JP2023540030A - 低いgwpを有するフッ素化ビニルエーテルを使用する熱交換方法 - Google Patents
低いgwpを有するフッ素化ビニルエーテルを使用する熱交換方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023540030A JP2023540030A JP2023513288A JP2023513288A JP2023540030A JP 2023540030 A JP2023540030 A JP 2023540030A JP 2023513288 A JP2023513288 A JP 2023513288A JP 2023513288 A JP2023513288 A JP 2023513288A JP 2023540030 A JP2023540030 A JP 2023540030A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- transfer fluid
- halogen
- heat
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N Vinyl ether Chemical class C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims abstract description 57
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 20
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims abstract description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 43
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 39
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 33
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 18
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 13
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 12
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 5
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 5
- 238000012552 review Methods 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 67
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 2
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- LPRHPORTNOKKNO-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichloro-1-fluoro-2-(trifluoromethoxy)ethene Chemical compound FC(Cl)=C(Cl)OC(F)(F)F LPRHPORTNOKKNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- NDPGDHBNXZOBJS-UHFFFAOYSA-N aluminum lithium cobalt(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [Li+].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Co++].[Ni++] NDPGDHBNXZOBJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012864 cross contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 229920001973 fluoroelastomer Polymers 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 150000002334 glycols Chemical class 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- VGYDTVNNDKLMHX-UHFFFAOYSA-N lithium;manganese;nickel;oxocobalt Chemical compound [Li].[Mn].[Ni].[Co]=O VGYDTVNNDKLMHX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- RVZRBWKZFJCCIB-UHFFFAOYSA-N perfluorotributylamine Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)N(C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F RVZRBWKZFJCCIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000013403 standard screening design Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N trichlorofluoromethane Chemical compound FC(Cl)(Cl)Cl CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
- C09K5/10—Liquid materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/613—Cooling or keeping cold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
- H01M10/625—Vehicles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
- H01M10/6567—Liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本発明は、伝熱流体を使用することを含む、物体と熱を交換するための方法であって、前記伝熱流体が下記一般式:Rf-O-CF2-O-CX=CYZ(I)(式中、Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)を有する1種以上の化合物を含む方法に関する。【選択図】なし
Description
本出願は、2020年8月28日に出願された欧州特許出願公開第20193274.6号に基づく優先権を主張するものであり、この出願の全内容は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
本発明は、低いGWPを有する選択されたフッ素化化合物を伝熱流体として含む組成物を使用して熱を物体と交換するための方法に関する。
伝熱流体は、加熱及び冷却システムにおける用途について当該技術分野で公知である。典型的には、伝熱流体には、水、食塩水、アルコール、グリコール、アンモニア、炭化水素、エーテル、及びこれらの材料の様々なハロゲン誘導体(クロロフルオロカーボン(CFC)、ハイドロクロロフルオロカーボン(HFC)、(パー)フッ素化ポリエーテル(PFPE)など)が含まれる。
伝熱流体を使用して、1つの物体から別の物体、典型的に熱源から放熱子に熱を移動させ、熱源の冷却、放熱子の加熱をもたらすか、又は熱源によって生成される望ましくない熱を取り除く。伝熱流体は、熱源及び放熱子との間の熱経路を提供し、それは、熱流を改良するためのループシステム又は他の流れシステムによって循環され得るか、又はそれは、熱源及び放熱子と直接接触し得る。より簡単なシステムは、伝熱流体として単に空気流を使用し、より複雑なシステムは、システムの一部分で加熱又は冷却され、次いで目標と熱的に接触して供給される特別に設計されたガス又は液体を使用する。
本発明の伝熱流体の好ましい使用方法は、この流体を使用して、電気又は電子機器と熱を伝達する、特に電気又は電子機器の動作過程で発生する過剰な熱を除去する方法である。電気及び電子機器は、通常、その性能が最適となる温度範囲が比較的狭いため、この用途は産業上非常に重要である。これらの用途には、後で詳述するように、恒温槽及び冷却回路が含まれる。とりわけ、本発明の流体は誘電性流体であるため、電気絶縁体であり、配線や集積回路などの電子機器と直接接触しながら電気及び電子機器との間で熱を伝達することができる。また、(以下でさらに詳述するように)密閉されたパイプ内を循環するため、流体が機器の導電性部品に直接接触することは想定されていない冷却回路でこれらの流体を使用する場合、漏れが発生した際に、電気又は電子機器への損傷のリスクが軽減されることから、誘電性流体を用いることは特に有利である。
コンピュータやサーバなどのコンピューティング機器は、かなりの量の熱を発生させる。サーバファームなどの共有場所で作動する多数のコンピュータを集中させる大規模な開発は、ますます一般的になってきている。サーバファーム、ビットコインマイニングファーム、及びその他のスーパーコンピューティング用途の産業は非常に急速に成長してきている。そのような設備の構築戦略を決定する際の重要な要素は、そのようなコンピューティング機器と熱交換することを可能にする制御システムである。このシステムは、多くの場合「熱管理システム」と呼ばれており、典型的には作動中にコンピューティング機器を冷却するために使用されるが、寒い環境でシステムを起動する際など、加熱にも使用することができる。依然として空気が最も一般的に使用される流体であるものの、空気は電子基板間に大きなエアギャップが必要になるという欠点を有しており、設置面積が非常に大きくなる。空冷には大規模な空調エンジンも必要であり、それらのエネルギー消費量は非常に大きく、そのような設備のランニングコストのかなりの部分を占める。
最近、伝熱流体、特に液体伝熱流体の使用に基づくサーバの熱管理のための解決策は、エネルギー効率が高く(従来の空調システムよりも少ないエネルギーを使用する)、より狭い空間により多くのサーバ、プロセッサ、及び回路基板を収容できるため、大きな関心を集めている。
伝熱流体の他の重要な特殊な用途は、例えば、半導体産業(TCU、恒温槽、気相はんだ付け)、及びバッテリー産業、特に熱管理システムのための車両バッテリー産業で見ることができる。
様々な用途において工業的に使用される様々な伝熱流体が存在するが、しかしながら、適切な流体の選択がいくつかの用途において重要であり得る。過去において一般的に使用された伝熱流体のいくつかは、それらの毒性(アンモニア、エチレングリコール)のためにもはや実用的でなく、他には生分解性でないため及び/又は地球のオゾン層に対して有害であり、且つ/若しくは環境中に分散される場合に温室効果ガスとして作用すると考えられるため、それらの環境プロファイルのために段階的に排除されたものもある。
フッ素化液体は、非常に有効な伝熱流体である。SolvayのGaldenや3MのFluorinertなどの市販製品が存在する。これらは、誘電性であり、熱容量が高く、粘度が低く、毒性がなく、且つ化学的に不活性な液体ポリマーであるため、これらは電子基板と直接接触することができ、またほとんどの材料と化学的に相互作用することもない。これまでに使用されているこれらのフッ素化流体に関連した欠点は、それらの高いGWP値である。
GWP(地球温暖化係数)は、所与の温室効果ガスがどのくらいの熱を大気中で取り込むことができるかを示す、所与の化合物について決定することができる特質(「1」をCO2に見合う基準値と考える)であり、特定の時間的間隔、典型的には100年にわたって計算される(GWP100)。
GWP100の決定は、特殊な計算ツールを使用して、化合物の大気寿命に関する実験データとその放射効率とを組み合わせることによって行われ、それは、当該技術分野において標準であり、例えばHodnebrogらによってReview of Gephisics,51/2013,p300-378で公開された包括的な検討に記載されている。CF4及びクロロ/フルオロアルカンなどの非常に安定なハロゲン化分子は、非常に高いGWP100を有する(CF4について7350、CFC-11について4500)。
長年にわたり、GWPの高い値を有する伝熱流体(例えば、空調装置において使用されるクロロ/フルオロアルカンなど)は、工業において段階的に排除されており、より低いGWP100値を有する化合物に取って代わられ、可能な限り低いGWP100値を有する伝熱流体に絶えざる関心が依然として注がれている。
ハイドロフルオロエーテル、特に凝離されたハイドロフルオロエーテルは、比較的低いGWP100値を有する傾向があるが、他方では、それらの特性の他のものは、過去において使用されたCFCの特性と比較され得、この理由のため、いくつかのハイドロフルオロエーテルは、伝熱流体として工業的に使用されて好評を得ており、例えば3Mによって商品名「Novec(登録商標)」として市販されている。
ハイドロフルオロエーテルは、概して、それらが液体であるそれらの広い温度範囲のため、且つ粘度が運転温度で高すぎるべきではない二次ループ冷却システムにおいて使用するための低温二次冷媒としての用途にそれらを有用にする広い温度範囲でそれらが低粘度であるため、熱伝達媒体として説明されている。
フッ素化エーテルは、例えば、米国特許第5713211号明細書において3Mにより、米国特許出願公開第2007/0187639号明細書においてDupontにより、並びに国際公開第2007/099055号パンフレット及び国際公開第2010034698号パンフレットにおいてSolvay Solexisにより説明されている。
しかしながら、米国特許第5713211号明細書(表5)に示されるように、凝離されたハイドロフルオロエーテルのGWP100は、CFCよりもはるかに低いが、依然として70~500の範囲である。
他のハイドロフルオロオレフィンが、例えばChemours(Opteon(商標))によって及びHoneywell(Solstice(商標))によって、伝熱流体として商業化されている。これらの化合物は、非常に低いGWP、約1を有するが、先に引用された化合物とは違って、はるかにより可撚性であり、それ故、これは、それらの使用分野を限定する。
Solvay Specialty Polymers Italy S.p.Aによる国際PCT特許出願の欧州特許出願公開第2020/057121号明細書は、低GWP、低可燃性、及び良好な誘電特性と熱容量を有する伝熱流体としてのハロゲン化ビニルエーテルの一般的な使用方法について説明している。しかしながら、良好な熱特性と誘電特性のより良いバランスを有する伝熱流体であって、広い温度範囲で液体であり、不燃性であり、非常に低いGWP100(30以下)を有する伝熱流体を用いた効果的な伝熱のためのさらに効果的な方法を提供することが引き続き必要とされている。
本発明は、伝熱流体を使用することを含む、物体と熱を交換するための方法であって、前記伝熱流体が下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む方法に関する。
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む方法に関する。
「電子コンピューティング機器」については、マイクロプロセッサCPU、GPU、SSD、及びDDRメモリを含み、計算作業を実行する任意の個々の又は個々のコンピュータボードのアレイを意図しており、そのため、大規模サーバファーム、インターネットサーバ、ビットコインマイニングファクトリーのいずれも含むのみならず、小さい個々のコンピュータ、インターネットサーバ、コンピュータゲーム機器も含む。大規模と小規模の両方の設備が、本発明の伝熱方法から利益を得ることができる。
本発明における用語「半導体デバイス」は、半導体材料の特性を活用する任意の電子デバイスを含む。半導体デバイスは、単一デバイスとして、及び単一半導体基板又は「ウェハー」上で製造され、相互連結された(2から始まって数十億になる)多数のデバイスからなる集積回路としての両方で製造される。用語「半導体デバイス」は、ダイオード及びトランジスタなどの、基本的なビルディングブロック、これらの基本的ブロックから構築される、プロセッサ、メモリチップ、集積回路、回路基板、光電管及び太陽電池、センサ等などの、アナログ、デジタル及び混合信号回路にまで及ぶ複合体構造までの両方を含む。用語「半導体デバイス」は、また、半導体材料ウェハーから誘導される半導体業界の任意の中間体又は未完成製品を含む。
本発明は、伝熱流体を使用することを含む、物体と熱を交換するための方法であって、前記伝熱流体が下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む方法に関する。
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む方法に関する。
好ましくは、X、Y及び/又はZがハロゲンである場合、これらはF及びClから選択され、Fであることがより好ましい。
Rfが一部フッ素化されている場合、Rf中のフッ素原子の数と水素原子の数との比が少なくとも1であることが好ましい。
より好ましくは、Rfは一般式:
-CF2-CF2-R’ (II)
(式中、R’は-O-CF3、-F及び-Hから選択される)に相当する。
-CF2-CF2-R’ (II)
(式中、R’は-O-CF3、-F及び-Hから選択される)に相当する。
最も好ましくは、式(I)の前記1つ以上の化合物は、一般式:
R’-CF2-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
に相当し、特に好ましい化合物は:
CF3-CF2-O-CF2-O-CF=CF2、及び
CF3-O-CF2-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
である。
R’-CF2-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
に相当し、特に好ましい化合物は:
CF3-CF2-O-CF2-O-CF=CF2、及び
CF3-O-CF2-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
である。
このクラスの化合物は既知であり、特にフルオロエラストマーの重合に用いられてきたが、伝熱流体としてのそれらの用途は新しく、これまで考慮されたことはなかった。
当該技術において、一般式(I)に係る化合物を調製する方法がいくつか提供されている。そのような方法を開示する文献として、例えば、Dyneonの米国特許第6255536号明細書、米国特許第7176331号明細書、及びSolvayの米国特許第7622616号明細書、米国特許第9868684号明細書が挙げられる。本発明の方法は、任意の物体と熱交換するために使用することができる。本発明の方法は、物体が例えばコンピュータサーバなどの電子コンピューティング機器である場合に特に有用である。実際、本発明の方法は、誘電性且つ非腐食性である伝熱流体を使用するため、いわゆる「浸漬冷却」又は「直接接触冷却」を使用するシステムで使用することもできる。これらのシステムでは、流体は電子回路基板と直接接触して配置される。それらの作動温度におけるそのような流体は、気体、液体(単相浸漬冷却)、又は気液平衡(すなわちいわゆる「二相浸漬冷却」における液体の沸点付近)であってもよい。
浸漬冷却では、CPU、GPU、メモリ、及び完全なサーバを含む他の電子機器などの電子コンピュータ機器は、熱伝導性の誘電性液体又は冷却液の中に完全に浸され、その温度は循環システムを使用して制御され、循環システムは、配管を通して液体を熱交換器又はラジエータ型の冷却装置にポンプ移送し、冷却液からの熱を排除する。
サーバ浸漬冷却は、高価な空調設備をなくすことによってエネルギー使用量を大幅に削減することを可能にすることから、サーバ冷却溶液の一般的な解決策になりつつある。これらのシステムは、効率的な低速液体循環ポンプと、より単純な熱交換器及び/又はラジエーターシステムに置き換えられる。
液浸冷却で使用される温度は、浸漬される装置が確実に作動できる最高温度によって決定される。サーバについては、この温度範囲は典型的には15~65℃であるが、場合によってはこの範囲は75℃まで広げられる。
浸漬冷却の現在の商業的用途は、コモディティサーバ冷却、サーバクラスター、HPCCアプリケーション、及びビットコインマイニング、並びに主流のクラウドベース及びウェブホスティングアーキテクチャのためのデータセンター指向のソリューションに及ぶ。液浸冷却は、LED、レーザー、X線装置、及び磁気共鳴撮像装置に関連するコンピューティング機器の熱管理においても使用される。
本発明の方法は、単相浸漬冷却及び二相浸漬冷却の両方に適している。単相浸漬冷却システムでは、サーバは誘電性流体の槽に浸漬される。熱は、電子部品との直接接触を介してこの液体に伝達される。この流体は、通常、恒温槽に特有の再循環システムを通して、一定温度に維持される。程度の差はあるが、流体の瞬間温度及び各瞬間の流体温度を最適化するサーバの温度を制御するために、精巧な制御システムが存在し得る。
二相浸漬冷却は、Allied Control及び他の数社が販売している技術であり、これは密閉タンク内の電子デバイスを誘電性流体の浴に沈めることを含む。この誘電性流体は、浴を設定することができる目標温度に対応する沸点を有している。電子デバイスが誘電性流体の沸点まで加熱されると、流体は熱が差し引かれた蒸気に変化する。その後、蒸気は浴の上に配置された蓋又はコイルコンデンサーで凝縮し、浴内で再び析出する。このタイプの設計は、誘電性流体の再循環を必要とせず、より多くの電子デバイスを小さな空間に収容できるため、特に高く評価されている。
一般式(I)に係る本発明の化合物のうちのいくつかは、40℃から90℃の間の沸点を有するため(以下の実施例の実験の項を参照)、二相浸漬冷却において特に利用することができる。
さらに、コンピュータ機器の冷却の分野では、本発明の方法は、熱交換流体が閉鎖系で循環され、熱伝導性材料(「モジュールループ」の名称でEbullientにより製造されたサーバ冷却溶液など)のプレートを介してプロセッサと熱的に接触する非浸漬冷却システムにおいても使用することができる。漏れのリスクが常に存在し、導電性液体が電子機器に破壊的な影響を与える可能性があることから、誘電性流体の使用はいずれにせよ有益である。
本発明の方法は、例えば半導体デバイスの製造中の温度制御が非常に重要である半導体産業においても有用な場合がある。この場合、伝熱流体と熱を交換する物体は半導体デバイスである。温度制御装置(TCU)は、全て、半導体デバイスの製作のための生産ラインに沿って用いられ、ウェハーエッチング及び堆積プロセス、イオン注入並びにリソグラフィックプロセスのような工程中に望ましくない熱を除去するために伝熱流体を使用する。伝熱流体は、典型的には、温度制御を必要とするウェハー取付台及び各プロセスツールを通して循環させられ、それ自体の個別のTCUを有する。
TCUを含む特に重要ないくつかのツールは、シリコンウェーハエッチャー、ステッパー、及びアッシャーである。エッチングは、70℃~150℃の範囲の温度で反応性プラズマを使用して行われ、プラズマ処理中、ウェハーの温度は温度範囲全体で精密に制御されなければならない。プラズマ処理の後、エッチングされた部品は、通常、エッチングされた部品を除去する溶剤に浸漬される。この2番目の工程は、中程度の温度又は周囲温度で行われるため、通常、温度制御は必要ではない。本願において「エッチャー」という時には、高温でプラズマ処理を行う装置であって、したがってTCUを必要とする装置を指す。
ステッパーは、網線を形成するためのウェハーのフォトリソグラフィーに使用され、それらは、次いで感光性マスクを露光するために使用される。このプロセスは、40℃~80℃の温度で実施されるが、温度制御は、良好な結果を確保するためにプロセスに沿ってウェハーが精密な固定温度(±0.2℃)に維持される必要があるので極めて重要である。
アッシングは、感光性マスクがウェハーから除去される40℃~150℃の温度で行われるプロセスである。システムはプラズマを使用し、ここでもまた、精密な温度制御は特に重要である。
別の関連プロセスは、酸化ケイ素、炭化ケイ素及び/又は窒化ケイ素の膜がチャンバー内でウェハー上に成長するプラズマ強化化学蒸着(PECVD)である。この場合にもまた、この工程が行われる温度は50℃~150℃の範囲で選択することができるが、蒸着プロセスの間中、ウェハーは、選択された温度で一様に保たれなければならない。
半導体デバイス製造施設において、典型的には、各エッチャー、アッシャー、ステッパー及びプラズマ強化化学蒸着(PECVD)チャンバーは、伝熱流体が再循環される、独自のTCUを有する。
伝熱流体が半導体デバイスの製造に使用される別のプロセス工程は、気相リフロー(VPR)はんだ付けである。これは、表面実装デバイス、マルチチップモジュール及びハイブリッド構成要素を回路基板に結び付けるために用いられる最も一般的な方法である。この方法において、はんだ付け材料はペースト形態で適用され、そのとき半導体デバイス、例えば未完成回路基板は、その気相と平衡にあるその沸点での伝熱流体が入った密閉チャンバー中に置かれる。気相の流体は、熱をはんだ付けペーストに伝え、ペーストはそのとき溶融し、接点を安定させる。この場合に、流体は、回路基板と直接接触するので、流体は、誘電性で且つ非腐食性でなければならない。この用途のために、伝熱流体は、はんだ付けペーストを溶融させるのに十分な沸点を有する組成物を含むことが重要である。
多くの半導体デバイスの製造プロセスの重要な部分である別のシステムは、熱衝撃試験である。熱衝撃試験において、半導体デバイスは、2つの非常に異なる温度で試験される。異なる標準が存在するが、一般に、試験は、半導体デバイスを高温及び低温にし、次いでデバイスの物理的及び電子的特性を試験することにある。典型的には、試験される半導体デバイスは、高温浴(それは、60℃~250℃の温度にあることができる)及び低温浴(それは、典型的には-10℃~-100℃の温度にあることができる)に交互に直接浸漬される。2つの浴間の転送時間は、一般的には10秒未満の、最小限にされなければならない。またこの試験において、浴を構成する流体はデバイスと直接接触し、それ故、誘電性で、且つ、非腐食性でなければならない。加えて、浴の汚染を回避するために、同じ流体が低温浴に及び高温浴に両方で使用されることが非常に好ましい。それ故、広範囲の温度で液体として存在する伝熱流体が好ましい。
半導体デバイスの製造で使用するための伝熱流体は、典型的には、誘電性であり、非腐食性であり、且つ、それらを容易にポンプ送液可能にする比較的低い粘度を持った、広い温度範囲において液体状態で存在する液体である。
本発明の方法は、半導体デバイスが伝熱流体と熱交換することを必要とする半導体デバイスの製造の工程全てで使用することができる。エッチャー、アッシャー、ステッパー及びプラズマ強化化学蒸着(PECVD)チャンバーなどの半導体処理装置を用いる場合に特に、これらの装置のそれぞれは、精密な温度制御及び/又は放熱を必要とし、それ故、それらは、本発明の方法の選択された伝熱流体を含むことができる温度制御装置(TCU)を装備している。
加えて、半導体デバイス製造の不可欠な部分である熱衝撃試験では、試験に合格したデバイスのみがさらに処理されるため、半導体デバイスは、伝熱流体で作られた少なくとも2つの浴(典型的には-10~-100℃の温度の低温浴と典型的には60℃~250℃の温度の高温浴)を使用して冷却及び加熱される。有利には、本発明の方法を使用して、浴のための伝熱流体を構成する適切な一般式(I)による化合物又は化合物のブレンドを選択することができる。好ましくは、伝熱流体は、流体が液体状態である広い温度範囲のおかげで両方の浴で同じ伝熱流体を使用できるように選択されるべきであり、その結果、浴の相互汚染のリスクがない。
本発明の方法は、また、気相はんだ付けにおいて用途を見出すことができ、実際に、本発明の方法の選択された伝熱流体は、はんだ付けペーストの沸点に沿った沸点を有するように調合することができ、その結果さらに「硬化させられ」なければならないはんだ付けペーストを含む半導体デバイスを、その加熱された気相と平衡にあるその沸点での本発明の方法の選択された伝熱流体を含有する密閉チャンバーに導入することができる。加熱された蒸気は、半導体デバイスに熱を伝え、それによってはんだ付けペーストを溶融させ、それ故必要に応じて接点を固定するであろう。この用途のためには、一般式(I)による高沸点化合物を伝熱流体において使用する必要がある。
追加の利点は、全体の半導体デバイス製造施設にわたってただ一つの伝熱流体の使用を潜在的に可能にする、ただ一つの伝熱流体を多数の用途に使用できることである。
本発明の方法が有用な可能性がある別の分野は、バッテリー、特に自動車、路面電車、列車などの車両用電池などの再充電可能なバッテリーの熱管理である。
最近、全業界において、再充電可能なバッテリーの分野での開発の大部分は、異なるタイプのリチウム塩をベースとするリチウムイオン系バッテリーに焦点を当てている。リチウムマンガン酸化物、リチウム鉄リン酸塩及びリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物をベースとするバッテリーは、例えば、車両、電動工具、電動自転車等に応用されている。リチウムコバルト酸化物をベースとするバッテリーは、典型的には、携帯電話、ポータブルコンピュータ及びカメラなど、より小さいサイズであり、且つそれほど集約的でない用途において使用される。リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物及びリチウムチタン酸塩をベースとするバッテリーは、電動パワートレイン及びグリッドストレージなど、高い電力及び/又は容量を必要とする用途において検討されている。当然のことながら、リチウムイオン系バッテリーの領域外の新技術も探求されており、絶えず開発されている。本発明の方法は、特定のバッテリー技術に関連付けられておらず、現在及び次世代の両方のバッテリーシステムに適用可能である。
従来の電力システムと異なり、バッテリー及び特に再充電可能なバッテリーは、それらの運転環境のための厳しい要件を有する。バッテリーは、比較的狭い温度範囲内の最良の条件で動作する傾向がある。
一般的に、低い温度は、バッテリーの化学的特性に影響を与え、反応速度を緩慢にし、したがって充電又は放電時に電気の流れを低下させる。高い温度は、反応速度を増加させると共に、同時にまたエネルギー散逸を増加させ、したがってさらに一層過剰な熱を生成し、場合により温度の制御されていない上昇を引き起こし、セルに対して不可逆的な損傷をもたらし得る。典型的なLiイオンバッテリーでは、その構造物の一部のみでも80℃を超える温度は、バッテリーのさらなる温度上昇を引き起こす発熱化学反応を開始し得、最終的にバッテリーの完全な破壊をもたらし、火災及び爆発の危険がある。
他方では、バッテリーの実際の適用は、はるかにより広い温度範囲でそれらが効率的であることを必要とする。例えば、車両のバッテリーは、人々がそれらを使用することが予想される任意の環境において適切に機能する必要があり、そのため、それらは、-20℃~+40℃以上の温度範囲において動作する必要がある。それに加えて、バッテリーの充電及び放電サイクルは、バッテリー自体において熱を生成し得、バッテリーを許容範囲の温度範囲内に維持することをより一層難しくする。
典型的なLiイオンバッテリーの表示数字は、使用可能な範囲が通常-20℃~60℃であるが、良好な電力出力は0℃~40℃で得られるにすぎず、ここで、最適な性能は、20℃~40℃で得られるにすぎないことを示す。また、温度は、バッテリーの持続時間に影響を与え、実際、消耗したと考えられるまでバッテリーが耐えることができる充電/放電サイクル数は、10℃未満においてアノードめっきのために、且つ60℃超において電極材料の劣化のために急速に低下する。最適な性能のための温度範囲は、異なるバッテリー化学及び構造のために異なり得るが、しかしながら、全ての現在の商用バッテリーは、それらの性能が最適である比較的狭い温度領域を共有する。バッテリー全体は、その寿命及び安全性を低下させ得るため、高温又は低温領域を有さずに同じ温度に均一に保持されることを確実にすることが一般的に同じく重要である。
この理由のため、特にバッテリーの安全性、信頼性及び寿命が重要な関心の対象であるとき、バッテリー熱管理システム(BTMS)を商用バッテリー組立体内に組み込むことが現在では通例である。これらのBTMSは、バッテリーのタイプに応じて、程度の差はあっても複雑であり得るが、しかしながら、1つの共通の要素は、バッテリーと熱を交換し、したがってそれを加熱又は冷却するガス又は液体などの伝熱流体の存在である。
したがって、バッテリー熱管理システム(BTMS)は、車両のバッテリーなど、高い電力及び高い信頼性を必要とする用途において特に非常に重要である。BTMSは、用途に応じて、程度の差はあっても複雑であり得るが、各々のBTMSは、バッテリーと熱を交換する伝熱流体を典型的に使用して、その温度が非常に高い場合にバッテリーを冷却する機能を、その温度が非常に低い場合にバッテリーを加熱する機能を少なくとも有する。BTMSの他の一般的な特徴は、バッテリー温度への外部環境の影響を低減するための絶縁システム及びバッテリーパック内に生じ得る危険ガスを散逸させることを促進する換気システムである。しかしながら、本発明の方法は、具体的には、BTMSの熱交換機能に関し、任意のBTMSに容易に適用され得、他の機能及び特徴を組み込むことができる。
液体は、より大きい熱量をガスよりも急速に移動させることができるため、液体を伝熱流体として使用するBTMSが一般的である。典型的には、流体は、バッテリー並びに流体を所望の温度に加熱及び/又は冷却する機能を有する第2のシステムと熱接触している密閉システム内でポンプによって循環される。この第2のシステムは、冷却システムと加熱システムとの任意の組合せを含むことができるか、又はヒートポンプ内で加熱機能と冷却機能とを組み合わせることができる。循環流体は、熱をバッテリーから吸収するか又は熱をバッテリーに放出し、次いで、それは、前記第2のシステム内で循環され、流体を所望の温度に戻す。流体のその温度と、各瞬間の流体の温度を最適化するバッテリーの温度とを制御する、程度の差はあるが、精巧な制御システムが存在し得る。
いくつかのシステムにおいて、システム内で循環される流体は、したがって、その中に浸漬されるバッテリーセルと直接接触することができる。これらの場合、明らかに、流体は、バッテリーセル及びそれらの電子部品を保護するために誘電性でなければならない。他の場合伝熱流体は、例えば、金属又は他の熱伝導性材料から製造される熱交換プレートによる間接的接触によって単に熱を交換する別個の密閉システム内で循環される。密閉システムは、いずれにしても漏れの危険が高いため、誘電性流体は、このタイプのシステム内でも有利であり得る。
特に高出力バッテリーについては、流体、特に液体に基づく熱管理システムが使用されており、本発明の方法は、低下したGWP100における改善された熱管理を提供する。
列挙された用途を超えて、本発明の方法は、任意の熱交換方法、例えば航空機、車両、又は船の基板上のものを含む加熱又は冷却コンパートメント(例えば食品コンパートメント)、工業生産設備の加熱又は冷却、作動中のバッテリーの加熱又は冷却、サーモスタット浴の形成のための、熱交換方法にも適合させることができる。
序論で言及したように、これらの分野で使用される伝熱流体には、フルオロ化合物が含まれる。特にハイドロフルオロエーテルは、それらの化学的不活性、誘電性、それらが液体であり、且つ、ポンプ送液可能である(使用の温度で1~50cpsの粘度を典型的には有する)幅広いT範囲、低い可燃性及び比較的低いGWPのために、これらの分野において用途が見出されている。
これらの分野での使用のための市販のハイドロフルオロエーテルは、例えば、全てのこれらの特性を約70~300の比較的低いGWP100と組み合わせている3MのNovec(商標)シリーズからのものである。
さらに、GWPは、規制環境に起因して近年の重要な特性でもあり、そのため、現在商業化されているハイドロフルオロエーテルよりもさらに低いGWPを有する新しい熱交換流体を開発することが常に求められている。
本出願人は、意外にも、本発明の方法に用いられる伝熱流体が、不燃性であり、効率的な伝熱を提供し、幅広い温度範囲にわたって使用することができ、且つ、伝熱流体として商業化された他の材料に対して等しい又は改善された誘電特性及び温度特性を有することを見出した。意外にも、本発明に使用される伝熱流体は、それが実験の部において下に示されるように、一般に30よりも低い及びいくつかの材料については3よりもさらに低い、極めて低いGWP100を有する。これは、特に予想外の結果であり、実際に、上で引用されたHodnebrog et.al.などの先のレビューは、フッ素化ビニルエーテル化合物を低いGWP化合物として研究又は提案しなかった。
それ故、一般式(I)に従ったこれらの選択された化合物を使用して、30未満、好ましくは10未満、さらに好ましくは5未満のGWP100値を有する伝熱流体を調合することができる。本発明による伝熱流体は、また、低い毒性も有し、全体範囲にわたって良好な伝熱特性及び比較的低い粘度を示す。また、本発明の流体は、優れた電気適合性を有する、すなわち、それらは、非腐食性であり、高い絶縁耐力、高い体積抵抗率及び極性材料に対する低い溶解力を有する。本発明の流体の電気特性は、回路と直接接触したエレクトロニクス用の浸漬冷却システムで並びにループ及び/又は導電性プレートを使用する間接接触用途でそれらが使用できるようなものである。
本発明の方法での使用のための伝熱流体は、好ましくは5重量%超、より好ましくは50重量%超、さらに好ましくは90重量%超の上の式(I)に従った1種以上の化合物を含む。一実施形態において、伝熱流体は、上の一般式に従った1種以上の化合物から完全に構成される。
いくつかの実施形態において、本発明の伝熱流体は、式(I)に従った化合物のブレンドを含む。
本発明の方法は、伝熱流体を使用する任意の加熱及び/又は冷却システム、特に本明細書に例示されている全てのものに適用することができる。特に電子コンピューティング機器の温度制御のためには、電子回路基板が液体に直接浸漬されるそのような機器の浸漬冷却と、金属や金属合金などの熱伝導性材料のプレートなどの基板と熱を交換することができる冷却要素に流体が分配される分配システムの両方である。
他の用途は、バッテリー、特に例えば、車、路面電車、電車などの車両用の再充電可能なバッテリーの熱管理である。
エッチャー、アッシャー、ステッパー、及びPECVDチャンバー用の温度制御ユニット(TCU)、熱衝撃試験用の恒温槽、及び気相はんだ付けなどの、熱交換の対象が半導体デバイスである半導体産業において、さらなる用途が見出される。
別の態様では、本発明は、電子コンピューティング機器と、一般式(I)を有する1種以上の化合物を含む伝熱流体とを含む装置も包含する。
さらなる態様では、本発明は、バッテリー、好ましくは充電式バッテリーと、前記バッテリーの熱管理システムとを含む装置であって、前記バッテリーの前記熱管理システムが前記バッテリーと熱を交換する伝熱流体を含み、前記伝熱流体が一般式(I)を有する1種以上の化合物を含む装置に関する。
参照により本明細書に組み込まれる任意の特許、特許出願及び刊行物の開示が用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合、本記載が優先するものとする。
本発明をこれから以下の実施例を参照してより詳細に説明するが、その目的は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
標準:
電気的特性の測定は、以下の基準に従って行った。
誘電率 - ASTM D924-15
比熱容量 - ASTM E1269
電気的特性の測定は、以下の基準に従って行った。
誘電率 - ASTM D924-15
比熱容量 - ASTM E1269
以下の化合物
比較A:CF3-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
比較B:CF3-O-CF2-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
について、可燃性をテストした(どちらも可燃性ではなく、不燃性であることが判明した)。また、熱特性及び誘電特性を、他の市販のヒドロフルオロエーテル、及びSolvay Specialty Polymers Italy S.p.Aの国際PCT特許出願の欧州特許出願公開第2020/057121号明細書に記載のフッ素化ビニルエーテルDCTFME[1,2-ジクロロ-1-フルオロ-2-(トリフルオロメトキシ)-エテン]と比較して測定した。
比較A:CF3-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
比較B:CF3-O-CF2-CF2-O-CF2-O-CF=CF2
について、可燃性をテストした(どちらも可燃性ではなく、不燃性であることが判明した)。また、熱特性及び誘電特性を、他の市販のヒドロフルオロエーテル、及びSolvay Specialty Polymers Italy S.p.Aの国際PCT特許出願の欧州特許出願公開第2020/057121号明細書に記載のフッ素化ビニルエーテルDCTFME[1,2-ジクロロ-1-フルオロ-2-(トリフルオロメトキシ)-エテン]と比較して測定した。
表1の結果は、本発明の化合物が、より効率的な熱伝達を保証する、顕著に良好な比熱容量を有することを示している。これは、その他の材料に見合う他の望ましい特性(不燃性、低GWP、及び非常に低い誘電率)と組み合わされる。これらの特性の組合せにより、本発明の材料は伝熱流体として特に適したものとなる。これらの化合物を含む伝熱流体は、電子計算機器、バッテリー又は半導体デバイスとの熱交換を含む、言及した全ての用途で使用することができる。
Claims (15)
- 伝熱流体を使用することを含む、物体と熱を交換するための方法であって、前記伝熱流体が下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む方法。 - 前記一般式(I)の1種以上の化合物が、前記伝熱流体の少なくとも5重量%、好ましくは50重量%超、より好ましくは90重量%超を構成する、請求項1に記載の方法。
- 前記伝熱流体が、30未満、好ましくは10未満、より好ましくは5未満の、HodnebrogらのReview of Gephisics,51/2013,p300-378において報告された方法に従って決定されるGWP100を有する、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記物体が電子コンピューティング機器である、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電子コンピューティング機器が1つ以上のサーバである、請求項4に記載の方法。
- 前記電子コンピューティング機器が1つ以上の電子回路基板を含み、前記方法が、前記電子回路基板を前記伝熱流体と直接接触させる工程を含む、請求項4又は5に記載の方法。
- 単相浸漬冷却の方法である、請求項4~6のいずれか一項に記載の方法。
- 二相浸漬冷却の方法である、請求項4~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記物体が、バッテリー、好ましくは再充電可能なバッテリー、より好ましくは再充電可能な車両のバッテリーである、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記物体が半導体デバイスである、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- エッチャー、アッシャー、ステッパー及びプラズマ強化化学蒸着(PECVD)チャンバーから選択される半導体処理装置の1つ以上を用いる、請求項10に記載の方法であって、前記半導体処理装置が、前記半導体デバイスと熱交換する少なくとも1つの温度制御装置(TCU)を含み、前記TCUが前記伝熱流体を含み、
前記伝熱流体が下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む、方法。 - 請求項10に記載の方法であって、前記方法が、半導体デバイスの熱衝撃試験方法であり、任意の順に:
i.伝熱流体で作られた第1の浴を用いて、前記半導体デバイスを-10℃~-100℃に含まれる温度に冷却することと、
ii.前記伝熱流体で作られた第2の浴を用いて、前記半導体を60℃~250℃に含まれる温度に加熱することと、
を含み、
前記第1及び第2の浴の1つ又は好ましくは両方が、下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む伝熱流体で作られている、方法。 - 請求項10に記載の方法であって、前記方法が、半導体デバイスの気相はんだ付け方法であり、
i.はんだ付けペーストを含む半導体デバイスを提供すること、
ii.伝熱流体をその沸点で含む密閉チャンバーを、前記伝熱流体の加熱された蒸気が前記密閉チャンバー内に生成されるように提供すること、
iii.前記半導体デバイスを、前記伝熱流体の前記蒸気と接触させて、前記密閉チャンバーに導入し、それによって前記加熱された蒸気との接触により前記はんだ付けペーストを溶融させること、
を含み、
前記伝熱流体が、下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む、方法。 - 電子コンピューティング機器と伝熱流体とを含む装置であって、前記伝熱流体が下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む、方法。 - バッテリー、好ましくは再充電可能なバッテリーと、前記バッテリーのための熱管理システムであって、熱を前記バッテリーと交換する伝熱流体を含む熱管理システムとを含む装置であって、前記伝熱流体が下記一般式:
Rf-O-CF2-O-CX=CYZ (I)
(式中、
- Rfは、部分的又は完全にフッ素化されていてもよい任意のC2~C6の直鎖若しくは分岐の、又はC5C6の環状の飽和炭素鎖であってよく、及び、存在する場合は全てがエーテル結合に関与する0~5個の炭素原子を含んでいてもよく、
- X、Y、及びZは、X、Y、又はZのうちの少なくとも1つがハロゲンであることを条件として、ハロゲン又は水素から独立して選択することができる)
を有する1種以上の化合物を含む、方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP20193274 | 2020-08-28 | ||
EP20193274.6 | 2020-08-28 | ||
PCT/EP2021/073287 WO2022043268A1 (en) | 2020-08-28 | 2021-08-23 | Heat exchange method using fluorinated vinylethers having a low gwp |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023540030A true JP2023540030A (ja) | 2023-09-21 |
Family
ID=72290856
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023513288A Pending JP2023540030A (ja) | 2020-08-28 | 2021-08-23 | 低いgwpを有するフッ素化ビニルエーテルを使用する熱交換方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230323180A1 (ja) |
EP (1) | EP4204512A1 (ja) |
JP (1) | JP2023540030A (ja) |
KR (1) | KR20230057367A (ja) |
WO (1) | WO2022043268A1 (ja) |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3142878B2 (ja) | 1995-10-20 | 2001-03-07 | ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー | 低温冷媒としてのヒドロフルオロエーテル |
US6255536B1 (en) | 1999-12-22 | 2001-07-03 | Dyneon Llc | Fluorine containing vinyl ethers |
IT1318488B1 (it) * | 2000-04-21 | 2003-08-25 | Ausimont Spa | Fluorovinileteri e polimeri da essi ottenibili. |
ITMI20050817A1 (it) | 2005-05-05 | 2006-11-06 | Solvay Solexis Spa | Processo di dealogenazione |
US7176331B2 (en) | 2005-06-30 | 2007-02-13 | 3M Innovative Properties Company | Method of making fluorinated vinyl ethers |
CN103834365B (zh) | 2006-01-13 | 2017-01-11 | 纳幕尔杜邦公司 | 包含全氟聚醚的制冷剂添加剂组合物 |
ITMI20060381A1 (it) | 2006-03-02 | 2007-09-03 | Solvay Solexis Spa | Fluidi di scambio termico |
WO2010034698A1 (en) | 2008-09-26 | 2010-04-01 | Solvay Solexis S.P.A. | Method for transferring heat |
JP5921577B2 (ja) | 2011-02-04 | 2016-05-24 | ソルヴェイ・スペシャルティ・ポリマーズ・イタリー・エッセ・ピ・ア | パーフルオロビニルエーテルの製造方法 |
KR20200096927A (ko) * | 2017-12-13 | 2020-08-14 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 퍼플루오르화 1-알콕시프로펜, 조성물, 및 이를 사용하기 위한 방법 및 장치 |
-
2021
- 2021-08-23 JP JP2023513288A patent/JP2023540030A/ja active Pending
- 2021-08-23 US US18/043,277 patent/US20230323180A1/en active Pending
- 2021-08-23 EP EP21766610.6A patent/EP4204512A1/en active Pending
- 2021-08-23 WO PCT/EP2021/073287 patent/WO2022043268A1/en unknown
- 2021-08-23 KR KR1020237006504A patent/KR20230057367A/ko active Search and Examination
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230323180A1 (en) | 2023-10-12 |
WO2022043268A1 (en) | 2022-03-03 |
KR20230057367A (ko) | 2023-04-28 |
EP4204512A1 (en) | 2023-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113272402B (zh) | 1,2,2-三氟-1-三氟甲基环丁烷(tfmcb)的共沸物或类共沸物组合物及其应用 | |
WO2020127771A1 (en) | Heat exchange method using fluorinated compounds having a low gwp | |
JP2021522383A (ja) | フルオロスルホン | |
EP4417023A1 (en) | Methods of immersion cooling with low-gwp fluids in immersion cooling systems | |
US20220235255A1 (en) | Fluorine substituted unsymmetrical ethers, and compositions, methods and uses including same | |
JP7546649B2 (ja) | 低いgwpを有するフッ素化化合物を使用する熱交換方法 | |
CN113614200B (zh) | 使用具有低gwp的氟化化合物的热交换方法 | |
JP2023540030A (ja) | 低いgwpを有するフッ素化ビニルエーテルを使用する熱交換方法 | |
CN111793475B (zh) | 一种热传递装置及方法 | |
WO2024056187A1 (en) | Heat exchange method using low gwp fluids | |
WO2024056188A1 (en) | Fluorinated nitro compounds having a low global warming potential | |
EP3900102B1 (en) | Method for exchanging heat with a battery using fluorinated compounds having a low gwp | |
US20240279520A1 (en) | Fluorine substituted ethers and compositions, methods and uses including same | |
WO2024081394A1 (en) | Compositions comprising fluorine substituted ethers and methods and uses including same | |
JP7470693B2 (ja) | 低いgwpを有するフッ素化化合物を含む伝熱流体を使用する半導体デバイスの製造方法 | |
WO2024132664A1 (en) | Use of hydrofluoroethers in heat transfer applications | |
CN116806250A (zh) | 氟取代的不对称醚以及包含其的组合物、方法和用途 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240723 |