KR20230150323A - 유전 열 관리 유체 및 이를 사용하기 위한 방법 - Google Patents

유전 열 관리 유체 및 이를 사용하기 위한 방법 Download PDF

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KR20230150323A
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존 딜리
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카스트롤 리미티드
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Abstract

본 개시는 일반적으로 열 관리 유체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 전기 차량, 전기 모터, 및 전력 전자 장치에 사용되는 리튬-이온 배터리와 같은, 직접 냉각을 통해 배터리 시스템에서 열을 관리하는데 사용하기에 적합한 유전 열 관리 유체, 이러한 열 관리 유체를 사용하는 방법, 및 이러한 열 관리 시스템을 포함하는 시스템에 관한 것이다.

Description

유전 열 관리 유체 및 이를 사용하기 위한 방법
관련 출원들에 대한 상호 참조
본원은 2021 년 2 월 24 일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 63/153163 호의 우선권의 이익을 주장하며, 그의 전체 내용은 참조에 의해 본원에 원용된다.
본 개시의 기술분야
본 개시는 일반적으로 열 관리 유체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 전기 차량, 전기 모터, 및 전력 전자 장치에 사용되는 리튬-이온 배터리와 같은, 직접 냉각을 통해 배터리 시스템에서 열을 관리하는데 사용하기에 적합한 유전 열 관리 유체, 이러한 열 관리 유체를 사용하는 방법, 및 이러한 열 관리 시스템을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
전 세계적으로 판매되는 전기 차량 (즉, 배터리 전기 차량 (BEV), 하이브리드 전기 차량 (HEV), 플러그인 하이브리드 전기 차량 (PHEV) 등과 같이 동력의 전부 또는 일부를 위해 전력을 사용하는 차량) 의 수는 최근 몇 년 동안 증가하였으며, 계속해서 증가할 것으로 예상된다. 궁극적으로, 대부분의 차량은 전기차가 될 가능성이 높다. 전기 차량 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.
대부분의 배터리는 전류가 배터리로 전달되거나 배터리에서 인출될 때 열을 발생시킨다. 통상적으로, 배터리에 유입되거나 유출되는 전류량이 증가할수록 발생하는 열의 양도 증가한다. 발생된 열이 소산(dissipate)되지 않으면 배터리 온도가 상승한다. 대부분의 배터리에는 유효 작동 온도 범위가 있으며, 배터리가 최대 작동 온도를 초과하면, 배터리가 비효율적이 될 수 있거나 또는 심지어 열 폭주(thermal runaway) 및 고장이 발생할 수 있다. 일부 경우에, 온도가 약간 상승한 후, 배터리는 간단한 히트 싱크(heat sink)을 통해 또는 열 관리 없이 그 주변으로 열을 소산 가능할 수도 있다. 다른 경우에는, 배터리에 의해 발생된 열을 소산하기 위해 보다 구체적인 열 관리 시스템이 필요하다.
현재, 배터리 구동 전기 차량은 거의 독점적으로 리튬 이온 배터리 기술을 사용한다. 리튬 이온 배터리는 비슷한 니켈 금속 수소화물배터리에 비해 많은 이점을 제공하지만, 니켈 금속 수소 배터리에 비해 리튬 이온 배터리는 배터리 온도 변화에 더 취약하므로 더 엄격한 열 관리 요구 사항이 있다. 예를 들어, 최적의 리튬 이온 배터리 작동 온도는 10 내지 35 ℃ 범위이다. 온도가 35 ℃에서 70 ℃로 상승함에 따라 작동이 점점 비효율적이게 되며, 더 결정적으로, 이러한 온도에서의 작동은 시간이 지남에 따라 배터리를 손상시킬 수 있다는 것이다. 70 ℃ 를 넘는 온도는 열 폭주 위험이 증가된다. 결과적으로, 리튬 이온 배터리는 차량 작동 중에 온도를 조절하는 특정 열 관리 시스템이 필요하다. 또한, 충전 중에는 입력된 전력의 최대 10%가 결국 열이 된다. 리튬 이온 배터리의 급속 충전이 보다 보편화됨에 따라, 배터리의 열 관리를 위한 효율적인 시스템에 대한 필요성이 남아 있다.
리튬 이온 배터리들은 (즉, 냉각 유체 또는 냉각제로서) 배터리 컴포넌트로부터 열을 가져가는 열 관리 유체들을 사용하여 간접적으로 또는 직접적으로 냉각될 수도 있다. 직접 냉각은 유리하게 열 관리 유체로 하여금 고온 컴포넌트들과 직접 접촉하여 그로부터 열을 가져갈 수 있게 한다. 간접 냉각시, 고온 컴포넌트는 전기절연성 배리어에 의해 전기적으로 차폐되고 열 관리 유체는 이 배리어를 통과하는 열을 가져간다. 가장 일반적인 열 관리 유체들은 글리콜과 물의 혼합물에 기초한다. 그러나, 수계 유체들이 일반적으로 전기를 전도하기 때문에 이들은 리튬 이온 배터리들의 전기 컴포넌트들의 직접 냉각에 사용될 수 없다. 간접 냉각은 수계 냉각제가 사용될 수 있게 하지만, 전기 차폐의 요구사항은 냉각 프로세스에서 열 흐름에 대한 병목현상을 일으킬 수 있다. 비 전기 전도성 특성으로 인해 전기 컴포넌트의 직접 냉각을 위해 사용될 수 있는 유전 열 관리 유체가 존재하며; 예들은 전기 변압기의 냉각에 종래에 사용되는 것들을 포함한다. 그러나, 이러한 유전 열 관리 유체들의 열 특성들은 통상적으로 물-글리콜에 비해 열악하다.
따라서, 개선된 유전 열 관리 시스템, 특히 리튬 이온 배터리들의 냉각에 사용하기에 적합한 시스템이 필요하다.
본 개시의 개요
본 개시의 일 양태는 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 100℃ 이고 유전 상수가 25℃에서 적어도 1.5인, 열 관리 유체를 제공한다. 그러한 유전 열 관리 유체는 다음을 포함한다:
식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물:
Figure pct00001
식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R1 은 C1-C5 알킬이다;
R2 은 C6-C12 알킬이다;
각각의 R3 및 R4 는 독립적으로 H 및 C1-C6 알킬로부터 선택된다; 그리고
각각의 R5 및 R6 는 독립적으로 H 및 C1-C6 알킬로부터 선택된다;
하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 100 중량% 범위의 총량으로 존재한다.
본 개시의 다른 양태는 배터리 시스템을 제공한다. 배터리 시스템은 하우징; 하우징에 배치된 하나 이상의 전기화학 전지; 하우징에서 연장되고 하나 이상의 전기화학 전지와 실질적 열 연통하는 유체 경로; 및 유체 경로에 배치되는 본 명세서에 설명된 바와 같은 본 개시의 열 관리 유체를 포함한다.
다른 양태에서, 본 개시는 본 명세서에 설명된 바와 같은 본 개시의 배터리 시스템을 포함하는 전기 차량을 제공한다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 열 관리 회로로서, 열원 주변에 및/또는 열원을 통하여 연장되는 유체 경로; 및 유체 경로에 배치되고 유체 경로에서 순환하고 열원에 의해 생성된 열 에너지를 흡수하도록 구성되는 본 개시의 열 관리 유체를 포함하고, 유체는 유체 경로, 열 교환기, 펌프 및 연결 덕트에 배치되는, 열 관리 회로를 제공한다.
본 개시의 다른 양태는 적어도 25 ℃ (예를 들어, 적어도 30 ℃) 의 온도를 갖는 표면과 본 개시의 열 관리 유체를 접촉시키는 단계로서, 상기 표면은 열원과 실질적 열 연통하는, 상기 열 관리 유체를 접촉시키는 단계; 및 열원으로부터 표면을 통하여 열 관리 유체에서 열 에너지를 흡수하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 개시의 또 다른 양태는 본 개시의 열 관리 유체를 제조하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 하기 식 (II) 의 화합물
Figure pct00002
식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R1 은 C1-C5 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다,
을 (C6-C12 알킬)-L 과 접촉시키는 단계를 포함하고, 여기서 L은 식 (I) 의 유전 화합물(dielectric compound)을 얻기 위한 이탈기(leaving group)이다.
본 개시의 또 다른 양태는 본 개시의 열 관리 유체를 제조하는 방법을 제공한다. 이러한 방법은 하기 식 (III) 의 화합물
Figure pct00003
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R2 는 C6-C12 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다],
을 (C1-C5 알킬)-L 과 접촉시키는 단계를 포함하고, 여기서 L은 식 (I) 의 유전 화합물(dielectric compound)을 얻기 위한 이탈기(leaving group)이다.
첨부된 도면은 본 개시의 조성물 및 방법에 대한 추가 이해를 제공하기 위해 포함되고, 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성한다. 도면들은 반드시 일정한 비율은 아니며, 다양한 요소들의 크기는 명확성을 위해 왜곡될 수도 있다. 도면은 본 개시의 하나 이상의 실시형태(들)를 예시하고, 설명과 함께 본 개시의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1 은 본 개시의 일 실시형태에 따른 열 관리 회로의 개략적 단면도이다.
도 2 는 본 개시의 다른 실시형태에 따른 열 관리 회로의 개략적 단면도이다.
상세한 설명
본 발명자들은 바람직한 열 관리 유체는 많은 경우에 특정 전기 디바이스 또는 시스템 (예를 들어, 리튬 이온 배터리) 의 작동과 관련된 온도 범위에서 열을 가져가기 위한 고용량을 갖으면서도, 디바이스 또는 시스템의 직접 냉각에 사용하기에 적합하도록 충분히 높은 유전 상수를 갖는 점을 주목했다. 결정적으로, 산소가 전체 시스템에 유입될 수 있는 위험이 항상 있기 때문에, 바람직한 열 관리 유체는 점화 위험을 줄이기 위해 인화점이 높은 것이 유리하다. 그리고 동작 동안 보다 효율적인 열 전달을 제공하기 위해, 바람직한 열 관리 유체는 유리하게는 특정 전기 디바이스 또는 시스템에서 보다 양호한 유동성을 허용하는 낮은 점도를 가질 것이다.
본 발명자들은, 바람직하게는 낮은 점도를 제공할 뿐만 아니라 높은 인화점을 가져, 이들이 시스템을 통해 용이하게 펌핑될 수 있으며 점화의 위험성이 낮거나 없는 열 관리 유체 조성물을 식별하였다. 구체적으로, 본 발명자들은 종래의 유전 유체 (예를 들어, 유기 또는 실리콘) 가 전형적으로 양호한 열 전도도 및 비열 용량을 갖지만, 바람직하지 않게 높은 점도를 갖는다는 것을 인식하였다. 그러나, 전형적인 저점도 유전 유체는 일반적으로 용납할 수 없게 낮은 인화점 (및 다른 점화 특성) 을 가져서, 점화가 위험한 경우 온도가 상승할 가능성이 있는 시스템에서 냉각제로서 사용하기에 적합하지 않다. 본 발명자들은 본 개시의 유전 화합물이 낮은 인화점을 갖지 않고 유리하게는 낮은 점도를 갖는 열 관리 유체를 제공할 수 있다는 것을 알아냈다. 열 관리 유체의 이들 특성은 그것들을 예를 들어 전기 디바이스 및 시스템의 직접 냉각에 특히 적합하게 만든다.
본 개시의 열 관리 유체들 및 방법들은 종래의 유체들에 비해 다수의 추가의 이점들을 가질 수 있다. 특히, 본 개시의 열 관리 유체는 또한 다양한 실시형태에서 바람직하게는 높은 열 전도율, 낮은 점화 위험, 높은 유전 상수 및 더 빠른 온도 응답 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 본 개시의 열 관리 유체는 또한 다양한 실시형태들에서 종래의 저점도 유전체 유체보다 더 낮은 표면 장력을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 양태는 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물을 포함하는 열 관리 유체를 제공하며, 하나 이상의 유전 화합물은 1 중량% 내지 100 중량% 범위의 총량으로 존재한다. 이러한 열 관리 유체는 ASTM D93 (“Standard Test Methods for Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester”)에 따라 측정되는 인화점이 적어도 100℃ 일 수 있고, 유전 상수는 25℃에서 적어도 1.5일 수 있다.
산소가 시스템에 들어갈 수도 있는 어느 정도의 위험이 항상 있기 때문에, 본 개시의 열 관리 유체는 유리하게는 점화를 방지하기 위해 높은 인화점을 갖는다. 전술한 바와 같이, 본 개시의 열 관리 유체는 ASTM D93에 따라 측정 시 인화점이 적어도 100℃일 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체는 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 110℃, 예를 들어 적어도 120℃, 적어도 125℃, 적어도 130℃, 또는 적어도 135℃이다. 다양한 실시형태에서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체는 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 140 ℃, 예를 들어, 적어도 145 ℃, 적어도 150 ℃, 또는 적어도 155 ℃ 이다. 100℃ 미만의 인화점을 갖지 않는 재료는, 해당 재료에 대해 인화점이 측정 가능하지 않더라도(즉, 인화점이 도달되는 온도 아래에서의 분해로 인해), 본 개시의 목적상 100℃ 보다 높은 인화점을 갖는 것으로 간주된다.
특히 상대적으로 좁은 통로가 사용될 때, 시스템을 통한 펌핑을 평이하게 하기 위해 열 관리 유체에는 낮은 점도가 종종 요망된다. 당업자는 본 개시에 기초하여, 예를 들어 시스템을 통해 편리하게 수행될 원하는 점도를 갖는 열 관리 유체를 제공하기 위해 컴포넌트를 선택할 것이다. 따라서, 다양한 실시형태에서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체는 운동 점도(kinematic viscosity)가 40 ℃ 에서 1.5 내지 20 cSt 범위, 예를 들어, 1.5 내지 15 cSt, 또는 2 내지 15 cSt, 또는 2 내지 20 cSt, 또는 3 내지 20 cSt, 또는 3 내지 15 cSt, 또는 5 내지 20 cSt, 또는 5 내지 15 cSt 범위이다. 다양한 실시형태들에서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체는 ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 10 cSt, 예를 들어, 1.5 내지 8 cSt, 또는 1.5 내지 6 cSt, 또는 2 내지 10 cSt, 또는 2 내지 8 cSt, 또는 2 내지 6 cSt, 또는 3 내지 10 cSt, 또는 3 내지 8 cSt, 또는 3 내지 6 cSt, 또는 5 내지 10 cSt, 또는 5 내지 8 cSt, 또는 5 내지 6 cSt, 또는 6 내지 10 cSt, 또는 8 내지 10 cSt 범위이다. 그리고 다양한 실시형태에서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체는 ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 5 cSt, 예를 들어, 1.5 내지 4 cSt, 또는 1.5 내지 3 cSt, 또는 2 내지 5 cSt, 또는 2 내지 4 cSt, 또는 2 내지 3 cSt, 또는 3 내지 5 cSt, 또는 3 내지 4 cSt, 또는 4 내지 5 cSt 범위이다.
본 개시의 열 관리 유체는 바람직하게는 유전성(dielectric)이므로 직접 냉각 응용에 사용될 수 있다. 따라서, 그것들은 25℃ 에서 측정시 적어도 1.5 의 유전 상수를 갖는다. 유전 상수는 ASTM D924 를 사용하여, 동축 프로브 방법을 사용하여 측정된다. 다양한 실시형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 유전 상수가 25℃ 에서 측정시 적어도 1.75, 예를 들어, 적어도 2.0, 또는 적어도 2.25 이다. 다양한 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 2.8 범위의 유전 상수를 갖는다.
본 개시의 다양한 실시형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 25 ℃ 에서 1.1 g/cm3 이하의 밀도를 가질 수도 있다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시형태들에서, 본 개시의 열 관리 유체는 25 ℃ 에서 1 g/cm3 이하의 밀도를 가질 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 열용량이 25 ℃에서 적어도 1 J/g·K, 또는 적어도 1.2 J/g·K, 또는 심지어 적어도 1.5 J/g·K일 수도 있다. 본 개시의 다양한 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 열전도도가 25℃에서 0.05 W/m·K 내지 1 W/m·K 범위일 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 열 팽창 계수가 1100 × 10-6/K 이하 (예를 들어, 1050 × 10-6/K 이하, 또는 1000 × 10-6/K 이하)일 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 열 관리 유체는 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물을 포함한다.
당업자는 전체 재료의 특성, 예를 들어 점도 및 인화점을 선택하기 위해 본 명세서의 개시에 기초한 R1 및 R2 의 분지 및 사슬 길이를 선택할 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서 R1 은 C1-C5 알킬이다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서, R1 은 C3-C5 알킬이다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서 R1 은 분지형 C3-C5 알킬, 이를테면 분지형 C4-C5 알킬이다. 분지(branching)는 예를 들어 R1 이 결합하는 산소 원자에 대해 α-위치 또는 β-위치에 있을 수 있다. 다양한 실시형태에서, 분지는 산소 원자에 대해 α-위치에 있다. 예를 들면, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서, R1 은 α-분지형 C3-C5 알킬, 이를테면 t-부틸 또는 t-펜틸이다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서, R1 은 -C(CH3)(CH3)(Rc) 이고, 여기서 Rc는 메틸 또는 에틸이다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서 R2 는 C6-C12 알킬, 이를테면 C6-C10 또는 C6-C8 알킬이다. 본 개시의 식 (I) 의 유전 화합물의 다양한 실시형태에서, R2 은 C8-C12 알킬, 이를테면 C8-C10 알킬 또는 C10-C12 알킬이다. 본 개시의 식 (I) 의 유전 화합물의 다양한 실시형태에서, R2 은 분지형 C6-C12 알킬, 이를테면 분지형 C6-C10 알킬, 분지형 C6-C8 알킬, 분지형 C8-C12 알킬, 분지형 C8-C10 알킬, 또는 분지형 C10-C12 알킬이다. 분지(branching)는 예를 들어 R2 이 결합하는 산소 원자에 대해 α-위치 또는 β-위치에 있을 수 있다. 다양한 실시형태에서, 분지는 산소 원자에 대해 β-위치에 있다. 예를 들어, 식 (I) 의 특정 화합물에서, R2 은 β-분지형 C6-C12 알킬, 이를테면 β-분지형 C6-C10 알킬, β-분지형 C6-C8 알킬, β-분지형 C8-C12 알킬, β-분지형 C8-C10 알킬, 또는 β-분지형 C10-C12 알킬이다.
다양한 실시형태에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서 R3, R4, R5 및 R6 각각은 독립적으로 H 및 C1-C4 알킬 (이를테면 C1-C3 알킬 또는 C1-C2 알킬)로부터 선택된다. 특정한 다른 실시형태에서, R3, R4, R5 및 R6 각각은 독립적으로 H 및 C1 알킬(즉, 메틸)로부터 선택된다.
다양한 실시 형태에서, 각각의 R4 는 H이고 각각의 R3 은 H 또는 C1-C6 알킬(이를테면 C1-C4 알킬 또는C1-C2 알킬)이고; 각각의 R5 는 H이고 각각의 R6 은 H 또는 C1-C6 알킬(이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2알킬)이다. 다양한 실시형태에서, R3 은 H, R4 는 H, R5 는 H 이고 각각의 R6 은 H 또는 C1-C6 알킬 (이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2 알킬)이다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서 R3, R4, R5, 및 R6 각각은 H이며, 즉, 화합물은 하기 식을 갖는다:
Figure pct00004
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다양한 실시형태에서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서, R4, R5, 및 R6 각각은 H이고, R3 은 H 또는 C1-C6 알킬이다. 예를 들어, 일부 실시형태에서, R4, R5, 및 R6 각각은 H이고, R3 은 C1-C6 알킬 (이를테면 C1-C4 알킬, C1-C3 알킬, 에틸, 또는 메틸)이며, 즉 화합물은 하기 식을 갖는다
Figure pct00005
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다양한 실시형태에서, R4, R5, 및 R6 각각은 독립적으로 H이고, R3 은 C1-C6 알킬 (이를테면 C1-C4 알킬, C1-C3 알킬, 에틸, 또는 메틸)이다.
다양한 실시형태에서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서, n은 정수 1 또는 2이다. 다양한 실시형태에서, n 은 정수 2 또는 3 이다. 다양한 실시형태에서, n은 정수 1이며, 즉, 화합물은 하기 식을 갖는다:
Figure pct00006
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다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 하기 식을 갖는다:
Figure pct00007
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다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 하기 식을 갖는다:
Figure pct00008
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다양한 실시형태에서, n은 정수 2이며, 즉, 화합물은 하기 식을 갖는다:
Figure pct00009
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본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서 m 은 1이다. 하지만, 다른 실시형태에서, m은 2 이거나 또는 m 은 3이다. 다른 실시형태에서, m은 4 이거나 또는 5이다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물에서 식
Figure pct00010
을 갖고 , 식 중 m은 1, 2, 3, 4 또는 5이고, R1 은 C1-C5 알킬이고, R2 는 C6-C10 알킬이다. 특정의 그러한 실시형태에서, R1 은 메틸 또는 에틸이다. 특정의 그러한 실시형태에서, R1 은 프로필(예를 들어, n-프로필, 이소프로필) 또는 부틸, 예를 들어 n-부틸, t-부틸, sec-부틸 또는 이소부틸이다. 특정의 그러한 실시형태에서, R1 은 분지형 펜틸, 예를 들어 1,1-디메틸프로필, 2,2-디메틸프로필이다. 특정의 그러한 실시형태에서, R2 는 분지형, 예를 들어 2-에틸헥실, 또는 기 -CH2-CH(Rb)(Rd) 이고 여기서 Rb는 메틸 또는 에틸이고, Rd는 C3-C8 알킬, 이를테면 2-에틸헥실이다. 특정의 그러한 실시형태에서, m은 1이며, 다른 실시형태에서, m은 또는 2 또는 3이다. 또 다른 실시형태에서, m은 4 또는 5이다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물은 10 내지 30개 (예를 들어, 10 내지 26, 10 내지 22, 10 내지 18, 12 내지 30, 12 내지 26, 12 내지 22, 14 내지 30, 14 내지 26, 또는 14 내지 22개)의 탄소 원자의 총 수를 함유한다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물은 12 내지 18 개의 탄소 원자의 총 수를 함유한다. 다양한 실시형태에서 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물은 14 내지 22 개의 탄소 원자의 총 수를 함유한다. 다양한 실시형태에서 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물은 14 내지 20 개의 탄소 원자의 총 수를 함유한다.
본 개시의 식 (I) 의 화합물의 예는 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다:
Figure pct00011
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 열 관리 유체의 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 100 ℃ 이다. 본 발명자들은 높은 인화점을 갖는 본 개시의 유전 화합물의 사용이 전체 열 관리 유체에 높은 인화점을 제공하여, 점화 위험을 감소시킬 수 있다는 것을 유리하게 알아냈다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 110 ℃(예를 들어, 적어도 120 ℃, 적어도 125 ℃, 적어도 130 ℃, 또는 적어도 135 ℃) 또는 적어도 140 ℃ (예를 들어, 적어도 145 ℃, 적어도 150 ℃, 또는 적어도 155 ℃)이다.
본 발명자들은 본 명세서에 기재된 바와 같은 하나 이상의 유전 화합물이 상대적으로 낮은 점도를 가지면서도 점화 위험이 감소된다는 것을 유리하게 알아냈다. 따라서, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 운동 점도(kinematic viscosity)가 40 ℃ 에서 1.5 내지 20 cSt 범위, 예를 들어, 1.5 내지 15 cSt, 또는 2 내지 20 cSt, 또는 2 내지 15 cSt, 또는 3 내지 20 cSt, 또는 3 내지 15 cSt, 또는 5 내지 20 cSt, 또는 5 내지 15 cSt 범위이다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 10 cSt, 예를 들어, 1.5 내지 8 cSt, 또는 1.5 내지 6 cSt, 또는 2 내지 10 cSt, 또는 2 내지 8 cSt, 또는 2 내지 6 cSt, 또는 3 내지 10 cSt, 또는 3 내지 8 cSt, 또는 3 내지 6 cSt, 또는 5 내지 10 cSt, 또는 5 내지 8 cSt, 또는 5 내지 6 cSt, 또는 6 내지 10 cSt, 또는 8 내지 10 cSt 범위이다. 그리고 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가, 40 ℃ 에서 1.5 내지 5 cSt, 또는 1.5 내지 4 cSt, 또는 1.5 내지 3 cSt, 또는 2 내지 5 cSt, 또는 2 내지 4 cSt, 또는 2 내지 3 cSt, 또는 3 내지 5 cSt, 또는 3 내지 4 cSt, 또는 4 내지 5 cSt범위이다.
당업자는 본 개시의 유전 화합물의 다양한 조합이 본 개시의 열관리 유체에서 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 위에서 설명된 유전 화합물의 실시형태들은 본 개시의 열 관리 유체에서 임의의 개수 및 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 둘 이상의 유전 화합물이 열 관리 유체에서 사용되는 경우, 둘의 상대적인 양은 원하는 효과에 따라 본원의 개시를 기반으로 변경될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 제 1 유전 화합물 대 제 2 유전 화합물의 질량비는 1:9 내지 9:1(예를 들어, 1:5 내지 5:1, 또는 1:5 내지 1:1, 또는 1:1 내지 5:1) 범위이다.
하나 이상의 유전 화합물은 본원에 기재된 열 관리 유체에 다양한 양으로 존재할 수 있다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 것과 같은 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 100 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 100 중량%, 또는 10 중량% 내지 100 중량%, 또는 20 중량% 내지 100 중량%) 범위의 총량으로 존재한다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 50 중량% 내지 100 중량%, 예를 들어 75 중량% 내지 100 중량%, 또는 85 중량% 내지 100 중량%, 또는 90 중량% 내지 100 중량%, 또는 95 중량% 내지 100 중량%, 또는 98 중량% 내지 100 중량% 의 범위의 총량으로 존재한다. 예를 들어, 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 99.9 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 10 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 20 중량% 내지 99.9 중량%), 또는 50 중량% 내지 99.9 중량%, 예를 들어, 75 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 85 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 90 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 95 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 98 중량% 내지 99.9 중량% 범위의 총량으로 존재한다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 99 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 99 중량%, 또는 10 중량% 내지 99 중량%, 또는 20 중량% 내지 99 중량%), 또는 50 중량% 내지 99 중량%, 예를 들어, 75 중량% 내지 99 중량%, 또는 85 중량% 내지 99 중량%, 또는 90 중량% 내지 99 중량%, 또는 95 중량% 내지 99 중량% 범위의 총량으로 존재한다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 95 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 95 중량%, 또는 10 중량% 내지 95 중량%, 또는 20 중량% 내지 95 중량%), 또는 50 중량% 내지 95 중량%, 예를 들어, 75 중량% 내지 95 중량%, 또는 85 중량% 내지 95 중량% 범위의 총량으로 존재한다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 열 관리 유체의 다양한 실시형태에서, 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 85 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 85 중량%, 또는 10 중량% 내지 85 중량%, 또는 20 중량% 내지 85 중량%), 또는 50 중량% 내지 85 중량%, 예를 들어, 65 중량% 내지 85 중량%, 또는 75 중량% 내지 85 중량% 범위의 총량으로 존재한다. 당업자는, 본 명세서의 개시에 기초하여, 추가로 임의의 다른 원하는 특성들 (예를 들어, 점도) 과, 열 관리 유체에 원하는 높은 인화점을 제공하는 양으로 유전 화합물(들)을 제공할 것이다.
당업자가 기반으로 이해할 수 있는 바와 같이, 본 개시의 열 관리 유체는 또한 열 관리 응용을 위한 조성물에서 통상적인 그러한 것들과 같은 다양한 다른 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 관리 유체는 오일, 예를 들어 미네랄 오일, 합성 오일, 또는 실리콘 오일을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 다양한 실시형태들에서, 오일은 American Petroleum Institute (API 간행물 1509) 에 의해 정의된 저점도 그룹 II, III, IV, 또는 V 베이스 오일이다. 이들은 표 1 에 도시된다.
Figure pct00012
그룹 II 및 그룹 III 베이스 오일 (예컨대 탄화수소 오일, 폴리알파올레핀, 알킬 방향족 및 합성 에스테르와 같은 합성 오일뿐만 아니라, 수소화 분해 및 수소화 처리된 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 사용하기에 적합할 수 있다. 예를 들어, 에스테르는, 또한 GTL(기체 액화) 재료, 특히 탄화수소 공급원으로부터 유도된 것들과 마찬가지로 합성 에스테르를 포함한, 유용한 베이스 오일 스톡(base oil stock)을 형성한다. 예를 들어, 이염기산과 모노알코올의 에스테르, 또는 모노카르복실산의 폴리올 에스테르가 본 개시의 베이스 스톡으로 유용할 수도 있다. 지방산 메틸 에스테르와 같은 바이오 유래 오일(bio-derived oil)이 또한 유용할 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 본 개시의 열 관리 유체는 그룹 II, 그룹 III, 그룹 IV, 또는 그룹 V 베이스 오일을 더 포함한다. 예를 들어, 다양한 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 그룹 II 또는 그룹 III 베이스 오일을 더 포함한다. 특정 다른 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 폴리알파올레핀(PAO)과 같은 그룹 IV 베이스 오일을 더 포함한다. 특정 다른 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 에스테르 베이스 오일 스톡을 더 포함한다.
다양한 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 부식 억제제, 산화 방지제(이를테면 페놀계 및 아민계 산화 방지제), 유동점 강하제(pour point depressant), 소포제(antifoam), 탈포제(defoamer), 점도 지수 개질제(viscosity index modifier), 보존제(preservative), 살생제(biocide), 계면활성제, 시일 팽창 첨가제(seal swell additive) 및 이들의 조합 중 하나 이상을 더 포함한다. 다양한 실시형태에서, 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀계 및 아민계 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 개질제, 보존제, 살생제, 계면활성제, 시일 팽창 첨가제, 및 이들의 조합은, 예를 들어, 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 최대 5.0 중량%의 양으로 존재할 수도 있다. 이러한 특정 실시형태에서, 부식 억제제, 산화 방지제 (예를 들면, 페놀계 및 아민계 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 개질제, 보존제, 살생제, 계면활성제, 시일 팽창 첨가제, 및 이들의 조합 중 하나 이상은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 0.2 중량% 내지 5.0 중량%, 예를 들어, 1.0 중량% 내지 2.0 중량%, 또는 0.2 내지 1.0 중량%, 또는 0.2 내지 0.5 중량%, 또는 0.05 중량% 0.2 중량% 범위의 양으로 존재한다. 다양한 실시 형태에서, 본 개시의 열 관리 유체는 하나 이상의 난연제를, 예를 들어 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 최대 20 중량%, 최대 10 중량%, 또는 최대 5 중량%의 양으로, 추가로 포함한다. 그러나, 다른 실시 형태에서는 난연제가 존재하지 않는다.
본 개시의 다른 양태는 적어도 25 ℃ 의 온도를 갖는 표면과 본 명세서에 기재된 바와 같은 열 관리 유체를 접촉시키는 단계로서, 상기 표면은 열원과 실질적 열 연통하는, 상기 열 관리 유체를 접촉시키는 단계; 및 열원으로부터 표면을 통하여 열 관리 유체에서 열 에너지를 흡수하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
표면과 열 관리 유체의 접촉은 동적이거나 정적(즉, 전도성)일 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서, 표면과 열 관리 유체의 접촉은 예를 들어, 표면 상에서 유체를, 펌핑하거나 또는 그렇지 않으면 유동시키는 것에 의해, 순환시킴으로써, 수행될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 접촉은 또한 순환 없이, 예를 들어 유체의 정지체(stationary body)인 열 관리 유체와 표면을 접촉시킴으로써, 수행될 수 있다.
표면의 온도는 달라질 수 있고; 열 관리 유체는 다양한 온도들에서 사용하기 위해 적합화될 수 있다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 표면의 온도는 25 ℃ 내지 150 ℃, 예를 들어 25 ℃ 내지 100 ℃, 또는 25 ℃ 내지 90 ℃, 또는 25 ℃ 내지 85 ℃, 또는 25 ℃ 내지 80 ℃, 또는 25 ℃ 내지 75 ℃, 또는 25 ℃ 내지 70 ℃ 의 범위이다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 표면의 온도는 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 ℃ 의 범위이다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 표면의 온도는 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 ℃ 의 범위이다. 다양한 실시형태(및 디바이스 또는 시스템의 작동 중 특정 시간)에서의 표면 온도는 열 관리 시스템의 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물 중 어느 것의 비점보다 높지 않다. 다양한 실시형태에서, 접촉 전체에 걸쳐, 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물의 각각은 그의 비점에 도달하지 않는다.
본 개시의 방법의 일 실시형태는 도 1 을 참조하여 설명된다. 열 관리 회로 (100) 는 도 1 에서의 개략 단면 측면도에 도시되어 있다. 열 관리 회로 (100) 는 회로를 통하여 순환되고 표면 (142) 위로 지나가는 열 관리 유체 (120) 를 포함한다. 표면 (142) 의 온도는 열 관리 유체 (120) 의 온도에 비해 상승된다. 그 결과, 열 에너지는 표면 (142) 으로부터 열 관리 유체 (120) 에 흡수된다.
본 명세서에서 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 본 방법은 전기 컴포넌트를 작동시키는 것에 의해 열 에너지를 생성하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 열 관리 회로 (100) 는 작동 중에 열을 생성하는 전기 컴포넌트 (140) 와 연관된다. 다양한 실시형태에서 열은 전기 컴포넌트 충전 및 방전의 요소로서 생성된다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 전기 컴포넌트의 작동의 비효율성 및 회로에 대응하는 회로에서의 저항은 전류가 전기 컴포넌트의 회로 및 요소를 통과할 때 열을 생성한다. 예를 들어, 전기 컴포넌트 (140) 의 작동으로부터의 열은 표면 (142) 의 온도 상승을 야기하고, 그 결과 다음으로 열 에너지가 열 관리 유체 (120) 로 전달된다. 다른 실시형태에서, 열 에너지는 발열 반응과 같은 화학 반응에 의해 또는 마찰에 의해 생성된다. 또 다른 실시형태에서, 열 관리 유체는 냉각되고 주변 온도 또는 약간 상승된 온도의 표면으로부터 열 에너지를 흡수한다.
본 명세서에서 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 배터리 시스템, 커패시터, 인버터, 전기 케이블링, 연료 전지, 모터 또는 컴퓨터를 포함한다. 예를 들어, 다양한 실시형태에서 전기 컴포넌트는 하우징에 배치된 하나 이상의 전기화학 전지를 포함하는 배터리 시스템이다. 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. 다양한 실시형태에서 전기 컴포넌트는 전기 모터이다. 다른 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 컴퓨터, 예를 들어 개인용 컴퓨터 또는 서버이다. 또한, 다른 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 고전력 충전 장비이다.
본 개시의 전기 컴포넌트는 직류 (DC) 또는 교류 (AC) 상에서 작동할 수 있다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 48V보다 높은 DC 또는 AC 전압에서 작동한다. 본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 전기 컴포넌트는 100 V보다 높은, 200 V보다 높은, 또는 300 V보다 높은 DC 또는 AC 전압에서 작동한다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 표면은 전기 컴포넌트의 표면이다. 예를 들어, 도 1 에서, 전기 컴포넌트 (140) 의 하우징 (150) 은 열 관리 유체 (120) 의 저장소를 포함한다. 열을 생성하는 특정 회로를 포함하는 전기 컴포넌트의 요소는 열 관리 유체 (120) 에 잠기고 열 관리 유체는 전기 컴포넌트 (140) 의 외부 표면 (142) 으로부터 직접 열 에너지를 흡수한다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 표면은 도관(conduit)의 내부 표면이다. 예를 들어, 도 2 는 복수의 개별 유닛 (244) 을 포함하는 전기 컴포넌트 (240) 를 포함하는 열 관리 회로 (200) 를 도시한다. 특히, 전기 컴포넌트 (240) 는 복수의 전기화학 전지 (244) 를 포함하는 배터리이다. 전기 컴포넌트 (240) 는 전기화학 전지 (244) 사이에서 그리고 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 열 관리 유체 (220) 에 의해 흡수된다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 도관은 전기 컴포넌트를 둘러싸는 하우징을 통과한다. 예를 들어, 열 관리 회로 (200) 의 도관 (246) 은 전기 컴포넌트 (240) 를 둘러싸는 하우징 (250) 의 개구부 (252) 를 통해 연장되고, 이는 열 관리 유체 (220) 가 열 관리 회로 (200) 의 다른 요소로 이송될 수 있게 한다.
본 개시의 다른 양태는 배터리 시스템을 제공하고, 베터리 시스템은, 하우징; 하우징에 배치된 하나 이상의 전기화학 전지; 하우징을 통해 연장되고 하나 이상의 전기화학 전지와 실질적으로 열 연통하는 유체 경로; 및 유체 경로에 배치되는 전술된 실시형태들의 임의의 것에 따른 열 관리 유체를 포함한다. 예를 들어, 도 2의 열 관리 회로 (200) 는 배터리 시스템 (210) 을 포함한다. 배터리 시스템은 하우징 (250) 내부에 배치되는 복수의 전기화학 전지 (244) 를 포함한다. 도관 (246) 은 하우징을 통하여 연장되는 유체 경로를 형성한다. 도관 (246) 에 배치된 열 관리 유체 (220) 는 이에 의해 전기화학 전지 (244) 와 열 연통하게 배치된다. 전기화학 전지 (244) 가 충전 및 방전할 때, 이들은 열 관리 유체 (220) 에 의해 흡수되는 열을 생성한다. 다양한 실시형태들에서 전기화학 전지는 다량의 열을 생성하는 고속 충전을 받는다. 열 관리 유체의 높은 열용량은 이것이 생성될 때 신속하게 이 다량의 열을 흡수가능하다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서 유체 경로는 하우징의 공동(cavity)에 의해 적어도 부분적으로 정의된다. 예를 들어, 다양한 실시형태들에서 유체 경로의 적어도 일부분은 컴포넌트 (140) 에서 유체 경로 (122) 와 유사하게, 전기화학 전지와 하우징의 내부 벽 사이에 형성된다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 유체 경로는 하우징에 배치된 적어도 하나의 도관에 의해 적어도 부분적으로 정의된다. 예를 들어, 배터리 시스템 (210) 에서, 도관 (246) 은 하우징 (250) 을 통하여 유체 경로 (222) 를 제공한다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서, 전기화학 전지는 리튬 이온 전기화학 전지이다. 다른 실시형태들에서, 전기화학 전지는 고상(solid state) 전지, 리튬-황 전지, 리튬철인산염 전지, 리튬 이온 폴리머 전지, 나트륨 이온 전지, 알루미늄 이온 전지, 납산 전지 또는 마그네슘 이온 전지이다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 배터리 시스템은 전기 차량의 컴포넌트이다. 일부 실시형태에서, 전기 차량은 완전 전기 차량 또는 하이브리드 전기 차량이다. 다른 실시형태들에서, 배터리 시스템은 전력 모터, 예를 들어 전력 전자장치에서의 전기 모터 또는 모터의 컴포넌트이다. 다른 실시형태에서, 배터리 시스템은 정지식 에너지 저장 솔루션, 예를 들어 태양광 패널 또는 풍력 터빈과 같은 로컬 재생가능 에너지 원과 협력하여 작동하는 가정용 에너지 저장 솔루션의 일부이다.
본 개시의 또 다른 양태는 열 관리 회로를 제공하고 이는 열원 주변에 및/또는 열원을 통하여 연장되는 유체 경로; 및 유체 경로에 배치되고 유체 경로에서 순환하고 열원에 의해 생성된 열 에너지를 흡수하도록 구성된, 전술된 실시형태들 중 어느 것에 따른 열 관리 유체를 포함하고, 유체는 유체 경로, 열 교환기, 펌프 및 연결 덕트에 배치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 열 관리 회로(100)는 전기 컴포넌트(140) 주위를 흐르는 유체 경로(122)를 포함한다. 열 관리 유체 (120) 는 경로 (122) 를 통해 흘러 전자 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. 열 관리 유체 (120) 에 축적된 열 에너지는, 유체가 제 2 덕트 (132) 를 통해 펌프 (170) 로 흐르기 전에 열 교환기 (160) 내에서 유체로부터 제거된다. 펌프 (170) 후에, 열 관리 유체 (120) 는 제 3 덕트 (134) 를 통과하여, 전기 컴포넌트 (140) 를 둘러싸는 유체 경로 (122) 로 복귀한다. 도 1 에 도시된 회로 (100) 는 설명된 열 관리 유체를 채용하는 복잡하지 않는 실시형태의 개략도이다. 다른 실시형태에서, 열 관리 회로는 밸브, 펌프, 열 교환기, 저장소 및 덕트의 임의의 조합과 같은 추가 요소를 포함한다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서, 열원은 복수의 전기화학 전지들을 포함하는 배터리이며, 유체 경로는 적어도 2 개의 전기화학 전지들 사이를 지나간다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태에서, 유체 경로는 전기 컴포넌트 주변의 하우징에 의해 정의된다. 예를 들어, 도 1 에서의 하우징 (150) 은 전기 컴포넌트 (140) 를 둘러싸고 열 관리 유체 (120) 를 위한 공동을 제공한다. 전기 컴포넌트 (140) 는 하우징 (150) 의 벽들로부터 일정 거리 떨어져 하우징에 유지되고, 이는 열 관리 유체 (120) 를 위한 경로가 하우징 (150) 과 전기 컴포넌트 (140) 사이에 형성되는 것을 허용한다. 하우징 (150) 이 열 관리 유체 (120) 에 대한 액세스를 제공하는 특정 개구부 (152) 를 갖는 인클로징된 형상을 갖지만, 다른 실시형태에서, 하우징의 상단은 개방되어 있고 열 관리 유체는 중력에 의해 하우징에 유지된다.
본 명세서에서 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서, 유체 경로는 전기 컴포넌트에 의해 생성된 열 에너지를 흡수하도록, 전기 컴포넌트와 실질적 열 연통하는 열 관리 유체를 포지셔닝하도록 구성된다. 예를 들어, 열 관리 회로 (100) 에서, 유체 경로 (122) 는 전기 컴포넌트 (140) 주변으로 연장되고, 전기 컴포넌트 (140) 의 표면과 직접 접촉한다. 추가로, 열 관리 회로 (200) 에서, 유체 경로 (222) 는 전기 컴포넌트 (240) 의 요소들에 인접하여 뻗어있는 도관 (246) 을 통과한다. 양쪽 모두의 경우에, 유체 경로는 전기 컴포넌트에 아주 가깝게 열 관리 유체를 배치하여, 열 관리 유체가 컴포넌트로부터 열 에너지를 쉽게 흡수하게 한다.
본 명세서에서 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서, 열 관리 도관은 유체 경로와 유체 연통하는 열 교환기를 더 포함하고, 열 관리 유체는 열 교환기를 통하여 열을 소산하도록 유체 경로와 열 교환기 사이를 순환하도록 구성된다. 본 명세서에서 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서, 열 교환기는 열 관리 유체로부터 열을 제거하도록 구성된다. 예를 들어, 열 관리 회로 (100) 에서, 열 관리 유체 (120) 가 하우징 (150) 외부로 펌핑된 후, 유체는 열 교환기 (160) 로 보내지며, 여기서 열 에너지가 냉각기 유체, 이를 테면, 주변 공기 또는 냉각 액체로 전달된다.
본 명세서에 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서, 열 관리 회로는 위에 설명된 실시형태들 중 어느 것에 따른 배터리 시스템을 포함한다. 예를 들어, 열 관리 회로 (200) 는 배터리 시스템 (210) 을 포함한다. 본 명세서에서 다른 점에서 기재된 바와 같은 다양한 실시형태들에서, 열 관리 회로는 위에 설명된 실시형태들 중 어느 것에 따라 배치된 고정화 건조제 재료(immobilized desiccant material)를 포함한다. 예를 들어, 열 관리 회로 (300) 는 배터리 건조제 재료 (360) 를 포함한다.
본원에 나타낸 세부 사항은 본 발명의 다양한 실시형태에 대한 예시적인 논의의 목적으로만 예로서 제공되며, 본 발명의 다양한 실시형태의 원리 및 개념적 양태에 대한 가장 유용하고 쉽게 이해되는 설명이라고 생각되는 것을 제공하기 위해 제시된다. 이와 관련하여, 본 발명의 기본적인 이해를 위해 필요한 것보다 더 상세하게 본 발명의 구조적 세부 사항을 보여주려는 시도는 없으며, 도면 및/또는 실시예와 함께 취해지는 상세한 설명은 본 발명의 여러 형태가 실제로 어떻게 구체화될 수도 있는지를 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 특정의 양태만을 설명하기 위한 목적이고, 본원에 특별히 정의되지 않는 한, 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 다르게 지시되지 않거나 또는 명백히 문맥에 의해 상충되지 않는 한, 단복수 모두를 커버하는 것으로 해석되어야 한다.
본원에서 사용되는 바와 같은 용어 "알킬" 은 다르게 명시되지 않으면 1 내지 12 개의 탄소 원자를 함유하는 직선형 또는 분지형 사슬 탄화수소를 의미한다. 알킬의 대표적인 예는, 비제한적으로, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소-프로필, n-부틸, sec-부틸, 이소-부틸, tert-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, n-헥실, 3-메틸헥실, 2,2-디메틸펜틸, 2,3-디메틸펜틸, n-헵틸, n-옥틸, n-노닐 및 n-데실을 포함한다. "알킬" 기가 두 개의 다른 모이어티(moiety)들간의 연결 기인 경우, 이는 직선형 또는 분지형 사슬일 수도 있다; 예들은 -CH2-, -CH2CH2-, -CH2CH2CHC(CH3)-, 및 -CH2CH(CH2CH3)CH2- 을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다.
본원에 설명된 모든 방법은 본원에 달리 지시되지 않거나 또는 그렇지 않으면 문맥에 의해 명백히 상충되지 않는 한 임의의 적절한 순서의 단계로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 그리고 모든 예, 또는 예시적 문언 (예를 들어, "이를테면") 의 사용은 단지 본 발명을 보다 잘 예시하기 위한 것으로 의도되며, 그렇지 않고 청구된 본 발명의 범위에 제한을 두지 않는다. 명세서에서의 어떠한 문언도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 표시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
문맥이 달리 명확하게 요구하지 않는 한, 상세한 설명 및 청구범위 전체에서, ‘포함하다 (comprise)’, ‘포함하는 (comprising)’ 등의 단어는 배타적이거나 망라적인 의미와는 반대인 포괄적인 의미, 즉, "~ 을 포함하지만, 이에 제한되지 않는” 의 의미로 해석되어야 한다. 단수 또는 복수를 사용하는 단어는 각각 복수 및 단수도 또한 포함한다. 또한, 본 출원에서 사용되는 경우, "본 명세서", "위" 및 "아래"라는 단어와 유사한 의미의 단어는 본 출원의 어느 특정 부분이 아닌 본 출원의 전체를 지칭하는 것이다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 본 명세서에 개시된 각각의 실시형태는 그의 특정 언급된 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트를 포함하거나, 이들로 본질적으로 이루어지거나, 또는 이들로 이루어질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 전이 용어(transition term) "포함하다” (“comprise” 또는 “comprises”) 는, 심지어는 다량의, 비특정 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트의 포함을 의미하고 (이에 제한되지는 않음), 그리고 이들의 포함을 허용한다. 전이 어구 "∼로 이루어지는 (consisting of)"은 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트를 배제한다. 전이 어구 "~로 본질적으로 구성되는"은 실시형태의 범위를 특정된 요소, 단계, 성분 또는 컴포넌트 및 실시형태에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들로 제한한다.
본원에서 모든 백분율, 비 및 비율은 달리 명시되지 않는 한 중량 기준이다.
본 개시의 넓은 범위를 제시하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정한 실시예에서 제시된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 본질적으로 이들의 각각의 테스팅 측정에서 발견되는 표준 편차로부터 필연적으로 비롯되는 특정한 오차를 포함한다.
본 개시의 대안적인 요소 또는 실시형태의 그룹화는 제한으로서 해석되어서는 안된다. 각각의 그룹 구성원은 개별적으로 또는 그룹의 다른 구성원 또는 본 명세서에서 발견되는 다른 요소와의 임의의 조합으로 언급 및 청구될 수 있다. 그룹의 하나 이상의 구성원은 편의성 및/또는 특허성을 이유로 그룹에 포함될 수 있거나 또는 그룹으로부터 삭제될 수 있는 것으로 생각된다. 그러한 임의의 포함 또는 삭제가 발생하면, 명세서는 수정된 대로 그룹을 포함하여 첨부된 청구범위에 사용된 모든 마쿠쉬 (Markush) 그룹의 쓰여진 설명을 충족(fulfilling)하는 것으로 간주된다.
본 명세서에 기재된 방법을 수행하기 위해 본 발명자들에게 알려진 최선의 모드를 포함하여, 본 개시의 다양한 양태들의 일부 실시형태들이 본 명세서에서 설명된다. 물론, 이들 기재된 실시형태의 변형들이 이전의 설명을 읽을 때 당업자에게 명백해질 것이다. 당업자는 이러한 변형들을 적절히 채용할 것이고, 그래서 본 개시의 방법들이 본 명세서에서 구체적으로 설명되는 것과는 달리 실시될 수 있다. 따라서, 본 개시의 범위는 첨부되는 청구범위에서 언급되는 요지의 모든 수정들 및 동등물들을 적용 가능한 법률에 의해 허용되는 것으로서 포함한다. 더구나, 모든 가능한 변형들에서의 위에서 설명된 요소들의 임의의 조합이 본 명세서에서 달리 나타내거나 또는 문맥에 의해 명백히 상충되지 않는 한 본 개시에 의해 포함된다.
실시예
본 개시의 방법은 하기의 실시예에 의해 추가로 예시되며, 이는 본 개시를 본 명세서에 기재된 특정한 절차 및 화합물에 대한 범위 또는 사상으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
식 (I) 의 유전 화합물의 제조
본 개시의 화합물은 저렴한 출발 재료로부터 쉽게 제조될 수 있다. 예를 들어, 식 (I) 의 화합물은 식 (II) 의 화합물
Figure pct00013
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R1 은 C1-C5 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다],
을 (C6-C12 알킬)-L (여기서 L 은 이탈기(예를 들어, 브롬화물, 트리플루오로메틸술포네이트)임) 과, 선택적으로 염기(예를 들어, 수산화나트륨)의 존재 하에서, 접촉시켜 식 (I) 의 유전 화합물을 얻음으로써 제조될 수 있다.
식 (I) 의 화합물은 유사하게 식 (III) 의 화합물
Figure pct00014
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R2 는 C6-C12 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다],
을 (C1-C5 알킬)-L (여기서 L 은 이탈기(예를 들어, 브롬화물, 트리플루오로메탄술포네이트)임) 과, 선택적으로 염기의 존재 하에서, 접촉시켜 식 (I) 의 유전 화합물을 얻음으로써 제조될 수 있다.
식 (I) 의 화합물은 또한 식 (II) 의 화합물
Figure pct00015
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R1 은 C1-C5 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다],
을 루이스 산 촉매(예를 들어, 철(II) 트리플루오로아세테이트)의 존재 하에 구조 (C6-C12 알킬-O)3P=O를 갖는 화합물과 반응시켜 식 (I) 의 유전 화합물을 얻음으로써 제조될 수 있다.
식 (I) 의 화합물은 또한 식 (III) 의 화합물
Figure pct00016
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R2 는 C6-C12 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다],
을 루이스 산 촉매(예를 들어, 철(II) 트리플루오로아세테이트)의 존재 하에 (C1-C5 알킬-O)3P=O 과 반응시켜 식 (I) 의 유전 화합물을 얻음으로써 제조될 수 있다.
당업자는 이러한 변환을 수행하는데 다양한 루이스산이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 철(II) 트리플루오로아세테이트는 바람직한 루이스산이지만, 다른 것들도 사용될 수 있다.
식 (I) 의 에테르는 일반적으로 임의의 편리한 경로 -- 예를 들어 Williamson 에테르 합성, 에스테르 환원, 아세탈 또는 에놀 에테르의 수소화에 의해 시판 알코올, 브로마이드, 카르복실산, 에스테르 및 알데히드로부터 제조될 수 있다. 참조에 의해 전부 본원에 원용되는, 국제 특허 출원 공개공보 No. 2018/150185 에 기재된 방법이 또한 사용될 수 있으며, 이러한 방법에서, 산성 이온 교환 수지의 존재 하에서 알코올과 알켄을 서로 접촉시켜 대응하는 에테르를 제공한다. 참조에 의해 전부 본원에 원용되는, 국제 특허 출원 공개공보 No. 2020/104768 에 기재된 방법도 사용될 수 있으며; 이러한 방법에서는 물의 제거와 함께(예: Dean-Stark 기법 사용) 알데히드와 알코올을 피리듐 p-톨루엔설포네이트와 같은 촉매와 결합하여 에놀 에테르를 제공하고, 이는 백금 촉매 상에서 수소화되어 원하는 에테르를 제공한다. 정제는 임의의 공지된 방법, 예를 들어 플래시 크로마토그래피 또는 증류에 의해 이루어질 수 있으며, 산업적으로는 증류가 바람직하다.
식 (I) 의 화합물은 하기 도식에 따라 합성되었다.
Figure pct00017
대안적으로, 화합물은 하기 도식에 따라 제조될 수 있다:
Figure pct00018
알코올은 72시간 동안 100℃에서 철(II)트리플레이트(0.04eq) 존재 하에 트리(2-에틸헥실) 인산염(4.5 eq)과 반응한다. 완료되면, 반응 혼합물을 주위 온도로 냉각하고 수성 K2CO3 과 헥산 사이에 파티셔닝된다. 헥산 층을 분리하고, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시켜 노란색 오일을 얻고, 이를 증류하여 목표 에테르를 얻는다.
대안적으로, 화합물은 하기 도식에 따라 제조될 수 있다:
Figure pct00019
알코올은 72시간 동안 100℃에서 철(II)트리플레이트(0.04eq) 존재 하에 트리-n-부틸-인산염(4.5 eq)과 반응한다. 완료되면, 반응 혼합물을 주위 온도로 냉각하고 수성 K2CO3 과 헥산 사이에 파티셔닝된다. 헥산 층을 분리하고, 황산나트륨 상에서 건조시키고 증발시켜 노란색 오일을 얻고, 이를 증류하여 목표 에테르를 얻는다.
추가적으로, 본 개시의 특정 화합물은 하기 도식에 따라 제조될 수 있다:
Figure pct00020
알코올, 디-tert-부틸-카보네이트(4 eq.) 및 트리플산(0.025 eq.)을 오토클레이브에 넣고 40 bar 의 압력에 이르기까지 60℃로 72시간 동안 가열한다. 오토클레이브를 조심스럽게 환기시키고, 반응 혼합물을 물에 첨가하고 헥산으로 추출한다. 헥산 층을 황산나트륨 상에서 건조시키고, 진공 중 오일로 환원시키고 이를 증류하여 목표 디에테르를 제공한다. 대안적으로, 트리플산(0.1 eq.)을 MTBE(70 mL) 중의 알코올(60 mmol) 현탁액에 주위 온도에서 조심스럽게 첨가하고 혼합물을 60℃로 가온한 후에 MTBE (7 mLl)에 용해된 디-tert-부틸-카보네이트(7 eq.)를 1시간에 걸쳐 적가하였다. 반응 혼합물을 60℃에서 18시간 동안 가열하고, 주위 온도로 냉각하고, 헥산으로 희석하고, 물로 세척하고, 황산나트륨 상에서 건조하고, 진공 중 오일로 환원시키고 이를 증류하여 목표 디에테르를 제공한다.
본 개시의 화합물은 아래 표의 화합물을 포함한다:
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
다음 표는 알려진 분자의 특성과 비교에 기초하여, 위 구조에 대한 특성(40℃ 및 100℃에서의 운동 점도, 점도 지수, 유동점, 산화 임계 온도, 인화점에 대한 예측을 제시한다.
Figure pct00024
본 개시의 다른 양태들은 기술적으로 또는 논리적으로 모순되지 않는 임의의 방식으로 및 임의의 수로 조합될 수도 있는 다음 열거된 실시형태들에 대해 설명된다.
실시형태 1 은 열 관리 유체로서,
식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물:
Figure pct00025
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R1 은 C1-C5 알킬이다;
R2 은 C6-C12 알킬이다;
각각의 R3 및 R4 는 독립적으로 H 및 C1-C6 알킬로부터 선택된다; 그리고
각각의 R5 및 R6 는 독립적으로 H 및 C1-C6 알킬로부터 선택된다]
을 포함하고;
상기 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 100 중량% 범위의 총량으로 존재하고;
상기 열 관리 유체는 ASTM D93 에 따라 측정된 인화점이 적어도 100 ℃ 이고, 상기 열 관리 유체는 유전 상수가 25℃ 에서 적어도 1.5인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 2 는 실시형태 1에 있어서, R1 은 C3-C5 알킬인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 3 는 실시형태 1에 있어서, R1 은 분지형 C3-C5 알킬, 이를테면 분지형 C4-C5 알킬인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 4 는 실시형태 3에 있어서, R1 의 분지는 R1 이 결합되는 산소 원자에 대해 α-위치에 있는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 5 는 실시형태 1에 있어서, R1 은 -C(CH3)(CH3)(Rc)이고, 여기서 Rc 는 메틸 또는 에틸인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 6 는 실시형태 1-5 중 어느 것에 있어서, R2 은 C6-C10 알킬, 이를테면 C6-C8 알킬인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 7 는 실시형태 1-5 중 어느 것에 있어서, R2 은 C8-C12 알킬, 이를테면 C8-C10 알킬 또는 C10-C12 알킬인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 8 는 실시형태 1-5 중 어느 것에 있어서, R2 은 분지형 C6-C12 알킬, 이를테면 분지형 C6-C10 알킬, 분지형 C6-C8 알킬, 분지형 C8-C12 알킬, 분지형 C8-C10 알킬, 또는 분지형 C10-C12 알킬인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 9 는 실시형태 8에 있어서, R2 의 분지는 R2 이 결합되는 산소 원자에 대해 β-위치에 있는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 10 는 실시형태 1-9 중 어느 것에 있어서, R3, R4, R5 및 R6 각각은 독립적으로 H 및 C1-C4 알킬 (이를테면 C1-C3 알킬 또는 C1-C2 알킬)로부터 선택되는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 11 는 실시형태 1-9 중 어느 것에 있어서, R3, R4, R5 및 R6 각각은 독립적으로 H 및 C1 알킬(즉, 메틸)로부터 선택되는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 12 는 실시형태 1-9 중 어느 것에 있어서, 각각의 R4 는 H이고 각각의 R3 은 H 또는 C1-C6 알킬(이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2 알킬)이고; 각각의 R5 는 H이고 각각의 R6 은 H 또는 C1-C6 알킬(이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2알킬)인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 13 는 실시형태 1-9 중 어느 것에 있어서, R3 은 H, R4 는 H, R5 는 H 이고 각각의 R6 은 H 또는 C1-C6 알킬 (이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2 알킬)인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 14 는 실시형태 12 및 13 중 어느 것에 있어서, 하나의 R6 만이 C1-C6 알킬 (이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2 알킬) 인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 15 는 실시형태 1-9 중 어느 것에 있어서, R3, R4, R5, 및 R6 각각은 H이며, 즉, 화합물은 다음 식을 갖는, 열 관리 유체에 관한 것이다
Figure pct00026
.
실시형태 16 는 실시형태 1-9 중 어느 것에 있어서, R4, R5, 및 R6 각각은 H이고, R3 은 C1-C6 알킬 (이를테면 메틸 또는 에틸)이며, 즉 화합물은 다음 식을 갖는, 열 관리 유체에 관한 것이다
Figure pct00027
.
실시형태 17 는 실시형태 1-16 중 어느 것에 있어서, n은 정수 1, 2 또는 3이고, 예를 들어 n은 정수 1 또는 2인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 18 는 실시형태 1-16 중 어느 것에 있어서, n은 1이며, 예를 들어, 하나 이상의 유전 화합물은 하기 식을 갖는, 열 관리 유체에 관한 것이다
Figure pct00028
.
실시형태 19 는 실시형태 1-18 중 어느 것에 있어서, n은 2이며, 예를 들어, 하나 이상의 유전 화합물은 하기 식을 갖는, 열 관리 유체에 관한 것이다
Figure pct00029
.
실시형태 20 는 실시형태 1-19 중 어느 것에 있어서, m 은 1, 2 또는 3, 예를 들어 1 인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 21 는 실시형태 1-19 중 어느 것에 있어서, m 은 4이거나, 또는 5 인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 22 는 실시형태 1-9, 20 및 21에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 식
Figure pct00030
을 갖고 , 여기서 m은 1, 2 또는 3이고, R1 은 C1-C5 알킬이고, R2 는 C6-C10 알킬인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 23 는 실시형태 22에 있어서, R1 은 메틸 또는 에틸인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 24 는 실시형태 22에 있어서, R1 은 프로필(예를 들어, n-프로필, 이소프로필) 또는 부틸, 예를 들어 n-부틸, t-부틸, sec-부틸 또는 이소부틸인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 25 는 실시형태 22에 있어서, R1 은 분지형 펜틸, 예를 들어 1,1-디메틸프로필, 2,2-디메틸프로필인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 26 는 실시형태 22-25 중 어느 것에 있어서, R2 는 분지형, 예를 들어 기 -CH2-CH(Rb)(Rd) 이고 여기서 Rb는 메틸 또는 에틸이고, Rd는 C3-C8 알킬, 예를 들어 R2 는 2-에틸헥실인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 27 는 실시형태 22-26 중 어느 것에 있어서, m 은 1인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 28 는 실시형태 22-26 중 어느 것에 있어서, m 은 2이거나, 또는 3 인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 29 는 실시형태 22-26 중 어느 것에 있어서, m 은 4이거나, 또는 5 인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 30 는 실시형태 1-29 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 화합물 각각은 12-18 개의 탄소 원자의 총 수를 함유하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 31 는 실시형태 1-29 중 어느 것에 있어서, 하나 이상의 화합물 각각은 10 내지 30개 (예를 들어, 10 내지 26, 10 내지 22, 10 내지 18, 12 내지 30, 12 내지 26, 12 내지 22, 14 내지 30, 14 내지 26, 또는 14 내지 22개)의 탄소 원자의 총 수를 함유하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 32 는 실시형태 1에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 다음으로부터 독립적으로 선택되는, 열 관리 유체에 관한 것이다
Figure pct00031
Figure pct00032
실시형태 33 은 실시형태 1-32 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 100 ℃, 예를 들어, 적어도 110 ℃ (예를 들어, 적어도 120 ℃, 적어도 125 ℃, 적어도 130 ℃, 또는 적어도 135 ℃), 또는 적어도 140 ℃ (예를 들어, 적어도 145 ℃, 적어도 150 ℃, 또는 적어도 155 ℃)인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 34 는 실시형태 1-33 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 20 cSt 범위, 예를 들어, 1.5 내지 15 cSt, 또는 2 내지 20 cSt, 또는 2 내지 15 cSt, 또는 3 내지 20 cSt, 또는 3 내지 15 cSt, 또는 5 내지 20 cSt, 또는 5 내지 15 cSt 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 35 는 실시형태 1-33 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 10 cSt, 예를 들어, 1.5 내지 8 cSt, 또는 1.5 내지 6 cSt, 또는 2 내지 10 cSt, 또는 2 내지 8 cSt, 또는 2 내지 6 cSt, 또는 3 내지 10 cSt, 또는 3 내지 8 cSt, 또는 3 내지 6 cSt, 또는 5 내지 10 cSt, 또는 5 내지 8 cSt, 또는 5 내지 6 cSt, 또는 6 내지 10 cSt, 또는 8 내지 10 cSt 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 36 는 실시형태 1-33 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 5 cSt, 또는, 1.5 내지 4 cSt, 또는 1.5 내지 3 cSt, 또는 2 내지 5 cSt, 또는 2 내지 4 cSt, 또는 2 내지 3 cSt, 또는 3 내지 5 cSt, 또는 3 내지 4 cSt, 또는 4 내지 5 cSt 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 37 는 실시형태 1-36 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 100 중량%, 또는 10 중량% 내지 100 중량%, 또는 20 중량% 내지 100 중량%) 범위의 양으로 존재하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 38 은 실시형태 1-36 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 내지 100 중량%, 예를 들어 75 중량% 내지 100 중량%, 또는 85 중량% 내지 100 중량%, 또는 90 중량% 내지 100 중량%, 또는 95 중량% 내지 100 중량%, 또는 98 중량% 내지 100 중량% 의 범위의 양으로 존재하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 39 는 실시형태 1-36 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 99.9 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 10 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 20 중량% 내지 99.9 중량%), 또는 50 중량% 내지 99.9 중량%, 예를 들어, 75 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 85 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 90 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 95 중량% 내지 99.9 중량%, 또는 98 중량% 내지 99.9 중량% 범위의 양으로 존재한다.
실시형태 40 는 실시형태 1-36 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 99 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 99 중량%, 또는 10 중량% 내지 99 중량%, 또는 20 중량% 내지 99 중량%), 또는 50 중량% 내지 99 중량%, 예를 들어, 80 중량% 내지 99 중량%, 또는 85 중량% 내지 99 중량%, 또는 90 중량% 내지 99 중량%, 또는 95 중량% 내지 99 중량% 범위의 양으로 존재하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 41 는 실시형태 1-36 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 95 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 95 중량%, 또는 10 중량% 내지 95 중량%, 또는 20 중량% 내지 95 중량%), 또는 50 중량% 내지 95 중량%, 예를 들어, 75 중량% 내지 95 중량%, 또는 85 중량% 내지 95 중량% 범위의 양으로 존재하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 42 는 실시형태 1-36 중 어느 것에 있어서, 상기 하나 이상의 유전 화합물은 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 85 중량% (예를 들어, 5 중량% 내지 85 중량%, 또는 10 중량% 내지 85 중량%, 또는 20 중량% 내지 85 중량%), 또는 50 중량% 내지 85 중량%, 예를 들어, 65 중량% 내지 85 중량%, 또는 75 중량% 내지 85 중량% 범위의 양으로 존재하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 43 는 실시형태 1-42 중 어느 것에 있어서, 그룹 II, 그룹 III, 그룹 IV, 또는 그룹 V 베이스 오일을 추가로 포함하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 44 는 실시형태 1-42 중 어느 것에 있어서, 그룹 II 또는 그룹 III 베이스 오일을 추가로 포함하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 45 는 실시형태 1-44 중 어느 것에 있어서, 그룹 IV 베이스 오일(이를테면 폴리알파올레핀(PAO))을 추가로 포함하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 46 는 실시형태 1-45 중 어느 것에 있어서, 에스테르 베이스 오일 스톡을 추가로 포함하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 47 는 실시형태 1-46 중 어느 것에 있어서, 부식 억제제, 산화 방지제 (이를테면, 페놀계 및 아민계 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 개질제, 보존제, 살생제, 계면활성제, 시일 팽창 첨가제, 및 이들의 조합 중 하나 이상을, 예를 들어 최대 0.5 중량%, 최대 1.0 중량%, 또는 최대 5.0 중량% 의 양으로 추가로 포함하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 48 는 실시형태 1-47 중 어느 것에 있어서, 하나 이상의 난연제를, 예를 들어 최대 20중량%, 최대 10중량%, 또는 최대 5중량%의 양으로 추가로 포함하는, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 49 는 실시형태 1-48 중 어느 것에 있어서, 상기 열 관리 유체는 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 110℃, 예를 들어 적어도 120℃, 적어도 125℃, 적어도 130℃, 또는 적어도 135℃인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 50 는 실시형태 1-48 중 어느 것에 있어서, 상기 열 관리 유체는 ASTM D93에 따라 측정되는 인화점이 적어도 140 ℃, 예를 들어 적어도 145 ℃, 적어도 150 ℃ 또는 적어도 150 ℃인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 51 는 실시형태 1-50 중 어느 것에 있어서, ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 20 cSt 범위, 예를 들어, 1.5 내지 15 cSt, 또는 2 내지 20 cSt, 또는 2 내지 15 cSt, 또는 3 내지 20 cSt, 또는 3 내지 15 cSt, 또는 5 내지 20 cSt 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 52 는 실시형태 1-50 중 어느 것에 있어서, ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 10 cSt, 예를 들어, 1.5 내지 8 cSt, 또는 1.5 내지 6 cSt, 또는 2 내지 10 cSt, 또는 2 내지 8 cSt, 또는 2 내지 6 cSt, 또는 3 내지 10 cSt, 또는 3 내지 8 cSt, 또는 3 내지 6 cSt, 또는 5 내지 10 cSt, 또는 5 내지 8 cSt, 또는 5 내지 6 cSt, 또는 6 내지 10 cSt, 또는 8 내지 10 cSt 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 53 는 실시형태 1-50 중 어느 것에 있어서, ASTM D455 에 따라 측정시 운동 점도가 40 ℃ 에서 1.5 내지 5 cSt, 또는, 1.5 내지 4 cSt, 또는 1.5 내지 3 cSt, 또는 2 내지 5 cSt, 또는 2 내지 4 cSt, 또는 2 내지 3 cSt, 또는 3 내지 5 cSt, 또는 3 내지 4 cSt, 또는 4 내지 5 cSt 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 54 는 실시형태 1-53 중 어느 것에 있어서, 유전 상수가 25℃에서 측정시 적어도 1.75, 예를 들어 적어도 2.0, 또는 적어도 2.25 인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 55 는 실시형태 1-54 중 어느 것에 있어서, 유전 상수가 1.5 내지 10, 또는 1.8 내지 10, 또는 1.5 내지 2.8, 또는 1.8 내지 2.8 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 56 는 실시형태 1-55 중 어느 것에 있어서, 밀도가 25 ℃ 에서 1.1 g/cm3 이하(예: 25℃에서 1 g/ cm3 이하)인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 57 는 실시형태 1-56 중 어느 것에 있어서, 열전도도가 25 ℃에서 0.05 W/m·K 내지 1 W/m·K 범위인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 58 는 실시형태 1-57 중 어느 것에 있어서, 비열 용량이 적어도 1 J/g·K(예를 들어, 25℃에서 적어도 1.2 J/g·K, 또는 적어도 1.5 J/g·K)인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 59 는 실시형태 1-58 중 어느 것에 있어서, 열팽창 계수가 1100 × 10-6/K 이하(예를 들어, 1050 × 10-6/K 이하, 또는 1000 × 10-6/K 이하)인, 열 관리 유체에 관한 것이다.
실시형태 60은 실시형태 1-59 의 열 관리 유체를 적어도 25 ℃ 의 온도를 갖는 표면과 접촉하는 단계로서, 상기 표면은 열원과 실질적으로 열 연통하는, 상기 표면과 접촉하는 단계; 및
표면을 통하여 열원으로부터 열 관리 유체에서 열 에너지를 흡수하는 단계를 포함하는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 61 는 실시형태 60에 있어서, 상기 표면은 적어도 30℃, 예를 들어 적어도 40℃의 온도를 갖는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 62 는 실시형태 60에 있어서, 상기 표면은 25 ℃ 내지 150 ℃, 예를 들어, 25 ℃ 내지 100 ℃, 또는 25 ℃ 내지 90 ℃, 또는 25 ℃ 내지 85 ℃, 또는 25 ℃ 내지 80 ℃, 또는 25 ℃ 내지 75 ℃, 또는 25 ℃ 내지 70 ℃ 의 범위의 온도를 갖는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 63 는 실시형태 60에 있어서, 상기 표면은 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 ℃ 의 범위의 온도를 갖는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 64 는 실시형태 60에 있어서, 상기 표면은 온도가 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 ℃ 의 범위인, 방법에 관한 것이다.
실시형태 65 는 실시형태 60-64에 있어서, 상기 열 관리 유체는 유체의 정지(즉, 비순환)체인, 방법에 관한 것이다.
실시형태 66 는 실시형태 60-64 중 어느 것에 있어서, 상기 접촉은 표면 위에 열 관리 유체를 순환시킴으로써 수행되는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 67 는 실시형태 60-64 중 어느 것에 있어서, 상기 접촉은 열교환기와 표면 사이에 열 관리 유체를 순환시킴으로써 수행되는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 68 는 실시형태 60-67 중 어느 것에 있어서, 상기 열원은 작동하는 전기 컴포넌트인, 방법에 관한 것이다.
실시형태 69 는 실시형태 60-68 중 어느 것에 있어서, 상기 열원은 배터리 팩, 커패시터, 인버터, 전기 케이블, 연료 전지, 모터, 컴퓨터 또는 고전력 충전 장비인, 방법에 관한 것이다.
실시형태 70 는 실시형태 60-69 중 어느 것에 있어서, 상기 열원은 전기화학 전지인, 방법에 관한 것이다.
실시형태 71 는 실시형태 70에 있어서, 상기 전기화학 전지는 고상 전기화학 전지, 리튬-황 전기화학 전지, 리튬철인산염 전기화학전지, 리튬 이온 폴리머 전기화학 전지, 나트륨 이온 전기화학 전지, 알루미늄 이온 전지, 납산 전지 및 마그네슘 이온 전지로부터 선택되는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 72 는 실시형태 60-71 중 어느 것에 있어서, 상기 표면은 열원과 실질적으로 열 연통되는 도관의 내부 표면인, 방법에 관한 것이다.
실시형태 73 는 실시형태 60-72 중 어느 것에 있어서, 상기 도관은 전기 컴포넌트를 둘러싸는 하우징을 통과하는, 방법에 관한 것이다.
실시형태 74 은 하우징;
하우징에 배치된 하나 이상의 전기화학 전지;
상기 하우징에서 연장되고 상기 하나 이상의 전기화학 전지들과 실질적으로 열 연통하는 유체 경로; 및
유체 경로에 배치된 실시형태들 1-59 중 어느 것의 열 관리 유체
를 포함하는, 배터리 시스템에 관한 것이다.
실시형태 75 은 실시형태 74에 있어서, 상기 전기화학 전지는 리튬 이온 전기화학 전지인, 배터리 시스템에 관한 것이다.
실시형태 76 은 실시형태 74에 있어서, 상기 전기화학 전지는 고상 전기화학 전지, 리튬-황 전기화학 전지, 리튬철인산염 전기화학전지, 리튬 이온 폴리머 전기화학 전지, 나트륨 이온 전기화학 전지, 알루미늄 이온 전지, 납산 전지 또는 마그네슘 이온 전지인, 배터리 시스템에 관한 것이다.
실시형태 77 는 실시형태 74-76 중 어느 하나의 배터리 시스템을 포함하는 전기 차량에 관한 것인, 배터리 시스템에 관한 것이다.
실시형태 78 은 열원 주변에 및/또는 열원을 통하여 연장되는 유체 경로;
유체 경로에 배치되고 유체 경로에서 순환하고 열원에 의해 생성된 열 에너지를 흡수하도록 구성되는 실시형태들 1-59 중 어느 것의 열 관리 유체를 포함하고,
상기 유체는 상기 유체 경로, 상기 열 교환기, 상기 펌프 및 상기 연결 덕트에 배치되는, 열 관리 회로에 관한 것이다.
실시형태 79 는 실시형태 1-59 중 어느 것의 열 관리 유체를 제조하는 방법으로서,
하기 식 (II) 의 화합물
Figure pct00033
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R1 은 C1-C5 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다],
을 (C6-C12 알킬)-L 과 접촉시키는 단계를 포함하고, 여기서 L은 식 (I) 의 유전 화합물(dielectric compound)을 얻기 위한 이탈기(leaving group)인, 열 관리 유체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
실시형태 80 는 실시형태 1-59 중 어느 것의 열 관리 유체를 제조하는 방법으로서,
하기 식 (III) 의 화합물
Figure pct00034
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R2 는 C6-C12 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다],
을 (C1-C5 알킬)-L 과 접촉시키는 단계를 포함하고, 여기서 L은 식 (I) 의 유전 화합물(dielectric compound)을 얻기 위한 이탈기(leaving group)인, 열 관리 유체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
실시형태 81 는 실시형태 1-59 중 어느 것의 열 관리 유체를 제조하는 방법으로서,
하기 식 (II) 의 화합물
Figure pct00035
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R1 은 C1-C5 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다]
을 루이스 산 촉매(예를 들어, 철(II) 트리플루오로아세테이트)의 존재 하에 구조 (C6-C12 알킬-O)3P=O를 갖는 화합물과 반응시켜 식 (I) 의 유전 화합물을 얻음으로써 제조될 수 있는, 열 관리 유체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
실시형태 82 는 실시형태 1-59 중 어느 것의 열 관리 유체를 제조하는 방법으로서,
하기 식 (III) 의 화합물
Figure pct00036
[식 중
m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
R2 는 C6-C12 알킬이다; 그리고
각각의 R3, R4, R5 및 R6 는 H 및 C1-C6 알킬로부터 독립적으로 선택된다]
을 루이스 산 촉매(예를 들어, 철(II) 트리플루오로아세테이트)의 존재 하에 (C1-C5 알킬-O)3P=O 과 반응시켜 식 (I) 의 유전 화합물을 얻음으로써 제조될 수 있는, 열 관리 유체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
실시형태 83 는 실시형태 79-82 중 어느 것에 있어서, 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 99.9 중량% 범위의 양으로 유전 화합물을, 베이스 오일, 부식 억제제, 산화 방지제(이를테면 페놀계 및 아민계 산화 방지제), 유동점 강하제, 소포제, 탈포제, 점도 지수 개질제, 보존제, 살생제, 계면활성제, 시일 팽창 첨가제, 난연제 및 이들의 조합 중 하나 이상과 혼합하는 단계를 더 포함하는, 열 관리 유체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
마지막으로, 본원에 개시된 실시형태는 본 개시의 방법들을 예시하는 것임을 이해해야 한다. 채용될 수도 있는 다른 변형은 본 개시의 범위 내에 있다. 따라서, 제한이 아닌 예로서, 본 개시의 대안적인 구성이 본 명세서에서 교시에 따라서 활용될 수도 있다. 따라서, 본 개시의 방법들은 바로 나타내고 설명된 것에 한정되지 않는다.

Claims (15)

  1. 열 관리 유체로서,
    하기 식 (I) 의 하나 이상의 유전 화합물
    Figure pct00037

    [식 중
    m 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
    n 은 정수 1, 2, 3, 4 또는 5 이다;
    R1 은 C1-C5 알킬이다;
    R2 은 C6-C12 알킬이다;
    각각의 R3 및 R4 는 독립적으로 H 및 C1-C6 알킬로부터 선택된다; 그리고
    각각의 R5 및 R6 는 독립적으로 H 및 C1-C6 알킬로부터 선택된다]
    을 포함하고;
    상기 하나 이상의 유전 화합물은 상기 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 100 중량% 범위의 총량으로 존재하고;
    상기 열 관리 유체는 ASTM D93 에 따라 측정된 인화점이 적어도 100 ℃ 이고, 상기 열 관리 유체는 유전 상수가 25℃ 에서 적어도 1.5인, 열 관리 유체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    R2 은 분지형 C6-C12 알킬인, 열 관리 유체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    R3, R4, R5 및 R6 각각은 독립적으로 H 및 메틸로부터 선택되는, 열 관리 유체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 R4 는 H이고 각각의 R3 은 H 또는 C1-C6 알킬(이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2 알킬)이고; 각각의 R5 는 H이고 각각의 R6 은 H 또는 C1-C6 알킬(이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2알킬)인, 열 관리 유체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    R3 은 H, R4 는 H, R5 는 H 이고 각각의 R6 은 H 또는 C1-C6 알킬 (이를테면 C1-C4 알킬 또는 C1-C2 알킬)인, 열 관리 유체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 유전 화합물은 식
    Figure pct00038
    을 갖고 , 여기서 m은 1, 2 또는 3이고, R1 은 C1-C5 알킬이고, R2 는 C6-C10 알킬인, 열 관리 유체.
  7. 제 10 항에 있어서,
    m 은 1, 2 또는 3 인, 열 관리 유체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 화합물 각각은 10 내지 30 개의 탄소 원자의 총 수를 함유하는, 열 관리 유체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 유전 화합물은
    Figure pct00039

    Figure pct00040

    으로부터 독립적으로 선택되는, 열 관리 유체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 유전 화합물은 상기 열 관리 유체의 총 중량을 기준으로 50 중량% 내지 100 중량% 범위의 양으로 존재하는, 열 관리 유체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 관리 유체는 ASTM D455에 따라 측정시 운동 점도가 40℃에서 1.5 내지 20cSt 범위인, 열 관리 유체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항의 열 관리 유체를 적어도 25 ℃ 의 온도를 갖는 표면과 접촉시키는 단계로서, 상기 표면은 열원과 실질적으로 열 연통하는, 상기 표면과 접촉시키는 단계; 및
    상기 표면을 통하여 상기 열원으로부터 상기 열 관리 유체에서 열 에너지를 흡수하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열원은 작동하는 전기 컴포넌트, 예를 들어, 배터리 팩, 커패시터, 인버터, 전기 케이블, 연료 전지, 모터, 컴퓨터 또는 고전력 충전 장비인, 방법.
  14. 배터리 시스템으로서,
    하우징;
    상기 하우징에 배치된 하나 이상의 전기화학 전지들;
    상기 하우징에서 연장되고 상기 하나 이상의 전기화학 전지들과 실질적으로 열 연통하는 유체 경로; 및
    상기 유체 경로에 배치된 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 열 관리 유체
    를 포함하는, 배터리 시스템.
  15. 열 관리 회로로서,
    열원 주변에 및/또는 열원을 통하여 연장되는 유체 경로;
    상기 유체 경로에 배치되고 상기 유체 경로에서 순환하고 상기 열원에 의해 생성된 열 에너지를 흡수하도록 구성되는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 열 관리 유체를 포함하고,
    상기 유체는 상기 유체 경로, 열 교환기, 펌프 및 연결 덕트에 배치되는, 열 관리 회로.
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