Title:
Cooling circuit or component, comprises a coating composed of an organic hybrid material in the areas exposed to coolant
Kind Code:
A1


Abstract:
A cooling circuit or component, especially an aluminum circuit or component, comprises a coating composed of an inorganic-organic hybrid material, in the areas exposed to the coolant. The coating contains a filler material, e.g. a silicate, and is 1-5 mum thick.



Inventors:
ANGERMANN HANS-H (DE)
DAMSOHN HERBERT (DE)
Application Number:
DE10213756A
Publication Date:
10/09/2003
Filing Date:
03/26/2002
Assignee:
BEHR GMBH & CO.
International Classes:
F28F19/04 (IPC1-7): F28F19/04
Domestic Patent References:
DE10018223A1N/A
DE19820133A1N/A



Claims:
1. Kreislauf oder Komponente hiervon f�r ein K�hlmittel, insbesondere aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreislauf oder die Komponente im mit dem K�hlmittel in Kontakt stehenden Bereich mit einer Beschichtung aus einem anorganisch-organischen Hybridmaterial versehen ist.

2. Kreislauf oder Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Nanokomposite, insbesondere ORMOCER�e und/oder Nanomere�, die Beschichtung bilden.

3. Kreislauf oder Komponente nach einem der vorhergehenden Anspr�che, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Dicke von 10 Mikrometer oder weniger, insbesondere zwischen 1 und 5 Mikrometer, aufweist.

4. Kreislauf oder Komponente nach einem der vorhergehenden Anspr�che, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung F�llstoffe aufweist.

5. Kreislauf oder Komponente nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Silikatf�llstoff.

6. Kreislauf oder Komponente nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch einen F�llstoff in Form von Pl�ttchen.

7. Kreislauf oder Komponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pl�ttchen �berlappen.

8. Kreislauf oder Komponente nach einem der vorhergehenden Anspr�che, dadurch gekennzeichnet, dass das K�hlmittel entionisiertes Wasser ist.

9. Kreislauf oder Komponente nach einem der vorhergehenden Anspr�che, dadurch gekennzeichnet, dass das K�hlmittel mit Frostschutzmitteln und/oder Korrosionsinhibitoren versetzt ist.

10. Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung gem�� einem der Anspr�che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der Beschichtung die zu beschichtende Oberfl�che gebeizt wird.

11. Verwendung eines W�rmetauschers in einem Kreislauf gem�� einem der Anspr�che 1 bis 9, insbesondere f�r ein Kraftfahrzeug.

12. Verwendung einer Brennstoffzelle, insbesondere einer Polymerelektrolyt- oder Direktmethanol-Brennstoffzelle, in einem Kreislauf gem�� einem der Anspr�che 1 bis 9.

13. Verwendung von Verbindungselementen zwischen den Komponenten eines Brennstoffzellenkreislaufs gem�� einem der Anspr�che 1 bis 9.

Description:

Die Erfindung betrifft einen Kreislauf oder eine Komponente hiervon f�r ein K�hlmittel, insbesondere aus Aluminium.

Es ist bekannt, zur Erh�hung der Korrosionsbest�ndigkeit von W�rme�bertragern f�r die K�hlung im Bereich von Brennstoffzellen Beschichtungen an den Kontaktfl�chen von Leitungen, insbesondere Flachrohr- oder Sickenrohrleitungen, und an den Sammelbeh�ltern f�r das K�hlwasser, vorzusehen. Hierbei m�ssen die Beschichtungen ferner verhindern, dass ein gewisser Schwellwert der elektrischen Leitf�higkeit des K�hlwassers nicht �berschritten wird, um die Funktion der Brennstoffzelle nicht zu beeintr�chtigen. Insbesondere in Verbindung mit Direkt-Methanol-Brennstoffzellen kommt es aufgrund der Bildung von Ameisens�ure zu einem niedrigen pH-Wert des K�hlmittels und dabei im Betrieb zu einer erheblichen Beanspruchung der W�rme�bertrager.

Um den Kreislauf zu sch�tzen, wird beispielsweise vorgeschlagen, mit Hilfe von Ionentauschern die ausgel�sten Ionen zu binden. Diese Ionentauscher m�ssen jedoch regelm��ig gewechselt werden.

Ferner werden Beschichtungen wie Gr�nchromatierung oder aber die Verwendung besonderer Aluminium-Legierungen vorgeschlagen.

Andererseits sind aus dem Bereich der Lacke anorganisch-organische Hybridpolymere (ORMOCER�e oder Nanomere�) bekannt, die bspw. auch als Korrosionsschutzschichten verwendet werden k�nnen. Diese Werkstoffe werden nach dem Sol-Gel-Verfahren synthetisiert, wobei durch gesteuerte Hydrolyse und Kondensation von organisch modifizierten Si-Alkoxiden zun�chst ein anorganisches Netzwerk aufgebaut wird. Eine Cokondensation mit anderen Metallalkoxiden (Ti-, Zr-, Al-Alkoxide) ist ebenfalls m�glich. In einem nachfolgenden Schritt werden die am anorganischen Netzwerk fixierten polymerisierbaren Gruppen u. a. thermisch bzw. UV-initiiert miteinander vernetzt. Au�erdem k�nnen organisch modifizierte Si-Alkoxide eingesetzt werden, die keine organischen Polymerisationsreaktionen eingehen und damit zu einer organischen Funktionalisierung des anorganischen Netzwerkes beitragen. Durch dieses 2-stufige Verfahren wird ein anorganisch- organisches Copolymer aufgebaut. Eine Hydrolyse und Kondensation von Silizium-Alkoxiden zur Erzeugung anorganischer Oxidnetzwerke ist im folgenden dargestellt. Hydrolyse Si(OR)4 + n H2O Si(OR)4-n(OH)n + n R OH



Kondensation (OR)3Si-OR + HO-Si(OR)3 (OR)3Si-O-Si(OR)3 + HOR



(OR)3Si-OH + HO-Si(OR)3 (OR)3Si-O-Si(OR)3 + H2O



Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kreislauf oder eine Komponente hiervon f�r ein K�hlmittel, insbesondere einen Kreislauf aus Aluminium, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gel�st durch einen Kreislauf oder eine Komponente hiervon mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgem�� wird ein Kreislauf oder eine Komponente hiervon f�r ein K�hlmittel, insbesondere aus Aluminium, vorgesehen, bei welchem der mit dem K�hlmittel in Kontakt stehende Bereich mit einer Beschichtung aus einem anorganisch-organischen Hybridmaterial versehen ist, insbesondere mit einer Beschichtung aus Nanokompositen, insbesondere ORMOCER�en und/oder Nanomeren�. Dies betrifft insbesondere einen K�hlmittelkreislauf eines W�rme�bertragers, bspw. zur K�hlung von Brennstoffzellen, oder einzelnen Komponenten hiervon, die mit dem K�hlmittel in Kontakt kommen, wie bspw. die Innenfl�chen von Leitungen oder Sammelbeh�ltern.

Derartige Beschichtungen bieten zum einen einen guten Korrosionsschutz und haften gut auf Metalloberfl�chen, zum anderen k�nnen sie mittels herk�mmlicher Nasslackverfahren aufgetragen werden und h�rten bei relativ niedrigen Temperaturen aus. Sie sind ferner in aller Regel toxikologisch unbedenklich.

Vorzugsweise weist die Beschichtung eine Dicke von 10 Mikrometer oder weniger, insbesondere zwischen 1 und 5 Mikrometer auf, weshalb nur eine geringe Behinderung des W�rme�bergangs erfolgt.

Vorzugsweise weist die Beschichtung F�llstoffe, insbesondere Partikel, Fasern oder Gewebe, auf. Hierbei ist insbesondere ein Silikatf�llstoff in Verbindung mit Nanokompositen geeignet. Dabei kann der Silikatf�llstoff in der Beschichtung in Form von �berlappenden Pl�ttchen vorliegen.

Vorzugsweise erfolgt ein Beizen der zu beschichtenden Fl�che vor dem Aufbringen der Beschichtung, so dass st�rende Elemente wie z. B. Flussmittelreste entfernt werden.

Vorzugsweise werden derartig beschichtete Leitungen f�r W�rmetauscher in Verbindung mit Brennstoffzellen, direkt in K�hlmittelkan�len in Brennstoffzellen, insbesondere in Polymerelektrolyt- oder Direktmethanol-Brennstoffzellen, oder als Verbindungselemente zwischen den Komponenten eines Brennstoffzellenkreislaufs, verwendet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausf�hrungsbeispiele im einzelnen erl�utert.

Gem�� dem ersten Ausf�hrungsbeispiel wird ein W�rme�bertrager f�r die K�hlung im Bereich von Brennstoffzellen, insbesondere Direkt-Methanol- Brennstoffzellen, vorgesehen, welcher zur Leitung des K�hlwassers Flachrohre aus Aluminium mit einer durchgehenden Mittelsicke (Sickenrohre) aufweist, zwischen denen Rippenpakete angeordnet sind, um die von den Brennstoffzellen an das K�hlwasser abgegebene W�rme m�glichst effektiv an die Luft wieder abgeben zu k�nnen. Die Flachrohrpakete sind beidseitig von Sammelbeh�ltern umgeben, die vorzugsweise aus Aluminium bestehen.

Um die Sickenrohre und die Sammelbeh�lter vor Korrosion durch das K�hlwasser zu sch�tzen und die elektrische Leitf�higkeit gering zu halten, sind die Sickenrohre und die Sammelbeh�lter innen, d. h. in den Bereichen, die mit dem K�hlwasser in direktem Kontakt stehen, mit einer Beschichtung versehen.

Die Beschichtung wird durch ein anorganisch-organisches Hybridmaterial gebildet, im vorliegenden Fall durch ein Nanokomposite mit einem F�llstoff, im vorliegenden Fall einem Silikatf�llstoff. Die Dicke der Beschichtung betr�gt je nach Feststoffgehalt zwischen 1 und 5 Mikrometer. Der Silikatf�llstoff hat in diesem Fall die Form von Pl�ttchen, die sich in der Beschichtung �berlappen.

Gem�� dem zweiten Ausf�hrungsbeispiel sind K�hlmittelleitungen im Inneren einer Brennstoffzelle und Verbindungsleitungen zwischen den Komponenten des Kreislaufs mit einer entsprechenden Beschichtung versehen. Die Beschichtung wird durch ein anorganisch-organisches Hybridmaterial gebildet, im vorliegenden Fall durch ein Nanomer�. Die Dicke der Beschichtung betr�gt je nach Feststoffgehalt zwischen 1 und 5 Mikrometer.

Das Aufbringen der o. g. Beschichtungen erfolgt mittels eines konventionellen Nasslackverfahrens, bspw. durch Tauchen, Spr�hen, Spin-Coating etc. und anschlie�endem Aush�rten bei Temperaturen unter 200�C, insbesondere bei Temperaturen um 130�C (thermische Aush�rtung). Alternativ kann eine H�rtung der Beschichtung durch UV-Bestrahlung oder eine Redoxinitiierte H�rtung erfolgen.

Insbesondere bei NOCOLOK-gel�teten W�rme�bertragern erfolgt vor dem Aufbringen der Beschichtung eine Entfernung von Flussmittelschichten, bspw. mittels Beizen, um eine optimale Beschichtung zu gew�hrleisten. Ferner sollten zu beschichtende Oberfl�chen vor dem Aufbringen der Beschichtung entfettet werden.