KR20210025520A - 다중 냉각 순환 시스템 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

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리차드 피어슨
자일즈 마이클 데릭 프렌티스
조나단 솔켈드
케빈 리차드 웨스트
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비피 피이. 엘. 시이.
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Abstract

본 개시는 일반적으로 열 관리 유체 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 보다 구체적으로 리튬-이온 배터리와 같은 전자 디바이스를 냉각하는데 유용한 유전성 열 관리 유체 시스템, 및 이러한 열 관리 유체를 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

다중 냉각 순환 시스템 및 이를 사용하는 방법
본 개시는 일반적으로 열 관리 유체 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 보다 구체적으로 리튬-이온 배터리와 같은 전자 디바이스를 냉각하는데 유용한 유전성 열 관리 유체 시스템, 및 이러한 열 관리 유체를 사용하는 방법에 관한 것이다.
전 세계적으로 판매될 전기 자동차 (즉, 배터리 전기 자동차 (BEV), 하이브리드 전기 자동차 (HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차 (PHEV) 등과 같은 동력의 전부 또는 일부에 전력을 사용하는 자동차) 의 수가 증가할 것으로 추정된다. 궁극적으로, 대부분의 차량은 전기차가 될 가능성이 높다. 전기 자동차 기술이 계속 발전함에 따라, 개선된 전원 (예를 들면, 배터리 시스템 또는 모듈) 을 제공할 필요가 있다. 예를 들어, 그러한 차량이 배터리를 재충전할 필요없이 이동할 수 있는 거리를 늘리고, 그러한 배터리의 성능을 개선하고, 배터리 충전과 관련된 비용 및 시간을 줄이는 것이 바람직하다.
현재, 배터리 구동 전기 자동차는 거의 독점적으로 리튬 이온 배터리 기술을 사용한다. 리튬 이온 배터리는 동급 니켈 금속 수소화물에 비해 많은 이점을 제공하지만, 니켈 금속 수소 배터리에 비해 리튬 이온 배터리는 배터리 온도 변화에 더 민감하므로 더 엄격한 열 관리 요구 사항이 있다. 예를 들어, 최적의 리튬 이온 배터리 작동 온도는 10 내지 35 ℃이다. 온도가 35 ℃에서 70 ℃로 상승함에 따라 작동이 점점 비효율적이게 되며, 더 중요한 것은 이러한 온도에서 작동이 시간이 지남에 따라 배터리가 손상시킨다는 것이다. 70 ℃ 이상의 온도는 열 폭주 위험이 높다. 결과적으로, 리튬 이온 배터리는 차량 작동 중에 온도를 조절하는 시스템이 필요하다. 또한, 충전 중에는 입력된 전력의 최대 10%가 열로 끝난다. 리튬 이온 배터리의 급속 충전이 보다 보편화됨에 따라, 배터리의 열 관리를 위한 효율적인 시스템에 대한 필요성이 남아 있다.
배터리는 직접 또는 간접 냉각으로 냉각될 수 있다. 직접 냉각은 유리하게는 열 관리 유체 (즉, 냉각 유체) 가 "고온" 컴포넌트와 직접 접촉하게 한다. 간접 냉각에서, 전기적으로 "고온"인 컴포넌트는 전기 절연 배리어에 의해 차폐되고 냉각 유체는 이 배리어를 통과하는 열을 제거한다. 가장 일반적인 냉각 유체는 물-글리콜이다. 그러나 수계 유체는 전기를 전도하기 때문에, 냉각 유체가 전기적으로 "고온"인 컴포넌트와 직접 접촉하게 되는 애플리케이션에서는 사용할 수 없다. 반면에 간접 냉각은 수계 냉각제를 사용할 수 있지만 냉각 프로세스에 병목 현상이 발생하여 제한될 수 있다. 유전성 냉각제는 냉각에 사용되는 비-전기 전도성 유체이다. 일반적으로, 유전성 유체의 열적 특성은 물-글리콜에 비해 열악하다. 그러나 물-글리콜 유체와 달리 유전성 냉각제는 직접 냉각 애플리케이션에 사용될 수 있다.
따라서, 개선된 시스템, 특히 리튬 이온 배터리의 냉각에 사용하기에 적합한 시스템이 여전히 필요하다.
본 개시의 일 양태는 열원 (예를 들어, 전기 열원); 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는 제 1 열 교환기; 열원과 실질적으로 열 접촉하고 상기 열원과 상기 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 1 유체 순환부로서, 상기 제 1 유체 순환부는 상기 제 1 열 관리 유체가 상기 열원으로부터 열을 흡수하고 상기 제 1 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있도록 구성되는, 상기 제 1 유체 순환부; 및 제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 통과시키고 그로부터 열을 흡수하도록 구성된 제 2 유체 순환부를 포함하는 시스템을 제공하며, (a) 상기 제 1 열 관리 유체는: 65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및 각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고, 상기 하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고; 유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고 상기 제 1 열 관리 유체의 인화점은 상기 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고; 및/또는 (b) 상기 제 2 열 관리 유체는: 수성 캐리어 유체; 및상기 수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 상기 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함한다.
본 개시의 시스템의 일 실시형태에서, 열원은 전기 열원이다.
본 개시의 다른 양태는 제 1 유체 순환부에서 그리고 전기 열원과 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키는 단계; 상기 제 1 열 관리 유체에서 열원으로부터의 열 에너지를 흡수시키는 단계; 상기 제 1 열 관리 유체로부터의 열 에너지를 상기 제 1 열 교환기로 소산시키는 단계; 제 2 유체 순환부에서 그리고 상기 제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 순환시키는 단계; 및 상기 제 1 교환기로부터의 열을 제 2 열 관리 유체로 흡수시키는 단계를 포함하는 방법을 제공하고; (a) 상기 제 1 열 관리 유체는: 65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및 각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고, 상기 하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고; 유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고 상기 제 1 열 관리 유체의 인화점은 상기 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고; 및/또는 (b) 상기 제 2 열 관리 유체는: 수성 캐리어 유체; 및 상기 수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 상기 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함한다.
첨부된 도면은 본 개시의 조성물 및 방법에 대한 추가 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성한다. 도면은 반드시 축척된 것일 필요는 없으며 명확성을 위해 다양한 요소의 크기가 왜곡될 수 있다. 도면은 본 개시의 하나 이상의 실시형태(들)를 예시하고, 설명과 함께 본 개시의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1a는 본 개시의 일 실시형태에 따른 시스템의 개략 단면도이다.
도 1b는 본 개시의 일 실시형태에 따른 시스템의 개략 단면도이다.
도 2는 본 개시의 다른 실시형태에 따른 시스템 순환부의 부분 개략 단면도이다.
도 3a는 본 개시의 다른 실시형태에 따른 시스템 순환부의 부분 개략 단면도이다.
도 3b는 본 개시의 다른 실시형태에 따른 시스템 순환부의 부분 개략 단면도이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시형태에 따른 시스템 순환부의 부분 개략 단면도이다.
도 5는 본 개시의 제 1 열 관리 유체의 냉각 작동의 개략도이다.
본원에 나타낸 세부 사항은 본 발명의 특정 실시형태에 대한 예시적인 논의의 목적으로만 예로서 제공되며, 본 발명의 다양한 실시형태의 원리 및 개념적 양태에 대한 가장 유용하고 쉽게 이해되는 설명이라고 생각되는 것을 제공하는 원인으로 제시된다. 이와 관련하여, 본 발명의 근본적인 이해에 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명의 구조적 세부 사항을 보여주려는 시도는 이루어지지 않았으며, 도면 및/또는 예시와 함께 취해진 설명은 본 발명의 여러 형태가 실제로 구현될 수 있는 방법을 당업자에게 명백하게 한다. 따라서, 개시된 프로세스 및 디바이스가 설명되기 이전에, 본원에 설명된 양태는 특정 실시형태, 장치 또는 구성으로 제한되지 않으며, 물론 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 본원에서 사용되는 용어는 본원에 특별히 정의되지 않는 한 특정의 양태만을 설명하기 위한 목적이고, 제한하려고 하는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명을 설명하는 문맥에서 (특히, 하기 실시형태 및 청구범위의 문맥에서) 사용된 관사 ("a", "an", "the") 및 유사한 지시어는, 본원에서 달리 제시되지 않거나 명백히 문맥에 의해 상충되지 않는 한, 단복수 모두를 커버하는 것으로 해석되어야 한다. 본원에서 값의 범위를 언급하는 것은 단지 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 속기 방법의 역할을 하는 것으로 의도된다. 본원에서 달리 지시하지 않는 한, 각각의 개별 값은 마치 본원에서 개별적으로 언급된 것처럼 명세서에 포함된다. 범위는 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로부터 표현될 수도 있다. 이와 같은 범위가 표현되는 경우, 다른 양태는 하나의 특정의 값으로부터 및/또는 다른 특정의 값까지 포함한다. 유사하게, "약" 이라는 선행어를 사용하여 값이 근사치로서 표현된 경우, 특정 값은 다른 양태를 형성한다는 것이 이해될 것이다. 각 범위의 종점은 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과는 독립적으로 중요하다는 것을 또한 이해할 것이다.
본원에 설명된 모든 방법은 본원에 달리 표시되지 않거나 또는 문맥에 의해 달리 명백히 상충되지 않는 한 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 모든 예 또는 예시적 언어 (예를 들어, "예컨대") 의 사용은 단지 본 발명을 보다 잘 예시하기 위한 것으로 의도되며, 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위에 제한을 두지 않는다. 명세서에서의 어떠한 말도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 시사하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
문맥이 달리 명확하게 요구하지 않는 한, 명세서 및 청구범위 전체에서, '포함하다 (comprise)', '포함하는 (comprising)' 등의 단어는 배제적이거나 배타적인 의미와는 반대인 포괄적인 의미, 즉, "~ 을 포함하지만, 이에 제한되지 않는" 의 의미로 해석되어야 한다. 단수 또는 복수를 사용하는 단어는 각각 복수 또는 단수도 또한 포함한다. 또한, 본 출원에서 사용되는 경우, "본원", "위" 및 "아래"라는 단어와 유사한 의미의 단어는 본 출원의 임의의 특정 부분이 아닌 본 출원의 전체를 지칭하는 것이다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본원에 개시된 각각의 실시형태는 그의 특정 언급된 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트를 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나, 또는 이들로 구성될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 접속어 "포함하다" ("comprise" 또는 "comprises") 는, 심지어는 다량의, 비특정 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트의 포함을 의미하고 (이에 제한되지는 않음), 그리고 이들의 포함을 허용한다. 접속구 "∼로 구성되는 (consisting of)"은 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트를 배제한다. 접속구 "~로 본질적으로 구성되는"은 실시형태의 범위를 특정된 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트 및 실시형태에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들로 제한한다.
본원에서 모든 백분율, 비율 및 배율은 달리 명시되지 않는 한 중량 기준이다.
본원의 광범위한 범위를 설정하는 수치 범위 및 매개변수는 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에 설정된 수치값은 가능한 정확하게 보고된다. 하지만, 임의의 수치값은 본질적으로 각 시험 측정마다 발견되는 표준 편차로 인한 특정 오류를 필연적으로 포함한다.
본원에 개시된 본 발명의 대안적인 요소 또는 실시형태의 그룹화는 제한적으로 해석되어서는 안된다. 각 그룹 멤버는 개별적으로 또는 그룹의 다른 멤버 또는 본원에서의 다른 요소와의 조합으로 언급되고 청구될 수 있다. 그룹의 하나 이상의 멤버가 편의성 및/또는 특허성을 이유로 그룹에 포함되거나 그룹에서 삭제될 수 있음을 알 수 있다. 그러한 임의의 포함 또는 삭제가 발생하면, 명세서는 수정된 그룹을 포함하는 것으로 간주되어 첨부된 청구범위에 사용된 모든 마쿠쉬 (Markush) 그룹의 기록된 설명을 충족한다.
본 발명을 수행하기 위해 발명자에게 공지된 최선의 모드를 포함하는 본 발명의 일부 실시형태가 본원에 설명된다. 물론, 그러한 기재된 실시형태의 변형이 앞서의 설명을 읽을 때 당업자에게 명백하게 될 수도 있다. 발명자는 숙련된 기술자가 이러한 변형을 적절하게 채용할 것을 기대하고, 발명자는 본 발명이 본원에 구체적으로 설명되는 것과는 달리 실시될 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 본원에 첨부되는 청구범위에서 언급되는 청구물의 모든 수정 및 등가물을 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 것으로서 포함한다. 더구나, 모든 가능한 변형에서의 상술된 요소의 임의의 조합은 본원에서 달리 나타내거나 또는 맥락에 의해 명백히 상충되지 않는 한 본 발명에 의해 포함된다.
또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 특허 및 인쇄 간행물에 대한 수많은 참조가 이루어졌다. 각각의 인용된 참고 문헌 및 인쇄된 간행물은 그 전체가 참고로 본원에 개별적으로 포함된다.
끝으로, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시형태는 본 발명의 원리를 예시하는 것임을 이해해야 한다. 채용될 수 있는 다른 수정은 본 발명의 범위 내에 있다. 따라서, 제한이 아닌 예로서, 본 발명의 대안적인 구성이 본 명세서의 교시에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 정확하게 도시되고 기술된 것에 제한되지 않는다.
본 발명자는 특정 경우에 바람직한 시스템이 특정 전기 디바이스 또는 시스템 (예를 들어, 리튬 이온 배터리) 의 작동과 관련된 온도 범위에서 열을 전달하는 고용량을 갖는 열 관리 유체, 및 디바이스 또는 시스템의 직접 냉각에 사용하기에 적합하도록 충분히 높은 유전 상수를 갖는 열 관리 유체를 활용할 것이라는 점에 주목했다. 더욱이, 산소가 전체 시스템에 유입될 수 있는 위험이 항상 있기 때문에 바람직한 시스템은 점화 위험을 줄이기 위해 인화점이 높거나 이상적으로는 없는 열 관리 유체를 사용할 것이다.
본 발명자는 직접 및 간접 냉각을 모두 허용하는 적어도 2 개의 열 관리 순환부를 활용하는 시스템을 식별했다. 구체적으로, 본 발명자는 직접 냉각, 유전성 열 관리 순환부가 간접 열 관리 순환부를 사용하여 또한 냉각될 수 있음을 인식했고, 이로써 간접 열 관리 유체를 사용할 필요가 없다. 또한, 직접 냉각 순환부에서 유전성 열 관리 유체를 냉각하면 보다 효율적인 냉각이 가능할 것이다.
일반적으로, 본 개시의 양태 및 실시형태는 적어도 2 개의 열 관리 순환부를 활용하는 시스템에서 개선을 나타낸다. 이러한 시스템은 직접 및 간접 냉각을 모두 사용할 수 있다. 구체적으로, 본 발명자는 직접 냉각, 유전성 열 관리 순환부가 우수한 수계의 간접 열 관리 순환부를 사용하여 추가로 냉각될 수 있음을 인식했다. 또한, 직접 냉각 순환부에서 유전성 열 관리 유체를 냉각하면 보다 효율적인 냉각이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시의 일 양태는 열원 (예를 들어, 전기 열원); 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는 제 1 열 교환기; 열원과 실질적으로 열 접촉하고 상기 열원과 상기 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 1 유체 순환부로서, 상기 제 1 유체 순환부는 상기 제 1 열 관리 유체가 상기 열원으로부터 열을 흡수하고 상기 제 1 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있도록 구성되는, 상기 제 1 유체 순환부; 및 제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 통과시키고 그로부터 열을 흡수하도록 구성된 제 2 유체 순환부를 포함하는 시스템을 제공하며, 여기서 제 1 열 관리 유체 및 제 2 열 관리 유체는 아래에 설명된 바와 같다.
본 개시의 시스템의 실시형태는 도 1a를 참조하여 예시된다. 시스템 (100) 은 도 1a의 개략 측단면도로 도시되어 있다. 시스템 (100) 은, 순환부를 통해 순환되고 표면 (142) 을 통과하는 제 1 열 관리 유체 (120) 를 포함한다. 표면 (142) 의 온도는 제 1 열 관리 유체 (120) 의 온도에 비해 상승된다. 그 결과, 열 에너지는 표면 (142) 으로부터 제 1 열 관리 유체 (120) 에 흡수된다. 또한, 제 1 열 관리 유체 (120) 는 경로 (122) 를 통해 흘러 전기 컴포넌트 (140) 로부터의 열 에너지를 흡수한다. 유체 경로 (122) 로부터, 열 관리 유체 (120) 는 제 1 덕트 (130) 를 통해 열 교환기 (160) 로 흐른다. 제 1 열 관리 유체 (120) 에 축적된 열 에너지는, 유체가 제 2 덕트 (132) 를 통해 전기 컴포넌트 (140) 로 흐르기 이전에 열 교환기 (160) 내에서 유체로부터 제거된다. 열 교환기 (160) 에서, 제 1 열 관리 유체 (120) 의 열 에너지는 제 2 열 관리 유체 (170) 에 의해 흡수된다.
특정 실시형태에서, 시스템 (100) 은 제 2 열 교환기 (180) 를 포함한다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 제 2 열 관리 유체 (170) 에 축적된 열 에너지는 유체가 열 교환기 (160) 를 통해 흐르기 이전에 제 2 열 교환기 (180) 내에서 유체로부터 제거된다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 시스템은 전기 열원인 열원을 포함한다. 따라서, 시스템은 전기 컴포넌트를 작동시켜 열 에너지를 생성한다. 예를 들어, 시스템 (100) 은 작동 중에 열을 생성하는 전기 컴포넌트 (140) 와 관련된다. 특정 실시형태에서 열은 전기 컴포넌트 충전 및 방전의 요소로서 생성된다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 전기 컴포넌트의 작동의 비효율성 및 순환 대응 순환부에서의 저항은 전류가 전기 컴포넌트의 순환부 및 요소를 통과할 때 열을 생성한다. 예를 들어, 전기 컴포넌트 (140) 의 작동으로부터의 열은 표면 (142) 의 온도 상승을 야기하고, 그 결과 열 에너지가 제 1 열 관리 유체 (120) 로 전달된다. 다른 실시형태에서, 열 에너지는 발열 반응과 같은 화학 반응 또는 마찰에 의해 생성된다. 또 다른 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체는 냉각되고 주변 온도 또는 약간 상승된 온도의 표면으로부터 열 에너지를 흡수한다.
본 명세서에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 표면은 전기 컴포넌트의 표면이다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에서, 전기 컴포넌트 (140) 의 하우징 (150) 은 제 1 열 관리 유체 (120) 의 저장소를 포함한다. 열을 생성하는 특정 순환부를 포함하는 전기 컴포넌트의 요소는 제 1 열 관리 유체 (120) 에 잠기고 제 1 열 관리 유체는 전기 컴포넌트 (140) 의 외부 표면 (142) 으로부터 직접 열 에너지를 흡수한다. 본원에서 달리 설명된 바와 같은 특정 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 배터리 팩, 커패시터, 인버터, 전기 케이블링, 연료 전지, 모터 또는 컴퓨터를 포함한다. 예를 들어, 특정 실시형태에서 전기 컴포넌트는 하우징에 배치된 하나 이상의 전기화학 전지를 포함하는 배터리 팩이다. 본원에서 달리 설명되는 특정 실시형태에서, 배터리 팩은 전기 자동차의 컴포넌트이다. 일부 실시형태에서, 전기 자동차는 완전 전기 자동차 또는 하이브리드 전기 자동차이다. 다른 실시형태에서, 배터리 팩은 고정식 에너지 저장 솔루션, 예를 들어 태양 패널 또는 풍력 터빈과 같은 지역 재생가능 에너지 원과 협력하여 작동하는 가정용 에너지 저장 솔루션의 일부이다. 다른 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 전해 커패시터 또는 전기 이중층 커패시터, 예를 들어 슈퍼커패시터와 같은 하나 이상의 커패시터이다. 또 다른 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 고분자 전해질 막 연료 전지, 직접 메탄올 연료 전지, 알칼리 연료 전지, 인산 연료 전지, 용융 탄산염 연료 전지, 고체 산화물 연료 전지 또는 가역 연료 전지와 같은 하나 이상의 연료 전지이다. 특정 실시형태에서 전기 컴포넌트는 전기 모터이다. 또 다른 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 컴퓨터, 예를 들어 개인용 컴퓨터 또는 서버이다.
본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 표면은 도관의 내부 표면이다. 예를 들어, 도 2는 복수의 개별 유닛 (244) 을 포함하는 전기 컴포넌트 (240) 를 포함하는 시스템 (200) 의 부분도를 도시한다. 특히, 전기 컴포넌트 (240) 는 복수의 전기화학 전지 (244) 를 포함하는 배터리이다. 전기 컴포넌트 (240) 는 전기화학 전지 (244) 사이에서 전기 컴포넌트의 내부를 통해 연장되는 도관 (246) 을 더 포함한다. 전기 컴포넌트가 열 에너지를 생성함에 따라, 도관 (246) 의 내부 표면 (242) 이 가열되고 열 에너지가 제 1 열 관리 유체 (220) 에 의해 흡수된다. 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 도관은 전기 컴포넌트를 둘러싸는 하우징을 통과한다. 예를 들어, 시스템 (200) 의 도관 (246) 은 전기 컴포넌트 (240) 를 둘러싸는 하우징 (250) 의 개구부 (252) 를 통해 연장되고, 이는 제 1 열 관리 유체 (220) 가 시스템 (200) 의 다른 요소로 전달될 수 있게 한다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 전기화학 전지는 리튬 이온 전기화학 전지와 같은 충전식 전기화학 전지이다. 다른 실시형태에서, 전기화학 전지는 알루미늄 이온 전지, 납산 전지 또는 마그네슘 이온 전지이다.
본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 본 개시의 시스템은 또한 제 1 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 1 펌프를 포함할 수 있다. 도 1b에 도시된 시스템 (100) 의 하나의 비제한적인 예에서, 제 1 펌프 (165) 는 제 2 덕트 (132) 로부터 수용된 제 1 열 관리 유체 (120) 를 제 3 덕트 (134) 를 통해 통과시켜, 전기 컴포넌트 (140) 을 둘러싸는 유체 경로 (122) 로 복귀시킨다. 당업자는 시스템의 필요 및 설계에 따라 제 1 펌프가 시스템의 다른 부분에 배치될 수 있고, 시스템이 하나 이상의 제 1 펌프를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 제 1 덕트 (130) 는 제 1 펌프를 포함하도록 구성될 수도 있다.
본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 본 개시의 시스템은 또한 제 2 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 2 펌프를 포함할 수 있다. 도 1b에 도시된 시스템 (100) 의 하나의 비제한적인 예에서, 제 2 펌프 (185) 는 제 2 열 관리 유체 (170) 를 순환시키도록 구성될 수 있다. 당업자는 시스템의 필요 및 설계에 따라 제 2 펌프가 시스템의 다른 부분에 배치될 수 있고, 시스템이 하나 이상의 제 2 펌프를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 1b에 도시된 하나의 비제한적인 예에서, 제 2 펌프 (185) 는 제 2 열 교환기 (180) 앞에 배치된다. 다른 예에서, 제 2 펌프는 제 2 열 교환기 뒤에 배치될 수도 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 시스템 (100) 은 설명된 열 관리 유체를 채용한 복잡하지 않은 실시형태의 개략도이다. 다른 실시형태에서, 열 관리 순환부는 밸브, 펌프, 열 교환기, 저장소 및 덕트의 임의의 조합과 같은 추가 요소를 포함한다.
본 발명자는 특정 열 관리 유체가 본 개시의 시스템의 작동과 관련된 온도에서 상 변화 (즉, 액체에서 기체로) 를 겪을 수 있음을 인식했다. 따라서, 본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 제 1 유체 순환부는 팽창 챔버를 포함할 수 있다. 팽창 챔버는 제 1 열 관리 유체로부터 증기를 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 팽창 챔버는 할로카본 컴포넌트를 포함하는 제 1 열 관리 유체의 기화로부터 할로카본 증기를 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 도 3a는 제 1 열 관리 유체로부터 증기 컴포넌트 (325) 를 수용하도록 구성된 팽창 챔버 (354) 를 포함하는 시스템 (300) 의 부분도를 도시한다. 하우징 (350) 은 전기 컴포넌트 (340) 을 둘러싸고 제 1 열 관리 유체 (320) 를 위한 공동을 제공하며, 이 유체는 외부 표면 (342) 으로부터 직접 열 에너지를 흡수한다. 제 1 열 관리 유체 (320) 의 증기 컴포넌트 (325) 로의 상 변화는 냉각 시스템에서 사용될 수 있으며, 기화 잠열은 전기 컴포넌트의 냉각을 제공하기 위해 사용된다. 특정 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체로부터의 증기는 제 1 열 관리 유체의 후속 가열 사이클 동안 재기화될 준비가 된 액상 (326) 으로 응축될 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체로부터의 증기는 냉각되는 컴포넌트의 온도 강하를 통해 액상 (326) 으로 응축될 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체의 증기는 열 교환기와 같은 외부 냉각을 사용하여 액상으로 응축될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 시스템 (300) 은 제 3 열 교환기 (356) 를 포함할 수 있다. 제 3 열 교환기는 제 1 부분 및 제 2 부분을 가질 수 있으며, 여기서 제 3 열 교환기의 제 1 부분은 팽창 챔버로부터 열을 흡수하도록 구성되고 제 3 열 교환기의 제 2 부분은 제 3 열 교환기의 제 1 부분으로부터 열을 소산시키도록 구성된다.
본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 제 3 열 교환기는 제 2 유체 순환부의 일부이다. 예를 들어, 제 2 유체 순환부는 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 포함할 수 있으며, 여기서 제 3 열 교환기의 제 2 부분은 팽창 챔버로부터 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 통해 열을 흡수할 수 있고 제 2 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있는 제 2 열 관리 유체를 수용하도록 구성된다.
본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 시스템은 용융된 저장 챔버를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4는 제 2 열 관리 유체 (470) 의 용융 상 변화 물질을 저장하도록 구성된 용융 저장 챔버 (490) 를 포함하는 시스템 (400) 의 부분도를 도시한다. 일부 실시형태에서, 용융된 저장 챔버 (490) 는 절연될 수 있다. 특정 실시형태에서, 예를 들어 저온에서, 용융 상 제 2 열 관리 유체 (470) 는 제 1 열 교환기 (460) 에서 제 1 열 관리 유체 (420) 를 가열하기 위해 동원될 수 있다. 가열된 제 1 열 관리 유체 (420) 는 배터리를 가열하기 위해 사용될 수 있다. 옵션인 제 2 펌프 (485) 를 사용하여 제 2 열 관리 유체 (470) 를 순환시킬 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 2 열 교환기 (480) 는 저온 작동 동안 시스템에 추가 열을 입력하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 예를 들어 시스템이 작동 온도로 충분히 가온되면, 제 2 열 교환기 (480) 는 제 2 열 관리 유체 (470) 에 축적된 열 에너지를 제거하기 위해 사용될 수 있다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 제 3 열 교환기는 제 3 유체 순환부를 포함한다. 제 3 유체 순환부는 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 통해 팽창 챔버로부터 열을 흡수할 수 있는 제 3 열 관리 유체를 순환시키도록 구성될 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 3 열 관리 유체는 제 3 유체 순환부 장치의 온도 강하 (예를 들어, 제 3 유체 순환부를 둘러싼 주변 온도에 의한 냉각) 를 통해 열을 소산시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 3 유체 순환부는 제 4 열 교환기를 포함할 수 있으며, 여기서 제 3 열 관리 유체는 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 통해 팽창 챔버로부터 흡수된 제 4 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 양태는: 제 1 유체 순환부에서 그리고 전기 열원 (예를 들어, 배터리 팩, 커패시터, 인버터, 전기 케이블링, 연료 전지, 모터, 또는 컴퓨터) 과 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키는 단계; 제 1 열 관리 유체에서 열원으로부터의 열 에너지를 흡수하는 단계; 제 1 열 관리 유체로부터의 열 에너지를 제 1 열 교환기로 소산시키는 단계; 제 2 유체 순환부에서 제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 순환시키는 단계; 및 제 1 교환기로부터의 열을 제 2 열 관리 유체로 흡수시키는 단계를 포함하는 방법을 제공하며, 여기서 제 1 열 관리 유체 및 제 2 열 관리 유체는 아래에 설명된 바와 같다.
특정 실시형태에서, 예를 들어, 열원으로부터의 열 에너지는 하나 이상의 컴포넌트 중 하나 이상의 비등점(들)을 통해 가열되는 제 1 열 관리 유체의 하나 이상의 컴포넌트 중 하나 이상을 기화시킴으로써 적어도 부분적으로 흡수된다. 특정 실시형태에서, 본원에서 달리 설명된 개시의 방법은 제 1 순환부의 팽창 챔버에서 제 1 열 관리 유체로부터 (예를 들어, 상기 제 1 열 관리 유체의 할로카본 컴포넌트의 기화로부터) 증기를 수용하는 단계를 더 포함한다. 본원에서 달리 설명된 개시의 방법은, 특정 실시형태에서, 팽창 챔버로부터 에너지를 흡수하여 제 1 열 관리 유체로부터의 증기를 응축시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증기를 응축시키는 것은 팽창 챔버를 둘러싼 주변 온도에 의해 팽창 챔버를 냉각시키는 것을 더 포함할 수 있다.
전기 열원을 통한 제 1 열 관리 유체의 순환부는, 예를 들어, 전기 열원을 통해 유체를 펌핑하거나 달리 유동시킴으로써 수행될 수 있다.
열원의 열 에너지는 다양할 수 있으므로 제 1 열 관리 유체는 다양한 온도에서 사용하도록 조정될 수 있다. 특정 실시형태에서, 열원은 30 ℃ 내지 150 ℃, 예를 들어 30 ℃ 내지 100 ℃, 또는 30 ℃ 내지 90 ℃, 또는 30 ℃ 내지 85 ℃, 또는 30 ℃ 내지 80 ℃, 또는 30 ℃ 내지 75 ℃, 또는 30 ℃ 내지 70 ℃ 범위의 온도에 있다. 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 열원은 40 ℃ 내지 150 ℃, 예를 들어, 50 ℃ 내지 150 ℃, 또는 60 ℃ 내지 150 ℃, 또는 70 ℃ 내지 150 ℃, 또는 80 ℃ 내지 150 ℃, 또는 90 ℃ 내지 150 ℃, 또는 100 ℃ 내지 150 ℃, 또는 110 ℃ 내지 150 ℃, 또는 30 ℃ 내지 100 ℃, 또는 40 ℃ 내지 100 ℃, 또는 50 ℃ 내지 100 ℃, 또는 60 ℃ 내지 100 ℃, 또는 70 ℃ 내지 100 ℃, 또는 80 ℃ 내지 100 ℃, 또는 30 ℃ 내지 90 ℃, 또는 40 ℃ 내지 90 ℃, 또는 50 ℃ 내지 90 ℃, 또는 60 ℃ 내지 90 ℃, 또는 30 ℃ 내지 85 ℃, 또는 40 ℃ 내지 85 ℃, 또는 45 ℃ 내지 85 ℃, 또는 50 ℃ 내지 85 ℃, 또는 60 ℃ 내지 85 ℃, 또는 30 ℃ 내지 80 ℃, 또는 40 ℃ 내지 80 ℃, 또는 45 ℃ 내지 80 ℃, 또는 50 ℃ 내지 80 ℃, 또는 60 ℃ 내지 80 ℃, 또는 30 ℃ 내지 75 ℃, 또는 40 ℃ 내지 75 ℃, 또는 45 ℃ 내지 75 ℃, 또는 50 ℃ 내지 75 ℃, 또는 60 ℃ 내지 75 ℃, 또는 30 ℃ 내지 70 ℃, 또는 40 ℃ 내지 70 ℃, 또는 45 ℃ 내지 70 ℃, 또는 50 ℃ 내지 70 ℃, 또는 60 ℃ 내지 70 ℃, 또는 65 ℃ 내지 75 ℃ 범위의 온도에 있다. 특정 실시형태에서 (및 디바이스 또는 시스템의 작동 동안 특정 시간에) 열원의 온도는 열 관리 시스템의 할로카본 비등점의 5 ℃ 이내이다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체로부터의 열 에너지는 제 2 열 관리 유체에서 흡수된다. 예를 들어, 제 1 열 관리 유체의 열 에너지는 제 1 열 교환기로 소산된다. 그후, 제 2 열 관리 유체는 제 2 유체 순환부에서 그리고 제 1 열 교환기의 제 2 부분을 통해 순환된다. 특정 실시형태에서, 제 2 열 관리 유체로부터의 열 에너지는 제 2 열 교환기로 소산될 수 있다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 증기를 응축하는 것은 팽창 챔버로부터의 에너지를 제 3 열교환기로 흡수시키는 것을 더 포함할 수 있다. 제 3 열 교환기로부터의 에너지는 일부 실시형태에서 제 3 열 교환기에서 제 2 열 관리 유체를 순환시킴으로써 제 2 열 관리 유체로 흡수될 수 있다. 일부 다른 실시형태에서, 제 3 열 교환기로부터의 에너지는 제 3 열 관리 유체로 흡수될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태는 제 3 유체 순환부에서 제 3 열 관리 유체를 순환시키고 제 3 열 교환기로부터의 열 에너지를 제 3 열 관리 유체로 흡수시키는 것을 더 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 3 열 관리 유체로부터의 열 에너지는 제 4 열 교환기로 소산된다.
본 개시의 방법 및 시스템은 제 1 열 관리 유체를 포함한다. 특정 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체는 유전체이고, 그리고 65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및 각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고, 하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고; 유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고 제 1 열 관리 유체의 인화점은 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높다.
이러한 제 1 열 관리 유체는 유기 유전성 유체의 우수한 유전 특성과 열전도율을 가진 특정 할로카본 물질의 상 변화 및 화학적 비활성 특성을 활용한다. 구체적으로, 특정 할로카본은 리튬 이온 배터리와 같은 전기 디바이스 및 시스템의 작동과 관련된 온도에서 상 변화 (즉, 액체에서 기체로) 를 겪을 수 있다. 이러한 상 변화는 냉각 시스템에서 사용될 수 있으며, 기화 잠열은 도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이 전기 컴포넌트의 냉각을 제공하는데 사용된다. 더욱이, 많은 할로카본은 인화점이 높거나 심지어는 인화점이 전혀 없다. 따라서, 할로카본의 기화로 인해 시스템에서 고농도의 할로카본 증기가 생성될 수 있지만 증기의 점화 위험은 거의 없다. 할로카본은 또한 일반적으로 유리하게 낮은 점도와 높은 밀도를 가질 수 있다. 그러나 많은 할로카본은 열전도율과 비열 용량이 좋지 않다. 이에 비해 유전성 유체 (예를 들면, 유기 또는 실리콘) 는 일반적으로 우수한 열 전도율과 비열 용량을 갖는다. 본 발명자는 본원에 기재된 바와 같은 기화 기반 냉각이 하나 이상의 적합한 유전성 유체에 분산된 하나 이상의 적합한 할로카본에 의해 유리하게 제공될 수 있다고 결정했다. 본 개시의 개선된 제 1 열 관리 유체를 생성하는 것은 할로카본과 유전성 유체의 상승적 조합이고, 할로카본 컴포넌트는 점화의 위험없이 기화 기반 냉각을 제공하고, 유전성 유체 컴포넌트는 바람직한 열 흐름 및 취급 특성을 제공하며, 그리고 양 유체 모두는 전기 디바이스 및 시스템의 직접 냉각에 필요한 유전 특성을 제공한다. 결과적으로 이러한 제 1 열 관리 유체는 기존 유체에 비해 많은 이점을 가질 수 있다. 특히, 기화는 일반적으로 단순한 유체 온도 상승보다 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 한다. 따라서, 냉각 메커니즘은 유전체 열 관리 유체의 할로카본 컴포넌트의 기화를 포함할 수 있기 때문에, 제 1 열 관리 유체는 높은 전체 냉각 용량을 가질 수 있다. 그리고 원하는 비등점을 갖는 할로카본 컴포넌트가 선택될 수 있기 때문에, 당업자는 전기 디바이스 또는 시스템의 온도를 원하는 작동 범위 내에서 유지하기 위해 하나 이상의 원하는 온도에서 높은 열용량을 갖는 유체를 제공할 수 있다. 본 개시의 유전성 유체 내의 물질의 조합은 또한 다양한 실시형태에서 바람직하게는 낮은 점도, 높은 열 전도율, 낮은 점화 위험, 높은 유전 상수 및 더 빠른 온도 응답 중 하나 이상을 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 하나 이상의 유전성 유체를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같이, 유전성 유체는 25 ℃에서 액체이고 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖는다. 본원에서 사용하기에 특히 바람직한 유전성 유체는 바람직하게는 비교적 높은 열 전도율 (예를 들면, 25 ℃에서 적어도 0.05 W/m·K, 또는 적어도 0.1 W/m·K, 또는 심지어 적어도 0.12 W/m·K), 및/또는 비교적 높은 비열 용량 (예를 들어, 25 ℃에서 적어도 1 J/g·K, 또는 적어도 1.2 J/g·K, 또는 심지어 적어도 1.5 J/g·K) 을 갖는다. 당업계에 공지된 다양한 유전성 유체는 본 명세서에 기재된 조성물, 시스템 및 방법에 적합하게 사용될 수 있다. 특정 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체는 리튬 이온 배터리와 같은 배터리의 컴포넌트에 대해 비반응성이거나 그렇지 않으면 비활성이다.
본원에 기재된 조성물, 시스템 및 방법에 매우 다양한 유전성 유체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체는 지방족 유전성 유체 (예를 들면, C14-C50 알킬, C14-C50 알케닐, C14-C50 알키닐, 폴리올레핀, 예컨대 폴리-α-올레핀), 지방족 유전성 유체 산소화물 (예를 들면, 케톤, 에테르, 에스테르 또는 아미드), 방향족 유전성 유체 (예를 들면, 디알킬벤젠, 예컨대 디에틸벤젠, 시클로헥실벤젠, 1-알킬나프탈렌, 2-알킬나프탈렌, 디벤질톨루엔 및 알킬화 비페닐), 방향족 유전성 유체 산소화물 (예를 들면, 케톤, 에테르, 에스테르 또는 아미드), 실리콘 (예를 들면, 실리콘 오일 및 실리케이트 에스테르) 및 이들의 임의의 조합물로부터 선택될 수 있다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 유전성 유체는 인화점이 높고 선택적으로 낮은 황 함량 (예를 들면, 3000 ppm 미만, 3000 ppm 미만, 또는 1000 ppm 미만) 으로 제형화될 수 있다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체 각각은 오일, 예를 들어 미네랄 오일, 합성 오일, 또는 실리콘 오일이다. 예를 들면 특정 실시형태에서, 유전성 유체는 American Petroleum Institute (API 간행물 1509) 에 의해 정의된 저점도 그룹 III 또는 IV 베이스 오일이다. 그룹 III 베이스 오일 (예컨대 탄화수소 오일, 폴리알파올레핀, 알킬 방향족 및 합성 에스테르와 같은 합성 오일은 물론 수소화 분해 및 수첨 가공된 베이스 오일) 및 그룹 IV 베이스 오일 (예컨대 폴리알파올레핀 (PAO)) 은 잘 알려져 있는 베이스 오일이다. 변압기 오일로 사용하기에 적합한 오일은 많은 실시형태에서 본 개시의 조성물, 시스템 및 방법에서 유전성 유체로 사용하기에 적합할 수 있다.
시판되는 유전성 유체에는 Perfecto™ TR UN (영국의 Castrol Industrial에서 입수 가능) 및 MIDEL 7131 (영국의 M&I Materials Ltd.에서 입수 가능) 이 포함된다. 시판되는 베이스 오일에는 YUBASE 3 및 YUBASE 4 (대한민국의 SK Lubricants Co. Ltd.에서 입수 가능), DURASYN® 162 및 DURASYN® 164 (텍사스주 휴스턴의 INEOS Oligomers에서 입수 가능) 및 PRIOLUBETM 오일 (영국의 CRODA에서 입수 가능) 이 있다.
본원의 개시에 기초하여, 하나 이상의 유전성 유체는 바람직한 전체 열 용량 및 열 전도율을 갖는 개시의 제 1 열 관리 유체를 제공하도록 선택될 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 유전성 유체는 이들이 사용되는 시스템의 다른 컴포넌트에 대해 낮은 반응성을 갖고 제 1 열 관리 유체에 원하는 점도를 제공하도록 선택될 수 있다. 하나 이상의 유전성 유체를 선택할 때 다른 고려 사항에는 유전 상수, 독성, 환경 영향 및 비용이 포함될 수 있다.
본원에서 달리 설명되는 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체는 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 제 1 열 관리 유체에 존재한다. 예를 들어, 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체는 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 70 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 75 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 80 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 85 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 90 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 95 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 65 wt% 내지 99 wt%, 또는 70 wt% 내지 99 wt%, 또는 75 wt% 내지 99 wt%, 또는 80 wt% 내지 99 wt%, 또는 85 wt% 내지 99 wt%, 또는 90 wt% 내지 99 wt%, 또는 95 wt% 내지 99 wt% 의 총량으로 존재한다. 본원에서 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체는 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 98 wt%, 예를 들면, 70 wt% 내지 99 wt%, 또는 75 wt% 내지 98 wt%, 또는 80 wt% 내지 98 wt%, 또는 85 wt% 내지 98 wt%, 또는 90 wt% 내지 98 wt%, 또는 95 wt% 내지 98 wt%, 또는 65 wt% 내지 95 wt%, 또는 70 wt% 내지 95 wt%, 또는 75 wt% 내지 95 wt%, 또는 80 wt% 내지 95 wt%, 또는 85 wt% 내지 95 wt%, 또는 90 wt% 내지 95 wt% 의 총량으로 존재한다. 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체는 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 90 wt%, 예를 들면, 70 wt% 내지 90 wt%, 또는 75 wt% 내지 90 wt%, 또는 80 wt% 내지 90 wt%, 또는 85 wt% 내지 90 wt%, 또는 65 wt% 내지 85 wt%, 또는 70 wt% 내지 85 wt%, 또는 75 wt% 내지 85 wt%, 또는 80 wt% 내지 85 wt%, 또는 65 wt% 내지 80 wt%, 또는 70 wt% 내지 80 wt%, 또는 75 wt% 내지 80 wt% 의 총량으로 존재한다. 하나 이상의 유전성 유체의 총량은, 예를 들어 원하는 냉각 거동을 제공하는데 필요한 할로카본(들)의 총량, 및 제 1 열 관리 유체에 바람직한 특성을 제공하는데 필요한 다른 첨가제의 양을 기준으로 본원의 개시를 고려하여 선택될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 하나 이상의 할로카본을 포함한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "할로카본"은 불소, 염소, 브롬 및 요오드 중 하나 이상을 포함하는 유기 화합물이다. 본 개시의 할로카본은 부분 할로겐화 화합물 (즉, 화합물의 구조에 하나 이상의 C-할로겐 결합이 있지만 또한 하나 이상의 C-H 결합이 있음) 또는 완전 할로겐화 화합물 (즉, 화합물에, 예컨대 과불소화 화합물에 C-할로겐 결합이 있고 C-H 결합이 없음) 일 수 있다.
하나 이상의 할로카본 각각은 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점 (즉, 1 atm) 을 갖는다. 본 발명자는 본원에 설명된 것과 같은 비교적 휘발성이 있는 할로카본이 액체에서 기체로 기화할 때 (즉, 기화열로 측정될 때) 냉각 효과를 제공할 수 있다는 점에 주목했다. 이러한 상 전이는 매우 좁은 온도 범위에서 발생할 수 있으므로 주어진 온도에서 (즉, 할로카본의 비등점 근처에서, 이 비등점은 일부 실시형태에서 제 1 열 관리 유체 포함되어 있는 공간 내의 압력에 의해 수정됨) 비교적 많은 양의 열을 흡수하는 능력을 제 1 열 관리 유체에 제공하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 본원에서 제공되는 하나 이상의 할로카본의 사용은 하나 이상의 온도에서 비교적 많은 양의 열을 흡수함으로써 전기 컴포넌트의 열 폭주를 방지하는데 도움이 될 수 있다. 유사하게, 본원에 제공된 하나 이상의 할로카본의 사용은 충전식 배터리 (예를 들어, 리튬 이온 배터리) 와 같은 전기 컴포넌트의 고속 충전에서 발생하는 열을 빠르게 흡수하는데 도움이 될 수 있다.
특히, 하나 이상의 할로카본이 포함되어 있는 공간의 압력은 하나 이상의 할로카본에 대해 바람직한 비등점(들)을 제공하도록 조절될 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 물질의 비등점은 압력에 따라 달라지므로, 압력을 조절함으로써 비등점을 수정할 수 있다. 예를 들어, 압력은 할로카본의 비등점을 줄이기 위해 대기압보다 더 높게 조절될 수 있다. 본 명세서에 설명된 팽창 챔버는 할로카본 함유 공간에서 압력을 조절하는데 사용될 수 있다.
하나 이상의 할로카본 각각의 동일성 (및 따라서 비등점) 은 고려중인 특정 시스템 또는 공정의 원하는 작동 온도를 기반으로 선택될 수 있다. 따라서, 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본 각각은 30 ℃ 내지 100 ℃, 또는 30 ℃ 내지 90 ℃, 또는 30 ℃ 내지 85 ℃, 또는 30 ℃ 내지 80 ℃, 또는 30 ℃ 내지 75 ℃, 또는 30 ℃ 내지 70 ℃ 범위의 비등점을 갖는다. 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본 각각은 40 ℃ 내지 150 ℃, 예를 들어, 50 ℃ 내지 150 ℃, 또는 60 ℃ 내지 150 ℃, 또는 70 ℃ 내지 150 ℃, 또는 80 ℃ 내지 150 ℃, 또는 90 ℃ 내지 150 ℃, 또는 100 ℃ 내지 150 ℃, 또는 110 ℃ 내지 150 ℃, 또는 30 ℃ 내지 100 ℃, 또는 40 ℃ 내지 100 ℃, 또는 50 ℃ 내지 100 ℃, 또는 60 ℃ 내지 100 ℃, 또는 70 ℃ 내지 100 ℃, 또는 80 ℃ 내지 100 ℃, 또는 30 ℃ 내지 90 ℃, 또는 40 ℃ 내지 90 ℃, 또는 50 ℃ 내지 90 ℃, 또는 60 ℃ 내지 90 ℃, 또는 30 ℃ 내지 85 ℃, 또는 40 ℃ 내지 85 ℃, 또는 45 ℃ 내지 85 ℃, 또는 50 ℃ 내지 85 ℃, 또는 60 ℃ 내지 85 ℃, 또는 30 ℃ 내지 80 ℃, 또는 40 ℃ 내지 80 ℃, 또는 45 ℃ 내지 80 ℃, 또는 50 ℃ 내지 80 ℃, 또는 60 ℃ 내지 80 ℃, 또는 30 ℃ 내지 75 ℃, 또는 40 ℃ 내지 75 ℃, 또는 45 ℃ 내지 75 ℃, 또는 50 ℃ 내지 75 ℃, 또는 60 ℃ 내지 75 ℃, 또는 30 ℃ 내지 70 ℃, 또는 40 ℃ 내지 70 ℃, 또는 45 ℃ 내지 70 ℃, 또는 50 ℃ 내지 70 ℃, 또는 60 ℃ 내지 70 ℃, 또는 65 ℃ 내지 75 ℃ 범위의 비등점을 갖는다.
본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 30-150 ℃ 범위의 비등점을 갖는 단일의 할로카본만을 포함한다. 이는 기화를 통해 열을 흡수할 수 있는 단일의 좁은 온도 범위를 갖는 제 1 열 관리 유체를 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 일부 실시형태에서 2 개 이상의 상이한 할로카본을 갖는 제 1 열 관리를 제공하는 것이 바람직할 수 있음을 주목하였다. 특정 실시형태에서, 할로카본은 실질적으로 상이한 비등점 (예를 들어, 비등점에서 적어도 10 ℃ 차이, 또는 비등점에서 적어도 20 ℃ 차이, 또는 심지어 비등점에서 적어도 50 ℃ 차이) 을 가질 수 있다. 이것은 기화가 열을 흡수하는데 사용될 수 있는 2 개 이상의 개별 온도를 허용할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체는 30 ℃ 내지 80 ℃ 범위의 비등점을 갖는 제 1 할로카본 및 80 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖는 제 2 할로카본을 포함한다. 특정 실시형태에서, 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체는 30 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 비등점을 갖는 제 1 할로카본 및 80 ℃ 내지 110 ℃ 범위의 비등점을 갖는 제 2 할로카본을 포함한다.
그러나, 다른 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체의 2 개의 할로카본은 비교적 유사한 비등점 (예를 들어, 비등점에서 5 ℃ 이하의 차이, 또는 비등점에서 2 ℃ 이하의 차이, 또는 비등점에서 1 ℃ 이하의 차이) 을 가질 수 있다. 그러한 경우, 2 개의 할로카본은 기화 온도의 차이를 제공하지 않고, 대신에 전체 제 1 열 관리 유체의 다른 물리적 특성의 튜닝을 허용할 수 있다.
2 이상의 할로카본이 제 1 열 관리 유체에서 사용되는 경우, 둘의 상대적인 양은 원하는 효과에 따라 본원의 개시를 기반으로 변경될 수 있다. 특정 실시형태에서, 제 1 할로카본 대 제 2 할로카본의 질량비는 1:9 내지 9:1 범위이다.
다양한 할로카본이 본 개시의 제 1 열 관리 유체에서 사용될 수 있다. 본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 각각의 하나 이상의 할로카본은 그의 할로겐(들)으로서 염소, 불소 및 브롬 중 하나 이상을 포함한다. 본원에 달리 설명된 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본 각각은 플루오로카본, 클로로카본 및 클로로플루오로카본으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 적합한 플루오로카본은 플루오로알칸 및 이의 산소화물 (예를 들면, 퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로헥산, 퍼플루오로헵탄, 퍼플루오로시클로헥산, 퍼플루오로메틸시클로헥산, 2H,3H-퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로(2-메틸-3-펜타논, 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 메톡시-노나플루오로부탄, 에톡시-노나플루오로부탄, 테트라데카플루오로-2-메틸헥산-3-온, 및 테트라데카플루오로-2,4-디메틸펜탄-3-온), 3-메톡시퍼플루오로(2-메틸펜탄), 3-에톡시퍼플루오로(2-메틸펜탄) 플루오로알켄 및 이의 산소화물 (예를 들면, 퍼플루오로헥센), 및 플루오로방향족 화합물 (예를 들면, 퍼플루오로벤젠)을 포함하며, 이에 제한되지 않는다. 적합한 클로로카본에는 클로로알칸 및 이의 산소화물 (예를 들면, 디클로로메탄, 클로로포름 및 1,1,1-트리클로로에탄), 클로로알켄 및 이의 산소화물 (예컨대, 트랜스-1,2-디클로로에틸렌 및 cis-1,2-디클로로에틸렌) 및 클로로방향족 화합물을 포함하며, 이에 제한되지 않는다.
예를 들어, 특정 실시형태에서, 본원에 달리 기재된 바와 같은 제 1 열 관리 유체의 하나 이상의 할로카본 각각은 플루오로카본이다. 특정 실시형태에서, 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체는 하나 이상의 할로카본이 플루오로카본 및 클로로카본 (예를 들어, 디클로로메탄) 을 포함하는 것이다.
시판되는 일부 적합한 할로카본은 상표명 NOVECTM으로 판매되는 것들 (예를 들면, Novec 7000, 71DA, 71DE, 72DA, 72DE, 72FL, 73DE, 649, 71IPA, 7100, 7100DL, 774, 7200, 8200, 7300, 7300DL, 7500, 및 7700) 을 포함하며, 이들은 미네소타주 세인트 폴의 3M에서 입수 가능한다.
본원의 개시에 기초하여, 하나 이상의 할로카본은 관심있는 열 공정 또는 시스템과 관련된 비등점(들)을 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 각각의 할로카본은 프로세스 또는 시스템에 열 "정지"를 제공하도록 선택될 수 있으며, 이는 제 1 열 관리 유체가 더 많은 열을 흡수하는 경우에도 그 비등점 주변의 온도를 유지하는데 도움을 준다. 다중 할로카본이 제공되는 경우, 하나는 원하는 작동 온도 범위 (예를 들면, 위에서 설명한대로 30-50 ℃ 또는 30-80 ℃) 에서 열 "정지"를 제공할 수 있고, 다른 하나는 열 폭주를 방지하기 위해 더 높은 온도 (예를 들면, 위에서 설명한대로 80-150 ℃ 또는 80-110 ℃) 에서 열 정지를 제공할 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 할로카본은 이들이 사용되는 시스템의 다른 컴포넌트에 대해 낮은 반응성을 가질뿐만 아니라 원하는 열용량, 열전도율 및 점도를 가진 전체 제 1 열 관리 유체를 제공하도록 선택될 수 있다. 하나 이상의 할로카본을 선택할 때 다른 고려 사항에는 독성 및 환경 영향이 포함될 수 있다.
하나 이상의 할로카본은 본원에 기재된 제 1 열 관리 유체에 다양한 양으로 존재할 수 있다. 본원에서 달리 설명되는 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재한다. 예를 들어, 본원에서 달리 설명되는 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 30 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 25 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 20 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 15 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 10 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 5 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 1 wt%, 또는 0.5 wt% 내지 35 wt%, 또는 0.5 wt% 내지 30 wt%, 또는 0.5 wt% 내지 25 wt%, 또는 0.5 wt% 내지 20 wt%, 또는 0.5 wt% 내지 15 wt%, 또는 0.5 wt% 내지 10 wt%, 또는 0.5 wt% 내지 5 wt%의 총량으로 존재한다. 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 wt% 내지 35 wt%, 예를 들면, 1 wt% 내지 30 wt%, 또는 1 wt% 내지 25 wt%, 또는 1 wt% 내지 20 wt%, 또는 1 wt% 내지 15 wt%, 또는 1 wt% 내지 10 wt%, 또는 1 wt% 내지 5 wt%의 총량으로 존재한다. 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 2 wt% 내지 35 wt%, 예를 들면, 2 wt% 내지 30 wt%, 또는 2 wt% 내지 25 wt%, 또는 2 wt% 내지 20 wt%, 또는 2 wt% 내지 15 wt%, 또는 2 wt% 내지 10 wt%, 또는 2 wt% 내지 5 wt%의 총량으로 존재한다. 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 5 wt% 내지 35 wt%, 또는 5 wt% 내지 30 wt%, 또는 5 wt% 내지 25 wt%, 또는 5 wt% 내지 20 wt%, 또는 5 wt% 내지 15 wt%, 또는 5 wt% 내지 10 wt%의 총량으로 존재한다. 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 10 wt% 내지 35 wt%, 또는 10 wt% 내지 30 wt%, 또는 10 wt% 내지 25 wt%, 또는 10 wt% 내지 20 wt%, 또는 10 wt% 내지 15 wt%, 또는 15 wt% 내지 35 wt%, 또는 15 wt% 내지 30 wt%, 또는 15 wt% 내지 25 wt%, 또는 15 wt% 내지 20 wt%, 또는 20 wt% 내지 35 wt%, 또는 20 wt% 내지 30 wt%, 또는 20 wt% 내지 25 wt%의 총량으로 존재한다. 당업자는 비등점(들) 근처에서 원하는 정도의 열 흡수를 제공하기 위한 양으로 할로카본(들)을 제공할 것이다.
본 명세서 전반에 걸쳐, "균질하게 분산된"이라는 용어는 하나 이상의 할로카본이 제 1 열 관리 유체에 걸쳐 균일하게 (또는 균질하게) 혼합되거나, 또는 하나 이상의 할로카본이 제 1 열 관리 유체에 본질적으로 용해되는 작은 입자 (예를 들면, 직경이 최대 10 ㎛, 최대 50 ㎛ 또는 심지어 최대 100 ㎛인 입자) 로 존재할 수 있음을 의미한다. 하나 이상의 할로카본이 균질하게 분산되지만 최소한의 잔류물이 분산되지 않은 상태로 있을 수 있으며, 이것은 매우 적은 양, 즉 할로카본 물질의 1 중량% 미만, 0.5 중량% 미만, 또는 심지어 0.1 중량% 미만일 것임을 의미한다.
당업자가 기반으로 이해하는 바와 같이, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 또한 열 관리 적용을 위한 조성물에서 통상적인 것과 같은 다양한 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예로서 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀 및 아민 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 조정제, 방부제, 살생물제, 계면활성제, 씰 팽창 첨가제 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시형태에서, 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀 및 아민 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 조정제, 방부제, 살생물제, 계면활성제, 씰 팽창 첨가제, 및 이들의 조합은, 예를 들어, 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 최대 5.0 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 이러한 특정 실시형태에서, 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀 및 아민 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 조정제, 방부제, 살생물제, 계면활성제, 씰 팽창 첨가제, 및 이들의 조합 중 하나 이상은 제 1 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 5.0 wt%, 또는 1.0 wt% 내지 2.0 wt%, 또는 0.1 내지 1.0 wt%, 또는 0.1 내지 0.5 wt%, 또는 0.05 wt% 0.1 wt% 범위의 양으로 존재한다.
당업자는 다양한 다른 컴포넌트가 본 개시의 제 1 열 관리 유체에 존재할 수 있음을 인식할 것이다. 그러나, 본 발명자는 할로카본과 조합된 실질적으로 유전성 유체인 물질이 본 명세서에 기재된 바와 같은 바람직한 활성 및 이점을 제공할 수 있다고 결정했다. 따라서, 특정 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 유전성 유체 및 하나 이상의 할로카본의 총량은 제 1 열 관리 유체의 총 중량의 적어도 80 wt%이다. 이러한 특정 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체의 총 중량의 적어도 85 wt%, 적어도 90 wt%, 적어도 95%, 적어도 98 wt%, 또는 심지어 적어도 99 wt%는 하나 이상의 유전성 유체 및 하나 이상의 할로카본으로 구성된다. 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 다른 컴포넌트가 실질적으로 없거나 또는 없고, 그리고 본질적으로 하나 이상의 유전성 유체 및 하나 이상의 할로카본 만을 포함하거나 또는 이들로만 구성된다.
산소가 시스템에 들어갈 수 있는 위험이 항상 있기 때문에, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 유리하게는 점화를 방지하기 위해 높은 인화점을 갖는다. 본 발명자는 할로카본이 높거나 일부 경우에는 인화점이 없을 수도 있음을 주목했다. 따라서, 바람직한 실시형태에서, 할로카본의 기화는 작동 조건 동안 점화될 가능성이 없기 때문에 실질적인 점화 위험을 제기하지 않는다. 특정 실시형태에서의 다른 컴포넌트는, ASTM D56 ("Standard Test Method for Flash Point by Tag Closed Cup Tester") 에 따라 측정된 바와 같이 본 개시의 제 1 열 관리 유체의 인화점은 하나 이상의 할로카본의 비등점을 초과한다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 측정 가능한 인화점을 갖지 않거나, 또는 ASTM D56에 따라 측정된 인화점이 적어도 90 ℃, 예를 들어 적어도 95 ℃, 또는 적어도 100 ℃, 또는 적어도 110 ℃, 또는 적어도 150 ℃, 또는 심지어 적어도 200 ℃일 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 할로카본의 각각은 측정 가능한 인화점이 없거나, 또는 ASTM D56에 따라 측정된 인화점이 적어도 90 ℃, 예를 들어 적어도 95 ℃, 또는 적어도 100 ℃, 또는 적어도 110 ℃, 또는 적어도 150 ℃, 또는 심지어 적어도 200 ℃ 가 되도록 선택될 수 있다.
당업자는 예를 들어 시스템을 통해 편리하게 수행될 원하는 점도를 갖는 제 1 열 관리 유체를 제공하기 위해 컴포넌트를 선택할 것이다. 본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 ASTM D455에 따라 측정된 동점도가 40 ℃에서 1.5 내지 60 cSt, 예를 들어, 1.5 내지 50 cSt, 또는 1.5 내지 40 cSt, 또는 1.5 내지 20 cSt, 또는 1.5 내지 10 cSt, 또는 3 내지 60 cSt, 또는 3 내지 50 cSt, 또는 3 내지 40 cSt, 또는 3 내지 20 cSt, 또는 5 내지 60 cSt, 또는 5 내지 40 cSt, 또는 5 내지 20 cSt, 또는 10 내지 60 cSt, 또는 10 내지 40 cSt 일 수 있다.
본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 25 ℃에서 열 용량이 적어도 1 J/g·K, 또는 적어도 1.2 J/g·K, 또는 심지어 적어도 1.5 J/g·K 일 수 있다. 본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 25 ℃에서 열 용량이 1 J/g·K 내지 4.5 J/g·K 범위일 수 있다. 예를 들어, 본원에서 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 25 ℃에서의 열 용량은 1 J/g·K 내지 4 J/g·K, 또는 1 J/g·K 내지 3 J/g·K, 또는 1 J/g·K 내지 2 J/g K, 또는 1 J/g·K 내지 1.5 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 4 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 3.5 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 3 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 2 J/g·K, 또는 2 J/g·K 내지 4 J/g·K, 또는 2 J/g·K 내지 3.5 J/g·K, 또는 2 J/g·K 내지 3 J/g·K 범위이다. 물론, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 할로카본의 비등점 근처에 있지 않을 때에도 간단한 가열을 통해 열을 흡수할 것이다; 제 1 열 관리 유체에는 그러한 온도에서 원하는 수준의 냉각을 제공하기에 충분한 열 용량이 제공될 수 있다.
본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 40 ℃에서 0.05 W/m·K 내지 1 W/m·K 범위의 열 전도율를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 달리 설명된 제 1 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 40 ℃에서의 열 전도율은 0.05 W/m·K 내지 0.5 W/m·K, 또는 0.05 W/m·K 내지 0.2 W/m·K, 0.10 W/m·K 내지 1 W/m·K, 0.10 W/m·K 내지 0.5 W/m·K, 또는 0.10 W/m·K 내지 0.2 W/m·K 범위이다.
본 개시의 제 1 열 관리 유체는 바람직하게는 유전성이므로 직접 냉각 애플리케이션에 사용될 수 있다. 따라서, 25 ℃에서 측정했을 때 유전 상수가 적어도 1.5 이다. 유전 상수는 예를 들어 키사이트 N1501A 유전체 프로브 키트를 사용하여 동축 프로브 방법을 사용하여 측정할 수 있다. 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 1 열 관리 유체는 25 ℃에서 측정시 적어도 1.75, 적어도 2.0, 적어도 2.25의 유전 상수를 갖는다. 특정 실시형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 1.5 내지 10, 또는 1.8 내지 10, 또는 1.5 내지 2.8, 또는 1.8 내지 2.8의 유전 상수를 갖는다.
당업자는 원하는 냉각량을 제공하기 위해 본 개시의 제 1 열 관리 유체의 양을 선택할 것이다. 예를 들어, 전기 컴포넌트가 충전식 배터리인 경우, 제 1 열 관리 유체의 양은 예를 들어 배터리 용량의 kWh 당 0.01-0.2 kg 범위 (예를 들면, 0.02-0.2 kg, 또는 0.05-0.2 kg, 또는 0.1-0.2 kg, 또는 0.01-0.1 kg, 또는 0.02-0.1 kg, 또는 0.05-0.1 kg) 일 수 있다.
상술한 할로카본 함유 물질이 특히 바람직하지만, 특히 아래에 기술된 상 변화 물질 함유 제 2 열 관리 유체와 조합하여 사용될 때, 다른 유전체 열 관리 물질이 대신 사용될 수 있다. 따라서, 특정 대안의 실시형태에서, 제 1 열 관리 유체는 당업계에서 일반적으로 사용되는 일부 다른 유전체 열 관리 유체일 수 있다. 일부 예는 유전체 미네랄 오일, 변압기 오일, 엔지니어링 오일, 실리콘 오일, 플루오로카본 오일, 또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
본 개시의 방법 및 시스템은 제 2 열 관리 유체를 포함한다. 특정 실시형태에서, 제 2 열 관리 유체는: 수성 캐리어 유체; 및 수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하는 에멀젼일 수 있으며, 여기서 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 상기 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함한다.
이러한 제 2 열 관리 유체는 상 변화 물질의 분산이 개선된 단순하고 비용 효율적인 에멀젼이다. 예를 들어, 용융 파라핀을 상 변화 물질 냉각제로 사용하는데 있어 주요 단점은 함침되어 냉각 시스템에 고체 파라핀이 침착되고 결국 냉각 시스템이 막힌다는 것이다. 예를 들어, 본 개시의 개선된 분산액은 용융시 분산된 상 변화 물질 (예를 들어, 파라핀) 이 함침되는 경향을 감소시킨다. 또한, 상 변화 물질은 매우 작은 직경 및 매우 좁은 크기 분포를 갖는 미셀로 제형화되어, 본 개시의 에멀젼이 개선된 점도 및 결과적으로 열 전도율을 가질 수 있게 한다. 더 작은 미셀 크기는 또한 에멀젼에서 상 변화 물질의 더 높은 농도를 허용하여 에멀젼의 열 용량을 향상시킨다. 직경이 작고 크기 분포가 좁은 미셀 수가 많을수록 미셀의 표면적이 증가하여, 에멀젼의 온도 응답이 보다 빨라지고 열 전도율이 향상된다. 상 변화 물질은 원하는 온도 범위에서 융합 잠열 효과를 통해 열을 흡수한다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 미셀은 콜로이드에 분산된 유화제 분자의 집합체이고, 여기서 제 1 물질의 입자는 제 2 물질에 현탁되어 2 상 시스템을 생성한다. 용액에서와 달리, 제 1 물질은 제 2 물질에서 불용성이거나 비혼화성이다 (즉, 에멀젼이 된다). 수용액에서, 미셀은 유화제 분자의 소수성 꼬리가 내측을 향하고 유화제 분자의 친수성 헤드가 외측을 향하는 집합체를 형성한다. 이것은 순상 미셀을 형성하여 수중유 (oil-in-water) 상 혼합물로 이어진다. 역상 (inverse-phase) 미셀은 유화제 분자의 친수성 머리가 내측을 향하고 소수성 꼬리가 외측을 향하는 역 구조를 갖는다. 이것은 유중수 상 혼합물로 이어진다. 유화제 분자의 패킹 거동은 단일 층의 유화제 분자가 미셀의 코어 주위에 있도록 할 수 있고, 이는 표면 에너지 고려 사항에 따라 일반적으로 구형을 형성할 수 있다. 따라서, 특정 실시형태에서, 본 개시의 미셀은 일반적으로 구조가 구형이다. 본 실시형태에서는, 상 변화 물질이 고체 유성 (왁스질 (waxy)) 물질이기 때문에 수중유 시스템이 검토된다.
추가의 유화제 층은 또한 미셀 외부 주위에 패킹될 수 있다. 이것은 혼합물에 추가 유화제를 첨가하는 경우일 것이다. 예를 들어, 전단력이 상 변화 물질에 가해지면, 상 변화 물질의 분자가 신장된다. 이러한 신장은 분자가 평평해지게 하고 층상 구조를 형성하게 하여, 유화제가 유인될 수 있는 표면적을 증가시킨다. 물에 유화제의 분산액 분자 주변의 층상 흐름과 커플링되면, 유화제의 패킹 분율이 1/3 이하에서 1/2 초과로 증가한다. 분자에서 전단력이 제거되면, 물론 유화제의 구조로 인해 미셀의 최소 표면 에너지 구성이 층상 또는 원통형이 되지 않는한 표면 에너지 고려 사항으로 인해 구형 미셀이 형성된다. 예를 들어, 때때로 이합체 유화제로 알려져 있는 제미니형 (Gemini) 유화제는 미셀의 코어를 길쭉한 난형 모양으로 왜곡하는 두 개의 소수성 꼬리를 가지고 있다. 그후 유화제 패킹 분율은 구형 미셀의 경우 1/3 이하로 다시 감소하므로, 분자의 임시 층상 구성에 끌린 모든 유화제는 미셀 주변에 추가 유화제 층을 형성한다. 그러나, 순상 (normal-phase) 미셀의 경우, 친수성 헤드가 유화제 분자의 제 1 층의 친수성 헤드와 접촉하고, 소수성 테일이 외측을 가리키도록 유화제 분자의 짝수 층이 배열되기 때문에, 홀수 층만 형성된다. 역상 미셀의 경우 그 역이 참이다. 따라서, 두 경우 모두, 미셀은 1, 3, 5, 7...n=2k+1 개의 유화제 층을 가질 것이다. 이는 또한 유화제가 이러한 미셀 내에서 다중 층으로 결합되기 때문에 에멀젼 내에서 어떠한 자유 유화제도 효과적으로 임의의 형태를 형성하지 않는다. 위에서 언급한 바와 같이, 수용액에는 실질적으로 결합되지 않은 유화제가 존재하지 않는다. 에멀젼에 더 많은 유화제를 첨가할수록 미셀의 유화제 층 수가 더 많아진다. 따라서, 특정 실시형태에서, 유화제 분자는 단일 분자 층에서 소수성 코어 주위에 배치된다. 다른 특정 실시형태에서, 유화제 분자는 3 개 이상의 분자 층에서 소수성 코어 주위에 배치된다. 특정 실시형태에서, 상이한 분자 층은 2 이상의 유화제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비이온성 유화제가 표면 층 내에 존재할 수 있고 이온성 유화제가 층 내에 존재할 수 있다.
제 2 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 에멀젼의 미셀은 균일한 크기를 가질 수 있다. 따라서, 특정 실시형태에서, 미셀의 평균 직경 분포는 가우시안 프로파일을 따른다. 평균 미셀 직경은 미셀에 대해 취한 다양한 직경 측정의 평균이며, 이는 구형 미셀의 경우 미셀 직경과 거의 동일하다 (측정 위치에 관계없이 직경의 변화가 거의 없거나 또는 전혀 없기 때문이다).
제 2 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 미셀은 비교적 좁은 미셀 입자 크기 분포를 가질 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 미셀 크기 분포는 d50, d10 및 d90 값으로 특성화될 수 있으며, 여기서 d50은 중앙 입자 크기이고, d10은 크기별로 순위가 매겨진 입자의 10 번째 백분위에서의 입자 크기이고, 그리고 d90은 크기별로 순위가 매겨진 입자의 90 번째 백분위에서의 입자 크기이다. 특정 실시형태에서, 본원에서 달리 설명된 미셀은 d50 값이 0.1 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 범위; 예를 들면, 0.1 ㎛ 내지 1.2 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 1.0 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.4 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.4 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.35 ㎛ 내지 0.45 ㎛ 범위이다. 특정 실시형태에서, d10은 d50의 50% 이상이고 d90은 d50의 150% 이하이다. 특정 실시형태에서, d10은 d50의 60% 이상이고 d90은 d50의 140% 이하이다. 특정 실시형태에서, d10은 d50의 70% 이상이고 d90은 d50의 130% 이하이다. 특정 실시형태에서, d10은 d50의 75% 이상이고 d90은 d50의 125% 이하이다. 특정 실시형태에서, d10은 d50의 80% 이상이고 d90은 d50의 120% 이하이다.
특정 실시형태에서, 미셀은 평균 직경이 1.5 ㎛ 이하이며; 예를 들면, 평균 직경이 0.1 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 범위이고; 예를 들면, 0.1 ㎛ 내지 1.2 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 1.0 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.4 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.4 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.35 ㎛ 내지 0.45 ㎛ 이다. 특정 실시형태에서, 특히 바람직한 평균 직경은 0.1 ㎛ 내지 1.0 ㎛ 범위이다.
미셀 입자 크기 및 미셀 입자 크기 분포 모두를 결정하는데 적합한 측정 기술이 많이 있지만, 본 개시의 목적을 위한 정량화를 위해 Beckman Coulter 레이저 회절 PS 분석기 (LS 13 320) 를 사용한 레이저 입자 크기 분석이 사용된다. 이 방법은 Fraunhoffer 회절 및 편광 강도 차동 스캐닝 (PIDS) 을 사용하여 입자 크기를 결정한다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 미셀은 상 변화 물질을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 상 변화 물질은 특정 온도에서 용융 및 응고될 때 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 높은 융해열 (예를 들면, 100 kJ/kg 초과, 150 kJ/kg 초과, 또는 심지어 200 kJ/kg 초과) 을 갖는 물질이다. 당업계에 공지된 다양한 상 변화 물질은 본 발명의 실시에 적합하게 사용될 수 있다. 바람직하게는, 본 개시의 미셀 사용에 적합한 상 변화 물질은 열적으로 순환 가능하거나, 무해하거나 무독성이며, 다른 배터리 컴포넌트에 대해 비-반응성이거나 비활성일 것이다. 특정 실시형태에서, 상 변화 물질은 왁스질, 왁스계 또는 왁스 함유 물질이다.
적합한 상 변화 물질의 선택은 본 개시의 유체의 최종 애플리케이션에 따라 달라질 것이다. 상 변화 물질은 완전히 제형화된 왁스질 물질일 수 있거나 또는 컴포넌트의 블렌드일 수 있으며, 여기서 적어도 하나의 컴포넌트는 왁스질이다. 특정 실시형태에서, 상 변화 물질은 파라핀, 미세 결정질 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에스테르 왁스, 지방산, 지방 아미드 함유 물질, 설폰아미드 물질, 상이한 천연 공급원으로부터 제조된 수지성 물질 (예를 들어, 톨 오일 로진 및 로진 에스테르), 합성 수지, 올리고머, 중합체 및 공중합체, 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다.
특정 실시형태에서, 상 변화 물질은 파라핀이다. 파라핀 왁스는 14 내지 40 개 범위의 탄소 원자를 갖는 대부분 직쇄인 알칸의 혼합물로 구성된다. 시판되는 파라핀 왁스는 완전 정제 등급 (즉, 0.5% 미만의 오일 함유), 반정제 등급 (즉, 0.5 내지 1.5% 범위의 오일 함유), 스케일 왁스 등급 (즉, 0.5% 내지 5% 범위의 오일 함유), 및 슬랙 왁스 등급 (즉, 5% 내지 20% 범위의 오일 함유) 일 수 있다. 당업자는 크기 및 등급과 관련하여 적합한 파라핀의 선택이 에멀젼의 원하는 특성에 좌우된다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어 일부 상업적 공급원에는 Parafol 및 Sasolwax 브랜드의 파라핀 왁스 (독일의 Sasol에서 입수 가능), Indrawax 브랜드의 파라핀 왁스 (뉴욕주 플레인뷰의 Industrial Raw Materials LLC에서 입수 가능), 독일의 BASF에서 입수 가능한 파라핀 왁스 및 Parvan™ 브랜드의 파라핀 왁스 (텍사스주 어빙의 Exxon Mobil Corporation에서 입수 가능) 가 있다.
특정 실시형태에서, 상 변화 물질은 1-시클로헥실로옥타데칸, 4-헵타다카논, 퀴논, 벤즈아미드 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 특정 실시형태에서, 상 변화 물질은 1-시클로헥실로옥타데칸, 4-헵타다카논, 퀴논 및 벤즈아미드 중 하나 이상과 조합한 파라핀일 수 있다.
상 변화 물질의 선택은 또한 제 2 열 관리 애플리케이션 및 디바이스의 작동 온도에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 특정 실시형태에서, 상 변화 물질은 융점이 적어도 30 ℃; 예를 들면, 적어도 35 ℃, 또는 적어도 40 ℃, 또는 적어도 50 ℃, 또는 적어도 60 ℃, 또는 적어도 70 ℃, 또는 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위, 또는 30 ℃ 내지 90 ℃ 범위, 또는 30 ℃ 내지 80 ℃ 범위, 또는 30 ℃ 내지 75 ℃ 범위, 또는 30 ℃ 내지 70 ℃ 범위, 또는 30 ℃ 내지 65 ℃ 범위, 또는 30 ℃ 내지 60 ℃ 범위, 또는 35 ℃ 내지 100 ℃ 범위, 또는 35 ℃ 내지 90 ℃ 범위, 또는 35 ℃ 내지 80 ℃ 범위, 또는 35 ℃ 내지 75 ℃ 범위, 또는 35 ℃ 내지 70 ℃ 범위, 또는 35 ℃ 내지 65 ℃ 범위, 또는 35 ℃ 내지 60 ℃ 범위, 또는 40 ℃ 내지 100 ℃ 범위, 또는 40 ℃ 내지 90 ℃ 범위, 또는 40 ℃ 내지 80 ℃ 범위, 또는 40 ℃ 내지 75 ℃ 범위, 또는 40 ℃ 내지 70 ℃ 범위, 또는 40 ℃ 내지 65 ℃ 범위, 또는 40 ℃ 내지 60 ℃ 범위, 또는 50 ℃ 내지 100 ℃ 범위, 또는 50 ℃ 내지 90 ℃ 범위, 또는 50 ℃ 내지 80 ℃ 범위, 또는 50 ℃ 내지 75 ℃ 범위, 또는 50 ℃ 내지 70 ℃ 범위, 또는 50 ℃ 내지 65 ℃ 범위, 또는 50 ℃ 내지 60 ℃ 범위이다.
특히, 본 발명자는 왁스 (예를 들어, 파라핀) 와 같은 고점도 또는 고체상 첨가제가 일반적으로 유화하기 어렵지만, 본원에 기재된 방법을 사용하여 성공적이고 안정적으로 유화될 수 있음을 결정했다. 특정 실시형태에서, 에멀젼은 30 ℃ (ASTM D455에 따름) 에서의 전체 점도 값이 약 3.4 cP 일 수 있으며, 이는 60/40 물/에틸렌 글리콜 냉각제를 모방한 것이다.
본 개시의 제 2 열 관리 유체의 에멀젼은 하나의 상 변화 물질을 포함할 수 있다 (즉, 본 개시의 미셀은 하나의 상 변화 물질을 포함함). 본 개시의 제 2 열 관리 유체의 에멀젼은 또한 2 이상의 상이한 상 변화 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 미셀은 제 1 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자를 갖는 제 1 세트의 미셀, 및 제 1 상 변화 물질과 상이한 제 2 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자를 갖는 제 2 세트의 미셀을 포함한다. 제 1 상 변화 물질 및 제 2 상 변화 물질은 실질적으로 동일한 융점을 가질 수 있다 (예를 들어, 융점 차이가 5 ℃ 이하, 융점 차이가 2 ℃ 이하, 또는 융점 차이가 1 ℃ 이하). 제 1 상 변화 물질 및 제 2 상 변화 물질은 또한 상이한 융점을 가질 수 있다 (예를 들어, 융점 차이가 적어도 10 ℃, 융점 차이가 적어도 20 ℃, 또는 융점 차이가 적어도 50 ℃).
본 발명자는 본 개시의 제 2 열 관리 유체에서 사용하기 위한 융점에 기초하여 상이한 파라핀이 선택될 수 있다고 결정했다. 예를 들어, 배터리 충전과 같이 최종 애플리케이션과 가장 관련이 있는 융점을 갖는 파라핀을 사용할 수 있다. 또한, 고상 변화 물질이 온도 범위에 걸쳐 액상으로 들어가도록 각각 상이한 융점 및/또는 질량을 갖는 다양한 상 변화 물질을 포함하는 에멀젼을 제공하는 것이 가능하다. 이는 원하는대로 일정하거나 변화하는 냉각 효과를 제공할 수 있는 본 개시의 제 2 열 관리 유체의 에멀젼을 초래한다.
본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 2 열 관리 유체의 에멀젼은 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 10 wt% 내지 약 60 wt% 범위 내의 양으로 상 변화 물질을 포함한다. 예를 들어, 본원에서 달리 설명된 에멀젼의 특정 실시형태에서, 상 전이 물질은 약 10 wt% 내지 약 50 wt%, 또는 약 10 wt% 내지 약 30 wt%, 또는 약 10 wt% 내지 약 15 wt%, 또는 약 40 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 45 wt% 내지 약 55 wt%, 또는 약 50 wt% 내지 약 60 wt%, 또는 약 50 wt% 내지 약 55 wt% 의 양으로 존재한다. 특히 바람직한 실시형태는 약 53.9 wt% 의 왁스 함량을 채용한다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 제 2 열 관리 유체의 에멀젼은 하나 이상의 유화제를 포함한다. 본 발명자는 특정 실시형태에서 하나 이상의 유화제가 미셀에 실질적으로 결합된다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유화제의 1 wt% 이하가 에멀젼의 총 중량을 기준으로 결합되지 않은 상태 (즉, 미셀의 일부가 아님) 로 에멀젼에 존재한다. 특정 실시형태에서, 에멀젼의 총 중량을 기준으로 0.5 wt% 이하, 또는 0.1 wt% 이하, 또는 0.05 wt% 이하, 또는 심지어 0.01 wt% 이하가 결합되지 않은 상태로 에멀젼에 존재한다. 에멀젼에 과잉 유화제가 실질적으로 없어지는 지점은 에멀젼의 표면 장력을 측정하여 결정할 수 있다. 임계 미셀 농도에 도달하고 더 이상 유화제 분자가 표면 층(들)에 포함되지 않으면, 에멀젼의 표면 장력은 불연속성을 나타낸다. 이것은 당업자에게 알려진 표면 장력 측정 기술에 의해 검출될 수 있다. 이 지점을 결정하기 위한 다른 기술로는 핵 자기 공명 (NMR) 기술과 광 산란 기술이 있다. 이들은 James-Smith et al, Journal of Colloid and Interface Science, 310: 590-598 (2007)에서 교시된 것들을 포함한다.
본원에서 달리 설명된 특정 바람직한 실시형태에서, 제 2 열 관리 유체의 에멀젼에는 탈포제 및 소포제 화합물이 실질적으로 없다. 본 발명자는 본원에 설명된 유화 기술이 실질적인 양의 탈포제/소포제 화합물을 포함하지 않음에도 불구하고 발포에 민감하지 않은 에멀젼을 제공할 수 있다고 결정했다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 본 개시의 에멀젼은 에멀젼의 총 중량을 기준으로 2 wt% 이하, 예를 들어 1 wt% 이하, 또는 0.5 wt% 이하, 또는 0.1 wt% 이하, 또는 0.01 wt% 이하, 또는 0.005 wt% 이하, 또는 심지어 0.001 wt% 이하의 하나 이상의 하나 이상의 탈포제 및 소포제 화합물을 포함한다.
금속가공 유체에 일반적으로 사용되는 전형적인 소포제/탈포제는 유기 개질된 실록산 소포제, PDMS (폴리디메틸실록산) 소포제, 및 왁스 탈포제가 포함된다. 유기 개질 실록산 소포제와 PDMS 소포제는 모두 폴리실록산 백본을 기반으로 한다. PDMS 소포제에서는, 메틸기와 산소만이 규소 원자에 결합되어 있다. 유기 개질 실록산 소포제에서는, 유기 측쇄, 예를 들면, 에틸렌-/프로필렌-옥사이드의 공중합체가 폴리실록산 백본에 화학적으로 결합된다. 전형적인 왁스 탈포제는 에틸렌 비스스테아르아미드 (EBS), 파라핀 왁스, 에스테르 왁스 및 지방 알코올 왁스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 각 유형의 소포제/탈포제를 사용하면 소포제/탈포제에 포함된 소수성 고체 물질에 의해 거품이 파괴되어 소포제/탈포제 물질와 거품 액적 사이에 형성되는 필름을 분해한다. 본원에서 달리 설명된 제 2 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 에멀젼은 에멀젼의 총 중량을 기준으로 총 1 wt% 이하의 유기-개질된 실록산 소포제, PDMS (폴리디메틸실록산) 소포제 및 왁스 탈포제를 포함하거나, 또는 2 wt% 이하, 예를 들어, 1 wt% 이하, 또는 0.5 wt% 이하, 또는 0.1 wt% 이하, 또는 0.01 wt% 이하, 또는 0.005 wt% 이하, 또는 심지어 0.001 wt% 이하의 하나 이상의 하나 이상의 탈포제 및 소포제 화합물을 포함한다.
본 개시의 실시형태에서 사용하기에 적합한 유화제는 일반적인 구조의 히드로카르빌기-아릴기-폴리에테르기를 갖는 것을 포함하여 극성 헤드 분자에 유용성 (oil soluble) 인 모든 것을 포함한다. 특히 유용한 왁스 유화제는 알킬 및 알킬아릴 에톡실레이트의 혼합물을 포함하는 것이다. 특정 실시형태에서, 유화제는 계면활성제를 포함할 수 있다. 당업자는 본원의 개시에 기초하여 바람직한 유화제를 선택할 것이다.
본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 2 열 관리 유체의 에멀젼은 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 0.1 wt% 내지 약 10 wt% 범위 내의 양으로 하나 이상의 유화제를 포함한다. 예를 들어, 본원에서 달리 설명된 제 2 열 관리 유체의 에멀젼의 특정 실시형태에서, 하나 이상의 유화제는 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 0.1 wt% 내지 약 8 wt%, 또는 약 0.1 wt% 내지 약 5 wt%, 또는 약 0.1 wt% 내지 약 2 wt%, 또는 약 0.1 wt% 내지 약 1 wt%, 또는 약 0.2 wt% 내지 약 10 wt%, 또는 약 0.2 wt% 내지 약 8 wt%, 또는 약 0.2 wt% 내지 약 5 wt%, 또는 약 0.2 wt% 내지 약 2 wt%, 또는 약 0.2 wt% 내지 약 1 wt%, 또는 약 0.5 wt% 내지 약 10 wt%, 또는 약 0.5 wt% 내지 약 8 wt%, 또는 약 0.5 wt% 내지 약 5 wt%, 또는 약 0.5 wt% 내지 약 2 wt%, 또는 약 1 wt% 내지 약 10 wt%, 또는 약 1 wt% 내지 약 8 wt%, 또는 약 1 wt% 내지 약 5 wt%, 또는 약 2 wt% 내지 약 10 wt%, 또는 약 2 wt% 내지 약 8 wt%, 또는 약 2 wt% 내지 약 5 wt% 의 양으로 존재한다. 당업자가 이해하는 바와 같이, 하나 이상의 유화제의 양은 상 변화 물질의 wt%로 직접 확장 가능하다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 유화제의 양에 대한 상 변화 물질의 양의 비율은 미셀 크기를 결정하는 인자가 될 것이다. 본원에서 달리 설명된 특정 실시형태에서 제 2 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 상 변화 물질의 양 대 유화제의 양의 중량비는 약 1 내지 약 10, 또는 약 1 내지 8, 또는 약 2 내지 10 범위이다.
본 개시의 제 2 열 관리 유체의 특정 실시형태에서의 수성 캐리어 유체는 물일 수 있다. 특정 실시형태에서, 수성 캐리어 유체는 물 및 글리세롤, 메탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜 중 하나 이상일 수 있다. 특정 실시형태에서, 글리세롤, 메탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜 중 하나 이상은 수성 캐리어 유체의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 10 wt%의 양으로 존재할 수 있다.
당업자가 기반으로 이해할 수 있는 바와 같이, 본 개시의 제 2 열 관리 유체는 또한 열 관리 애플리케이션을 위한 조성물에서 통상적인 것과 같은 다양한 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예로서 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀 및 아민 산화 방지제), 유동점 강하제, 탈포제, 점도 지수 조정제, 방부제, 살생물제, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시형태에서, 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀 및 아민 산화 방지제), 유동점 강하제, 탈포제, 점도 지수 조정제, 방부제, 살생물제, 및 이들의 조합은, 예를 들어, 제 2 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 최대 5.0 wt%의 양으로 존재할 수 있다. 이러한 특정 실시형태에서, 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀 및 아민 산화 방지제), 유동점 강하제, 탈포제, 점도 지수 조정제, 방부제, 살생물제, 및 이들의 조합 중 하나 이상은 제 2 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 5.0 wt%, 또는 1.0 wt% 내지 2.0 wt%, 또는 0.1 내지 1.0 wt% 범위의 양으로 존재한다.
당업자는 다양한 다른 컴포넌트가 본 개시의 제 2 열 관리 유체에 존재할 수 있음을 인식할 것이다.
당업자는 예를 들어 시스템을 통해 편리하게 수행될 원하는 점도를 갖는 제 2 열 관리 유체를 제공하기 위해 컴포넌트를 선택할 것이다. 본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 2 열 관리 유체는 ASTM D455에 따라 측정된 동점도가 40 ℃에서 1.5 내지 60 cSt, 예를 들어, 1.5 내지 50 cSt, 또는 1.5 내지 40 cSt, 또는 1.5 내지 20 cSt, 또는 1.5 내지 10 cSt, 또는 3 내지 60 cSt, 또는 3 내지 50 cSt, 또는 3 내지 40 cSt, 또는 3 내지 20 cSt, 또는 5 내지 60 cSt, 또는 5 내지 40 cSt, 또는 5 내지 20 cSt, 또는 10 내지 60 cSt, 또는 10 내지 40 cSt 일 수 있다.
본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 2 열 관리 유체는 25 ℃에서 열 용량이 적어도 1 J/g·K, 또는 적어도 1.2 J/g·K, 또는 심지어 적어도 1.5 J/g·K 일 수 있다. 본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 2 열 관리 유체는 25 ℃에서 열 용량이 1 J/g·K 내지 4.5 J/g·K 범위일 수 있다. 예를 들어, 본원에서 달리 설명된 제 2 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 25 ℃에서의 열 용량은 1 J/g·K 내지 4 J/g·K, 또는 1 J/g·K 내지 3 J/g·K, 또는 1 J/g·K 내지 2 J/g K, 또는 1 J/g·K 내지 1.5 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 4 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 3.5 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 3 J/g·K, 또는 1.5 J/g·K 내지 2 J/g·K, 또는 2 J/g·K 내지 4 J/g·K, 또는 2 J/g·K 내지 3.5 J/g·K, 또는 2 J/g·K 내지 3 J/g·K 범위이다.
본 개시의 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 2 열 관리 유체는 40 ℃에서 0.05 W/m·K 내지 1 W/m·K 범위의 열 전도율를 가질 수 있다. 예를 들어, 본원에 달리 설명된 제 2 열 관리 유체의 특정 실시형태에서, 40 ℃에서의 열 전도율은 0.25 W/m·K 내지 1 W/m·K, 또는 0.5 W/m·K 내지 1 W/m·K, 또는 0.75 W/m·K 내지 1 W/m·K, 또는 0.05 W/m·K 내지 0.5 W/m·K 범위이다.
전술한 상 변화 물질-함유 에멀젼은 제 2 열 관리 유체에 사용하기에 특히 매력적이지만, 다른 실시형태에서는 상이한 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 2 열 관리 유체는 제 1 열 관리 유체에 대해 상술한 바와 같을 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 제 2 열 관리 유체는 전술한 바와 같이 하나 이상의 유전성 유체 및 하나 이상의 할로카본을 포함할 수 있거나, 또는 제 2 열 관리 유체는 전술한 바와 같이 당업계에서 일반적으로 사용되는 다른 유전성 냉각제를 포함할 수 있다. 다른 특정 실시형태에서, 제 2 열 관리 유체는 하나 이상의 알킬렌 글리콜을 포함할 수 있다. 일부 바람직한 알킬렌 글리콜은 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 부틸렌 글리콜을 포함하며, 이는 단독으로 또는 혼합물로 사용될 수 있다. 예를 들어, 글리콜은 물과의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 특정 실시형태에서, 제 2 열 관리 유체는 하나 이상의 글리콜과 물을 포함하거나 또는 본질적으로 포함한다 (예를 들면, 제 2 열 관리 유체의 총 중량의 적어도 75 wt%, 적어도 80 wt%, 적어도 85 wt%, 적어도 90 wt%, 적어도 95%, 또는 심지어 적어도 98 wt%가 하나 이상의 글리콜과 물로 구성됨).
전술한 바와 같이, 본 개시의 방법 및 시스템은 또한 제 3 열 관리 유체를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 본 개시의 제 3 열 관리 유체는 제 1 열 관리 유체 또는 제 2 열 관리 유체에 대해 상술한 열 유체 중 어느 하나와 동일할 수 있다.
본 개시의 다양한 예시적인 실시형태는 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다:
실시형태 1 은:
전기 열원;
제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는 제 1 열 교환기;
열원과 실질적으로 열 접촉하고 열원과 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 1 유체 순환부로서, 제 1 유체 순환부는 제 1 열 관리 유체가 열원으로부터 열을 흡수하고 제 1 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있도록 구성되는, 상기 제 1 유체 순환부; 및
제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 통과시키고 그로부터 열을 흡수하도록 구성된 제 2 유체 순환부를 포함하는 시스템을 제공하며,
(a) 제 1 열 관리 유체는:
65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
제 1 열 관리 유체의 인화점은 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고;
및/또는
(b) 제 2 열 관리 유체는:
수성 캐리어 유체; 및
수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함한다.
실시형태 2는 실시형태 1의 시스템을 제공하며, 제 1 순환부는 제 1 유체를 순환시키도록 구성된 제 1 펌프를 포함한다.
실시형태 3은 실시형태 1 또는 2의 시스템을 제공하며, 제 1 유체 순환부는 열원과의 열 접촉을 제공하기 위해 열원 주위에서 및/또는 열원을 통해 연장하는 제 1 도관을 포함한다.
실시형태 4는 실시형태 1-3 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 제 2 유체 순환부와 실질적으로 열 접촉하는 제 2 열교환기를 더 포함하고, 제 2 열 교환기는 제 2 유체 순환부로부터 열을 소산시키도록 구성된다.
실시형태 5는 실시형태 1-5 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 제 2 순환부는 제 2 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 2 펌프를 포함한다.
실시형태 6은 실시형태 1-5 중 어느 하나의 시스템을 제공하며, 제 1 유체 순환부는 제 1 열 관리 유체로부터 (예를 들어, 제 1 열 관리 유체의 할로카본 컴포넌트의 기화로부터) 증기를 수용하도록 구성된 팽창 챔버를 포함한다.
실시형태 7은 실시형태 6의 시스템을 제공하며, 제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는 제 3 열교환기를 더 포함하고, 제 3 열 교환기의 제 1 부분은 팽창 챔버로부터 열을 흡수하도록 구성되고 제 3 열 교환기의 제 2 부분은 제 3 열 교환기의 제 1 부분으로부터 열을 소산시키도록 구성된다.
실시형태 8은 실시형태 7의 시스템을 제공하며, 제 2 유체 순환부는 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 포함하고, 제 3 열 교환기의 제 2 부분은 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 통해 팽창 챔버로부터 열을 흡수할 수 있고 제 2 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있는 제 2 열 관리 유체를 수용하도록 구성된다.
실시형태 9는 실시형태 7의 시스템을 제공하며, 제 3 열 교환기의 제 2 부분과 제 4 열 교환기 사이에서 제 3 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 3 유체 순환부를 더 포함하고, 제 3 유체 순환부는 제 3 열 관리 유체가 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 통해 팽창 챔버로부터 열을 흡수할 수 있고 제 4 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있도록 구성된다.
실시형태 10은 실시형태 9의 시스템을 제공하며, 제 3 열 관리 유체는 제 1 열 관리 유체와 동일하거나 제 2 열 관리 유체와 동일하다.
실시형태 11은 실시형태 9 또는 실시형태 10의 시스템을 제공하며, 제 3 순환부는 제 3 유체를 순환시키도록 구성된 제 3 펌프를 포함한다.
실시형태 12는 실시형태 11의 시스템을 제공하며, 전기 열원은 복수의 전기화학 전지 (예를 들어, 리튬 이온 전기화학 전지와 같은 충전식 전기화학 전지) 를 포함하는 배터리 (예를 들어, 충전식 배터리) 이다.
실시형태 13은:
제 1 유체 순환부에서 그리고 전기 열원과 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키는 단계;
제 1 열 관리 유체에서 열원으로부터의 열 에너지를 흡수하는 단계;
제 1 열 관리 유체로부터의 열 에너지를 제 1 열 교환기로 소산시키는 단계;
제 2 유체 순환부에서 그리고 제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 순환시키는 단계; 및
제 1 교환기로부터의 열을 제 2 열 관리 유체로 흡수시키는 단계를 포함하는 방법을 제공하고;
(a) 제 1 열 관리 유체는:
65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
제 1 열 관리 유체의 인화점은 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고;
및/또는
(b) 제 2 열 관리 유체는:
수성 캐리어 유체; 및
수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함한다.
실시형태 14는 실시형태 13의 방법을 제공하며,
제 2 열 관리 유체에서 제 1 열 교환기로부터의 열 에너지를 흡수하는 단계; 및
제 2 열 관리 유체로부터의 열 에너지를 제 2 열 교환기로 소산시키는 단계를 더 포함한다.
실시형태 15는 실시형태 13 또는 14의 방법을 제공하며,
제 1 순환부의 팽창 챔버에서 제 1 열 관리 유체로부터 (예를 들어, 제 1 열 관리 유체의 할로카본 컴포넌트의 기화로부터) 증기를 수용하는 단계를 더 포함한다.
실시형태 16은 실시형태 15에 따른 방법을 제공하며, 확장 챔버로부터 제 3 열교환기로 에너지를 흡수하는 단계를 더 포함하다.
실시형태 17은 실시형태 16에 따른 방법을 제공하며, 팽창 챔버로부터 에너지를 흡수하면 할로카본의 증기가 응축된다.
실시형태 18은 실시형태 16 또는 17의 방법을 제공하며,
제 3 열 교환기에서 제 2 열 관리 유체를 순환시켜 제 3 열 교환기로부터의 열 에너지를 제 2 열 관리 유체로 흡수시키는 단계를 더 포함한다.
실시형태 19는 실시형태 16 또는 17의 방법을 제공하며,
제 3 유체 순환부에서 제 3 열 관리 유체를 순환시키고 제 3 열 교환기로부터의 열 에너지를 제 3 열 관리 유체로 흡수시키는 단계를 더 포함한다.
실시형태 20은 실시형태 19의 방법을 제공하며,
제 3 열 관리 유체로부터의 열 에너지를 제 4 열 교환기로 소산시키는 단계를 더 포함한다.
실시형태 21은 실시형태 13-20 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 열원으로부터의 열 에너지는 제 1 열 관리 유체의 하나 이상의 할로카본을 기화시킴으로써 흡수된다.
실시형태 22는 실시형태 13-21 중 어느 하나의 방법을 제공하며, 전기 열원은 배터리 팩, 커패시터, 인버터, 전기 케이블링, 연료 전지, 모터 또는 컴퓨터를 포함한다.
실시형태 23은 실시형태 1-22 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, (a) 제 1 열 관리 유체는:
65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
제 1 열 관리 유체의 인화점은 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높다.
실시형태 24는 실시형태 23의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유전성 유체 각각은 지방족 유전성 유체 (예를 들면, C14-C50 알킬, C14-C50 알케닐, C14-C50 알키닐, 폴리올레핀, 예컨대 폴리-α-올레핀), 지방족 유전성 유체 산소화물 (예를 들면, 케톤, 에테르, 에스테르 또는 아미드), 방향족 유전성 유체 (예를 들면, 디알킬벤젠, 예컨대 디에틸벤젠, 시클로헥실벤젠, 1-알킬나프탈렌, 2-알킬나프탈렌, 디벤질톨루엔 및 알킬화 비페닐), 방향족 유전성 유체 산소화물 (예를 들면, 케톤, 에테르, 에스테르 또는 아미드), 실리콘 (예를 들면, 실리콘 오일 및 실리케이트 에스테르) 및 이들의 임의의 조합물로부터 선택된다.
실시형태 25는 실시형태 23의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유전성 유체 각각은 C14-C50 알킬, 폴리올레핀 및 이들의 임의의 조합으로부터 선택된다.
실시형태 26은 실시형태 23의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유전성 유체 각각은 미네랄 오일 또는 실리콘 오일이다.
실시형태 27은 실시형태 23-26 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유전성 유체는 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 70 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 75 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 80 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 85 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 90 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 95 wt% 내지 99.9 wt%, 또는 65 wt% 내지 99 wt%, 또는 70 wt% 내지 99 wt%, 또는 75 wt% 내지 99 wt%, 또는 80 wt% 내지 99 wt%, 또는 85 wt% 내지 99 wt%, 또는 90 wt% 내지 99 wt%, 또는 95 wt% 내지 99 wt% 의 총량으로 존재한다.
실시형태 28은 실시형태 23-26 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유전성 유체는 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 98 wt%, 예를 들면, 70 wt% 내지 99 wt%, 또는 75 wt% 내지 98 wt%, 또는 80 wt% 내지 98 wt%, 또는 85 wt% 내지 98 wt%, 또는 90 wt% 내지 98 wt%, 또는 95 wt% 내지 98 wt%, 또는 65 wt% 내지 95 wt%, 또는 70 wt% 내지 95 wt%, 또는 75 wt% 내지 95 wt%, 또는 80 wt% 내지 95 wt%, 또는 85 wt% 내지 95 wt%, 또는 90 wt% 내지 95 wt% 의 총량으로 존재한다.
실시형태 29는 실시형태 23-26 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유전성 유체는 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 90 wt%, 예를 들면, 70 wt% 내지 90 wt%, 또는 75 wt% 내지 90 wt%, 또는 80 wt% 내지 90 wt%, 또는 85 wt% 내지 90 wt%, 또는 65 wt% 내지 85 wt%, 또는 70 wt% 내지 85 wt%, 또는 75 wt% 내지 85 wt%, 또는 80 wt% 내지 85 wt%, 또는 65 wt% 내지 80 wt%, 또는 70 wt% 내지 80 wt%, 또는 75 wt% 내지 80 wt% 의 총량으로 존재한다.
실시형태 30은 실시형태 23-29 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 각각은 30 ℃ 내지 100 ℃, 또는 30 ℃ 내지 90 ℃, 또는 30 ℃ 내지 85 ℃, 또는 30 ℃ 내지 80 ℃, 또는 30 ℃ 내지 75 ℃, 또는 30 ℃ 내지 70 ℃ 범위의 비등점을 갖는다.
실시형태 31은 실시형태 23-29 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 각각은 40 ℃ 내지 150 ℃, 예를 들면, 50 ℃ 내지 150 ℃, 또는 60 ℃ 내지 150 ℃, 또는 70 ℃ 내지 150 ℃, 또는 80 ℃ 내지 150 ℃, 또는 90 ℃ 내지 150 ℃, 또는 100 ℃ 내지 150 ℃, 또는 110 ℃ 내지 150 ℃, 또는 40 ℃ 내지 100 ℃, 또는 50 ℃ 내지 100 ℃, 또는 60 ℃ 내지 100 ℃, 또는 70 ℃ 내지 100 ℃, 또는 80 ℃ 내지 100 ℃, 또는 40 ℃ 내지 90 ℃, 또는 50 ℃ 내지 90 ℃, 또는 60 ℃ 내지 90 ℃, 또는 40 ℃ 내지 85 ℃, 또는 45 ℃ 내지 85 ℃, 또는 50 ℃ 내지 85 ℃, 또는 60 ℃ 내지 85 ℃, 또는 40 ℃ 내지 80 ℃, 또는 45 ℃ 내지 80 ℃, 또는 50 ℃ 내지 80 ℃, 또는 60 ℃ 내지 80 ℃, 또는 40 ℃ 내지 75 ℃, 또는 45 ℃ 내지 75 ℃, 또는 50 ℃ 내지 75 ℃, 또는 60 ℃ 내지 75 ℃, 또는 40 ℃ 내지 70 ℃, 또는 45 ℃ 내지 70 ℃, 또는 50 ℃ 내지 70 ℃, 또는 60 ℃ 내지 70 ℃, 또는 65 ℃ 내지 75 ℃ 범위의 비등점을 갖는다.
실시형태 32는 실시형태 23-29 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 30 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 비등점을 갖는 제 1 할로카본 및 80 ℃ 내지 110 ℃의 범위의 비등점을 갖는 제 2 할로카본을 포함한다.
실시형태 33은 실시형태 23-32 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 각각은 그의 할로겐(들)으로서 염소, 불소 및 브롬 중 하나 이상을 포함한다.
실시형태 34는 실시형태 23-32 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 각각은 플루오로카본, 클로로카본 및 클로로플루오로카본으로부터 선택된다.
실시형태 35는 실시형태 23-32 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 플루오로카본 및 클로로카본 (예를 들면, 디클로로메탄) 을 포함한다.
실시형태 36은 실시형태 23-35 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 중 적어도 하나는 클로로알칸 및 이의 산소화물 (예를 들면, 디클로로메탄, 클로로포름 및 1,1,1-트리클로로에탄), 클로로알켄 및 이의 산소화물 (예를 들면, 트랜스-1,2-디클로로에틸렌 및 cis-1,2-디클로로에틸렌) 및 클로로방향족 화합물로부터 선택된 클로로카본이다.
실시형태 37은 실시형태 23-32 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 각각은 플루오로카본이다.
실시형태 38은 실시형태 23-37 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 중 적어도 하나는 플루오로알칸 및 이의 산소화물 (예를 들면, 퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로헥산, 퍼플루오로헵탄, 퍼플루오로시클로헥산, 퍼플루오로메틸시클로헥산, 2H,3H-퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로(2-메틸-3-펜타논, 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 메톡시-노나플루오로부탄, 에톡시-노나플루오로부탄, 테트라데카플루오로-2-메틸헥산-3-온, 및 테트라데카플루오로-2,4-디메틸펜탄-3-온), 3-메톡시퍼플루오로(2-메틸펜탄), 3-에톡시퍼플루오로(2-메틸펜탄) 플루오로알켄 및 이의 산소화물 (예를 들면, 퍼플루오로헥센), 및 플루오로방향족 화합물 (예를 들면, 퍼플루오로벤젠)으로부터 선택된 플루오로카본이다.
실시형태 39는 실시형태 23-39 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 각각은 측정 가능한 인화점이 없거나, 또는 ASTM D56에 따라 측정된 인화점이 적어도 90 ℃, 예를 들어 적어도 95 ℃, 또는 적어도 100 ℃, 또는 적어도 110 ℃, 또는 적어도 150 ℃, 또는 심지어 적어도 200 ℃ 이다.
실시형태 40은 실시형태 23-39 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 0.1 wt% 내지 30 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 25 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 20 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 15 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 10 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 5 wt%, 또는 0.1 wt% 내지 1 wt%의 총량으로 존재한다.
실시형태 41은 실시형태 23-39 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 wt% 내지 35 wt%, 또는 1 wt% 내지 30 wt%, 또는 1 wt% 내지 25 wt%, 또는 1 wt% 내지 20 wt%, 또는 1 wt% 내지 15 wt%, 또는 1 wt% 내지 10 wt%, 또는 1 wt% 내지 5 wt%의 총량으로 존재한다.
실시형태 42는 실시형태 23-39 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 2 wt% 내지 35 wt%, 또는 2 wt% 내지 30 wt%, 또는 2 wt% 내지 25 wt%, 또는 2 wt% 내지 20 wt%, 또는 2 wt% 내지 15 wt%, 또는 2 wt% 내지 10 wt%, 또는 2 wt% 내지 5 wt%의 총량으로 존재한다.
실시형태 43은 실시형태 23-39 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 5 wt% 내지 35 wt%, 또는 5 wt% 내지 30 wt%, 또는 5 wt% 내지 25 wt%, 또는 5 wt% 내지 20 wt%, 또는 5 wt% 내지 15 wt%, 또는 5 wt% 내지 10 wt%의 총량으로 존재한다.
실시형태 44는 실시형태 23-39 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 10 wt% 내지 35 wt%, 또는 10 wt% 내지 30 wt%, 또는 10 wt% 내지 25 wt%, 또는 10 wt% 내지 20 wt%, 또는 10 wt% 내지 15 wt%, 또는 15 wt% 내지 35 wt%, 또는 15 wt% 내지 30 wt%, 또는 15 wt% 내지 25 wt%, 또는 15 wt% 내지 20 wt%, 또는 20 wt% 내지 35 wt%, 또는 20 wt% 내지 30 wt%, 또는 20 wt% 내지 25 wt%의 총량으로 존재한다.
실시형태 45는 실시형태 23-44 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, (a) 제 1 열 관리 유체는 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀 및 아민 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 조정제, 방부제, 살생물제, 계면활성제, 씰 팽창 첨가제 및 이들의 조합을, 예를 들어 최대 0.5 wt%, 최대 1.0 wt%, 또는 최대 5.0 wt% 의 양으로 더 포함한다.
실시형태 46은 실시형태 23-45 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 열 관리 유체에서 하나 이상의 유전성 유체 및 하나 이상의 할로카본의 총량은 적어도 80%, 예를 들어 적어도 85%이다.
실시형태 47은 실시형태 23-45 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 열 관리 유체에서 하나 이상의 유전성 유체 및 하나 이상의 할로카본의 총량은 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 98% 이다.
실시형태 48은 실시형태 1-22 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 제 1 열 관리 유체는 미네랄 오일, 변압기 오일, 엔지니어링 오일, 실리콘 오일 및 플루오로카본 오일로부터 선택된 하나 이상의 유전성 유체를 포함한다.
실시형태 49는 실시형태 1-48 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, (b) 제 2 열 관리 유체는:
수성 캐리어 유체; 및
수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함한다.
실시형태 50은 실시형태 49의 방법 또는 시스템을 제공하며, 미셀은 평균 입자 크기 직경이 0.1 ㎛ 내지 1.5 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 0.4 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.2 ㎛ 내지 0.4 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 1 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.8 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.6 ㎛, 또는 0.4 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛, 또는 0.35 ㎛ 내지 0.45 ㎛ 범위이다.
실시형태 51은 실시형태 49 또는 50의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유화제는 미셀에 실질적으로 결합되고, 예를 들어 에멀젼의 총 중량을 기준으로 하나 이상의 유화제의 5 wt% 미만, 또는 2 wt% 미만, 또는 1 wt% 미만, 또는 0.1 wt% 미만, 또는 0.01 wt% 미만, 또는 심지어 0.001 wt% 미만은 결합되지 않은 상태로 수용액에 존재한다.
실시형태 52는 실시형태 49-51 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 상 변화 물질은 왁스질 물질이다.
실시형태 53은 실시형태 49-52 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 상 변화 물질은 파라핀이다.
실시형태 54는 실시형태 49-52 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 상 변화 물질은 1-사이클로헥실로옥타데칸, 4-헵타다카논, 퀴논, 벤즈아미드 또는 이들의 혼합물이다.
실시형태 55는 실시형태 49-54 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 상 변화 물질은 적어도 30 ℃, 예를 들어, 적어도 50 ℃, 또는 적어도 70 ℃, 또는 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는다.
실시형태 56은 실시형태 49-55 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 미셀은 하나의 상 변화 물질을 포함한다.
실시형태 57은 실시형태 49-56 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 미셀은 제 1 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자를 갖는 제 1 세트의 미셀, 및 제 1 상 변화 물질과 상이한 제 2 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자를 갖는 제 2 세트의 미셀을 포함한다.
실시형태 58은 실시형태 49-57 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 상 변화 물질은 에멀젼의 총 중량을 기준으로 1 wt% 내지 70 wt%의 양으로, 예를 들어, 에멀젼의 총 중량을 기준으로 1 wt% 내지 50 wt%, 또는 1 wt% 내지 30 wt%, 또는 1 wt% 내지 15 wt%, 또는 1 wt% 내지 10 wt%, 또는 1 wt% 내지 5 wt%, 또는 2 wt% 내지 70 wt%, 또는 2 wt% 내지 50 wt%, 또는 2 wt% 내지 30 wt%, 또는 2 wt% 내지 15 wt%, 또는 2 wt% 내지 10 wt%, 또는 5 wt% 내지 70 wt%, 또는 5 wt% 내지 50 wt%, 또는 5 wt% 내지 30 wt%, 또는 5 wt% 내지 15 wt%, 또는 10 wt% 내지 70 wt%, 또는 10 wt% 내지 50 wt%, 또는 10 wt% 내지 30 wt%, 또는 20 wt% 내지 70 wt%, 또는 20 wt% 내지 50 wt%, 또는 40 wt% 내지 70 wt% 의 양으로 조성물에 존재한다.
실시형태 59는 실시형태 49-58 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유화제는 구조 하이드로카르빌기-아릴기-폴리에테르기를 갖는 분자로 구성된 군으로부터 선택된다.
실시형태 60은 실시형태 23-59 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 제 1 열 관리 유체 및/또는 제 2 열 관리 유체는 독립적으로 25 ℃에서 적어도 1J/g·K 의 열용량을 갖는다.
실시형태 61은 실시형태 23-60 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 제 1 열 관리 유체 및/또는 제 2 열 관리 유체는 40 ℃에서 0.05 W/m K 내지 1 W/m K 범위의 열 전도율을 독립적으로 갖는다.
실시형태 62는 실시형태 23-61 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 제 1 열 관리 유체 및/또는 제 2 열 관리 유체는 독립적으로 40 ℃에서 3 내지 40 cSt의 동점도를 갖는다.
실시형태 63은 실시형태 1-48 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 제 2 열 관리 유체는:
65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
제 1 열 관리 유체의 인화점은 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높다.
실시형태 64는 실시형태 63의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 유전성 유체 각각은 지방족 유전성 유체 (예를 들면, C14-C50 알킬, C14-C50 알케닐, C14-C50 알키닐, 폴리올레핀, 예컨대 폴리-α-올레핀), 지방족 유전성 유체 산소화물 (예를 들면, 케톤, 에테르, 에스테르 또는 아미드), 방향족 유전성 유체 (예를 들면, 디알킬벤젠, 예컨대 디에틸벤젠, 시클로헥실벤젠, 1-알킬나프탈렌, 2-알킬나프탈렌, 디벤질톨루엔 및 알킬화 비페닐), 방향족 유전성 유체 산소화물 (예를 들면, 케톤, 에테르, 에스테르 또는 아미드), 실리콘 (예를 들면, 실리콘 오일 및 실리케이트 에스테르) 및 이들의 임의의 조합물로부터 선택되거나; 또는 하나 이상의 유전성 유체 각각은 C14-C50 알킬, 폴리올레핀, 및 이들의 임의의 조합물로부터 선택되거나; 또는 하나 이상의 유전성 유체 각각은 미네랄 오일 또는 실리콘 오일이다.
실시형태 65는 실시형태 63 또는 64의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본은 30 ℃ 내지 50 ℃ 범위의 비등점을 갖는 제 1 할로카본 및 80 ℃ 내지 110 ℃ 범위의 비등점을 갖는 제 2 할로카본을 포함한다.
실시형태 66은 실시형태 63-65 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 각각은 할로겐(들)으로서 염소, 불소 및 브롬 중 하나 이상을 포함하거나; 또는 하나 이상의 할로카본 각각은 플루오로카본, 클로로카본 및 클로로플루오로카본으로부터 선택되거나; 또는 하나 이상의 할로카본은 플루오로카본 및 클로로카본 (예를 들면, 디클로로메탄) 을 포함한다.
실시형태 67은 실시형태 63-65 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 하나 이상의 할로카본 중 적어도 하나는 클로로알칸 및 이의 산소화물 (예를 들면, 디클로로메탄, 클로로포름 및 1,1,1-트리클로로에탄), 클로로알켄 및 이의 산소화물 (예를 들면, 트랜스-1,2-디클로로에틸렌 및 cis-1,2-디클로로에틸렌) 및 클로로방향족 화합물로부터 선택된 클로로카본이거나; 또는 하나 이상의 할로카본 각각은 플루오로카본이거나; 또는 하나 이상의 할로카본 중 적어도 하나는 플루오로알칸 및 이의 산소화물 (예를 들면, 퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로헥산, 퍼플루오로헵탄, 퍼플루오로시클로헥산, 퍼플루오로메틸시클로헥산, 2H,3H-퍼플루오로펜탄, 퍼플루오로(2-메틸-3-펜타논), 메틸 노나플루오로부틸 에테르, 에틸 노나플루오로부틸 에테르, 메톡시-노나플루오로부탄, 에톡시-노나플루오로부탄, 테트라데카플루오로-2-메틸헥산-3-온 및 테트라데카플루오로-2,4-디메틸펜탄-3-온), 3-메톡시퍼플루오로(2-메틸펜탄), 3-에톡시퍼플루오로(2-메틸펜탄) 플루오로알켄 및 이의 산소화물 (예를 들면, 퍼플루오로헥센) 및 플루오로방향족 화합물 (예를 들면, 퍼플루오로벤젠) 로부터 선택된 플루오로카본이다.
실시형태 68은 실시형태 1-48 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 제 2 열 관리 유체는 미네랄 오일, 변압기 오일, 엔지니어링 오일, 실리콘 오일 및 플루오로카본 오일로부터 선택된 하나 이상의 유전성 유체를 포함한다.
실시형태 69는 실시형태 1-48 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며, 제 2 열 관리 유체는 하나 이상의 글리콜 및 물 (예를 들어, 제 2 열 관리 유체의 총량의 적어도 75 wt%, 적어도 80 wt%, 적어도 85 wt%, 적어도 90 wt%, 적어도 95%, 또는 심지어 적어도 98 wt%가 하나 이상의 글리콜 및 물로 구성됨) 을 포함한다.
실시형태 70은 실시형태 1-67 중 어느 하나의 방법 또는 시스템을 제공하며,
(a) 제 1 열 관리 유체는:
65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
하나 이상의 할로카본은 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
제 1 열 관리 유체의 인화점은 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고;
및
(b) 제 2 열 관리 유체는:
수성 캐리어 유체; 및
수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함한다.
본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 본원에 설명된 시스템 및 방법에 대해 다양한 변형 및 변경이 행해질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시는 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 이러한 본 발명의 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.
본원에 기재된 실시예 및 실시형태는 단지 예시를 위한 것이고, 그에 비추어 다양한 변형 또는 변경이 당업자에게 제안될 것이며 본 출원의 사상 및 영역 및 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되어야 한다는 것이 이해된다. 본원에서 인용한 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 모든 목적을 위해 참조로써 본원에 포함된다.

Claims (15)

  1. 시스템으로서,
    전기 열원;
    제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는 제 1 열 교환기;
    열원과 실질적으로 열 접촉하고 상기 열원과 상기 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 1 유체 순환부로서, 상기 제 1 유체 순환부는 상기 제 1 열 관리 유체가 상기 열원으로부터 열을 흡수하고 상기 제 1 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있도록 구성되는, 상기 제 1 유체 순환부; 및
    제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 통과시키고 그로부터 열을 흡수하도록 구성된 제 2 유체 순환부를 포함하고,
    (a) 상기 제 1 열 관리 유체는:
    65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
    각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
    상기 하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
    유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
    상기 제 1 열 관리 유체의 인화점은 상기 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고;
    및/또는
    (b) 상기 제 2 열 관리 유체는:
    수성 캐리어 유체; 및
    상기 수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 상기 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함하는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 순환부와 실질적으로 열 접촉하는 제 2 열 교환기를 더 포함하고, 상기 제 2 열 교환기는 상기 제 2 유체 순환부로부터 열을 소산시키도록 구성되는, 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 순환부는 상기 제 1 열 관리 유체로부터 (예를 들어, 상기 제 1 열 관리 유체의 할로카본 컴포넌트의 기화로부터) 증기를 수용하도록 구성된 팽창 챔버를 포함하는, 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 1 부분 및 제 2 부분을 갖는 제 3 열교환기를 더 포함하고, 상기 제 3 열 교환기의 제 1 부분은 상기 팽창 챔버로부터 열을 흡수하도록 구성되고 상기 제 3 열 교환기의 제 2 부분은 상기 제 3 열 교환기의 제 1 부분으로부터 열을 소산시키도록 구성되는, 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 유체 순환부는 상기 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 3 열 교환기의 제 2 부분은 상기 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 통해 상기 팽창 챔버로부터 열을 흡수할 수 있고 상기 제 2 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있는 상기 제 2 열 관리 유체를 수용하도록 구성되는, 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 열 교환기의 제 2 부분과 제 4 열 교환기 사이에서 제 3 열 관리 유체를 순환시키도록 구성된 제 3 유체 순환부를 더 포함하고, 상기 제 3 유체 순환부는 제 3 열 관리 유체가 상기 제 3 열 교환기의 제 2 부분을 통해 팽창 챔버로부터 열을 흡수할 수 있고 상기 제 4 열 교환기에서 열을 소산시킬 수 있도록 구성되는, 시스템.
  7. 방법으로서,
    제 1 유체 순환부에서 그리고 전기 열원과 제 1 열 교환기의 제 1 부분 사이에서 제 1 열 관리 유체를 순환시키는 단계;
    상기 제 1 열 관리 유체에서 열원으로부터의 열 에너지를 흡수하는 단계;
    상기 제 1 열 관리 유체로부터의 열 에너지를 상기 제 1 열 교환기로 소산시키는 단계;
    제 2 유체 순환부에서 그리고 상기 제 1 열 교환기의 제 2 부분에 걸쳐 제 2 열 관리 유체를 순환시키는 단계; 및
    상기 제 1 교환기로부터의 열을 제 2 열 관리 유체로 흡수시키는 단계를 포함하고;
    (a) 상기 제 1 열 관리 유체는:
    65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
    각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
    상기 하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
    유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
    상기 제 1 열 관리 유체의 인화점은 상기 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고;
    및/또는
    (b) 상기 제 2 열 관리 유체는:
    수성 캐리어 유체; 및
    상기 수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 상기 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함하는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 열 관리 유체에서 상기 제 1 열 교환기로부터의 열 에너지를 흡수하는 단계; 및
    상기 제 2 열 관리 유체로부터의 열 에너지를 제 2 열 교환기로 소산시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    제 1 순환부의 팽창 챔버에서 제 1 열 관리 유체로부터 (예를 들어, 상기 제 1 열 관리 유체의 할로카본 컴포넌트의 기화로부터) 증기를 수용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원으로부터의 열 에너지는 상기 제 1 열 관리 유체의 하나 이상의 할로카본을 기화시킴으로써 흡수되는, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 방법 또는 시스템으로서,
    (a) 상기 제 1 열 관리 유체는:
    65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
    각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
    상기 하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
    유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
    상기 제 1 열 관리 유체의 인화점은 상기 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높은, 방법 또는 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법 또는 시스템으로서,
    (b) 상기 제 2 열 관리 유체는:
    수성 캐리어 유체; 및
    상기 수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 상기 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함하는, 방법 또는 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법 또는 시스템으로서,
    상기 제 2 열 관리 유체는:
    65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
    각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
    상기 하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
    유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
    상기 제 1 열 관리 유체의 인화점은 상기 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높은, 방법 또는 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법 또는 시스템으로서,
    상기 제 2 열 관리 유체는 하나 이상의 글리콜 및 물 (예를 들어, 상기 제 2 열 관리 유체의 총량의 적어도 75 wt%, 적어도 80 wt%, 적어도 85 wt%, 적어도 90 wt%, 적어도 95%, 또는 심지어 적어도 98 wt%가 상기 하나 이상의 글리콜 및 물로 구성됨) 을 포함하는, 방법 또는 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법 또는 시스템으로서,
    (a) 상기 제 1 열 관리 유체는:
    65 wt% 내지 99.9 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 유전성 유체; 및
    각각이 30 ℃ 내지 150 ℃ 범위의 비등점을 갖고 0.1 wt% 내지 35 wt% 범위의 총량으로 존재하는 하나 이상의 할로카본을 포함하고,
    상기 하나 이상의 할로카본은 상기 제 1 열 관리 유체에 균질하게 분산되고;
    유전성 열 관리 유체는 25 ℃에서 적어도 1.5의 유전 상수를 갖고; 그리고
    상기 제 1 열 관리 유체의 인화점은 상기 하나 이상의 할로카본의 비등점보다 높고;
    및
    (b) 상기 제 2 열 관리 유체는:
    수성 캐리어 유체; 및
    상기 수성 캐리어 유체 내의 미셀의 분산액을 포함하고, 각 미셀은 30 ℃ 내지 100 ℃ 범위의 융점을 갖는 상 변화 물질을 포함하는 고체 소수성 코어 입자 및 상기 고체 소수성 코어 입자 주위에 미셀 쉘을 형성하는 하나 이상의 유화제를 포함하는, 방법 또는 시스템.
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