KR20070051888A - 착색제 처리된 이온교환 수지, 그 제조 방법, 그것을함유하는 열 전달 시스템 및 어셈블리, 및 그 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 25℃ 수성 용액에서 5 이상의 pKa 또는 pKb를 갖는 착색제로부터 유래하는 이온, 루이스 산, 또는 루이스 염기 중 하나 이상을 포함하는 교환가능한 기를 15% 이상 포함하는 착색제 처리된 이온교환 수지가 개시된다. 또, 개시된 착색제 처리된 이온교환 수지를 채용한 열 전달 시스템, 어셈블리, 연료전지 시스템, 및 열 전달 유체에서 200μS/cm 미만의 전도성을 유지하는 방법이 개시된다. 마지막으로, 개시된 착색제 처리된 이온교환 수지의 제조 방법이 제공된다.
이온교환 수지, 착색제, 연료전지, 대체 전력원, 전도도, 열 전달 유체

Description

착색제 처리된 이온교환 수지, 그 제조 방법, 그것을 함유하는 열 전달 시스템 및 어셈블리, 및 그 사용 방법{COLORANT TREATED ION EXCHANGE RESINS, METHOD OF MAKING, HEAT TRANSFER SYSTEMS AND ASSEMBLIES CONTAINING THE SAME, AND METHOD OF USE}
본 출원은 2004년 9월 8일자 출원된 미국 가 출원 제60/607,969호의 이익을 주장한다.
본 발명은 착색제 전-처리된 이온교환 수지, 및 열 전달 시스템, 연료전지와 같은 대체 전력원, 및 그러한 전력원을 포함하는 어셈블리에서의 그것의 사용에 관한 것이다.
전력원이 작동하는 동안 발생하는 열을 조절하기 위해서 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템이 이용되고 있다. 예를 들어, 자동차는 가솔린 내연엔진의 부산물로서 생긴 열을 전달하여 방산시키는 열 전달 유체 및 열 전달 시스템을 채용하고 있다. 이 경우, 열 전달 유체 및 열 전달 시스템은 엔진이 최적 환경에서 작동하고 바람직하지 않은 고온에 노출되지 않도록 한다.
그러나, 이제는 종래의 가솔린 내연엔진에 대한 대체제, 특히 환경 및 천연자원의 관리에 관한 공공의 관심을 다루는 대체제가 바람직하다. 결국, 새로운 전 력원 기술, 특히 에너지 효율의 개선을 제공하는 기술이 계속 개발되어야 한다. 개발된 대체 전력원의 예는, 제한은 없지만 배터리, 연료전지, 태양전지(광전지), 및 증기응축, 천연가스, 디젤, 수소 및/또는 등등을 동력으로 하는 내연엔진을 포함한다. 이러한 대체 전력원은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있으며, 예를 들어 하이브리드 차량에 채용된 것들이 있다.
이러한 대체 전력원은 대체로 가솔린 내연엔진에 비해 에너지 효율이 개선되지만, 이들은 여전히 열 전달 시스템 및 열 전달 유체의 사용을 필요로 한다. 특히, 열 전달 시스템 및 유체는, 특히 온도에 관하여 최적의 작동 조건을 유지하는데 필수적이다.
그러나, 불행하게도, 종래 선행기술의 열 전달 시스템 및 열 전달 유체는 대체 전력원, 특히 전기나 전기전하를 채용한 것들과 함께 사용하는데 부적합하다(또는 최적이지 않다). 예를 들어, 종래 선행기술의 열 전달 유체는 일반적으로 매우 높은 전도도, 대체로 3000μS/cm 이상의 범위의 전도도를 특징으로 한다. 전도성이 높은 열 전달 유체를 대체 전력원, 특히 전기 기반 대체 전력원과 함께 사용하는 것은 전기 쇼크, 부식 증가 및/또는 전기회로의 단락을 초래할 수 있다.
결과적으로, 종래의 열 전달 유체는 어떤 대체 전력원, 특히 전기 기반 대체 전력원과 함께 사용하는데 부적합하다.
깨끗하고 효율적인 작동 때문에 연료전지는 특히 매력적인 대체 전력원이다. 연료전지는 많은 용도에서 사용하도록 제안되었다.
예를 들어, 연료전지는 자동차에서 현재 사용되는 내연엔진을 대신하도록 제 안되었다. 몇 가지 상이한 종류의 연료전지가 현재 개발중이며, 자동차 용도에 사용하기로 약속되어 있다. 예로서 양자교환 막 또는 중합체 전해질 막(PEM) 연료전지, 인산(PA) 연료전지, 용융 탄산염(MC) 연료전지, 고체 산화물(SO) 연료전지 및 알칼리성 연료전지가 있다.
연료전지 어셈블리는 일반적으로 양극, 음극, 및 두 전극 사이에 있는 전해질을 포함한다. 통상, 산화반응(예를 들어, H2 → 2H+ + 2e)은 양극에서 일어나고, 환원반응(예를 들어, O2 + 2H2O + 4e → 4OH-)은 음극에서 일어난다. 전극에서 발생하는 전기화학반응은 발열반응, 즉 열을 생성하는 반응이다.
내연엔진을 연료전지로 성공적으로 치환하는 데는 최적 작동 조건이 달성되어 유지되는 것을 필요로 하는데, 즉 연료전지는 연료전지 성분의 분해 없이 바람직한 전류밀도 수준을 달성해야 한다. 따라서, 전기화학반응 동안 생성된 발열반응의 열을 제어하는 것이 필수적이다.
예를 들어, 최적 작동 조건을 달성하기 위해서, PEM 연료전지 어셈블리의 정상 작동 온도는 60℃ 내지 95℃의 범위 내에 유지되도록 제어된다. 전기화학반응의 발열성 때문에, 바람직한 작동 온도 범위 내의 작동 온도로 전극 어셈블리를 유지하는 열 전달 유체를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 전기전하의 존재는 선행기술의 열 전달 시스템 및 유체를 연료전지와 함께 사용하는 것을 어렵게 한다.
더욱이, 충분한 동력을 생산하기 위해서, 연료전지 기반 자동차 엔진에서는 많은 연료전지가 함께 직렬 연결되어 연료전지 스택을 형성할 수 있다. 개개의 연료전지는 0.6 내지 1.0 V DC의 작동 전압을 가질 수 있다. 한 예로서 약 100 내지 600개의 연료전지가 직렬 연결될 수 있다고 고려된다. 결과적으로, 자동차 연료전지 스택을 가로지른 DC 전기전압은 매우 높을 수 있는데, 일반적으로 125 내지 450 V DC 범위이다.
동일한 전압이 자동차 연료전지 스택의 각 연료전지의 열 전달 유체 시스템에도 적용된다. 전기 쇼크의 위험을 방지하거나 최소화하기 위해서, 열 전달 유체는 매우 낮은 전도도를 가져야 한다. 또한, 연료전지 열 전달 유체의 낮은 전기 전도도는 열 전달 유체 시스템에서 전류 분로의 감소와 시스템 효율 감소의 최소화를 위해 바람직하다.
따라서, 대체 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템에서 사용하기 위한 "저 전도도" 열 전달 유체를 제공하는 것이 필요하다.
낮은 전기 전도도에 더하여, 또한, 대체 전력원과 함께 사용되는 열 전달 유체는 높은 열용량, 낮은 점도, 및 높은 열 전도도를 가져야 한다. 이러한 특성은 열 전달 요건을 계속해서 충족하면서 압력 강하를 최소화하고 펌핑 파워 요구를 감소시키는 것을 돕는다. 또한, 대체 전력원과 함께 사용되는 열 전달 유체는 표면 습윤 특성이 우수한 것이 바람직하다. 우수한 표면 습윤 특성을 갖는 열 전달 유체는 일정 유속의 조건에서 압력 강하를 줄이는데 도움이 된다.
바람직한 열 전달 유체의 다른 중요한 특성은 내부식성이다. 대체 전력원과 함께 사용되는 많은 열 전달 유체 시스템은 흔히 몇 가지 금속 성분을 가진다. 대 체 전력원과 함께 사용되는 열 전달 시스템에서 발견되는 금속의 예는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 황동, 브레이즈 합금 등과 같은 철 및 비철 합금을 포함한다. 그러나, 그러한 금속은 열 전달 유체와 접촉한 결과로서 생기는 부식에 취약하다.
따라서, 대체 전력원과 함께 사용되는 열 전달 시스템에서는 부식을 최소화하고 열 전달 시스템의 사용 수명을 연장하는 부식 억제 열 전달 유체를 제공하는 것이 필요하다. 더 구체적으로, 대체 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템의 부식을 억제하는 저 전도도 열 전달 유체에 대한 필요성이 남아 있다.
열 전달 유체의 낮은 전기 전도도를 유지하기 위한 여러 방법이 제안되었다. 예를 들어, WO 00/17951은 연료전지 시스템에서 순수한 글리콜과 물의 열 전달 유체 혼합물의 적합한 순도를 유지하는 이온교환 수지 유닛의 사용을 제안한다. CA 2 435 593은 2개의 열 전달 회로 배치와 탈이온화 전지를 이용하여 연료전지의 열 전달 매체를 탈이온화하는 방법을 개시하는데, 여기서 한 열 전달 회로에서는 희석액 흐름이 연료전지 스택을 통해 흐르고, 두 번째 열 전달 회로의 일부에는 농축액 흐름이 있을 수 있다.
또한, 연료전지 열 전달 유체는 높은 열용량, 낮은 점도, 및 높은 열 전도도를 가져야 한다. 이러한 특성은 열 전달 요건을 계속해서 충족하면서 압력 강하를 최소화하고 펌핑 파워 요구를 감소시키는 것을 돕는다. 우수한 표면 습윤 특성이 연료전지 열 전달 유체에서 또한 바람직하다. 우수한 표면 습윤 특성을 갖는 열 전달 유체는 일정 유속의 조건에서 압력 강하를 줄이는데 도움이 된다.
바람직한 열 전달 유체의 다른 중요한 특성은 내부식성이다. 열 전달 시스 템은 대체로 몇 가지 금속 성분을 가진다. 연료전지 열 전달 시스템 및 그외 다른 열 전달 시스템에서 발견되는 금속의 예는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 황동, 브레이즈 합금 등과 같은 철 및 비철 합금을 포함한다. 그러나, 그러한 금속은 열 전달 유체와 접촉한 결과로서 생기는 부식에 취약하다.
따라서, 열 전달 시스템의 금속 성분의 부식을 최소화하고, 연료전지 열 전달 시스템 및 그외 다른 열 전달 시스템의 사용 수명을 연장하는, 부식 억제 열 전달 유체를 제공하는 것이 필요하다.
그러나, 내연엔진 열 전달 유체에서 사용되는 이미 알려진 부식 억제제의 대부분은 일반적으로 고 전도성 이온 종이기 때문에 연료전지 열 전달 유체에서 사용하는데 부적합하다. 그러한 부식 억제제의 예는 규산염, 아질산염, 몰리브덴산염, 질산염, 카르복실산염, 인산염, 붕산염 등이다. 이러한 이온성 부식 억제제는 연료전지 열 전달 유체가 매우 낮은 전도도를 가져야 한다는 요건 때문에 연료전지 열 전달 유체에서 사용될 수 없다. 이온교환 수지 또는 전기탈이온화 전지 방법의 한 가지 주된 단점은 이들이 부식 억제제를 제거할 수 있다는 점이다. 그 결과, 연료전지 열 전달 유체는 연료전지 열 전달 시스템의 금속 성분의 부식을 억제하는 능력을 잃을 수 있다.
결국, 선행기술은 연료전지와 같은 대체 전력원을 포함하는 어셈블리를 위한 부식 억제 열 전달 유체의 저 전도도의 유지와 관련된 문제에 대한 효과적인 해결책을 제공하지 못했다.
게다가, 종래의 자동차 내연엔진에 사용되는 열 전달 유체는 그것을 확인하 고 자동차에 사용되는 다른 기능성 유체와의 혼동을 막기 위해서 대부분 염료를 첨가하여 착색된다. 그러한 착색은 또한 열 전달 유체의 농도에 관한 정보를 제공하고, 열 전달 시스템에서 사용중 및 사용한 후의 열 전달 유체를 인식할 수 있도록 하기 위한 목적이다.
그러나, 내연엔진에 사용하는 열 전달 유체에 사용되는 염료 및 착색제는 일반적으로 고 전도성 이온 종이다. 그러한 염료 및 착색제의 예로서는 Direct Blue 199(구리 프탈로시아닌, 테트라술폰산), Acid Green 25(1,4-비스(4'-메틸-3'-페닐술포네이토)아미노 안트라퀴논), Acid Red 52(술포로다민 B) 및 우라닌(나트륨 플루오레세인)이 있다. 이러한 염료는 연료전지 열 전달 유체가 매우 낮은 전도도를 가져야 한다는 요건 때문에 연료전지 열 전달 유체에서 사용될 수 없다.
따라서, 열 전달 유체의 낮은 전기 전도도를 유지하기 위한 선행기술의 방법과 관련하여 염료의 사용은 문제가 있을 수 있다. 이온교환 수지 또는 전기탈이온화 전지 방법의 한 가지 주된 단점은 이들이 착색제, 심지어 매우 약하게 이온하전된 착색제 및 비-전도성 착색제까지도 제거할 수 있다는 점이다. 그 결과, 착색된 열 전달 유체는 "색" 및 착색제의 사용으로 얻어진 이점을 잃을 수 있다.
결국, 선행기술은 착색된 열 전달 유체의 저 전도도의 유지와 관련된 문제에 대한 효과적인 해결책을 제공하지 못했다.
발명의 개요
착색제 처리된 이온교환 수지, 열 전달 시스템, 연료전지와 같은 대체 전력원을 포함하는 어셈블리, 연료전지 시스템, 및 착색된 열 전달 유체에서 저 전도도 를 유지하는 방법이 개시된다.
한 구체예에서, 착색제 처리된 이온교환 수지는 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 착색제를 포함하는 교환가능한 기를 15% 이상 포함한다.
한 구체예에서, 개시된 열 전달 시스템은, 200μS/cm 미만의 전도도를 갖는 착색된 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및 유로에 위치된 착색제 처리된 이온교환 수지를 포함하며, 여기서 착색제 처리된 이온교환 수지는 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 착색제를 포함하는 교환가능한 기를 15% 이상 포함한다.
개시된 어셈블리는 대체 전력원에 의해 동력이 공급되며, 대체 전력원 및 대체 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템을 포함하고, 열 전달 시스템은 200μS/cm 미만의 전도도를 갖는 착색된 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및 유로에 위치된 이온교환 수지를 포함하며, 여기서 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 총 이온 교환가능한 기의 15% 이상은 25℃ 수성 용액에서 5 이상의 pKa 또는 pKb를 갖는 착색제로부터 유래하는 이온, 또는 루이스 산, 또는 루이스 염기 중 하나 이상을 포함한다. 한 전형적인 구체예에서, 대체 전력원은 연료전지이다.
한 구체예에서, 연료전지 시스템은 양극, 음극, 및 전해질을 포함하는 하나 이상의 연료전지; 및 하나 이상의 연료전지와 열적으로 통하는 연료전지 열 전달 시스템을 포함하며, 여기서 연료전지 열 전달 시스템은 200μS/cm 미만의 전도도를 갖는 착색된 액체 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및 유로에 위치된 이온교환 수지를 포함하고, 이온교환 수지는 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 착색제를 포함하는 이온 교환가능한 기를 15% 이상 포함한다.
착색된 열 전달 유체에서 200μS/cm 미만의 전도도를 유지하는 개시된 방법은 착색된 열 전달 유체를 열 전달 시스템을 통해 통과시키는 단계를 포함하며, 여기서 착색된 연료전지 열 전달 유체는 200μS/cm 미만의 전도도를 가지고, 열 전달 시스템은 착색된 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및 유로에 위치된 이온교환 수지를 포함하며, 이온교환 수지는 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 착색제를 포함하는 교환가능한 기를 15% 이상 포함한다.
도 1은 개시된 열 전달 시스템 및 연료전지 시스템의 한 구체예의 도식도이다.
도 2는 시간 대 전도도를 측정한 실험 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 대체 전력원 및 열 전달 시스템, 더 구체적으로 하이브리드 차량 냉각 시스템을 포함하는 어셈블리를 예시한 도식도이다.
착색제 처리된 이온교환 수지, 열 전달 시스템, 연료전지 시스템, 및 착색된 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하는 방법이 개시된다.
착색제 처리된 이온교환 수지는 이온교환 수지를 하나 이상의 처리 착색제로 전-처리한 결과이다. 한 구체예에서, 개시된 착색제 처리된 이온교환 수지는 이온교환 수지를 하나 이상의 처리 착색제를 함유하는 수성 처리 용액과 접촉시킴으로써 만들어질 수 있다. 처리 결과, 이온교환 수지에 있는 교환가능한 기의 적어도 일부와 처리 착색제의 교환이 이루어진다.
적합한 이온교환 수지의 예는 음이온 교환 수지, 양이온 교환 수지, 혼합층 이온교환 수지, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 특정한 이온교환 수지의 선택은 착색된 연료전지 열 전달 유체에서 사용된 열 전달 유체 착색제의 종류에 따른다.
본 발명에서 사용하기 적합한 이온교환 수지는 일반적으로 중합체 매트릭스 및 교환가능한 이온 형태와 "짝을 이룬" 작용기를 가질 것이다.
교환가능한 이온 형태는 일반적으로 Na+, H+, OH-, 또는 Cl- 이온 중 하나 이상이며, 이온교환 수지의 종류에 따른다. 이들 교환가능한 이온은 수성 착색제 처리 용액에 존재하는 하나 이상의 착색제에 의해 생성된 이온 종과 교환된다. 이들 교환가능한 이온은 수성 착색제 처리 용액에 존재하는 하나 이상의 착색제에 의해 생성된 어떤 이온 종과도 교환되며, 어떤 경우에는 착색된 열 전달 유체, 특히 착색된 연료전지 열 전달 유체에 존재하는 착색제 이온 종과 교환된다.
예를 들어, 착색제가 용액 중에서 음으로 하전된 종이라면, 즉 예를 들어 N-헤테로고리 화합물이 착색제로서 사용된다면, 이온교환 수지는 혼합층 수지, 음이온 교환 수지, 또는 이들의 혼합물이어야 한다. 상업적으로 이용가능한 음이온 교환 수지는 일반적으로 OH- 또는 Cl- 형태이다. 한 전형적인 구체예에서, 선택된 음이온 교환 수지는 OH- 형태일 것이다.
반대로, 착색된 열 전달 유체 중의 착색제가 용액 중에서 양으로 하전된 종이라면, 혼합층 수지, 양이온 교환 수지, 또는 이들의 혼합물이 사용되어야 한다. 상업적으로 이용가능한 양이온 교환 수지는 일반적으로 H+ 또는 Na+ 형태이다. 한 전형적인 구체예에서, 선택된 양이온 교환 수지는 H+ 형태일 것이다.
어떤 구체예에서, 수성 착색제 용액으로 처리한 결과, 이온교환 수지로부터 Na+ 또는 Cl- 이온이 실질적으로 모두 제거되는 경우에 한해, Na+ 또는 Cl- 형태의 이온교환 수지가 사용될 것이다. 예를 들어, 한 전형적인 구체예에서, 수성 착색제 용액으로 처리한 결과, 착색제를 포함하는 교환가능한 기가 80% 이상인 착색제 처리된 이온교환 수지가 생성되는 경우에 한해, Na+ 또는 Cl- 형태의 이온교환 수지가 사용될 것이다.
중합체 매트릭스의 예는 폴리스티렌, 폴리스티렌과 스티렌의 공중합체, 폴리아크릴레이트, 방향족 치환 비닐 공중합체, 폴리메타크릴레이트, 페놀-포름알데히드, 폴리알킬아민, 이들의 조합 등을 포함한다. 한 구체예에서, 중합체 매트릭스는 폴리스티렌과 스티렌의 공중합체, 폴리아크릴레이트 또는 폴리메타크릴레이트이고, 한 전형적인 구체예에서, 중합체 매트릭스는 스티렌디비닐벤젠 공중합체일 것이다.
양이온 교환 수지의 작용기의 예는 술폰산 기(-SO3H), 포스폰산 기(-PO3H), 포스핀산 기(-PO2H), 카르복실산 기(-COOH 또는 -C(CH3)COOH), 이들의 조합 등을 포함한다. 한 구체예에서, 양이온 교환 수지의 작용기는 -SO3H, -PO3H 또는 -COOH이고, 한 전형적인 구체예에서, 양이온 교환 수지의 작용기는 -SO3H일 것이다.
음이온 교환 수지의 작용기의 예는 4차 암모늄 기, 예를 들어 벤질트리메틸암모늄 기(타입 1 수지), 벤질디메틸에탄올암모늄 기(타입 2 수지), 트리알킬벤질암모늄 기(타입 1 수지); 또는 3차 아민 작용기 등을 포함한다. 어떤 구체예에서, 음이온 교환 수지의 작용기는 트리알킬벤질암모늄, 트리메틸벤질암모늄 또는 디메틸-2-히드록시에틸벤질암모늄이고, 어떤 전형적인 구체예에서, 음이온 교환 수지의 작용기는 트리알킬벤질암모늄일 것이다.
본원에서 사용하기에 적합한 상업적으로 이용가능한 이온교환 수지는 Rohm & Haas(펜실베니아 필라델피아) 사의 Amberlite™, Amberjet™, Duolite™ 및 Imac™ 수지, Bayer(독일 레버쿠젠) 사의 Lewatit™ 수지, Dow Chemical(미시간 미들랜드) 사의 Dowex™ 수지, Mitsubishi Chemical(일본 도쿄) 사의 Diaion™ 및 Relite™ 수지, Purolite(펜실베니아 발라 신위드) 사의 Purolite™ 수지, Sybron(뉴저지 버밍엄) 사의 Ionac™ 수지 등이 있으며, Resintech(뉴저지 웨스트 벌린) 등으로부터도 입수가능하다. 한 구체예에서, 적합한 상업적으로 이용가능한 이온교환 수지는 Dowex™ MR-3 LC NG Mix 혼합층 수지, Dowex™ MR-450 UPW 혼합층 수지, Sybron Ionac™ NM-60 혼합층 수지, 또는 Amberlite™ MB-150 혼합층 수지이고, 한 전형적인 구체예에서, 적합한 상업적으로 입수가능한 이온교환 수지는 Dowex™ MR-3 LC NG Mix일 것이다.
착색제 처리된 이온교환 수지는 착색제를 포함하는 수성 처리 용액과 접촉된다. 이러한 착색제를 "처리 착색제"라고 할 수 있다. 착색제의 수성 처리 용액에 사용되는 적합한 처리 착색제는 알코올 또는 한 가지 이상의 알코올과 물의 혼합물에서 가용성 또는 분산성인 약 이온성 착색제를 포함한다.
어떤 구체예에서, 처리 착색제로서 사용하기 적합한 착색제는 그것이 25℃의 수성 용액에서 산성인 경우 5 이상의 pKa 값을 가질 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 처리 착색제는 5 내지 14의 pKa 값을 가질 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 적합한 산성 처리 착색제는 5 내지 14 미만의 pKa 값을 가질 것이다.
처리 착색제가 염기성인 경우, 적합한 처리 착색제의 pKb 값은 25℃의 수성 용액에서 5 이상이어야 한다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 염기성 처리 착색제는 5 내지 14의 pKb 값을 가질 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 적합한 염기성 처리 착색제는 5 내지 14 미만의 pKb 값을 가질 것이다.
한 전형적인 구체예에서, 적합한 처리 착색제는 연료전지 작동 조건에서, 즉 일반적으로 약 40℃ 내지 약 100℃의 온도에서 알코올과 물의 혼합물에서 우수한 안정성을 지닐 것이다.
한 구체예에서, 처리 착색제는 수성 알코올 또는 알킬렌 글리콜 용액에서 가수분해에 의해 이온 종을 형성하는 작용기를 적어도 어떤 최소 수 정도 포함할 것이다. 한 구체예에서, 처리 착색제는 분자 당 1 내지 10개의 이온 형성 작용기를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 처리 착색제의 분자 당 1 내지 5개의 작용기를 포함할 수 있다. 이온 형성 작용기의 예는 아민 기, 헤테로고리 방향족 기 및 그외 다른 N-함유 기, 및 페놀 또는 나프톨 유도체로 구성되는 군으로부터 선택된 것들이다.
한 구체예에서, 처리 착색제는 다음 발색단 중 하나 이상을 포함할 것이다: 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상 공액된 방향족 기, 하나 이상 공액된 헤테로고리 기, 하나 이상 공액된 탄소-탄소 이중결합(예를 들어, 카로텐), 및 이들의 조합. 한 전형적인 구체예에서, 처리 착색제는 안트라퀴논, 아크리딘, 티아졸, 아조 함유 화합물, 트리아릴메탄, 디아릴메탄, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 처리 착색제는 발색단으로서 아조 함유 화합물을 포함할 것이다.
다른 구체예에서, 처리 착색제는 알킬렌옥시 또는 알콕시 기 및 상기 설명된 발색단 중 하나 이상을 함유할 것이다.
한 구체예에서, 착색제에 함유된 발색단은 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택될 것이다.
대신하여, 적합한 처리 착색제는 하기 일반식의 착색제로서 설명될 수 있다.
R{Ak[(B)nR1]m}x
상기 식에서, R은 화학적으로 안정하고 사용 농도에서 가용성이며 바람직한 독성 프로파일을 가지는 유기 발색단이고; A는 상기 발색단의 연결 부분으로서, O, N 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되고; k는 0 또는 1이고; B는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 알킬렌옥시 기 또는 알콕시 기로 구성되는 군으로부터 선택되고; n은 1 내지 100의 정수이고; m은 1 또는 2이고; x는 1 내지 5의 정수이고; R1은 H, C1-C6 알킬 또는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 알콕시 기, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
한 전형적인 구체예에서, 적합한 처리 착색제는 상기 일반식의 착색제로서, R이 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케논, 히드록시케논, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상 공액된 방향족 기, 하나 이상 공액된 헤테로고리 기, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되고, B가 2 내지 4개 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 알킬렌옥시 성분의 군으로부터 선택되고, n이 1 내지 30이고, m이 1 또는 2이고, X가 바람직하게 1 또는 2이고, R1이 바람직하게 H 또는 C1-C4 알킬 또는 1 내지 6개 탄소 원자를 함유하는 알콕시 기인 것들이다.
처리 착색제는 미국특허 제4,284,729호, 미국특허 제6,528,563 B1호, 미국특허 제6,635,350 B2호 또는 Milliken & Company(미국 사우스 캘리포니아 스파르탄버그)에 의해 발행된 그 밖의 특허에 설명된 것과 같은 여러 공지의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 적합한 처리 및/또는 열 전달 유체 착색제는 1차 아미노 기를 함유하는 염료 중간체를 상응하는 중합체 화합물로 전환하고, 결과의 화합물을 사용하여 분자 내에 발색성 기를 갖는 화합물을 생성함으로써 제조될 수 있다. 아조 염료의 경우에, 이것은 공지의 과정에 따라서 1차 방향족 아민을 적합한 양의 알킬렌 옥시드 또는 알킬렌 옥시드 혼합물, 예를 들어 에틸렌 옥시드 등과 반응시키고, 그 다음 결과의 화합물을 방향족 아민의 디아조늄 염과 커플링시킴으로써 달성될 수 있다. 이온 종을 함유하는 착색제가 사용될 수 있으며, 이 경우 정제 방법을 이용하여 이온 종을 제거함으로써 상기 논의된 필수적 pKa 또는 pKb 값을 갖는 정제된 착색제를 제공할 수 있다. 정제 및 화학적 분리 기술의 예는 이온교환 수지로의 처리, 역삼투, 추출, 흡수, 증류, 여과 등을 포함하며, 이온 종을 제거하여 적합한 pKa 또는 pKb를 갖는 정제된 착색제를 얻는 유사한 과정도 사용된다. 트리아릴메탄 부류의 액체 착색제를 제조하기 위해서, 상기 설명된 바와 같이 알킬렌 옥시드와 반응된 방향족 아민을 방향족 알데히드와 축합하고, 결과의 축합 생성물을 산화시켜 트리아릴메탄 액체 착색제를 형성한다. 또, 다른 적합한 착색제들도 이들 및 다른 공지의 과정에 의해 제조될 수 있다.
개시된 처리된 이온교환 수지 및 이들의 제조 및 사용 방법에 사용되는 적합한 처리 착색제의 상업적으로 이용가능한 예는 Milliken Chemical(미국 사우스 캘리포니아 스파르탄버그) 사나 Chromatech(미국 미시간 캔톤) 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00001
Red ST 또는 그외 다른 유사한 중합체 착색제를 포함한다. 착색제의 다른 예는 다음을 포함한다: 리퀴틴트 레드 ST, 리퀴틴트 블루 RE, 리퀴틴트 레드 XC, 리퀴틴트 페이턴트 블루, 리퀴틴트 브라이트 옐로우, 리퀴틴트 브라이트 오렌지, 리퀴틴트 로얄 블루, 리퀴틴트 블루 N-6, 리퀴틴트 브라이트 블루, 리퀴틴트 수프라 블루, 리퀴틴트 블루 HP, 리퀴틴트 블루 DB, 리퀴틴트 블루 II, 리퀴틴트 Exp. 옐로우 8614-6, 리퀴틴트 옐로우 BL, 리퀴틴트 옐로우 II, 리퀴틴트 선빔 옐로우, 리퀴틴트 수프라 옐로우, 리퀴틴트 그린 HMC, 리퀴틴트 바이올렛, 리퀴틴트 레드 BL, 리퀴틴트 레드 RL, 리퀴틴트 체리 레드, 리퀴틴트 레드 II, 리퀴틴트 티일, 리퀴틴트 옐로우 LP, 리퀴틴트 바이올렛 LS, 리퀴틴트 크림슨, 리퀴틴트 아쿠아마린, 리퀴틴트 그린 HMC, 리퀴틴트 레드 HN, 리퀴틴트 레드 ST, 및 이들의 조합.
한 전형적인 구체예에서, 처리 착색제는 Milliken 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00002
Red ST, Chromatech 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00003
Red XC, Chromatech 사의 Chromatint
Figure 112007019165171-PCT00004
Yellow 1382 또는 Chromatech 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00005
Blue RE 중 한 가지 이상이고, 특히 전형적인 구체예에서, 처리 착색제는 Milliken 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00006
Red ST 또는 Chromatech 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00007
Red XC일 것이다.
착색제 처리된 이온교환 수지를 제조하는데 사용되는 수성 착색제 용액에서 상기 설명된 처리 착색제의 농도는 일반적으로 2℃ 이상의 온도에서 1000ppm 이상일 것이다. 한 구체예에서, 수성 착색제 용액은 0.001중량% 내지 90중량%의 농도를 가지며, 다른 구체예에서, 수성 착색제 용액은 0.005중량% 내지 10중량%의 농도를 가질 것이다.
한 구체예에서, 수성 착색제 용액은 탈이온수를 사용하여 제조된다는 것이 인정될 것이다.
한 구체예에서, 이온교환 수지는, 이온교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 총 수를 기준으로 하여 총 교환가능한 기의 15% 이상이 처리 착색제와 자리를 교환하도록 하는 충분한 시간 동안 수성 착색제 용액과 접촉된다. 즉, 착색제 처리된 이온교환 수지의 착색제 로딩 양은 이온교환 수지의 교환 용량의 15% 이상이어야 한다. 다른 구체예에서, 접촉 시간은 이온교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 총 수를 기준으로 하여 총 교환가능한 기의 50% 이상이 처리 착색제와 자리를 교환하도록 하는데 충분한 시간이다. 한 전형적인 구체예에서, 접촉 시간은 이온교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 총 수를 기준으로 하여 총 교환가능한 기의 75% 이상이 처리 착색제와 자리를 교환하도록 하는데 충분한 시간이다. 다른 전형적인 구체예에서, 접촉 시간은 착색제 로딩 양이, 수지의 총 교환 용량의 15% 내지 99%의 양이 되거나, 또는 이온교환 수지에 있는 교환가능한 이온의 총 수를 기준으로 하여 총 교환가능한 기의 15% 내지 99%의 양이 되도록 하는데 충분한 시간이다.
한 전형적인 구체예에서, 불순물이 우연히 도입될 기회를 최소화하기 위해서 결과의 착색제 처리된 이온교환 수지는 탈이온수 및/또는 깨끗한 연료전지 열 전달 유체로 세정될 수 있다.
한 구체예에서, 개시된 착색제 처리된 이온교환 수지는 연료전지 열 전달 시스템에 사용될 것이다. 도 1에 예시된 한 전형적인 구체예에서, 적합한 연료전지 열 전달 시스템(10)은 양극(18), 음극(20), 및 전해질(22)을 포함하는 하나 이상의 연료전지(16)와 열적으로 통하는 유로(14)를 한정하는 순환 루프(12)를 포함할 것이다. 본원에 사용된 용어 "열적으로 통하는"은 연료전지(16)에서 발열반응에 의해 생성된 열이 열 전달에 의해 착색된 열 전달 유체로 전달되도록 하는 어떤 배치를 말한다. 예를 들어, 도 1에 예시된 한 구체예에서, 유로(14)는 연료전지(16)에 있는 열 전달 유체 채널(26)을 통해 지나갈 것이다. 착색제 처리된 이온교환 수지(28)가 유로(14)에 위치되고, 이로써 착색된 열 전달 유체(24)가 유로를 통해 지나가게 된다. 한 구체예에서, 착색제 처리된 이온교환 수지(28)는 순환 루프(12)의 유로(14)에 위치한 필터(30)에 위치될 수 있다.
다양한 순환 루프(12) 구성이 본 명세서의 범위 내라는 것이 인정될 것이다. 예를 들어, 열 전달 유체 채널(26)은 다수의 채널로 이루어질 수 있거나, 또는 연료전지(16)의 주위를 감싸도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 열 전달 유체 채널은 연료(들)의 산화반응 및/또는 산화체(들)의 환원반응이 일어나는 전극 어셈블리 표면에 아주 가까이 있어야 하며, 이로써 열 전달 유체와 전극 어셈블리 사이의 효과적인 열 전달이 달성될 수 있다. 게다가, 열 전달 유체 채널과 연료 및 산화체 흐름 채널은 일반적으로 서로 기계적으로 분리되어 있고, 이로써 연료, 산화체 및 열 전달 유체 사이의 바람직하지 않은 간섭작용이 발생하지 않을 것이다.
연료전지 열 전달 시스템에 더하여, 개시된 처리된 이온교환 수지가 저 전도도 열 전달 유체를 필요로 하는 열 전달 시스템을 갖는 용도에서 사용하는 데도 적합하다는 것이 인정될 것이다. 예로서는 유리 및 금속 제조 공정이 있다. 이러한 공정에서는 유리 및/또는 금속을 용융 상태로 유지하기 위해서 사용되는 전극에 대체로 높은 전기 전압/전류를 적용한다. 따라서, 개시된 열 전달 시스템이 이러한 용도에서도 사용될 수 있다는 것이 인정될 것이다.
개시된 열 전달 유체는 하나 이상의 대체 전력원을 포함하는 다양한 어셈블리에서 사용될 수 있다는 것이 인정될 것이다. 본원에서 사용된 용어 "대체 전력원"은 에너지 효율, 환경문제, 폐기물 생성 및 관리 문제, 천연자원 관리 등에 있어서 개선점을 제공하는 전력원 기술을 말한다. 개발된 대체 전력원의 예는, 제한은 없지만 배터리, 연료전지, 태양전지 또는 태양전지판, 광전지, 및 증기응축, 천연가스, 디젤, 수소 및/또는 등등을 동력으로 하는 내연엔진을 포함한다. 한 구체예에서, 용어 "대체 전력원"은 순수한 열 전달 시스템, 즉 열 전달 유체에 있는 이온 종의 농도에 기여하지 않는 열 전달 시스템을 사용하여 작동되는 내연엔진을 동력으로 하는 장치를 포함한다. 이러한 대체 전력원은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있으며, 예를 들어 하이브리드 차량에 채용된 것들이 있다.
그러한 대체 전력원을 포함하는 어셈블리는, 자동차, 보트, 발전기, 라이트, 항공기 및 비행기, 기차 또는 기관차, 군용수송차량, 정치기관 등과 같은, 종래의 내연엔진을 동력으로 하는 어떤 물품을 포함한다는 것이 인정될 것이다. 또한, 어셈블리는 대체 전력원의 적절한 이용을 위해 필요한 추가의 시스템 또는 장치, 예를 들어 전기모터, DC/DC 컨버터, DC/AC 인버터, 전기발전기, 및 다른 전력 전자장치 등을 포함한다. 또한, 어셈블리는 대체 전력원의 적절한 이용을 위해 필요한 시스템 또는 장치, 예를 들어 전기모터, DC/CC 컨버터, DC/AC 인버터, 전기발전기, 및 다른 전력 전자 및 전기 장치 등을 포함할 수 있다.
개시된 어셈블리는 일반적으로 대체 전력원 및 대체 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템을 포함할 것이다. 한 구체예에서, 열 전달 시스템은 200μS/cm 미만의 전도도를 갖는 부식 억제 액체 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프를 포함할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 시스템은 200μS/cm 미만의 전도도를 갖고, 아조 화합물 및 실록산 기제 계면활성제, 콜로이드상 실리카 또는 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함하는 부식 억제제를 포함하는, 부식 억제 액체 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프를 포함할 것이다.
개시된 어셈블리의 예를 도 3에서 볼 수 있다. 냉각 시스템의 주 구성요소, 및 냉각 매체로서 냉각제 또는 열 전달 유체의 사용이 필요할 수 있는 메인 시스템 구성요소(16)가 도 3에 도시된다. 도 3에 나타낸 대로, 어셈블리는 내연엔진(5), 또는 차량 주 전력원(7)으로서 연료전지(5)나 태양전지(5)를 함유할 수 있다. 이것은 또한 차량의 회생 제동 시스템에 의해 충전될 수 있는 충전식 2차 배터리(12) 또는 선택적인 울트라-커패시터(13)를 함유한다. 이 구체예에서, 배터리(12) 및/또는 울트라-커패시터(13)는 2차 전력원으로 작용할 수 있다. 또한, 이 어셈블리는 DC/DC 컨버터(10), DC/AC 인버터(10), 발전기(8), 전력분할장치(9), 및/또는 전압 승압 컨버터(11) 등과 같은 전력 전자장치를 함유할 수 있다. 게다가, 어셈블리는 또한 연료전지 또는 태양전지 "주변장치"(BOP) 서브시스템(6)을 함유할 수 있다. 이들은 공기 압축기, 펌프, 전력 조절기 등일 수 있다. 어셈블리는 또 HAVC 시스템(14), 예를 들어 차량 내부 공간의 기후 제어를 위한 공기-조절 시스템을 함유한다. 이들은 도 1에 예시된 시스템에서 차량 시스템(16)에 포함되며, 온도 제어를 위한 냉각제 또는 열 전달 유체의 사용을 필요로 할 수 있다. 다른 차량 냉각 시스템과 유사하게, 예시된 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 냉각원, 예를 들어 자체의 냉각 매체와는 다른(또는 분리된) 냉각 시스템으로 대체될 수 있다.
한 구체예에서 대체 전력원은 연료전지일 것이다. 연료전지가 개시된 열 전달 시스템 및 유체와 열적으로 통하고 있다는 것이 인정되며, 한 구체예에서 개시된 열 전달 유체의 전기 전도도는 10μS/cm 이하일 것이다. 연료전지를 포함하는 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 0.02 내지 10μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 부식 억제 열 전달 유체는 0.05 내지 5μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다.
개시된 처리된 이온교환 수지는 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 전극 어셈블리를 포함하는 많은 상이한 종류의 연료전지, 및 전극 어셈블리 또는 연료전지와 열적으로 통하는 열 전달 유체와 함께 사용될 수 있다. 한 구체예에서, 개시된 처리된 이온교환 수지는 순환 루프에 의해 한정되는 유로 또는 상기 연료전지와 열적으로 통하는 열 전달 유체 흐름 채널에 함유될 수 있다.
적합한 연료전지 종류의 예는 PEM(양자교환 막 또는 중합체 전해질 막) 연료전지, AFC(알칼리성 연료전지), PAFC(인산 연료전지), MCFC(용융 탄산염 연료전지), SOFC(고체 산화물 연료전지) 등을 포함한다. 한 전형적인 구체예에서, 개시된 부식 억제 열 전달 유체는 PEM 및 AFC 연료전지에서 사용될 것이다.
한 구체예에서, 개시된 열 전달 시스템, 어셈블리, 및 연료전지 시스템은 또한 매우 낮은 전도도를 특징으로 할 수 있는 적합한 착색된 열 전달 유체를 채용할 것이다.
본원에서 사용된 용어 "열 전달 유체"는 제 1 지점에서 제 2 지점으로 어떤 양의 열 에너지를 전달하고 방산시킬 수 있는 액체를 말한다. 한 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 냉각제라고도 언급될 수 있다. 다른 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 또한 부동액이라고도 언급될 수 있는데, 이는 어떤 열 전달 유체는 빙점 저하제로서 기능할 수 있기 때문이다.
본원에서 사용된 용어 "저 전도도"는 일반적으로 200μS/cm 이하의 전기 전도도를 말한다. 한 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 150μS/cm 미만의 전도도를 가지며, 다른 구체예에서 개시된 착색된 열 전달 유체는 50μS/cm 미만의 전도도를 가질 것이다.
다른 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 0.02μS/cm 내지 200μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다. 한 구체예에서, 연료전지에서 사용되는 개시된 착색된 열 전달 유체는 0.2μS/cm 내지 100μS/cm의 전도도를 가질 것이다. 또 다른 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 0.05μS/cm 내지 50μS/cm 미만의 전도도를 가지고, 한 전형적인 구체예에서 개시된 착색된 열 전달 유체는 0.05μS/ cm 내지 25μS/cm 이하의 전도도를 가질 것이다. 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 0.05μS/cm 내지 10μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 0.05μS/cm 내지 5μS/cm 이하의 전기 전도도를 가질 것이다.
개시된 착색된 열 전달 유체의 전기 전도도는 ASTM D1125에 설명된 시험 방법, 즉 "물의 전기 전도도 및 저항의 표준 시험법" 또는 상응하는 방법을 이용하여 측정될 수 있다.
개시된 착색된 열 전달 유체는 또 부식을 억제할 수 있다. 용어 "부식 억제 열 전달 유체"는 충분한 양의 한 가지 이상의 부식 억제제를 가짐으로써, 부식 억제제가 빠진 것을 제외하고는 모든 점에서 동일한 열 전달 유체에서의 부식과 비교하여, 상기 유체에 잠긴 금속 성분의 부식 속도가 감소하는 그러한 열 전달 유체를 말한다.
본원에서 사용된 "착색된 열 전달 유체"는 충분한 양의 한 가지 이상의 착색제를 가짐으로써, 육안에 의해서나 가시광선, 즉 약 350nm 내지 750nm의 파장을 갖는 빛의 선택적 흡수 또는 산란을 이용한 분석 기술에 의해서 열 전달 유체의 색이 측정될 수 있는 그러한 열 전달 유체를 말한다.
어떤 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 비-전도성 착색제를 포함할 것이다. 다른 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 비-전도성 착색제에 더하여 한 가지 이상의 알코올을 포함할 것이다. 어떤 전형적인 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 비-전도성 착색제, 한 가지 이상의 알코올, 및 물을 포함할 것이다. 또 다른 전형적인 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 비-전도성 착색제, 물, 한 가지 이상의 알코올, 부식 억제제, 및 선택적으로 소포제, 고미제, 습윤제, 비-이온성 분산제, 이들의 조합 등에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 "열 전달 유체"는 부식 억제제의 농축 용액과 알코올 또는 물/알코올의 혼합물을 말할 뿐만 아니라, 이것과 물, 바람직하게는 탈이온수를 혼합한 희석 용액을 말하기도 한다. 열 전달 유체는 한 가지 이상의 알코올과 부식 억제제로 주로 구성된 농축 용액으로 구매, 수송 또는 사용될 수 있으며, 그러한 농축액은 대체로 연료전지에 통합되거나 연료전지에서 사용되기 전에 물, 특히 탈이온수로 희석된다는 것이 인정될 것이다. 희석 비율은 1:4 내지 4:1(탈이온수:열 전달 유체)가 일반적이며, 전형적인 구체예에서는 40%:60% 내지 60%:40%의 비율이 사용된다. 이와 같이, 본원에서 사용된 용어 "열 전달 유체"는 개시된 열 전달 유체의 농축 용액 및 희석 용액을 모두 말한다.
한 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 본원에 설명된 열 전달 유체 착색제를 포함할 것이다. 다른 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 또 본원에 설명된 열 전달 유체 억제제를 포함할 것이다. 다른 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 착색제 및 부식 억제제에 더하여 한 가지 이상의 알코올을 포함할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 부식 억제제, 한 가지 이상의 알코올, 및 물을 포함할 것이다. 다른 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체는 본원에 설명된 부식 억제제, 물, 한 가지 이상의 알코올, 착색제, 및 선택적으로 소포제, 고미제, 습윤제, 비-이온성 분산제 등과 같은 한 가지 이상의 첨가제를 포함할 것이다.
상기 논의된 바와 같이, 한 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 시스템 및 연료전지 시스템에서 사용되는 열 전달 유체는 한 가지 이상의 착색제를 포함하는 착색된 열 전달 유체일 것이다. 착색된 열 전달 유체에 사용된 착색제, 즉 "열 전달 유체 착색제"는 상기 설명된 수성 처리 용액에서 사용된 "처리 착색제"와 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
그러나, 처리 열 전달 유체로서 사용하기 적합한 착색제들에 더하여, 실제로 열 전달 유체에서 이온 종을 생성하지 않는 비-전도성 종도 열 전달 유체 착색제로서 사용될 수 있다는 것이 인정될 것이다. 처리 착색제와 관련하여 용어 "비-전도성"을 말할 때와 반대로, 열 전달 유체 착색제와 관련하여 말할 때, 용어 "비-전도성"은 표준 용액의 총 중량을 기준으로 0.2중량% 이하의 최대 농도에서 0.3μS/cm 미만의 전도도를 갖는 탈이온수 표준 용액에 도입되었을 때 약 0.5μS/cm 미만의 전도도를 야기하는 착색제를 말한다. 한 구체예에서, "비-전도성" 착색제는 순수한 형태에서 비-이온성인 종일 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 적합한 산성 열 전달 유체 착색제는 25℃ 수성 용액에서 5 이상의 pKa 값을 가지고, 적합한 염기성 열 전달 유체 착색제는 25℃ 수성 용액에서 5 이상의 pKb 값을 가질 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 적합한 산성 열 전달 유체 착색제는 25℃ 수성 용액에서 5 이상 14 미만의 pKa 값을 가지고, 적합한 염기성 열 전달 유체 착색제는 25℃ 수성 용액에서 5 이상 14 미만의 pKb 값을 가질 것이다.
한 구체예에서, 착색제 처리된 이온교환 수지에 존재하는 하나 이상의 처리 착색제는 착색된 연료전지 열 전달 유체에서 사용된 하나 이상의 열 전달 유체 착색제와 동일할 것이다. 다른 구체예에서, 착색제 처리된 이온교환 수지에 존재하는 하나 이상의 처리 착색제는 상기 착색제 처리된 이온교환 수지를 채용하는 연료전지 열 전달 시스템에 사용된 착색된 연료전지 열 전달 유체에서 사용된 하나 이상의 열 전달 유체 착색제와 동일할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 착색제 처리된 이온교환 수지에 존재하는 처리 착색제는 상기 착색제 처리된 이온교환 수지를 채용하는 연료전지 열 전달 시스템에 사용된 연료전지 열 전달 유체에서 사용된 열 전달 유체 착색제와 동일할 것이다.
한 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 수성 알코올 또는 알킬렌 글리콜 용액에서 가수분해에 의해 이온 종을 형성하는 작용기들이 실질적으로 없는 비-전도성 착색제일 것이다. 본원에서 사용된 "실질적으로 없는"은 착색된 열 전달 유체의 전도도가 5μS/cm 이상이 되도록 하는 양을 초과하지 않는 양을 말한다. 소량의 이온 종을 생성하는 작용기의 예는 다수의 N-함유 화합물, 예를 들어 아크리딘, 아민, 티아졸, 크레졸 등을 포함한다. 또한, 술폰산 기, 포스폰산 기, 카르복실산 기 등을 함유하는 화합물이 수성 용액에서 가수분해에 의해 이온 종을 생성할 것이다. 이들 기의 pKa 값은 더 작기 때문에, 용액은 앞서 말한 기(즉, N-함유 기)보다 더 이온성이거나 전도성이다. 어떤 특정 구체예에서, 비-전도성 열 전달 유체 착색제는 카르복실레이트 기, 술포네이트 기, 포스포네이트 기, 4차 암모늄 기, 양 전하를 지닌 기, 및 음 전하를 지닌 기로 구성된 군으로부터 선택되는 작용기를 실질적으로 갖지 않는다. 양 전하를 지니는 기의 예는 Na+, Cu2 +, N+(CH3)3, Fe3 +, 이들의 조합 등을 포함한다. 음 전하를 지니는 기의 예는 Cl-, Br-, SO4 2 -, 이들의 조합 등을 포함한다. 그러나 다른 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 착색제는 열 전달 유체 착색제와 관련하여 이 용어의 상기 정의대로 비-전도성이 아닐 것이며, 이러한 작용기를 포함할 것이다.
전술한 특정 구체예에도 불구하고, 열 전달 유체 착색제는 일반적으로 처리 착색제와 관련하여 상기 나타낸 바대로 설명될 수 있다. 즉, 적합한 열 전달 유체 착색제는 다음의 발색단 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상 공액된 방향족 기, 하나 이상 공액된 헤테로고리 기(예를 들어, 스틸켄 및/또는 베스트리아제닐아미노스틸켄 및/또는 피라졸린 및/또는 쿠마린 형 분자 또는 이들의 혼합물), 하나 이상 공액된 탄소-탄소 이중결합(예를 들어, 카로텐), 및 이들의 조합. 한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 디아릴메탄, 트리페닐메탄, 하나 이상 공액된 방향족 기, 아조, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 것이다. 한 특히 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 발색단으로서 적어도 하나 이상 공액된 방향족 기를 포함할 것이다.
또 다른 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 비-전도성 알콕시 화합물과 상기 설명된 발색단 중 하나 이상의 반응 생성물을 포함할 것이다. 적합한 비-전도성 알콕시 화합물의 예는 1 내지 30개 탄소를 갖는 것들을 포함한다. 알콕시 화합물의 예는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부틸렌 옥시드 등을 포함하며, 특히 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드가 적합하다. 한 구체예에서, 알코올과 반응된 발색단은 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택될 것이다.
또는 달리, 적합한 열 전달 유체 착색제는 하기 일반식으로 설명될 수 있다:
R{Ak[(B)nR1]m}x
상기 식에서, R은 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 인덴, 크산텐, 아크리딘, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 락톤, 인도페놀, 아미노케논, 히드록시케논, 스틸벤, 티아졸, 둘 이상 공액된 방향족 기, 둘 이상 공액된 헤테로고리 기, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 유기 발색단이고; A는 상기 발색단의 연결 부분으로서, O, N 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되고; k는 0 또는 1이고; B는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 알킬렌옥시 기 또는 알콕시 기로 구성되는 군으로부터 선택되고; n은 1 내지 100의 정수이고; m은 1 또는 2이고; x는 1 내지 5의 정수이고; R1은 H, C1-C6 알킬 또는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 알콕시 기, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
한 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 착색제는 상기 일반식의 착색제로서, B가 2 내지 4개 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 알킬렌옥시 성분의 군으로부터 선택되고, n이 1 내지 30이고, m이 1 또는 2이고, X가 바람직하게 1 또는 2이고, R1이 바람직하게 H 또는 C1-C4 알킬 또는 1 내지 6개 탄소 원자를 함유하는 알콕시 기인 것들이다. 어떤 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체 착색제는 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 공액 방향족 기 또는 공액 탄소-탄소 이중결합 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 함유하는 것들인데, 이들이 발색단으로 인한 전도도의 증가에 기여하지 않을 것으로 예측되기 때문이다. 다시 말해서, 이들 발색단 구조는 가수분해되는 기를 갖지 않는다. 열거된 연결 기 중 O는 수성 용액에서 가수분해될 가능성이 더 적을 수 있다.
열 전달 유체 착색제는 처리 착색제와 관련하여 상기 설명된 바와 같이 다양한 공지의 방법에 의해 제조될 수 있다.
개시된 연료전지 및 연료전지 시스템에서 사용하기에 적합한 착색된 열 전달 유체에 사용되는 적합한 열 전달 유체 착색제의 상업적으로 이용가능한 예는 Mill-iken Chemical(미국 사우스 캘리포니아 스파르탄버그) 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00008
Red ST 또는 그외 다른 유사한 중합체 착색제, 또는 Chromatech(미국 미시간 캔톤) 사의 착색제(예를 들어, Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00009
Blue RE)를 포함한다. 착색제의 다른 예들은 다음을 포함한다: 리퀴틴트 레드 ST, 리퀴틴트 블루 RE, 리퀴틴트 레드 XC, 리퀴틴트 페이턴트 블루, 리퀴틴트 브라이트 옐로우, 리퀴틴트 브라이트 오렌지, 리퀴틴트 로얄 블루, 리퀴틴트 블루 N-6, 리퀴틴트 브라이트 블루, 리퀴틴트 수프라 블루, 리퀴틴트 블루 HP, 리퀴틴트 블루 DB, 리퀴틴트 블루 II, 리퀴틴트 Exp. 옐로우 8614-6, 리퀴틴트 옐로우 BL, 리퀴틴트 옐로우 II, 리퀴틴트 선빔 옐로우, 리퀴틴트 수프라 옐로우, 리퀴틴트 그린 HMC, 리퀴틴트 바이올렛, 리퀴틴트 레드 BL, 리퀴틴트 레드 RL, 리퀴틴트 체리 레드, 리퀴틴트 레드 II, 리퀴틴트 티일, 리퀴틴트 옐로우 LP, 리퀴틴트 바이올렛 LS, 리퀴틴트 크림슨, 리퀴틴트 아쿠아마린, 리퀴틴트 그린 HMC, 리퀴틴트 레드 HN, 리퀴틴트 레드 ST, 및 이들의 조합.
한 전형적인 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 Milliken 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00010
Red ST, Chromatech 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00011
Red XC, Milliken 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00012
Patent Blue, Chromatech 사의 Chromatint
Figure 112007019165171-PCT00013
Yellow 1382 또는 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00014
Blue RE 중 한 가지 이상이고, 특히 전형적인 구체예에서 비-전도성 착색제는 Chromatech 사의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00015
Blue RE일 것이다.
한 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 착색된 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.0001 내지 0.2중량%의 양으로 착색된 연료전지 열 전달 유체에 존재할 것이다. 다른 구체예에서, 열 전달 유체 착색제는 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.0005 내지 0.1중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재하며, 한 전형적인 구체예에서 열 전달 유체 착색제는 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.0005 내지 0.05중량%의 양으로 사용될 것이다.
개시된 열 전달 유체에 사용되는 적합한 알코올의 예는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 푸르푸롤, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 글리세롤, 글리세롤의 모노에틸에테르, 글리세롤의 디메틸에테르, 1,2,6-헥산트리올, 트리메틸올프로판, 메톡시에탄올, 또는 이러한 알코올 중 한 가지 이상을 포함하는 조합이다. 특히 적합한 알코올의 예는 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜, 부틸 글리콜, 글리세롤, 디에틸렌 글리콜 등을 포함하며, 이들의 혼합물도 포함한다. 한 구체예에서, 알코올은 에틸렌 글리콜 또는 1,2-프로필렌 글리콜 또는 1,3-프로필렌 글리콜이고, 한 전형적인 구체예에서, 개시된 착색된 열 전달 유체는 에틸렌 글리콜을 포함할 것이다.
한 구체예에서, 알코올은 착색된 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 10-99.9중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이다. 또 다른 구체예에서, 한 가지 이상의 알코올이 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 20-99.9중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재하고, 한 전형적인 구체예에서 한 가지 이상의 알코올이 착색된 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 20 내지 99.9중량%의 양으로 사용될 것이다.
앞서 나타낸 바와 같이, 개시된 착색된 연료전지 열 전달 유체에는 물이 존재할 수 있다. 한 전형적인 구체예에서는 탈이온수가 사용될 것이다. 어떤 구체예에서, 물은 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.1-90중량%의 양으로 착색된 열 전달 유체에 존재할 것이다. 또 다른 구체예에서, 물은 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.1-80중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재하고, 어떤 전형적인 구체예에서, 물은 착색된 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.1 내지 70중량%의 양으로 사용될 것이다.
예를 들어, 농축된 열 전달 유체에는 물이 0wt%, 즉 전혀 존재하지 않을 수 있지만, 농축액의 총 중량을 기준으로 어떤 농축액에서는 약 50wt% 이하의 양으로, 다른 농축액에서는 20wt%의 양으로 존재할 수 있다. 희석된 열 전달 유체와 관련하여 물은 20wt% 내지 90wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
적합한 부식 억제제로는 알루미늄 및 알루미늄 기제 합금 부식 억제제, 구리 및 구리 기제 합금 부식 억제제, 철 금속 부식 억제제, 예를 들어 아졸 유도체, 및 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 옥틸아민 및 모르폴린 같은 아민, US 2004/0028971 A1에 설명된 오르토실리케이트 에스테르 등이 있다.
어떤 구체예에서, 한 가지 이상의 부식 억제제가 착색된 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.0 내지 10.0중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재할 것이다. 다른 구체예에서, 한 가지 이상의 부식 억제제가 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.0-5중량%의 양으로 열 전달 유체에 존재하며, 한 전형적인 구체예에서는 한 가지 이상의 부식 억제제가 착색된 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 0.0 내지 2중량%의 양으로 사용될 것이다.
또한, 적합한 착색된 열 전달 유체는 거품제거제, 계면활성제, 스케일 방지제, 분산제, 습윤제, 고미제 등의 추가의 첨가제를 착색된 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여 10중량% 이하의 양으로 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 적합한 착색된 열 전달 유체는 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여, 20-99.9중량%의 한 가지 이상의 알코올 또는 알코올 혼합물, 0.1-80중량%의 물, 및 0.0001 내지 0.1중량%의 비-전도성 착색제, 그리고 0.0 내지 10중량%의 그외 다른 선택적 열 전달 유체 첨가제를 포함할 것이다. 한 전형적인 구체예에서, 개시된 열 전달 유체는 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여, 20-99.9중량%의 한 가지 이상의 알코올 또는 알코올 혼합물, 0.1-80중량%의 물, 및 0.0001 내지 0.1중량%의 비-전도성 착색제 그리고 0.0 내지 10중량%의 그외 다른 열 전달 유체 첨가제를 포함할 것이다.
또 다른 전형적인 구체예에서, 적합한 열 전달 유체는 열 전달 유체의 총량을 기준으로 하여, 20-99.9중량%의 한 가지 이상의 알코올, 0.1-80중량%의 물, 0 내지 5중량%의 한 가지 이상의 부식 억제제, 및 0.0001 내지 0.1중량%의 비-전도성 착색제 그리고 0.0 내지 0.1중량% 양의 선택적 소포제를 포함할 것이다.
착색된 열 전달 유체는 성분들을 함께 혼합함으로써 제조될 수 있다. 일반적으로 먼저 알코올과 물이 함께 혼합되는 것이 바람직하다. 다음으로, 알코올-물 혼합물에 다른 첨가제를 첨가하여 혼합하고 충분히 교반한다.
개시된 착색제 처리된 이온교환 수지는 처리 용액 또는 열 전달 유체로부터 이온 종을 제거하고, 착색된 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하고, 그리고 착색된 열 전달 유체에 색을 제공할 수 있다는 점에서 유리하다. 또한, 개시된 착색제 처리된 이온교환 수지는 열 전달 유체로부터 이온 종을 제거하고, 착색된 열 전달 유체에서 저 전도도를 유지하고, 착색된 열 전달 유체에 색을 제공하는 것을 동시에 할 수 있다는 점에서 유리하다.
단수형 "한" 및 "그"는 그 문맥이 명백히 다른 것을 규정하지 않는다면 복수의 지시대상을 포함한다. "선택적" 또는 "선택적으로"는 이어서 설명하고 있는 사건이나 환경이 일어날 수도 일어나지 않을 수도 있으며, 그 설명이 그 사건이 일어나는 경우의 예와 그것이 일어나지 않는 경우의 예를 포함함을 의미한다. 양과 관련하여 사용된 수식어인 "약"은 서술된 값의 처음과 마지막을 포함하며, 그 문맥에서 규정한 의미를 가진다(예를 들어, 특정한 양의 측정과 관련된 오차도를 포함한다).
본 발명은 바람직한 구체예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변화가 만들어질 수 있다는 것과 발명의 구성요소를 등가물로 치환할 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 이에 더하여, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않는 범위에서 특정한 상황이나 재료를 본 발명의 교시에 적합하도록 하는 많은 변형이 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하는 최선의 방식으로 고려된 개시된 특정한 구체예에 제한되도록 의도되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 들어가는 모든 구체예를 포함할 것이다.
실시예 1
전도도를 실온에서 탈이온수 중의 착색제 농도의 함수로서 평가하여 표 1에 기록했다. 하기와 동일한 다양한 착색제 용액을 실온에서 간단히 교반하면서 탈이온수와 혼합했다. 전도도는 Control Company(미국 텍사스 프렌즈우드) 사에서 제조한 Traceble
Figure 112007019165171-PCT00016
벤치형 전도도 계측기에 의해 측정했다.
착색제 용액 중 착색제 농도 (mg/L) 용액의 전도도 (μS/cm)
Uranine1 블랭크 20 50 100 0.30 3.36 8.27 16.67
Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00017
Red ST		 블랭크 20 50 100 0.27 0.45 0.58 0.65
Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00018
Bright Yellow		 블랭크 20 50 100 0.28 1.97 4.35 8.36
Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00019
Patent Blue		 블랭크 20 50 100 0.30 1.79 3.95 7.41
Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00020
Bright Orange		 블랭크 20 50 100 0.28 1.11 2.23 4.05
Acid Red 521 블랭크 20 50 100 0.25 5.98 13.4 33.9
1 Acid Red 52는 Chromatech(미시간 캔톤)으로부터 상업적으로 입수할 수 있다. Uranine은 Honeywell-CPG(코네티컷 덴버리)로부터 상업적으로 입수할 수 있다.
2개의 일반적으로 사용되는 부동액 염료, 즉 Uranine 및 Acid Red 52 염료는 동일한 농도에서 평가된 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00021
염료에 비해 높은 전도도를 가진다는 것을 볼 수 있다.
실시예 2
Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00022
Red ST 염료는 또 80℃에서 50% 에틸렌 글리콜 + 50% 탈이온수(모두 부피%)에서 안정하다는 것이 밝혀졌다. 20ppm Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00023
Red를 50% 에틸렌 글리콜 + 50% 탈이온수 용액(V/V)에 용해하여 시험을 행했다. 용액을 2개의 깨끗한 비이커에 두 부분으로 분리하여 넣었다. 하나는 80℃에서 약 45분간 가열했다. 두 용액의 전도도를 가열 전후에 기록했다. 용액에 주목할 만한 변화는 없었다. 가열 전후에 용액의 전도도는 본질적으로 변화를 나타내지 않았다(블랭크 및 80℃에서 가열하기 전: 0.45μS/cm; 80℃에서 약 45분간 유지한 후 실온까지 냉각: 0.48μS/cm).
실시예 3
연료전지 열 전달 시스템에서 금속의 부식에 대한 비-전도성 염료의 효과를 평가했다.
금속 샘플을 다음에 따라 세정제와 탈이온수로 세정한 다음 2개의 동일한 세트로 분리하여 2개의 깨끗한 유리 플라스크에 넣었다. 각 플라스크는 주조 Al 조각 4개, 황동 조각 4개, 스테인리스 스틸(SS316) 조각 4개, 브레이즈 Al 조각 2개, 실리콘 개스켓 2개, Viton O-링 4개를 함유했다. 총 표면적은 약 392 제곱 센티미터였다. 300mL의 50% 에틸렌 글리콜 + 50%(부피) 탈이온수를 한 플라스크에 첨가하고, 300mL의 50% 에틸렌 글리콜 + 50%(부피) 탈이온수 + 20ppm Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00024
Red ST를 두 번째 플라스크에 첨가했다.
각 용액의 전도도를 시간의 함수로 기록했다. 금속의 부식은 이온 종을 발생시켜 용액 전도도를 증가시키므로, 플라스크 안의 금속 샘플의 부식 정도를 용액의 전도도를 사용하여 나타냈다. 얻어진 결과를 하기 표 2에 기록했다.
시간 20ppm Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00025
Red ST를 함유한 용액의 전도도 (μS/cm)		 염료를 함유하지 않는 용액의 전도도 (μS/cm)
0 분 0.50 0.49
20 분 0.50 0.50
40 분 0.51 0.49
100 분 0.54 0.52
16 시간 0.83 0.71
전도도에 있어 약간의 차이가 관찰되었는데, 이는 20ppm의 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00026
Red ST가 시험 조건에서 금속 부식에 영향을 미치지 않았다는 것을 시사한다. 이와 같이, 20ppm의 양으로 글리콜/물 혼합물에 첨가된 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00027
Red ST 염료는 연료전지 열 전달 시스템에 존재할 가능성이 있는 금속의 부식을 증가시키지 않았다.
실시예 4
처리 착색제 또는 열 전달 유체 착색제로서 사용하기 적합한 착색제의 혼합층 수지에 의한 제거를 증명했다.
50mg/L Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00028
Red ST를 비이커에 담긴 50wt% 에틸렌 글리콜 탈이온수 용액 200g에 첨가했다. 이 용액을 동일하게 두 부분으로 분리했다. Rohm & Haas Amberjet UP6040 혼합층 수지 2g을 한 부분의 용액에 첨가했다. 실온에서 깨끗한 테플론 코팅 마그네틱 바를 사용하여 용액을 일정하게 교반했다. 약 16시간 후 처음의 붉은색 용액이 희미한 붉은색으로 되었으며, 이는 수지가 Liquitint
Figure 112007019165171-PCT00029
Red ST 착색제를 대부분(예를 들어, 약 95% 이상) 제거했음을 시사한다.
실시예 5
처리 및/또는 열 전달 유체 착색제로서 사용하기 적합한 다양한 착색제의 전도도를 평가했다. 실온에서 50wt% 에틸렌 글리콜 + 50wt% 탈이온수 용액을 제조했고, 다양한 착색제는 하기 표 3에 나타낸 일반적인 사용 농도로 사용했다.
스톡 용액; 50% 에틸렌 글리콜, 전도도; 0.40μS/cm, 85℃
염료 농도 (mg/L) 전도도 (μS/cm)
Chromatint Yellow 1382 100 1.37
L85000 Liquitint Patent Blue 100 2.75
Liquitint Blue RE 100 0.56
Liquitint Red XC 100 0.46
스톡 용액; 50% 에틸렌 글리콜, 전도도; 0.43μS/cm, ℃
염료 농도 (mg/L) 전도도 (μS/cm)
Chromatint Yellow 1382 50 mg/L 0.91
L85000 Liquitint Patent Blue 50 mg/L 1.61
Liquitint Blue RE 50 mg/L 0.53
Liquitint Red XC 50 mg/L 0.45
스톡 용액; 50% 에틸렌 글리콜, 전도도; 0.42μS/cm, 36℃
염료 농도 (mg/L) 전도도 (μS/cm)
Chromatint Yellow 1382 20 0.63
L85000 Liquitint Patent Blue 20 0.89
다양한 착색제는 이들이 저 전도도를 갖는 열 전달 유체 용액을 제공했으므로 적합한 착색제임을 알 수 있다.
실시예 6
저 전도도의 다양한 처리/열 전달 유체 착색제와 H+ 형태의 양이온 수지 및 OH- 형태의 음이온 수지를 갖는 혼합층 이온교환 수지의 상용성을 평가했다.
50wt% 에틸렌 글리콜 + 50wt% 탈이온수 중 50mg/L 착색제 용액을 제조했다. 이 용액 100g을 비이커에 넣었다. MTO-Dowex MR-3 LC NG 혼합층 수지 2g을 용액에 첨가했다. 실온에서 깨끗한 테플론 코팅 마그네틱 바를 이용하여 용액을 일정하게 교반했다. 용액 중 착색제의 농도는 UV-Vis 분광기로 측정하여 결정했다. 시험에는 Chromatech 사에 의해 공급되는 L83002 Liquintint Red XC와 L85071 Liquintint Blue RE를 착색제로 사용했다. Liquitint Red XC 염료의 농도는 535nm의 최대 흡수 피크를 이용하여 결정했다. Liquitint Blue RE 염료의 농도는 632nm의 최대 흡수 피크를 이용하여 결정했다. 다음의 결과를 얻었다.
21시간 후, 50% EG 중 L83002 Liquitint Red XC의 농도는 50ppm의 초기 농도에서 11ppm까지 감소했는데, 이는 상기 염료의 처리 착색제 또는 열 전달 유체 착색제로서의 적합성을 시사한다. L85071 Liquitint Blue RE의 농도는 50ppm의 초기 농도에서 21.5시간 후에 48ppm으로 약간 변화했는데, 이는 L85071 Liquitint Blue RE가 비-전도성 열 전달 유체 착색제로서 사용될 수 있음을 시사한다.
실시예 7
본 발명에 따른 착색제 처리된 혼합층 이온교환 수지를 평가했다.
Milliken 사의 Liquitint Red ST의 수성 용액을 사용하여 혼합 이온교환 수지를 처리했다. 혼합형 수지는 양이온 수지가 H+ 형태이고 음이온 수지가 OH- 형태인 MTO-Dowex MR-3 LC NG였다. MTO-Dowex MR-3 LC NG 10g을 실온에서 마그네틱 바로 일정하게 교반하면서 50% 에틸렌 글리콜에 용해된 5g/L Liquitint Red ST 1L에 첨가했다. 24시간 후 용액에 Liquitint Red ST 염료를 5g 더 첨가했다. 염료 교환 반응을 24시간 이상 계속시킨 후, 수지를 염료 함유 50% EG 용액으로부터 분리했다. 포화된 착색제를 다량의 탈이온수로 헹구어 과잉의 착색제 용액을 씻어내고(헹굼 물이 무색으로 될 때까지) 깨끗한 종이 타월로 건조시켜 깨끗한 유리병에 보관했다. 최초 24시간 처리 후 용액의 색 변화를 눈으로 볼 수 없었으므로, 수지상에 로딩되는 착색제는 처리 종료 즈음 거의 포화되었을 것으로 추정되었는데, 예를 들어 수지상에 로딩된 착색제는 착색제의 수지 로딩 용량의 90% 이상이었을 것이다.
착색제 포화된 수지 1g을 30ppm NaCl 또는 30ppm 아세트산 나트륨을 각각 함유하는 50% 에틸렌 글리콜 수성 용액의 100g 샘플 2개에 첨가했다. 이 용액을 마그네틱 바를 사용하여 일정하게 교반했다. 시험은 실온에서 수행했다. 용액의 전도도는 시간의 함수로 측정했다. 도 2에 제시된 결과를 얻었다. 일반적으로, 용액은 염 함유 용액에 수지를 첨가한 후 곧바로 붉게 되었다. 용액의 색은 시간이 흐를수록 더욱 선명해졌는데, 이는 개시된 착색제-포화된 수지가 용액으로부터 이온 종을 제거하고 50wt% 에틸렌 글리콜 수성 용액에 뚜렷한 색을 제공할 수 있음을 나타낸다. 이것은 본 명세서에 따라서 제조된 착색제 처리된 이온교환 수지가 50% 에틸렌 글리콜 수성 용액으로부터 이온 종을 제거하고, 열 전달 유체 용액의 저 전도도를 유지하고, 용액에 색을 제공하는 것을 동시에 할 수 있음을 나타낸다.

Claims (29)

  1. 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 25℃ 수성 용액에서 5 이상의 pKa 또는 pKb를 갖는 착색제로부터 유래하는 이온, 루이스산, 또는 루이스 염기 중 하나 이상을 포함하는 교환가능한 기를 총 수의 15% 이상 포함하는 이온교환 수지.
  2. 제1항에 있어서, 착색제는 수성 알코올 용액에서 가수분해에 의해 이온 종을 형성하는 작용기를 실질적으로 갖지 않는 것을 특징으로 하는 이온교환 수지.
  3. 제2항에 있어서, 착색제는 카르복실레이트 기, 술포네이트 기, 포스포네이트 기, 4차 아민, 양 전하를 지닌 기, 및 음 전하를 지닌 기로 구성되는 군으로부터 선택된 작용기를 실질적으로 갖지 않는 것을 특징으로 하는 이온교환 수지.
  4. 제1항에 있어서, 착색제는 다음의 발색단: 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상 공액된 방향족 기, 하나 이상 공액된 헤테로고리 기, 하나 이상 공액된 C-C 이 중결합, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 수지.
  5. 제1항에 있어서, 착색제는 발색단과 1 내지 30개 탄소를 포함하는 비-전도성 알콕시 라디칼의 반응 생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 수지.
  6. 제5항에 있어서, 착색제는 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 발색단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온교환 수지.
  7. 제1항에 있어서, 착색제는 하기 일반식을 갖는 것을 특징으로 하는 이온교환 수지.
    R{Ak[(B)nR1]m}x
    상기 식에서,
    R은 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노 케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상 공액된 방향족 기, 하나 이상 공액된 헤테로고리 기, 하나 이상 공액된 C-C 이중결합, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 유기 발색단이고;
    A는 상기 발색단의 연결 부분으로서, O, N 또는 S로 구성되는 군으로부터 선택되고;
    k는 0 또는 1이고;
    B는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 알킬렌옥시 또는 알콕시 기로 구성되는 군으로부터 선택되고;
    n은 1 내지 100의 정수이고;
    m은 1 또는 2이고;
    x는 1 내지 5의 정수이고;
    R1은 H, C1-C6 알킬 또는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 알콕시 기, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
  8. 10μS/cm 미만의 전도도를 갖는 착색된 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및
    유로에 위치된 이온교환 수지를 포함하며,
    이온교환 수지는 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 착색제를 포함하는 교환가능한 기를 총 수의 15% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스 템.
  9. 제8항에 있어서, 착색된 열 전달 유체는 비-전도성 착색제를 포함하며, 10μS/cm 이하의 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 착색된 열 전달 유체는 5μS/cm 미만의 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 착색된 열 전달 유체는 0.02 내지 5μS/cm의 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 착색된 열 전달 유체는 0.05 내지 1μS/cm의 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 착색된 열 전달 유체의 총 중량을 기준으로 하여, 비-전도성 착색제가 0.0001 내지 0.2중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 착색된 열 전달 유체의 총 중량을 기준으로 하여, 비-전도성 착색제가 0.0005 내지 0.1중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 착색된 열 전달 유체의 총 중량을 기준으로 하여, 비-전도성 착색제가 0.0005 내지 0.05중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  16. 제8항에 있어서, 착색된 열 전달 유체는 알코올을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 푸르푸롤, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 글리세롤, 글리세롤의 모노에틸에테르, 글리세롤의 디메틸에테르, 1,2,6-헥산트리올, 트리메틸올프로판, 메톡시에탄올, 또는 이들의 조합 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  18. 제9항에 있어서, 이온교환 수지 중의 착색제와 착색된 열 전달 유체 중의 비-전도성 착색제는 동일한 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 착색제는 수성 알코올 용액에서 가수분해에 의해 이온 종을 형성하는 작용기를 실질적으로 갖지 않는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 착색제는 카르복실레이트 기, 술포네이트 기, 포스포네이트 기, 4차 아민, 양 전하를 지닌 기, 또는 음 전하를 지닌 기로 구성되는 군으로부터 선택된 작용기를 실질적으로 갖지 않는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  21. 제18항에 있어서, 착색제는 다음의 발색단: 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상 공액된 방향족 기, 하나 이상 공액된 헤테로고리 기, 하나 이상 공액된 C-C 이중결합, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 착색제는 발색단과 1 내지 30개 탄소를 포함하는 비-전도성 알콕시 화합물의 반응 생성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 착색제는 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 발색단의 반응 생 성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
  24. 제18항에 있어서, 착색제는 하기 일반식을 갖는 것을 특징으로 하는 열 전달 시스템.
    R{Ak[(B)nR1]m}x
    상기 식에서,
    R은 안트라퀴논, 트리페닐메탄, 디페닐메탄, 아조 함유 화합물, 디스아조 함유 화합물, 트리스아조 함유 화합물, 디아조 함유 화합물, 크산텐, 아크리딘, 인덴, 프탈로시아닌, 아자아뉼렌, 니트로소, 니트로, 디아릴메탄, 트리아릴메탄, 메틴, 인다민, 아진, 옥사진, 티아진, 퀴놀린, 인디고이드, 인도페놀, 락톤, 아미노케톤, 히드록시케톤, 스틸벤, 티아졸, 하나 이상 공액된 방향족 기, 하나 이상 공액된 헤테로고리 기, 하나 이상의 C-C 이중결합, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된 유기 발색단이고;
    A는 상기 발색단의 연결 부분으로서, O, N 또는 S로 구성되는 군으로부터 선택되고;
    k는 0 또는 1이고;
    B는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 하나 이상의 알킬렌옥시 또는 알콕시 기로 구성되는 군으로부터 선택되고;
    n은 1 내지 100의 정수이고;
    m은 1 또는 2이고;
    x는 1 내지 5의 정수이고;
    R1은 H, C1-C6 알킬 또는 1 내지 8개 탄소 원자를 함유하는 알콕시 기, 또는 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
  25. 양극, 음극, 및 전해질을 포함하는 하나 이상의 연료전지, 및
    하나 이상의 연료전지와 열적으로 통하는 연료전지 열 전달 시스템
    을 포함하는 연료전지 시스템으로서,
    연료전지 열 전달 시스템은, 10μS/cm 미만의 전도도를 갖는 착색된 액체 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및 유로에 위치된 이온교환 수지를 포함하며,
    이온교환 수지는 이온 교환가능한 기를 포함하고, 총 이온 교환가능한 기의 15% 이상은 착색제를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  26. 착색된 열 전달 유체를 열 전달 시스템을 통해 통과시키는 단계를 포함하는 착색된 열 전달 유체에서 10μS/cm 미만의 전도도를 유지하는 방법으로서, 여기서
    착색된 열 전달 유체는 10μS/cm 미만의 전도도를 가지고,
    열 전달 시스템은, 착색된 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및 유로에 위치된 이온교환 수지를 포함하며,
    이온교환 수지는, 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 착색제를 포함하는 교환가능한 기를 총 수의 15% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 착색된 열 전달 유체는 사람의 눈으로 볼 수 있는 색을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 교환 자리의 15% 이상이 착색제로 교환되기에 충분한 시간 동안 이온교환 수지와 수성 착색제 용액을 접촉시키는 단계를 포함하는 착색제 처리된 이온교환 수지의 제조 방법.
  29. 대체 전력원, 및 대체 전력원과 열적으로 통하는 열 전달 시스템을 포함하는 대체 전력원에 의해 동력이 공급되는 어셈블리로서,
    열 전달 시스템은, 200μS/cm 미만의 전도도를 갖는 열 전달 유체의 유로를 한정하는 순환 루프, 및 유로에 위치된 이온교환 수지를 포함하며,
    이온교환 수지는 이온 교환가능한 기를 포함하고, 교환가능한 기의 총 수를 기준으로 하여, 총 이온 교환가능한 기의 15% 이상은 25℃ 수성 용액에서 5 이상의 pKa 또는 pKb를 갖는 착색제로부터 유래하는 이온, 루이스 산, 또는 루이스 염기 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8246817B2 (en) * 2004-06-10 2012-08-21 Ford Motor Company Deionization filter for fuel cell vehicle coolant
MX2007002588A (es) * 2004-09-08 2007-05-09 Honeywell Int Inc Inhibidores de la corrosion, fluidos de transferencia de calor inhibidores de la corrosion y uso de los mismos.
AU2005282491A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Honeywell International Inc. Colorant treated ion exchange resins, method of making, heat transfer systems and assemblies containing the same, and method of use
US20090266519A1 (en) * 2004-09-08 2009-10-29 Honeywell International Inc. Heat transfer system, fluid, and method
US8658326B2 (en) * 2004-09-08 2014-02-25 Prestone Products Corporation Heat transfer system, fluid, and method
US7932091B2 (en) * 2006-07-18 2011-04-26 Prochemtech International, Inc. Colorant tracer for cooling water treatment formulations
DE102006034988B4 (de) * 2006-07-28 2008-10-30 Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy Ionenquelle zur Erzeugung negativ geladener Ionen
DE102007017820A1 (de) * 2007-01-16 2008-08-07 Liebherr-Aerospace Lindenberg Gmbh Energieversorgungssystem eines Luftfahrzeuges
US20080239776A1 (en) * 2007-03-28 2008-10-02 Gm Global Technology Operations, Inc. Cooling electronic components
FR2919183B1 (fr) * 2007-07-26 2009-11-20 Chanel Parfums Beaute Utilisation de resines pour stabiliser des colorants.
JP5713614B2 (ja) * 2010-09-14 2015-05-07 スズキ株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池車
US20140170074A1 (en) 2010-09-21 2014-06-19 Victoria Link Limited Safety material and system
DE102010051345A1 (de) 2010-11-13 2012-05-16 Daimler Ag Kühlanordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug
US9689624B2 (en) * 2011-11-18 2017-06-27 GM Global Technology Operations LLC Method for mitigating thermal propagation of batteries using heat pipes
CN112436169B (zh) * 2020-11-30 2022-03-15 山东东岳未来氢能材料股份有限公司 长寿命全氟质子膜及其制备方法

Family Cites Families (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB915477A (en) * 1959-10-19 1963-01-16 Edward Macarthur Redding Organic pigment and method of forming same
US3507702A (en) * 1967-02-15 1970-04-21 United Aircraft Corp Fuel cell system including cooling and humidifying means
US3960740A (en) * 1974-01-04 1976-06-01 Ppg Industries, Inc. Antifreeze composition
US3964930A (en) * 1975-07-21 1976-06-22 United Technologies Corporation Fuel cell cooling system
US4284729A (en) * 1980-03-31 1981-08-18 Milliken Research Corporation Process for coloring thermosetting resins
US4402847A (en) * 1982-05-19 1983-09-06 Basf Wyandotte Corporation High lead solder corrosion inhibitors
US4514427A (en) * 1983-05-19 1985-04-30 Mitco Water Laboratories Inc. Removal of bitter naringin and limonin from citrus juices containing the same
US4648883A (en) * 1984-07-25 1987-03-10 Ciba-Geigy Corporation Process for the preparation of storage stable aqueous formulations of anionic dyes: amon exchange resin treatment
US4584125A (en) * 1984-08-10 1986-04-22 Sws Silicones Corporation Antifoam compositions
ATE143921T1 (de) * 1988-12-30 1996-10-15 Purotech Ltd Wasserreinigungssystem
HU209546B (en) 1990-11-12 1994-07-28 Fueloep Maria Anti-freeze solution for internal combustion engines
US5200278A (en) * 1991-03-15 1993-04-06 Ballard Power Systems, Inc. Integrated fuel cell power generation system
JPH08184877A (ja) 1994-12-27 1996-07-16 Copal Co Ltd カメラ用シヤツタ
JPH08185877A (ja) 1994-12-28 1996-07-16 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US5776624A (en) * 1996-12-23 1998-07-07 General Motors Corporation Brazed bipolar plates for PEM fuel cells
US5725794A (en) * 1997-03-13 1998-03-10 Milliken Research Corporation Antifreeze composition containing poly (oxyalkylene) -substituted colorant
US5723060A (en) * 1997-03-13 1998-03-03 Milliken Research Corporation Antifreeze composition
CA2344856C (en) 1998-09-22 2008-09-02 Ballard Power Systems Inc. Antifreeze cooling subsystem
WO2000017951A1 (en) 1998-09-22 2000-03-30 Ballard Power Systems Inc. Antifreeze cooling subsystem
JP4842420B2 (ja) 1999-09-28 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 冷却液、冷却液の封入方法および冷却システム
WO2001075999A1 (en) 2000-03-30 2001-10-11 Manhattan Scientifics, Inc. Diffusion fuel ampoules for fuel cells
US6860349B2 (en) * 2000-05-26 2005-03-01 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cooling system for fuel cell powered vehicle and fuel cell powered vehicle employing the same
US6605126B1 (en) * 2000-06-02 2003-08-12 Milliken & Co. Low-viscosity polymeric colorants exhibiting high color strength characteristics
JP4345205B2 (ja) * 2000-07-14 2009-10-14 トヨタ自動車株式会社 絶縁性を考慮した燃料電池の冷却
JP2002059160A (ja) 2000-08-11 2002-02-26 Daikin Ind Ltd 含フッ素陰イオン系界面活性剤の分離方法
US20020063088A1 (en) * 2000-08-16 2002-05-30 Masao Hidaka Organic matter removal apparatus for effectively removing surfactants and other organic substances present in water to be treated
JP4938925B2 (ja) * 2000-09-25 2012-05-23 本田技研工業株式会社 燃料電池用冷却装置
US6673482B2 (en) * 2000-09-27 2004-01-06 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cooling system for fuel cell
DE10063951A1 (de) * 2000-12-20 2002-06-27 Basf Ag Kühlmittel für Kühlsysteme in Brennstoffzellenantrieben
US6486248B2 (en) * 2001-01-08 2002-11-26 Milliken & Company Liquid colorant and method
US6818146B2 (en) 2001-01-16 2004-11-16 Shell Oil Company Chemical base for engine coolant/antifreeze with improved thermal stability properties
DE10104771A1 (de) 2001-02-02 2002-08-08 Basf Ag Verfahren und Vorrichtung zum Entionisieren von Kühlmedien für Brennstoffzellen
JP3671857B2 (ja) * 2001-04-12 2005-07-13 日産自動車株式会社 燃料電池システムの導電率管理装置
DE10122769A1 (de) 2001-05-10 2002-11-14 Basf Ag Gefrierschutzmittelkonzentrate enthaltend den Farbstoff C.I. Reactive Violet 5
DE10128530A1 (de) 2001-06-13 2002-12-19 Basf Ag Kühlmittel für Kühlsysteme in Brennstoffzellenantrieben enthaltend Azolderivate
US6528564B1 (en) * 2001-10-12 2003-03-04 Milliken & Company Articles comprising novel polymeric blue anthraquinone-derivative colorants
US7070873B2 (en) * 2001-10-16 2006-07-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Cooling method for fuel cell
EP1304367A1 (en) 2001-10-17 2003-04-23 Texaco Development Corporation Corrosion inhibiting compositions and methods for fuel cell coolant systems
DE10201276A1 (de) 2002-01-15 2003-07-24 Basf Ag Verfahren und Vorrichtung zum Entionisieren von Kühlmedien für Brennstoffzellen
EP1476524B1 (en) 2002-02-19 2008-11-19 International Inc. Honeywell Heat transfer compositions with high electrical resistance for fuel cell assemblies
US20040001984A1 (en) * 2002-06-28 2004-01-01 Julio Alva Fuel cell cooling system for low coolant flow rate
US7138199B2 (en) 2002-10-30 2006-11-21 Mohapatra Satish C Fuel cell and fuel cell coolant compositions
US20040110050A1 (en) * 2002-12-09 2004-06-10 Abd Elhamid Mahmoud H Environmentally friendly and inexpensive dielectric coolant for fuel cell stacks
DE10258385A1 (de) 2002-12-12 2004-06-24 Basf Ag Kühlmittel auf Basis von 1,3-Propandiol enthaltend Azolderivate für Brennstoffzellen-Kühlsysteme
JP2004281106A (ja) 2003-03-13 2004-10-07 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタック用冷却液組成物
JP4114577B2 (ja) * 2003-09-16 2008-07-09 トヨタ自動車株式会社 燃料電池の冷却装置
AU2005282491A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Honeywell International Inc. Colorant treated ion exchange resins, method of making, heat transfer systems and assemblies containing the same, and method of use

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