KR20220002631A - 친환경 히트 파이프 작동 유체 - Google Patents

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KR20220002631A
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즈카이 구오
셩 자오
홍셩 어우양
훼이어 양
화펑 순
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샤 루오
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Abstract

본 발명은 중력 히트 파이프를 제공하며, 상기 중력 히트 파이프의 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234ze(E), HFO-1336mzz(Z), HFO-1336mzz(E), HFO-1224yd(Z), HFO-1233zd(E) 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 이 히트 파이프는 친환경이고, 냉각 성능이 좋고, 제조 비용이 낮은 등의 장점이 있으며, 통신 기지국, 서버 또는 데이터 센터의 냉각에 적용된다.

Description

친환경 히트 파이프 작동 유체
본 발명은 냉각 매체와 관련되며, 특히 중력 히트 파이프의 냉각 매체에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안 인터넷 산업의 비약적인 발전과 함께 인터넷 데이터 센터(IDC)가 빠르게 성장하고 IDC 시장 수요가 빠르게 증가하고 있다. 2016년 중국의 IDC 시장 규모는 714.5억 위안에 이르렀고, 2019년에는 중국의 IDC 시장 규모가 1,800억 위안에 이를 것으로 예상된다. 데이터 센터의 에너지 소비량도 급격히 증가하고 있는데, 2016년 중국 데이터 센터의 전력소비량은 1,000억 kWh를 넘어 전체 삼협발전소의 연간 발전용량(900억 kWh)을 초과하였고, 국가 전체 전력 소비량의 1%를 차지했고, 세계 전체 전력 소비량의 2%에 도달했다.
IDC의 에너지 소비는 IT 장치, 냉동 장치, 배전 시스템 및 기타 보조 장치를 포함하며, 그 중 냉동 장치의 에너지 소비는 IDC 전체 에너지 소비의 40%를 차지한다. 따라서 에너지 절약형 냉동 기술을 사용하여 데이터 센터의 PUE 값을 줄이는 것이 필요하며 이는 아국의 녹색 및 에너지 절약형 데이터 센터를 구축하는 효과적인 방법 중 하나이다. 냉동 장치의 경우, 전통적인 정밀 에어컨은 낮은 에너지 활용도와 불균일한 기류 분포의 문제가 있으며, 발열량의 증가와 열 밀도의 급격한 상승으로 인해 서버 캐비닛의 방열 요구 사항을 충족할 수 없다.
중력 히트 파이프는 냉각 효과가 좋고 에너지 소비가 적은 에너지 절약 및 배출 감소의 냉각 장치다. 중력 히트 파이프는 액체 상태와 기체 상태의 작동 유체를 동시에 포함하는 일종의 밀봉 파이프이다. 액체 상태의 작동 유체는 증발 영역의 잠열을 흡수하여 기체 상태로 변환되고, 기체는 응축 영역으로 들어가 잠열을 방출하면서 액체 상태의 작동 유체로 변환되며 액체 상태 작동 유체는 중력에 의존하여 증발 영역으로 돌아가 사이클을 완료한다. 일반적으로 중력 히트 파이프의 크기는 작아서 랙 후면에 설치하거나 기지국의 측면 패널로 사용할 수 있다. 중력 히트 파이프는 일대일 냉각을 실현하여 국부적 과열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 장치의 활용률을 향상시킬 수 있다.
0-100°C의 작동 온도 범위에서 중력 히트 파이프에 일반적으로 사용되는 작동 유체에는 물, 암모니아, 메탄올, 아세톤, HCFC-22, HFC-134a, R410a 등이 포함된다. 안전 및 환경 보호 요구 사항 측면에서, 이러한 작동 유체에는 극복할 수 없는 단점이 있다. 예를 들어, 물의 시작 온도는 높고 장치는 잠재적인 누출을 방지하기 위해 잘 보호되어야 하며; 암모니아수는 자극이 강하고 누출되면 중독을 일으킬 수 있으며; 메탄올과 아세톤은 가연성 화합물이므로 대규모 사용에는 적합하지 않으며; HCFC-22는 오존층을 파괴할 수 있고, 지구 온난화 지수(GWP)가 1810이며; HFC-134a 및 R410a는 오존층을 파괴하지는 않지만 GWP 값이 1300 이상에 도달하고, 시스템 압력이 높아 제조 비용이 높다.
현재 HFC-245fa는 중력 히트 파이프의 작동 유체에 대한 안전하고 실현 가능한 대안으로, 불연성이고 시스템 압력이 낮아 관련 응용 분야의 요구를 충족할 수 있다. 그러나 HFC-245fa는 GWP 값이 1050으로, 향후 대체될 수 있다. 따라서 HFC-245fa를 대체하여 히트 파이프의 냉각에 사용할 친환경 중력 히트 파이프 작동 유체의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 중력 히트 파이프 냉각을 위한 중력 히트 파이프 작동 유체를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예는 중력 히트 파이프와 관련되며, 상기 중력 히트 파이프의 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234ze(E), HFO-1234yf, HFO-1336mzz(Z), HFO-1336mzz(E), HFO-1224yd(Z), HFO-1233zd(E) 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 바람직한 실시 방안에서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234yf, HFO-1233zd(E), HFO-1336mzz(E), HFO-1224yd(Z) 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 더욱 바람직한 실시 방안에서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z)이다.
HFO-1234ze(Z) (즉, cis-1,3,3,3-tetrafluoropropene)의 분자식은 CHFCHCF3, 분자량은 114.04, 표준 끓는점은 9.72°C, 임계 온도는 150.12°, 임계 압력은 3.53 MPa이다.
본 발명은 중력 히트 파이프 작동 유체를 사용하는 방법을 제공하며, 상기 중력 히트 파이프는 HFO-1234ze(Z)를 포함하는 작동 유체를 사용한다.
바람직한 실시예에서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z)로만 구성된다.
바람직한 실시예에서, 상기 중력 히트 파이프는 0℃내지 100℃의 온도에서 작동한다.
본 발명의 작동 유체는 원래 HFC-245fa, HFC-134a 또는 R410a를 작동 유체로 사용하도록 설계된 중력 히트 파이프를 직접 교체하기에 적합하다.
본 발명의 중력 히트 파이프 장치는 증발부와 응축부가 분리된 설계를 채택하고, 증발부와 응축부는 파이프 통로로 연결된다. 본 발명의 중력 히트 파이프 장치는 장거리 열전달을 실현할 수 있으며, 다양한 규모의 IDC의 냉각 요구 사항을 충족시키기 위해 수요에 따라 열교환 면적 비율을 조정할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 중력 히트 파이프는 평판형 중력 히트 파이프이다.
본 발명의 중력 히트 파이프 장치는 컴퓨터, 통신 기지국, 서버 또는 데이터 센터와 같은 전자 장치를 냉각하는데 특히 적합하다.
본 발명의 중력 히트 파이프(즉, 열사이펀)의 작동 유체 기준 번호 M'의 구체적인 표현은 다음과 같다:
Figure pct00001
여기서, 기준 번호 M'의 차원은
Figure pct00002
이고, 여기서 L은 기화 잠열, 단위 kJ/kg; ρl은 포화 액체 밀도, 단위 kg/m3; k　l는 포화 액체 열전도율, 단위 W/(m·K); μl는 유체 역학적 점도, 단위 Pa·s이다.
본 발명의 중력 히트 파이프 작동 유체의 ODP값은 CFC-11을 기준값 1.0으로 테스트하여 구한 것이며, GWP값은 CO2를 기준값 1.0(100년)으로 하여 구한 것이다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명의 중력 히트 파이프 작동 유체는 다음과 같은 장점이 있다:
(1) ODP 값이 0이고 GWP 값이 <1인 우수한 환경 성능을 갖는다;
(2) 열전달 성능이 우수하고, 반응 열 물리 및 열 전달의 포괄적인 성능을 나타내는 작동 유체 기준 번호 M'이 현재 IDC 냉각에 선호되는 작동 유체인 HFC-245fa보다 높다;
(3) 0℃℃의 작동 온도 범위에서 열교환 성능이 좋고 포화 증기압이 낮아 이 작동 유체를 사용하는 시스템의 제조 비용을 절감할 수 있다;
(4) 안정성이 좋고, 안전성이 높다.
도1은 0℃-100℃의 온도 범위에서 중력 히트 파이프 작동 유체의 포화 증기압이다.
도 2는 0℃-100℃의 온도 범위에서 중력 히트 파이프의 작동 유체의 기준 번호 M'이다.
도 3은 중력 히트 파이프 장치의 공정 흐름 개념도이다.
이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 더 설명하지만, 본 발명은 이들의 구체적인 실시 방식에 의해 한정되는 것은 아니다. 당업자는 본 발명이 청구범위에 포함될 수 있는 모든 대안, 개선 및 균등물을 포함한다는 것을 인식해야 한다.
본 발명의 실시예는 히트 파이프(예를 들어, 중력 히트 파이프)의 작동 유체, 특히 컴퓨터, 통신 기지국, 서버 또는 인터넷 데이터 센터(IDC)와 같은 전자 장치를 냉각하기 위한 작동 유체에 관한 것이다. 히트 파이프는 작동 유체의 상변화(예: 액상과 기상 사이의 상변화)를 사용하여 열을 한 영역에서 다른 영역으로 전달한다. 히트 파이프의 정상적인 작동에는 포화된 작동 유체가 필요하며, 작동 유체는 증발 영역에서 잠열(증발열)을 흡수하여 액체 상태에서 기체 상태로 증발하고, 응축 영역에서 기체 상태에서 액체 상태로 응축되어 잠열을 방출한다.
히트 파이프는 포화 조건에서 작동하기 때문에(즉, 히트 파이프에서 액상과 기상이 공존), 작동 유체를 선택할 때 고려해야 할 첫 번째 요소는 작동 온도 범위이며, 작동 온도 범위는 작동 유체의 3배의 어는점과 임계점 사이이다. 실제로, 주어진 유체의 작동 온도 범위는 상대적으로 작다. 그 이유는 히트 파이프가 전달할 수 있는 열이 어는점과 임계 온도에 가까워지면 급격히 떨어지기 때문이다. 작동 온도가 너무 높으면 작동 유체가 응축되지 않을 수 있으며; 그러나 작동 온도가 너무 낮으면 작동 유체가 증발할 수 없다. 예를 들어 IDC의 응용과 같은 전자 장치 냉각의 경우, 작동 온도 범위는 일반적으로 0°C ~ 150°C, 더 일반적으로 0°C ~ 100°C이다.
많은 잠재적 작동 유체가 이 온도 범위에서 기능할 수 있으며, 작동 유체의 올바른 선택은 작동 유체의 특성과 관련된 많은 요인에 따라 달라진다.
기후 변화는 시급한 문제이며, 어떤 작동 유체도 환경에 미치는 영향이 거의 발생하지 않아야 한다. 즉, 오존 파괴 지수(ODP)가 0이고, 지구 온실 지수(GWP)가 낮아야 한다. ODP 및 GWP 값을 기반으로 몇 가지 후보 작동 유체가 표 1에 나와 있다. 표 1에서 모든 작동 유체의 ODP 값은 낮거나 0임을 알 수 있다. 일부 작동 유체는 GWP 값이 더 높고 일부 작동 유체는 GWP 값이 더 낮다. 환경 요인을 고려하여 요구 사항을 충족하는 작동 유체는 HFO-1234yf, HFO-1234ze(Z), HFO-1234ze(E), HFO-1233zd(E), HCFO-1224yd(Z), HFO- 1336mzz(Z), HFO-1336mzz(E) 및 일부 이들의 혼합 작동 유체를 포함한다.
표 1은 다양한 작동 유체의 ODP 및 GWP 값을 나타낸다.
작동 유체 ODP GWP
HFC-134a 0 1430
R410a 0 2100
HCFC-22 0.05 1810
HFC-245fa 0 1050
HFO-1234yf 0 <1
HFO-1234ze(Z) 0 <1
HFO-1234ze(E) 0 <1
HFO-1233zd(E) 0.00034 1
HCFO-1224yd(Z) 0.00012 <1
HFO-1336mzz(Z) 0 2
HFO-1336mzz(E) 0 7
히트 파이프는 작동 유체의 상변화(액체 및 기체)를 사용하여 열을 전달하므로, 작동 유체는 작동 온도 범위 내에서 충분한 열을 전도하기에 충분한 포화 증기압을 가져야 한다. 또한 작동 유체의 포화 증기압은 작동 범위에서 너무 높아서는 안 된다. 그렇지 않으면 파이프 쉘에 너무 높은 압력이 가해진다. 따라서 좋은 작동 유체는 작동 온도 범위 내에서 적절한 포화 증기압을 가져야 한다. 또한 온도에 따른 압력 변화가 너무 심하지 않아야 한다.
도 1은 다양한 온도에서 다양한 후보 작동 유체의 포화 증기압 곡선을 보여준다. 도 1에 도시된 바와 같이, 대부분의 작동 유체는 0-100°C의 작동 온도 범위 내에서 포화 증기압 요구 사항을 충족하며, 그 중 일부는 더 나은 압력-온도 상관 성능을 보인다. 예를 들어, 동일한 온도에서 HFO-1336mzz(E), HFO-1234ze(Z), HFO-1233zd(E), HCFO-1224yd(Z), HFO-1336mzz(E)의 포화 증기압은 HFC-245fa에 가깝다. 이러한 특성은 이들 작동 유체가 HFC-245fa를 대체할 수 있음을 보여주며, 이러한 작동 유체를 사용하여 HFC-245fa를 대체할 때 파이프 통로를 수정할 필요가 없다는 것을 의미한다.
한편, 동일한 온도에서 R410a, HCFC-22, HFC-134a, HFO-1234yf 및 HFO-1234ze(E)는 HFC-245fa보다 포화 증기압이 현저히 높으며, 압력과 온도 상관 관계도 더 높다. 이러한 특성은 이러한 작동 유체를 HFC-245fa를 대체하는 작동 유체로 사용할 수 없음을 의미하며, 그 중 R134a와 HFC-1234yf는 유사한 성질을 가지고 있어, HFC-1234yf는 R134a를 대체할 수 있다. 흥미롭게도, 트랜스 이성질체 HFO-1234ze(E)는 시스 이성질체 HFO-1234ze(Z)보다 포화 증기압과 온도 의존성이 더 높다.
더 나은 성질을 가진 작동 유체에는: HFO-1336mzz(E), HFO-1234ze(Z), HFC-245fa, HCFO-1224yd(Z), HFO-1233zd(E) 및 HFO-1336mzz(Z)가 포함되며, 100℃에서 이러한 작동 유체의 포화 증기압은 1.0MPa보다 낮거나 약간 높으며, HFO-1336mzz(E), HFO-1234ze(Z), HFC-245fa, HCFO-1224yd(Z), HFO-1233zd(E) 및 HFO-1336mzz(Z)의 포화 증기압이 낮아 파이프 쉘의 강도에 대한 요구 사항이 낮으므로, 시스템의 제조 비용이 절감된다. 더 중요한 것은 이러한 작동 유체의 증기압과 온도 상관 관계가 현재 가장 일반적으로 사용되는 히트 파이프 작동 유체인 HFC-245fa와 매우 유사하다는 것이다. 이러한 작동 유체의 유사한 압력-온도 분포는 이러한 작동 유체가 현재 히트 파이프 시스템에서 HFC-245fa에 대한 "대체물"이 될 수 있으며, 현재 시스템에 대한 변경이 없거나 약간만 있음을 나타낸다.
위의 고려 사항 외에도 작동 유체의 몇 가지 고유한 특성이 히트 파이프 작동 유체로서의 성능에 영향을 미친다. 예를 들어, 높은 액체 밀도와 높은 증발 잠열은 주어진 동력을 전달하는데 필요한 유체 유량(즉, 필요한 작동 유체의 양)을 줄이고 낮은 액체 점도는 액체의 압력 강하를 줄인다.
작동 유체의 이러한 특성을 고려하여 기준 번호(또는 기준 맵)를 사용하여 일련의 후보 작동 유체의 상대적 성능을 평가할 수 있다. 중력 히트 파이프(위크리스 히트 파이프 또는 열사이펀)의 경우, 기준 번호(M')는 다음과 같이 정의된다.
Figure pct00003
공식에서 기준 번호 M'의 차원은
Figure pct00004
이고, 여기서 L은 기화 잠열, 단위 kJ/kg; ρl은 포화 액체 밀도, 단위 kg/m3; μl는 유체 역학적 점도, 단위 Pa·s이다.
도 2는 15~95℃의 온도 범위에서 여러 후보 작동 유체의 기준 번호(M')를 나타낸다. 도에서 보는 바와 같이 HFO-1234ze(Z)의 온도 범위에서 기준 번호가 가장 높고, 심지어HFC-245fa 보다 높다. 따라서 HFO-1234ze(Z)는 현재의 히트 파이프 시스템에서 HFC-245fa를 대체하는 데 적합할 뿐만 아니라 HFC-245fa보다 높은 성능을 가지고 있다. 기준 번호가 더 높은 기타 작동 유체에는 HFO-1233ze(E), HFO-1224yd(Z), HFO-1336mzz(Z) 및 HFO-1234ze(E)가 포함된다. 이에 비해, 현대 자동차 냉각액인 HFO-1234ze(E)는 이 온도 범위에서 기준 번호가 다른 작동 유체에 비해 현저히 낮다. 흥미롭게도 이 온도 범위에서 시스 이성질체 HFO-1234ze(Z)의 장점은 트랜스 이성질체 HFO-1234ze(E)보다 훨씬 높다. 따라서 HFO-1234ze(z)는 더 낮은 압력-온도 의존성과 더 큰 기준 번호 때문에 HFO-1234ze(e)보다 더 나은 작동 유체가 될 것이다.
증발 잠열은 작동 유체가 상변화를 격을 때 단위 질량 당 열전달량(예를 들어, 증발 영역의 액상에서 기상으로)에 관한 것으로, 위의 기준 번호 공식에서 알 수 있듯이 작동 유체의 증발 잠열이 높을수록 그 기준 번호도 높아진다. 왜냐하면, 증발 잠열이 낮은 작동 유체에 비해 더 적은 작동 유체로 동일한 양의 열을 전달할 수 있기 때문에, 동일한 다른 조건에서는 잠열이 더 높은 작동 유체가 선호된다. 아래 표 2는 여러 작동 유체와 혼합 작동 유체의 증발 잠열을 보여준다.
표 2는 다양한 작동 유체의 증발 잠열을 나타낸다.
작동 유체 증발 잠열 23℃ (KJ/Kg)
HFC-245fa 192.4
HFO-1234ze(Z) 207.4
HFO-1336mzz(E) 160.00
HCFO-1233zd(E) 192.2
HFO-1234yf 147.0
HFO-1234ze(E) 168.4
HCFO-1224yd 164.9
HFO-1336mzz(Z) 169.4
R1234ze(Z)/R1336mzz(E)=80/20 199.0
R1234ze(Z)/R1336mzz(E)=20/80 169.6
R1234ze(Z)/R1224yd=90/10 202.3
R1234ze(Z)/R1224yd=10/90 168.1
R1234ze(Z)/R1233zd(E)=90/10 204.9
R1234ze(Z)/R1233zd(E)=10/90 192.7
R1233zd(E)/R1224yd=90/10 188.9
R1233zd(E)/R1224yd=10/90 167.0
R1336mzz(E)/R1224yd=90/10 188.9
R1336mzz(E)/R1224yd=10/90 165.3
위의 표 2에서 보는 바와 같이 여러 작동 유체의 증발 잠열이 높기 때문에 이러한 작동 유체를 사용하면 더 적은 양(질량)으로 동일한 열전달량을 얻을 수 있다.
본 발명의 작동 유체의 냉각 성능은 중력 히트 파이프 장치로 실험하며, 중력 히트 파이프 장치는 서로 밀접되고 독립적인 2개의 히트 파이프 시스템으로 구성되어 있다. 1개의 중력 히트 파이프 시스템은 비교용으로 HFC-245fa를 사용하고 다른 1개의 중력 히트 파이프 시스템은 테스트를 위해 본 발명에 관련된 작동 유체를 사용한다. 밀접된 시스템은 2개의 작동 유체를 명확하게 비교할 수 있고, 또한 단일 파이프의 중력 히트 파이프 시스템은 작동 유체 성능 테스트에도 사용된다. 2개 시스템의 테스트 결과는 모델링 및 계산을 위해 컴퓨터에 업로드된다.
중력 히트 파이프 장치의 공정 흐름도는 도 3에 도시되어 있다. 실험 중 히트 파이프 사이클 실험을 위해 내부 및 외부 백 플레이트를 동시에 오픈하였다.
실험조건: 실내 에어 입구 건구 온도는 35°C, 실내 에어 입구 습구 온도는 22°C 시험군(HFO-1234ze) 시스템과 대조군(HFC-245fa) 시스템의 경우, 공기 순환량은 동일하였고, 2개 시스템의 순환 수온도 일치하게 유지하였다(입구: 15°C, 출구: 20°C).
HFC-245fa와 비교하여, 작동 유체의 열 싸이클 성능 파라미터는 아래 표 3에 나와 있다. 동일한 진출구 수온에서 여러 후보 작동 유체의 열교환 용량 및 성능 계수는 HFC-245fa보다 우수하며 저온 통로 입구 영역의 온도는 18-27℃의 국가 표준 요구 사항을 충족하도록 유지될 수 있다.
표 3은 중력 히트 파이프 사이클의 시험 결과를 나타낸다.
작동 유체 진출구 수온
(℃)		 최적량 (kg) 에어측 열교환량 (KW) 성능계수 (COP, W/W) 실내에어 출구 온도 (℃) 시스템 압력 (MPa)
HFC-245fa 1.05 5.98 56.42 23.50 0.143
HFO-1234ze(Z) 15℃/20℃ 0.80 6.09 58.94 22.30 0.154
HFO-1336mzz(E) 1.00 5.54 63.93 23.95 0.196
HCFO-1233zd(E) 0.90 5.59 65.39 23.92 0.130
HFO-1234yf 0.85 6.29 72.26 21.50 0.615
HFO-1234ze(E) 0.88 5.36 77.70 24.35 0.455
HCFO-1224yd(Z) 1.03 5.49 65.23 24.06 0.116
HFO-1336mzz(Z) 1.05 5.29 59.63 24.43 0.065
HFO-1234ze(Z)/ HFO-1336mzz(E) = 80/20 1.0 6.43 61.41 22.08 0.162
HFO-1234ze(Z)/ HFO-1336mzz(E) = 20/80 0.95 5.31 62.35 24.26 0.177
HFO-1234ze(Z)/ HCFO-1224yd = 90/10 0.85 5.94 59.89 23.55 0.166
HFO-1234ze(Z)/ HCFO-1224yd = 10/90 1.03 5.55 64.29 23.95 0.146
HFO-1234ze(Z)/ HCFO-1233zd(E) = 10/90 0.97 5.68 62.15 23.85 0.132
HFO-1234ze(Z)/ HCFO-1233zd(E) = 90/10 0.94 5.99 60.12 23.50 0.165
HCFO-1233zd(E)/ HCFO-1224yd = 10/90 1.02 5.54 65.28 23.92 0.139
HCFO-1233zd(E)/ HCFO-1224yd = 90/10 0.98 5.55 65.35 23.90 0.125
HFO-1336mzz(E)/ HCFO-1224yd = 90/10 1.00 5.52 64.12 23.98 0.173
HFO-1336mzz(E)/ HCFO-1224yd = 10/90 1.03 5.50 65.02 24.00 0.144
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명과 관련된 작동 유체의 전체적인 성능 파라미터는 HFC-245fa와 같은 종래 기술에서 사용되는 작동 유체보다 우수하다. 예를 들어, 후보 작동 유체는 동일한 열 전달량을 달성하기 위해 더 적은 충전량이 필요하고, 작동 유체의 냉각 성능 계수는 HFC-245fa보다 우수하므로, 이는 이러한 작동 유체가 HFC-245fa보다 더 나은 사용 성능을 가진다는 것을 나타낸다. 또한 이러한 작동 유체의 대부분은 HFO-1234yf, HFO-1234ze(E)와 같이 시스템 압력이 낮기 때문에, 이는 HFC-245fa를 대체하여 사용함으로써 공정 안전성을 보장할 수 있고, 히트 파이프에 대한 보강 개선을 수행할 필요가 없다는 것을 나타낸다.
또한, 본 발명의 작동 유체는 HFC-245fa에 비해 최적 요구량(질량)이 낮고 친환경적이다. 상기 데이터는 본 발명의 HFO 및 HCFO 화합물이 히트 파이프, 특히 중력 히트 파이프를 위한 우수한 작동 유체임을 나타낸다. 본 발명의 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234ze(E), HFO-1234yf, HFO-1336mzz(Z), HFO-1336mzz(E), HFO-1224yd(Z) 및 HFO-1233zd(E) 및 이들의 혼합 작동 유체를 포함한다. 본 발명의 바람직한 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1233zd(E), HFO-1234yf, HFO-1336mzz(E) 및 HFO-1224yd(Z) 및 이들의 혼합 작동 유체를 포함한다.
이들 작동 유체의 혼합물은 2개의 성분을 포함할 수 있으며, 그 비율은 1:99, 바람직하게는 10:90, 또는 20:80, 또는 30:70, 또는 40:60, 또는 50:50의 비율 및 이들 사이의 임의의 비율이다. 바람직하게는 HFO-1234ze(Z), HFO-1233zd(E) 또는 HFO-1336mzz(E)가 성분 중 하나로 사용된다. 본 발명에 관련된 혼합 유체는 다음을 포함한다:
HFO-1234ze(Z)/HFO-1336mzz(E)를 적절한 비율(예: 80/20)로 혼합한다
HFO-1234ze(Z)/HFO-1336mzz(E)를 적절한 비율(예: 20/80)로 혼합한다
HFO-1234ze(Z)/HCFO-1224yd를 적절한 비율(예: 90/10)로 혼합한다.
HFO-1234ze(Z)/HCFO-1224yd를 적절한 비율(예: 10/90)로 혼합한다.
HFO-1234ze(Z)/HCFO-1233zd(E)를 적절한 비율(예: 10/90)로 혼합한다.
HFO-1234ze(Z)/HCFO-1233zd(E)를 적절한 비율(예: 90/10)로 혼합한다.
HCFO-1233zd(E)/HCFO-1224yd를 적절한 비율(예: 10/90)로 혼합한다.
HCFO-1233zd(E)/HCFO-1224yd를 적절한 비율(예: 90/10)로 혼합한다.
HFO-1336mzz(E)/HCFO-1224yd를 적절한 비율(예: 90/10)로 혼합한다.
HFO-1336mzz(E)/HCFO-1224yd를 적절한 비율(예: 10/90)로 혼합한다.
예상외로, 본 발명의 HFO 작동 유체는 HFO-1234ze(E) 및 HFC-245fa보다 더 나은 성능 파라미터를 갖는다. HFC-245fa는 중력 히트 파이프에 대한 좋은 대체 작동 유체로 간주되는데, 이는 그 열물리적 특성이 원심 냉각기, 에너지 회수를 위한 유기 랭킨 사이클, 저온 냉각 및 수동 냉각 장치의 현열 전달과 같은 다양한 열 전달 및 작동 유체 응용 분야에 적합하기 때문이다.
또한 트랜스 이성질체 HFO-1234ze(E)는 HFC-134a와 같은 냉매를 대체할 4세대 냉매로 개발되었다. HFO-1234ze(E)는 오존층 파괴 지수가 0(ODP=0)이며 지구 온난화 지수가 매우 낮고(GWP<1), 심지어 CO2보다 낮다. HFO-1234ze(E)는 냉각기, 열 펌프 및 슈퍼마켓 냉동 시스템의 작동 유체로 사용되었다. 그러나 우리는 시스 이성질체 HFO-1234ze(Z)가 트랜스 이성질체 HFO-1234ze(E)보다 전자 장치, 인터넷 데이터 센터 등의 히트 파이프(특히 중력 히트 파이프)을 냉각하는데 실제로 더 적합하다는 것을 발견하였다. 그 이유는 시스 이성질체 HFO-1234ze(Z)는 시스템 압력이 낮고 동시에 같은 양의 열을 전달할 때 더 적은 작동 유체가 필요하기 때문이다.
본 발명의 구체적인 예는 전술한 실시예를 사용하여 설명되었다. 당업자는 이러한 실시예가 설명에만 사용될 뿐이며 본 발명의 범위를 제한할 수 없으며, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고 다른 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 한정된다.

Claims (13)

  1. 중력 히트 파이프에 있어서, 상기 중력 히트 파이프의 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234ze(E), HFO-1234yf, HFO-1336mzz(Z), HFO-1336mzz(E), HFO-1224yd(Z), HFO-1233zd(E) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234yf, HFO-1233zd(E), HFO-1336mzz(E), HFO-1224yd(Z) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z)인 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 작동 유체가 혼합물인 경우, 1234ze(Z), HFO-1233zd(E) 또는 HFO-1336mzz(E)가 그 중 하나의 성분으로 사용되는 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  5. 청구항 4에 있어서, 작동 유체로서의 혼합물은: HFO-1234ze(Z)/HFO-1336mzz(E); HFO-1234ze(Z)/HFO-1336mzz(E); HFO-1234ze(Z)/HCFO-1224yd; HFO-1234ze(Z)/HCFO-1224yd; HFO-1234ze(Z)/HCFO-1233zd(E); HFO-1234ze(Z)/HCFO-1233zd(E); HCFO-1233zd(E)/HCFO-1224yd; HCFO-1233zd(E)/HCFO-1224yd, HFO-1336mzz(E)/HCFO-1224yd; 및 HFO-1336mzz(E)/HCFO-1224yd를 포함하는 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 작동 유체는 원래 HFC-245fa, HFC-134a 또는 R410a를 작동 유체로 사용하도록 설계된 중력 히트파이프의 HFC-245fa, HFC-134a 또는 R410a를 직접 대체하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 중력 히트 파이프는 평판형 중력 히트 파이프인 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 중력 히트 파이프는 전자 장치, 컴퓨터, 통신 기지국, 서버 또는 데이터 센터를 냉각하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 중력 히트 파이프.
  9. 청구항 1의 중력 히트 파이프를 사용하여 냉각을 수행하는 냉각 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234ze(E), HFO-1336mzz(Z), HFO-1336mzz(E), HFO-1224yd(Z), HFO-1233zd(E) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 냉각 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z), HFO-1234yf, HFO-1233zd(E), HFO-1224yd(Z) 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 냉각 방법.
  12. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 작동 유체는 HFO-1234ze(Z)인 것을 특징으로 하는, 냉각 방법.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 중력 히트 파이프는 0-100°C에서 작동되는 것을 특징으로 하는, 냉각 방법.
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