없음
ASTM D-1119 회분 함량용해된 고체의 높은 수준은 수중펌프의 때이른 마모 및 기타 내구성 문제와 연관이 있다. 액체를 완전히 증발시키고 남은 무수물의 중량을 계산해서 회분 함량을 측정한다. 최대 < 5.0 % 이 냉각수는 억제제 안에 매우 적을 것이기 때문에, 이 규격은 전도성 문제를 막기 위해 추가로 감소되는 것이 필요할 수 있다.
ASTM D-1287 pH:H+이온 농도는 pH값으로 기록된다. 이 값은 실험기구 수치로 결정된다. pH값은 사용되는 억제제 기술에 적절해야 한다. 7.5 내지 11.0 실험은 현재 사용되는 EG 및 PG 냉각수보다 PDO에 대해서 보다 엄격한 규격을 초래할 것이다.
ASTM D-1123 물 질량%비수성 냉각수의 물 함량은 칼 피셔(Karl Fischer) 방법으로 측정된다. 최대 5.0 % 블렌딩 되기 전 PDO에 적용가능.
ASTM D-1121 예비 알칼리도다수의 억제 기술에서, 냉각수의 내구성은 기제 및/또는 억제제의 분해로 인해 형성되는 약산을 중화하는 능력과 관련이 있다. 이 적정은 그 성질을 평가한다. 이 성질은 쓸모없거나, 또는 QC값을 가질 수 있다.
ASTM D-1881 기포성기포형성은 부정적 성능과 연관되는 바람직하지 않은 성질이다. 이 방법은 측정가능한 부피를 창출해내고, 또한 기포를 제거하는 데 필요한 시간도 제공한다. 기포 제거: 5초부피: 150ml 새로운 냉각수는 이 요구조건을 충족시켜야 한다.
전기 전도성 모스(mohs) 시험방법:실험실 작업대 전도성 눈금 미터를 사용하여 냉각수의 전도성을 측정한다. 전도성 탐침은 유체 안에 위치하도록 하고, 전도성 미터의 디지털 수치를 관찰한다. < 50 시험 및 성능 규격을 개발하는 데 사용되는 실험 데이터.
점성 mPa.s(cPs) ASTM D-445 80℃에서 < 10℃에서 < 6 EG 냉각수와 비교.
문헌에서의 열 전도성 W/m-K > 0.4 EG 냉각수와 비교.
문헌에서의 열용량 (kJ/kg-K) > 3 EG 냉각수와 비교.
연장된 지속기간 시험에 의한 내구성 > 5년 PDO는 우수한 안정성을 보장한다.
탄성중합체 상의 효과:커민스(Cummins) 방법 14292 사용실리콘 봉함제, 바이톤(Viton), 뷰난(Bunan: 니트릴), 테플론, 네오프렌, 고무, 나일론 < 10% Δ각 수치
독성 LD50데이터 및 MSDS의 재검토 운반 시 무독성 PDO는 낮은 독성을 제공한다.
ASTM D-2809 수중펌프 시험, 3회 반복 각 회당 ≥8 PDO는 일련의 시험에서 EG보다 우수하게 수행되어 왔다. 하기 표 3 참조.
ASTM D-4340 알루미늄 열방출 표면의 부식 < 1.0 mg/㎠/주 PDO는 용인된 손실의 10% 미만으로 수행되었다.
10일 간격으로 채취하여 150℃에서 60일 동안 D-4340 장비로 실시한 연장된 노후 평가.알루미늄 중량 손실ΔpH산화물(즉, COOH 음이온)산화 경향성(분해의 경사도) < 1.0 mg/㎠/주< 2 pH 단위< 20%< 2,000 ppmm < 1 PDO는 두개의 완전히 배합된 냉각수 억제 패키지 존재 하에, pH값 및 산화 부산물 형성의 측면에서 덜 분해되었다. 하기 표 4 참조.
ASTM D-1384 유리부품 내 부식(고성능 규격)구리땜납놋쇠강철주조 철주조 알루미늄 최대 중량 손실, mg51055510 시험 통과.
150℃에서의 유리부품 내노후된 냉각수(2,000 시간된 유체) 부식(ASTM D-1384 확장)구리땜납놋쇠강철주조 철주조 알루미늄 최대 중량 손실, mg103010101030
열교환기의 침식 부식, 2,000 시간 누출 없음
정전류 측정 ASTM D-6208에 의한 알루미늄의 리패시베이션(repassivation) EB< 2.0EG> -0.4.0
ASTM D-2570 사용 모의실험(고성능 규격)구리땜납놋쇠강철주조 철주조 알루미늄 최대 중량 손실, mg102010101020 다수의 구체예 통과.
ASTM 2809 시험 데이터
억제제 EG PDO
통상적인 자동차용 8 9
카르복실화된 자동차용 2 8
인산염처리한 고부하용 10 10
인산염처리하지 않은 고부하용 3 8
혼합된 고부하용 9 10
2.2%의 시판용 억제제 패키지로 억제시킨 PDO 및 EG의 산화 비교. 시험은 150℃에서 D-4340을사용하여 부식수 없이 50% 농도로 실행했다.
pH
시간(일) 0 10 20 30 40 50 60
PDO-A 11.16 9.31 8.87 8.69 8.41 8.19 7.96
EG-A 10.06 7.67 6.38 5.68 4.60 4.31 4.07
PDO-B 10.58 9.63 8.89 8.56 8.32 8.18 7.93
EG-B 10.67 9.22 8.67 8.32 8.02 7.92 7.74
총 분해 산(ppm)
시간(일) 0 10 20 30 40 50 60
PDO-A 0 213 415 607 762 851 1029
EG-A 0 542 1553 1987 3498 4028 4705
PDO-B 0 231 372 587 688 833 1053
EG-B 0 342 654 922 1128 1486 1602
실시예 2
이들 실험에서, 1,3-프로판디올(PDO) 50 부피%와 탈이온수 50 부피%의 용액을 엔진 냉각 시스템에 사용되는 다양한 금속의 부식에 대해 일정 기간동안 시험했다. 시험방법은 ASTM G-31에 설명되어 있는 일정 간격 검사 과정을 사용하여 ASTM 시험방법 D-2570을 변형한 것이다. 하기 표 5에 결과가 제시되어 있다.
ASTM D-2570 시험방법을 변형한(ASTM G-31 일정 간격 사용) 확장된 일정 간격 모의 사용 시험
탈이온수중 PDO 50%190℉(88℃). 공간간격 부식 데이터
주 2 4 6 8 10
구리 2 2 1 1 2
땜납 3 2 6 6 3
놋쇠 2 2 3 3 4
강철 11 12 13 13 13
주조 철 13 10 11 11 40
주조 알루미늄 22 34 40 40 40
8 내지 10주 후에 부식이 얼마나 일어나는지 주목해야 한다. 6주 이후에 알루미늄 부식이 증가하지 않는다는 사실은 초기에는 약간의 일시적인 부식이 있었으나 나중에는 산화물이 알루미늄을 보호함을 시사한다. 일반적으로, 절대적인 제한은 ASTM D3306에 의해 7주 노출 후 알루미늄 손실이 60mg이 되도록 지정되어 있다.
실시예 3
다음 실험은 연장 기간동안 사용한 알루미늄의 부식이다. 결과는 하기 표 6에 제시하였다.
ASTM D4340을 변형한 열 방출 알루미늄 표면의 부식
149℃(300℉)까지 높힌 온도, 1주 내지 30일로 연장한 시간PDO 50 부피% 및 탈이온수 50 부피%
시험 전 10일 20일 30일
중량 손실mg/㎠/주 - 0.0 0.0 0.0
pH 6.55 5.34 4.60 4.99
전도성, ㎛hos/㎝ 0 9 9 14
비고 샘플에 손상없음 샘플에 손상없음 샘플에 손상없음 샘플에 손상없음
이 시험을 30일 동안 시행한 후에도, 샘플에 뚜렷한 부식 손상이 없음을 주목해야 한다.
실시예 4
이 실시예는 부식염을 생략하는 것으로써 변형하고 또한 가열장치의 물을 50% 프로필렌 글리콜로 바꿔 150℃에서 작동하도록 한 ASTM D1384 시험 방법에 따른 실험을 설명한 것이다. 이 시험은 PDO를 55 내지 85 중량% 함유한 PDO 수용액의 부식성을 시험하기 위해 실시한 것이다. PDO 65 중량% 용액이 6개의 금속 시험에서 전반적으로 최고의 보호작용을 제공했기 때문에 가장 바람직한 것으로 확인되었다. 그러나, 표 7의 데이터는 연료 전지 시스템이 주로 알루미늄 및 스테인레스 강철로 제조될 것이기 때문에 PDO를 55% 및 60% 함유한 수용액도 매우 우수한 결과를 나타냄을 또한 제시하고 있다.
수중 %PDO 55 60 65 70 75 80 85
구리 1.2 2.0 1.6 1.7 1.7 1.6 0.6
땜납 123.8 93.5 62.5 60.3 39.2 63.7 20.3
놋쇠 2.1 1.7 1.8 2.0 1.7 2.7 1.2
강철 126.1 86.8 84.6 15.8 29.2 26.3 1.5
주조 철 247.6 186.6 263 255.3 227.1 189.3 -0.7
주조 알루미늄 8.2 7.0 7.3 16.6 17.3 47.5 26.5
시험 전 전도성㎛hos/㎝ 0 0 0 0 0 0 0
시험 후 전도성㎛hos/㎝ 30 22 10 7 4 3 0
결과 요약
이 결과로부터 이들 PDO-기제 냉각수가 연료 전지 차량을 포함하는 연료 전지 동력 시스템에 저전도성 용도로 사용될 수 있음을 알 수 있다고 사료된다. PDO는 부전도성인 것으로 증명되었으며 중대한 고려대상이 될 정도의 부식 방지성을 나타낸다. 하기 내용은 보다 유의적인 결과의 일부이다:
* 연료 전지 동력 차량을 포함하는 연료 전지 동력 시스템에 적절히 사용되며, 강력한 전기장을 발생시키는, 고전기저항(저전도성)의 냉각수가 개발되었다. 이것은 250 kohm-cm를 넘는 전기저항을 갖는다. 에틸렌 글리콜은 완전하게 부전도성이 되기에는 부식성이 너무 강하다.
* PDO를 함유한 냉각수는 -40(℉ 또는 ℃)나 그 이하의 어는점을 달성하기 위해 다양한 농도로 배합될 수 있다(도 1 및 2의 어는점 그래프 참조).
* 상기 냉각수는 수용액에서 통상적인 글리콜 기제 냉각수보다 유리한 비등점(234℃(471℉))을 제공한다.
* 열 전도성은 글리콜 기제 냉각수(수중)에 필적한다.
* 점성은 글리콜 기제 냉각수(수중)에 필적한다.
* 열용량은 글리콜 기제 냉각수(수중)에 필적한다.
* 내구성이 글리콜 기제 냉각수보다 우수하여, 폐쇄적이고 유효기간이 충분한 저유지비 또는 유지비 없는 냉각수 시스템의 가능성을 제공한다.
* 상기 냉각수는 알루미늄 및 탄성체를 포함하는 시스템 재료와 상용적이다.
* 상기 냉각수는 에틸렌 글리콜보다 독성이 적고 더 입맛에 맞지 않기 때문에 애완동물이나 아이들의 중독에 관련될 가능성이 훨씬 적다.
* 시스템 수명동안의 냉각수 비용은 현존하는 고가의 냉각수에 필적한다.
PDO와 잠재적 경쟁 냉각수인 에틸렌 글리콜(EG) 및 프로필렌 글리콜(PG)의 물리적 성질 데이터를 표 8에 제시하였다:
물리적 성질 PDO EG PG
Mol.Wt. 76.1 62.07 76.1
비등점, ℃(℉) 214.4(417.9) 197.6(387.7) 187.4(369.3)
인화점, ℃(℉) 129(265) 116(240) 104(220)
비중, 20℃ 1.0526 1.115 1.032
어는점, 50% 용액,℃(℉) -29(-21) -38(-36) -33(-28)
유동점, ℃(℉) < -59(< -75) < -57(< -71)
점성, mPa.s(cP) 20℃ 52 17 49
비열, kJ/(kg*K)(212℉ BTU/1b/F) 2.730(0.652) 2.784(0.665) 2.948(0.704)
열 전도성, 25℃에서 W/(m*K)(25℃ BTU/hr-ft-F) 0.220(0.127) 0.254(0.147) 0.206(0.119)
증발열, 25℃에서 kJ/kg(25℃ BTU/1b) 954(410) 1044(449) 882(379)
순도 99.7 94.5 99

Claims (6)

  1. 250 kOhm-cm을 넘는 전기저항, 90℃를 넘는 비등점, 0.4 W/m-k를 넘는 열 전도성, 80℃에서 1 mPa.s(1 cPs) 미만인 점성, 0℃에서 6 mPa.s(6 cPs) 미만인 점성, 3 kJ/kg-K를 넘는 열용량을 가지며, 현 냉각 시스템 재료와 상용적인 무독성 연료 전지 엔진 냉각수.
  2. 제 1 항에 있어서, 냉각수가 1,3-프로판디올인 것을 특징으로 하는 무독성 연료 전지 엔진 냉각수.
  3. 제 1 항에 있어서, 1,3-프로판디올을 1 내지 100 부피% 포함하는 수용액인 무독성 연료 전지 엔진 냉각수.
  4. 제 3 항에 있어서, 용액이 1,3-프로판디올을 40 내지 85 부피% 포함하는 것을 특징으로 하는 무독성 연료 전지 엔진 냉각수.
  5. 제 4 항에 있어서, 용액이 1,3-프로판디올을 55 내지 85 부피% 포함하는 것을 특징으로 하는 무독성 연료 전지 엔진 냉각수.
  6. 제 1 항에 있어서, 어는점이 -40℃ 미만인 것을 특징으로 하는 무독성 연료전지 엔진 냉각수.
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