KR20190066605A - 전기 차량용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 차량의 엔진 및 그것의 다른 부품, 특히 운동 부품(moving parts)을 냉각 및/또는 윤활하기 위한 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜을 포함하는 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

전기 차량용 조성물
본 발명은 전기 차량 엔진 및 그것의 다른 부품, 특히 운동 부품(moving parts)을 냉각 및/또는 윤활하기 위한 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이들 운동 부품 및 변속기를 윤활하기 위한, 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜을 포함하는 윤활 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 전기 차량 및 하이브리드 차량의 배터리에도 적용된다.
CO2 배출량을 줄이기 위한, 또한 에너지 소비량을 줄이기 위한 국제 표준의 발전은 자동차 제조업체가 연소 엔진에 대한 대안적인 해결책을 제안하도록 압박한다.
자동차 제조업체에 의해 확인된 해결책들 중 하나는 연소 엔진을 전기 엔진으로 교체하는 것이다. 따라서, CO2 배출량 감축에 초점을 둔 연구는, 어느 정도 개수의 자동차 회사에 의한 전기 차량 개발을 이끌었다. 본 발명의 의미에서 "전기 차량(electric vehicle)"이라 함은, 구동 수단으로서 연소 엔진과 전기 엔진을 포함하는 하이브리드 차량과 달리, 단일 구동 수단으로서 전기 엔진을 포함하는 차량을 의미한다.
전기 엔진은 작동하는 동안 열을 발생시킨다. 발생되는 열의 양이 환경 내로 통상적으로 소산되는 열의 양보다 큰 경우, 엔진의 냉각을 보장하는 것이 필요하다. 통상적으로, 냉각은, 위험한 온도에 도달하는 것을 방지하기 위해, 열을 발생시키는 엔진의 하나 이상의 부품 및/또는 열에 민감한 엔진의 부품에 대해 수행된다.
전통적으로, 통상적으로 강제 대류에 의해, 공기로 전기 엔진을 냉각하는 것이 알려져있다. 이러한 냉각 방법은 특정 냉각 유체의 준비를 회피할 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 더욱더 작아지는 엔진의 출현에 따라, 또한 그 파워가 더욱더 커짐에 따라, 이러한 냉각 방법은, 특히 냉각을 위한 공기의 제한된 효능을 통해서는, 더 이상 충분하지 않다.
오늘날, 물로 엔진을 냉각하는 방법 또한 알려져 있다. 물의 열용량은 높지만, 물의 전기 전도성으로 인해, 전기 엔진과 물의 접촉에 의한 직접적인 냉각을 고려하는 것은 불가능하다. 따라서, 냉각 시스템은 외부 쉘의 설치를 필요로 하고, 이는 엔진의 부피를 상당히 증가시킨다.
오일 제트(oil jet)로 전기 엔진을 냉각하는 방법 또한 이미 제안된 바 있다.
WO 2011/113851은, 하이브리드 차량, 또는 KERS(Kinetic Energy Recovery System: 운동 에너지 회수 시스템)가 장착된 차량의 전기 엔진을 냉각하기 위한, 기유(base oil)(바람직하게는, 폴리알파올레핀(PAO) 또는 GTL)를 포함하는 윤활 조성물의 사용을 기술한다.
하이브리드 차량의 전기 엔진은 전기 차량의 엔진에 비해 감소된 사용 빈도를 갖는다. 또한, 하이브리드 차량의 전기 엔진의 전력 밀도(power density)는 낮다.
따라서, 전기 차량 엔진은 하이브리드 차량의 전기 엔진보다 더 큰 스트레스를 받는다; 이는 증가된 냉각 특성을 갖는 오일의 사용을 포함한다.
EP 2 520 637은 전기 엔진의 냉각 및 기어의 윤활을 위한 적어도 하나의 에스테르 및 하나의 에테르를 포함하는 윤활 조성물을 기술한다. 그러나, 에스테르가 산화에 대한 불안정성을 가질 수 있다는 것이 알려져 있다. 또한, 에스테르는 코팅 및 밀봉재와의 양립성 문제를 야기할 수 있으며, 이는 이들의 열화를 초래한다. 특히, 전기 엔진의 권선(coiling)은 바니시로 코팅된다. 윤활 조성물은 권선과 직접 접촉하기 때문에, 필수적으로, 윤활 조성물은 이 바니시에 대해 불활성이어야 한다.
JP 2012/184360은 전기 엔진의 냉각을 위한 합성 기유 및 플루오르화 화합물을 포함하는 윤활 조성물을 기술하고 있다. 그러나, 이들 조성물에 존재하는 하이드로-클로로플루오로카본은 오존층에 상당한 부정적인 영향을 미치는 유기 가스이며 강력한 온실 가스이다. 플루오르화 가스는 또한, 그것의 사용을 고도로 제한하는 것을 목표로 하는 몇 가지 규제의 표적이 되고 있다.
전기 엔진은 배터리에 의해 작동된다. 리튬 이온 배터리는 전기 차량 분야에서 가장 통상적으로 사용된다. 동일한 전력 또는 향상된 전력을 갖는 배터리 크기의 감소는 배터리의 온도 조절에 문제를 일으킨다. 실제로, 리튬 이온 배터리의 온도가 너무 높으면, 배터리가 점화될 위험이 있으며 심지어 배터리가 폭발할 위험도 있다. 반대로 온도가 너무 낮으면, 배터리가 조기 방전될 위험이 있다.
오늘날 제조업자들에 의해 제안된 전기 차량에 있어서, 배터리는 공기에 의해, 물에 의해, 또는 물과 글리콜을 포함하는 조성물에 의해 냉각된다. 일반 공중을 위한 자동차에서 현재까지 알려진 어떠한 해결책도 윤활유로 배터리를 냉각하는 것을 제안하지 않았다. 따라서, 본 발명의 목적은 선행 기술의 단점의 전부 또는 일부를 극복하는 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 전기 차량 엔진을 냉각하기 위한 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 차량 엔진의 전력 전자 장치(power electronics) 및/또는 회전자(rotor) 및/또는 고정자(stator)를 냉각하기 위한 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기 차량 엔진을 냉각하기 위한 윤활 조성물로서 그것의 제형(formulation)을 실행하기 용이한 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 차량 엔진을 윤활 및/또는 냉각하기 위한 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 차량의 엔진을 냉각하고 변속기를 윤활하기 위한 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 차량의 배터리를 냉각하는 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드 차량의 전기 엔진을 냉각하기 위한 윤활 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하고 선행기술에서 언급된 단점을 극복하기 위해, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 윤활 조성물의 사용을 제안한다.
놀랍게도, 본 출원인이 관찰한 바에 따르면, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌산의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 PAG가 윤활 조성물 중에 존재하면, 윤활 조성물이, 전기 차량 엔진에서 실행되면, 상기 엔진을 냉각하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 본 발명은, 우수한 안정성(특히, 산화에 대한) 및 전기 차량 엔진을 냉각하기 위한 우수한 특성을 동시에 갖는 윤활 조성물을 제형화하는 것을 가능하게 한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은, 우수한 탈기 특성(deaeration properties)을 가짐과 동시에, 전기 차량 엔진을 냉각하기 위한 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은, 우수한 방청성(anticorrosion)을 가짐과 동시에, 전기 차량 엔진을 냉각하기 위한 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은, 엔진에 존재하는 밀봉재 또는 바니시의 열화 위험을 제한함과 동시에, 전기 차량 엔진을 냉각하기 위한 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 환경 및 건강을 존중함과 동시에, 전기 차량 엔진을 냉각하기 위한 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 우수한 수분 보유 특성을 가짐과 동시에 전기 차량 엔진의 냉각을 위한 우수한 특성을 가지며, 그에 따라, 따라서, 전기 차량 엔진의 권선의 코팅과의 물 접촉의 위험을 감소시키고, 따라서, 상기 권선의 열화 위험을 감소시킨다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 전기 차량 엔진의 전력 전자 장치 및/또는 회전자 및/또는 고정자를 냉각하기 위한 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 전기 차량 엔진의 냉각 및 윤활을 위한 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 전기 차량의 엔진을 냉각하고 변속기, 특히 감속 기어를 윤활하는 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 전기 차량의 배터리를 냉각하기 위한 우수한 특성을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 하이브리드 차량 전기 엔진을 냉각하기 위한 우수한 특성을 갖는다.
따라서, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의 전기 차량에서의 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 엔진을 냉각하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 엔진의 전력 전자 장치 및/또는 회전자 및/또는 고정자를 냉각하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 배터리를 냉각하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 엔진을 윤활하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 엔진의 회전자 및 고정자 및/또는 감속 기어 사이에 위치하는 베어링을 윤활하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 변속기를 윤활하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 엔진을 냉각 및 윤활하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, 본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의, 엔진을 냉각하고 변속기를 윤활하는 용도에 관한 것이다.
유리하게는, PAG는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 공중합에 의해 얻어진다.
유리하게는, PAG는 에틸렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진다.
유리하게는, PAG는 프로필렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진다.
유리하게는, PAG는 부틸렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진다.
유리하게는, 윤활 조성물은, 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 99 wt%, 바람직하게는 50 내지 99 wt%, 더욱 바람직하게는 70 내지 99 wt%, 유리하게는 80 내지 99 wt%의 PAG를 포함한다.
도 1은 전기 동력화 시스템의 개략도이다.
본 발명은, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의 전기 차량에서의 용도에 관한 것이다.
윤활 조성물:
본 발명에 따른 윤활 조성물은 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어지는 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함한다.
PAG는 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 폴리머 또는 코폴리머(통계 또는 블록)일 수 있으며, 이는 특히 출원 WO 2009/134716호, 2 페이지 26 행 내지 4 페이지 12 행에 기술된 방법에 따라, 예를 들어 알킬렌 옥사이드의 에폭시 결합 상의 알코올 개시제를 공격하고 반응을 전파시킴으로써, 제조될 수 있다.
이들 PAG는 하나 이상의 알코올과, 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드 또는 알킬렌 옥사이드들의 혼합물의 반응에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에서, PAG는 3 내지 12개의 탄소 원자를 포함하는 알코올로부터 제조된다. 알코올 예로는, 부탄올이 언급될 수 있다.
바람직한 구현예에서, PAG는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및/또는 부틸렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진다.
바람직한 구현예에서, PAG는 에틸렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진다.
더 바람직한 구현예에서, PAG는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 공중합에 의해 얻어진다.
더 바람직한 구현예에서, PAG는 프로필렌 옥사이드와 부틸렌 옥사이드의 공중합에 의해 얻어진다.
다른 더 바람직한 구현예에서, PAG는 부틸렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진다.
특히 유리하게는, PAG는 프로필렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진다.
본 발명에 따라 사용되는 윤활 조성물에 사용될 수 있는 PAG의 예로는, 문헌 WO 2012/070007 또는 WO 2013/164457에 기술된 PAG가 언급될 수 있다.
특히 바람직한 PAG의 예로는, DOW 사의 Synalox 100-20B® 및 Synalox 100-50B®가 언급될 수 있다.
일 구현예에서, 윤활 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 99 wt%의 PAG를 포함한다.
바람직한 구현예에서, 윤활 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 50 내지 99 wt%, 바람직하게는 70 내지 99 wt%, 유리하게는 80 내지 99 wt%의 PAG를 포함하며; 이 구현예는, 윤활 조성물 중 대부분의 또는 단일의 기유로서의 본 발명에 따른 PAG의 사용에 해당될 수 있다.
다른 바람직한 구현예에서, 윤활 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 40 wt%, 바람직하게는 5 내지 30 wt%, 유리하게는 10 내지 30 wt%의 PAG를 포함하며; 이 구현예는, 윤활 조성물 중의 2차 오일(또는, 보조 기유(co-base oil))로서의 본 발명에 따른 PAG의 사용에 해당된다.
따라서, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 윤활유 분야에서 공지된 추가의 기유를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 윤활 조성물에 사용되는 추가 기유는 API 분류(또는 ATIEL 분류에 따른 그의 등가물)(표 0)에 정의된 등급에 따라 그룹 I 내지 V에 속하는 미네랄 또는 합성 유래의 오일 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
포화 함량 황 함량 점도 지수(VI)
그룹 I
미네랄 오일		 <　90% >　0.03% 80　≤ VI　<　120
그룹 II
수소화분해된 오일		 ≥　90% ≤　0.03% 80　≤ VI <　120
그룹 III
수소화분해된 오일 또는 수소화-이성질체화된 오일 		≥　90% ≤　0.03%mec ≥　120
그룹 IV 폴리알파올레핀(PAO)
그룹 V 에스테르 및 그룹 I 내지 IV에 포함되지 않은 기타 기유
본 발명에 따른 미네랄 기유는 원유의 상압 증류 및 진공 증류, 이어서 용매 추출, 업그레이딩(upgrading), 용매 탈왁스, 수소화 처리, 수소화분해, 수소화-이성질체화 및 수소화 마무리(hydro-finishing)와 같은 정제 공정에 의해 얻어진 모든 유형의 기유를 포함한다.
합성 및 미네랄 오일의 혼합물도 사용될 수 있다.
엔진 또는 차량 변속기 용도에 적합한 특성, 특히 점도, 점도 지수, 황 함량, 내산화성과 같은 특성을 가져야만 하는 것이 아니라면, 본 발명에 따라 사용되는 윤활 조성물을 얻기 위해 다른 윤활 기유를 사용하는 것과 관련하여 통상적으로 제한이 없다.
본 발명에 따라 사용되는 윤활 조성물의 기유는 또한, 합성 오일(예를 들어 특정 카르복실산 및 알코올 에스테르) 및 폴리알파올레핀 중에서 선택될 수 있다. 기유로 사용되는 폴리알파올레핀은, 예를 들어, 4 내지 32개의 탄소 원자를 포함하는 모노머, 예를 들어 옥텐 또는 데센으로부터 수득되며, 이것의 100 ℃에서의 점도는 ASTM D445 표준에 따라 1.5 내지 15 ㎟/s이다. 이의 평균 분자량은 ASTM D5296 표준에 따라 통상적으로 250 내지 3000 사이이다.
바람직하게는, 본 발명의 기유는, 방향족 함량이 0 내지 45% 사이, 바람직하게는 0 내지 30% 사이인 상기 기유 중에서 선택된다. 기유의 방향족 함량은 UV 버뎃 방법(UV Burdett method)에 따라 측정된다.
본 발명에 따른 윤활 조성물은, 마찰 조정제, 청정제, 마모 방지제, 극압 첨가제, 점도 지수 향상제, 분산제, 산화방지제, 유동점 개선제, 소포제, 증점제 및 이들의 혼합물로부터 선택된, 첨가제를 더 포함할 수 있다.
마모 방지제 및 극압 첨가제는, 마찰이 발생하는 표면에 흡착되는 보호 필름을 형성하여 이 표면을 보호한다.
다양한 마모 방지제가 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물을 위해, 마모 방지제는 금속 알킬티오포스페이트, 특히 아연 알킬티오포스페이트, 더욱 특히 아연 디알킬디티오포스페이트(또는 ZnDTP)와 같은 인-황(phospho-sulphurous) 첨가제로부터 선택된다. 바람직한 화합물은 화학식 Zn((SP(S)(OR2)(OR3))2이며, 여기서 R2 및 R3은 동일하거나 상이하며, 독립적으로 알킬기, 바람직하게는 1 내지 18개의 탄소 원자를 포함하는 알킬기를 나타낸다.
아민 포스페이트는 또한, 본 발명에 따른 윤활 조성물에 사용될 수 있는 마모 방지제이다. 그러나, 이들 첨가제가 회분(ash)을 생성시키므로, 이들 첨가제에 의해 제공된 인은 자동차의 촉매 시스템에 대한 독으로 작용할 수 있다. 이러한 효과는, 아민 포스페이트를, 인을 제공하지 않는 첨가제(예를 들어, 폴리술피드, 특히 황화 올레핀(sulphurous olefins)과 같은)로 부분적으로 대체함으로써 최소화될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 윤활 조성물의 총 질량을 기준으로 하여 0.01 내지 6 질량%, 바람직하게는 0.05 내지 4 질량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2 질량%의 마모 방지제 및 극압 첨가제를 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 적어도 하나의 마찰 조정제를 포함할 수 있다. 마찰 조정제는 금속 원소를 제공하는 화합물 및 회분을 함유하지 않는 화합물 중에서 선택될 수 있다. 금속 원소를 제공하는 화합물 중에서, 전이 금속 착물이 언급될 수 있으며, 예를 들어, 그들의 리간드가 산소, 질소, 황 또는 인 원자를 포함하는 탄화수소 화합물인 Mo, Sb, Sn, Fe, Cu, Zn 등을 언급할 수 있다. 회분이 없는 마찰 조정제는 통상적으로 유기 유래이며, 지방산 모노에스테르 및 폴리올, 알콕시화 아민, 알콕시화 지방 아민, 지방 에폭사이드, 보레이트화 지방산 에폭사이드, 지방 아민 또는 지방산 글리세롤 에스테르 중에서 선택될 수 있다. 본 발명에 따라, 지방 화합물은 10 내지 24개의 탄소 원자를 포함하는 적어도 하나의 탄화수소 기를 포함한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 윤활 조성물의 총 질량에 대하여 0.01 내지 2 질량% 또는 0.01 내지 5 질량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.5 질량% 또는 0.1 내지 2 질량%의 마찰 조정제를 포함할 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 적어도 하나의 산화 방지제를 포함할 수 있다.
산화 방지제는 통상적으로 사용시 윤활 조성물의 열화를 지연시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 열화는 특히 침전물의 형성, 슬러지의 존재 또는 윤활 조성물의 점도 증가의 형태로 나타날 수 있다.
산화 방지제는 특히 라디칼 저해제(radical inhibitor) 또는 하이드로퍼옥사이드 구축제(hydroperoxide destroyer)로서 작용한다. 통상적으로 사용되는 산화 방지제 중에서, 페놀계 산화 방지제, 아미노계 산화 방지제, 인-황 산화 방지제 등이 언급될 수 있다. 이들 산화 방지제 중 일부, 예를 들어 인-황 산화 방지제는 회분을 생성할 수 있다. 페놀계 산화 방지제는 회분을 포함하지 않거나, 또는 중성 또는 염기성 금속 염의 형태일 수 있다. 산화 방지제는 특히 입체장애 페놀, 입체장애 페놀 에스테르 및 티오에테르 가교를 포함하는 입체장애 페놀, 디페닐아민, C1-C12의 적어도 하나의 알킬기로 치환된 디페닐아민, N,N'-디알킬-아릴-디아민 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 입체장애 페놀은 페놀기를 포함하는 화합물 중에서 선택되며, 이때, 알코올 작용기를 갖는 탄소의 적어도 하나의 인접한 탄소는 C1-C10의 적어도 하나의 알킬기, 바람직하게는 C1-C6의 알킬기, 바람직하게는 C4의 알킬기, 바람직하게는 tert-부틸기로 치환된다.
아미노 화합물은 산화 방지제의 또 다른 부류이며, 가능하게는 페놀계 산화 방지제와 함께 조합될 수 있다. 아미노 화합물의 예는 방향족 아민, 예를 들어 화학식 NR4R5R6의 방향족 아민이며, 여기서 R4는 가능하게는 치환된 지방족 기 또는 방향족 기를 나타내고, R5는 가능하게는 치환된 방향족 기를 나타내고, R6는 수소 원자, 알킬기, 아릴기 또는 화학식 R7S(O)zR8의 기이며, 여기서 R7은 알킬렌기 또는 알케닐렌기를 나타내고, R8은 알킬기, 알케닐기 또는 아릴기를 나타내고, z는 0, 1 또는 2를 나타낸다.
알칼리 및 알칼리 토금속의 황화 알킬페놀 또는 이의 염은 또한, 산화 방지제로서 사용될 수 있다.
산화 방지제의 또 다른 부류는 구리 화합물 산화 방지제, 예를 들어, 구리 티오- 또는 디티오-포스페이트, 구리 염 및 카르복실산, 구리 디티오카바메이트, 술포네이트, 페네이트, 아세틸아세토네이트이다. 구리 I 및 II 염, 숙신산 또는 무수물 염도 또한, 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 윤활 조성물은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 유형의 산화 방지제를 함유할 수 있다.
유리하게는, 윤활 조성물은 적어도 하나의 회분 없는 산화방지제를 포함한다.
또한, 유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 조성물의 총 질량에 대하여 0.5 내지 2 wt%의 적어도 하나의 산화 방지제를 포함한다.
본 발명에 따른 윤활 조성물은 또한, 적어도 하나의 청정제(detergent)를 포함할 수 있다.
청정제는 통상적으로 산화 및 연소 2차 생성물의 용해에 의해 금속 부품 표면에 침전물이 형성되는 것을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 윤활 조성물에 사용될 수 있는 청정제는 통상적으로 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 청정제는 긴 친유성 탄화수소 사슬 및 친수성 헤드를 포함하는 음이온성 화합물일 수 있다. 결합된 양이온은 알칼리 또는 알칼리토 금속의 금속 양이온일 수 있다.
청정제는 바람직하게는 알칼리 금속 염 또는 카르복실산 알칼리토 금속, 술포네이트, 살리실레이트, 나프테네이트 및 페네이트 염 중에서 선택된다. 알칼리 및 알칼리토 금속은 바람직하게는 칼슘, 마그네슘, 소듐 또는 바륨이다.
이들 금속 염은 통상적으로 화학양론적 양 또는 과량, 따라서, 화학양론적 양보다 더 많은 양의 금속을 포함한다. 따라서, 이들은 과염기성 청정제(overbased detergent additives)이다; 과염기성 청정제 특성에 기여하는 과량의 금속은 따라서, 통상적으로 예를 들어, 카보네이트, 하이드록사이드, 옥살레이트, 아세테이트, 글루타메이트, 바람직하게는 카보네이트과 같은, 오일에 불용성인, 금속 염의 형태이다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 윤활 조성물의 총 질량에 대하여 2 내지 4 질량%의 청정제를 포함할 수 있다.
또한, 유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 적어도 하나의 유동점 강하제(pour point depressant additives)도 포함할 수 있다.
파라핀 결정의 형성을 지연시킴으로써, 유동점 강하제는 통상적으로 본 발명에 따른 윤활 조성물의 냉간 성능(cold-performance)을 개선시킨다.
유동점 강하제의 예로는, 알킬 폴리메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리아릴아미드, 폴리알킬페놀, 폴리알킬나프탈렌, 알킬 폴리스티렌이 언급될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 또한, 적어도 하나의 분산제를 포함할 수 있다.
분산제는 마니히 염기(Mannich bases), 숙신이미드 및 이들의 유도체 중에서 선택될 수 있다.
또한, 유리하게는, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 윤활 조성물의 총 질량에 대하여 0.2 내지 10 wt%의 분산제를 포함할 수 있다.
본 발명의 윤활 조성물은 또한, 점도 지수를 향상시키는 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수 있다. 점도 지수를 개선시키는 첨가제의 예로서, 폴리머, 호모폴리머 또는 코폴리머, 수소화 또는 비수소화된, 스티렌, 부타디엔 및 이소프렌 에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트(PMA) 또는 올레핀 코폴리머, 특히 에틸렌/프로필렌 코폴리머가 언급될 수 있다.
본 발명에 따른 윤활 조성물은 다양한 형태로 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 윤활 조성물은, 특히, 무수 조성물일 수 있다.
바람직하게는, 이 윤활 조성물은 에멀젼이 아니다.
전기 차량:
일 구현예에서, 본 발명에 따른 윤활 조성물은 전기 차량의 엔진을 냉각하기 위해 사용된다.
도 1은 전기 동력화 시스템의 개략도이다.
전기 차량(1)의 엔진은 고정자(13) 및 회전자(14)에 연결된 전력 전자 장치(11)를 포함한다. 회전자의 회전 속도는 매우 높으며, 이로 인해, 전기 엔진(1)과 차량 바퀴 사이의 감속 기어(3)를 추가하는 것이 수반된다.
고정자는 전류가 교대로 공급되는 코일, 특히 구리 코일을 포함한다. 이것은 회전 자기장 발생을 가능하게 한다. 회전자 자체는 코일 또는 영구 자석 또는 다른 자성 재료를 포함하고 회전 자기장에 의해 회전된다.
전기 엔진의 전력 전자 장치, 고정자 및 회전자는 복잡한 구조를 특징으로 하고 엔진 작동 중에 많은 양의 열을 발생시키는 부품이다. 이것이 전술한 바와 같은 윤활 조성물이 전기 엔진의 전력 전자 장치 및/또는 회전자 및/또는 고정자를 냉각시키는데 더욱 특히 사용되는 이유이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명은 전기 엔진의 전력 전자 장치, 회전자 및 고정자를 냉각하기 위한, 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다.
회전 축을 유지할 수 있게 하는 베어링(12)은 또한, 회전자와 고정자 사이에 통합되어 있다. 이 베어링은 높은 기계적 응력을 겪고 피로로 인한 마모 문제를 야기한다. 따라서, 베어링의 수명을 연장시키기 위해 베어링을 윤활할 필요가 있다. 이것이 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물이 전기 차량 엔진을 윤활시키는데 또한, 사용되는 이유이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명은 회전자와 고정자 사이에 위치한 베어링을 윤활하기 위한, 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다.
변속기의 일부를 구성하는 감속 기어(3)는, 전기 엔진의 출구에서의 회전 속도를 줄이고 바퀴에 전달되는 속도를 조정하는 역할을 하며, 이것은 동시에 차량의 속도를 제어하는 것을 가능하게 한다. 이 감속 기어는 높은 마찰 응력을 겪기 때문에 너무 빨리 손상되는 것을 피하기 위해 적절하게 윤활되는 것이 요구된다. 그것이 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물이 또한 전기 차량의 감속 기어 및 변속기를 윤활하는데에도 사용되는 이유이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명은 전기 차량의 감속 기어를 윤활하기 위한 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 전기 차량의 전력 전자 장치 및/또는 회전자/고정자 쌍을 냉각하고, 전기 차량의 감속 기어 및/또는 엔진의 회전자/고정자 쌍의 베어링을 윤활하기 위한, 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 전기 차량의 배터리를 냉각하기 위한 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다.
실제로, 전기 엔진은 전기 배터리(2)에 의해 공급된다. 리튬 이온 배터리는 전기 차량 분야에서 더욱 통상적이다. 점점 더 강력한 배터리 및 점점 더 축소되는 크기의 배터리의 개발은 이러한 배터리를 냉각하는 문제의 발생을 수반한다. 실제로, 배터리가 약 50 내지 60 ℃의 온도를 초과하자마자, 배터리가 발화되어 심지어 폭발할 위험이 높다. 배터리가 너무 빨리 방전되지 않도록 하고 수명을 연장시키기 위해서는 배터리를 20 내지 25 ℃보다 높은 온도에서 유지해야 할 필요도 있다. 그러므로, 허용할 수 있는 온도로 배터리를 유지할 필요가 있다.
본 발명은 또한, 모터 차량의 배터리 및 엔진을 냉각하기 위한 상기 정의된 바와 같은 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 하이브리드 차량 전기 엔진을 냉각하기 위한 상기 정의된 바와 같은 윤활 조성물의 용도에 관한 것이다.
윤활 조성물 및 PAG에 대해 설명된 모든 특성 및 바람직한 사항은 또한, 이러한 용도에도 적용된다.
본 발명은 또한, 전기 차량 엔진을 냉각하는 방법에 관한 것으로, 엔진의 기계적 부분을 상기 정의된 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 전기 차량 엔진의 전력 전자 장치 및/또는 회전자 및/또는 고정자를 냉각하는 방법에 관한 것으로, 전력 전자 장치 및/또는 회전자 및/또는 고정자를 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 전기 차량 엔진을 윤활하는 방법에 관한 것으로, 엔진의 기계적 부분을 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 전기 차량 엔진의 회전자와 고정자 사이에 배치된 베어링 및/또는 감속 기어를 윤활하는 방법에 관한 것으로, 상기 베어링을 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 전기 차량 엔진을 냉각 및 윤활하는 방법에 관한 것으로, 엔진의 기계적 부분을 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 전기 차량 엔진을 냉각하고 상기 전기 차량의 변속기를 윤활하는 방법에 관한 것으로서, 엔진 및 변속기의 기계적 부분을 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 전기 차량 엔진의 전력 전자 장치 및/또는 회전자/고정자 쌍을 냉각하고 감속 기어 및/또는 회전자/고정자 쌍의 베어링을 윤활하는 방법에 관한 것으로, 전력 전자 장치 및/또는 회전자 및/또는 고정자 및 감속 기어 및/또는 회전자/고정자 쌍의 베어링을 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 전기 차량의 배터리를 냉각하는 방법에 관한 것으로, 배터리를 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 전기 차량의 배터리 및 엔진을 냉각하는 방법에 관한 것으로, 배터리 및 엔진의 기계적 부분을 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 하이브리드 차량 엔진을 냉각하는 방법에 관한 것으로, 엔진의 기계적 부분을 상기 정의된 바와 같은 조성물과 접촉시키는 적어도 하나의 단계를 포함한다.
윤활 조성물 및 PAG에 대해 기술된 모든 특성 및 바람직한 사항은 이들 방법에도 적용된다.
본 발명에 따른 윤활 조성물에 의한 전기 엔진의 냉각은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방법에 의해 수행될 수 있다.
실행 실시예로서, 본 발명에 따른 윤활 조성물로부터의 제트에 의한, 분무에 의한, 또는 미스트 형성에 의한, 가압 및 중력에 의한, 냉각은, 특히 회전자 및/또는 고정자의 권선(coiling)에 대한 것으로 언급될 수 있다.
<실시예>
2가지 윤활 조성물 CI1 및 CC1이 표 1에 기술된 바와 같이 제형화되었다. 다양한 화합물들의 양은 조성물의 총 중량에 대한 질량 백분율로서 표시된다.
CI1
(본 발명에 따름)		 CC1
(비교예)
프로필렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진 PAG1(DOW 사의 SYNALOX 100-20B®) 52.8 -
프로필렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진 PAG2(DOW 사의 SYNALOX 100-50B®) 44 -
PAO 1(ASTM D445 표준에 따라 100 ℃에서 측정된 4 mm2/s의 점도) - 68.1
PAO 2(ASTM D445 표준에 따라 100 ℃에서 측정된 1000 mm2/s의 점도) - 19.6
에스테르(NYCO 사의 NB7400®) - 10
첨가제 패키지 1 3.2 -
첨가제 패키지 2 - 2.3
유체의 열적 특성을 측정하는 수단은 유체의 열교환 계수(표면 단위 및 온도에 의한 열전달)를 측정하는 것이다. 더욱 높은 열교환 계수를 갖는 유체는 더욱 우수한 냉각 특성을 갖는다.
표 1에 기술된 바와 같은 각 윤활 조성물의 열교환 계수를 측정하는 것을 가능하게 하는 시험이 수행되었다.
시험의 원리는 유도 가열된 금속 플레이트에 스프링클러를 수직으로 사용하여 오일 제트를 투사하는 것이다. 플레이트 위에 놓인 열 화상 카메라는 오일 투사 중에 온도 프로파일을 기록한다. 따라서, 플레이트 상의 온도 변화 값으로부터, 윤활 조성물의 열교환 계수 수단의 평균을 계산하는 것이 가능하다.
다양한 파라미터, 특히 플레이트의 온도, 스프링클러의 크기 및 오일이 투사되는 압력을 변화시키는 것이 가능하다. 열 계수(thermal coefficient)의 측정은 금속 플레이트상의 제트의 충돌 지점으로부터 다양한 거리(이 거리는 반경에 해당됨)에서 취해진다. 시험 조건은 표 2에 기술되어 있다.
표 2: 시험 조건
특성 단위
온도 °C 113
압력 bar 20-40
스프링클러의 직경 mm 0.5
반경 mm 0-15
표 2의 시험 조건하에서, 반경에 따라, 시험된 조성물의 열 계수의 값은 표 3 내지 표 6에 제시되어 있다. 열교환 계수의 값은 W/K.m2 단위로 표시된다.
표 3 - 조성물의 열교환 계수 - 반경 0 mm
압력(bar) CI1 CC1
40 4015 2520
38 3954 2486
36 4109 2557
34 4200 2323
32 3881 2135
30 3550 2060
28 3240 1858
26 4674 1815
표 4 - 조성물의 열교환 계수 - 반경 5 mm
압력(bar) CI1 CC1
40 3404 2459
38 3296 2417
36 3359 2389
34 3458 2216
32 3236 2019
30 3048 1966
28 2811 1819
26 3837 1780
표 5 - 조성물의 열교환 계수 - 반경 10 mm
압력(bar) CI1 CC1
40 2993 2031
38 2831 1962
36 2808 1919
34 2822 1765
32 2655 1583
30 2489 1523
28 2329 1375
26 3275 1318
표 6 - 조성물의 열교환 계수 - 반경 15 mm
압력(bar) CI1 CC1
40 2398 1323
38 2211 1269
36 2141 1239
34 2021 1147
32 1880 1052
30 1734 1012
28 1630 928
26 2402 908
열교환 계수는 종래 기술의 조성물에 상응하는 비교 조성물 CC의 경우 보다 본 발명에 따른 조성물 CI의 경우에 훨씬 더 높다. 이는, 본 발명에 따른 조성물이 종래 기술의 조성물과 비교하여 더 우수한 열적 특성을 가지며, 따라서, 전기 차량 엔진의 더욱 우수한 냉각 특성을 포함함을 실증한다.
또한, ASTM D3427 방법에 따른 탈기 측정(deaeration measurement)이 본 발명에 따른 조성물 CI에 대해 취해졌다. 이 측정은, 시험 동안 조성물에 의해 어떠한 공기 부피도 흡수되지 않았다는것을 강조하는 것을 가능하게 한다.
이는, 본 발명에 따른 조성물이 우수한 탈기 성질을 가지며, 따라서, 시간 경과에 따라 우수한 냉각 특성을 보존한다는 것을 실증하는 것을 가능하게 한다.

Claims (14)

  1. 2 내지 8개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 옥사이드의 중합 또는 공중합에 의해 얻어진 적어도 하나의 폴리알킬렌 글리콜(PAG)을 포함하는 조성물의 전기 차량에서의 용도.
  2. 제 1 항에 있어서, 엔진을 냉각하는 용도.
  3. 제 1 항에 있어서, 엔진의 전력 전자 장치(power electronics) 및/또는 회전자 및/또는 고정자를 냉각하는 용도.
  4. 제 1 항에 있어서, 배터리를 냉각하는 용도.
  5. 제 1 항에 있어서, 엔진을 윤활하는 용도.
  6. 제 1 항에 있어서, 엔진의 회전자 및 고정자 및/또는 감속 기어 사이에 위치하는 베어링을 윤활하는 용도.
  7. 제 1 항에 있어서, 변속기를 윤활하는 용도.
  8. 제 1 항에 있어서, 엔진을 냉각 및 윤활하는 용도.
  9. 제 1 항에 있어서, 엔진을 냉각하고 변속기를 윤활하는 용도.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PAG는 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 공중합에 의해 얻어진 것인, 용도.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PAG는 에틸렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진 것인, 용도.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PAG는 프로필렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진 것인, 용도.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 PAG는 부틸렌 옥사이드의 중합에 의해 얻어진 것인, 용도.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활 조성물은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 1 내지 99 wt%, 바람직하게는 50 내지 99 wt%, 더욱 바람직하게는 70 내지 99 wt%, 유리하게는 80 내지 99 wt%의 PAG를 포함하는, 용도.
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