KR20240074858A - 침지 냉각 시스템에서 저 gwp 유체를 사용한 침지 냉각 방법 - Google Patents

침지 냉각 시스템에서 저 gwp 유체를 사용한 침지 냉각 방법 Download PDF

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KR20240074858A
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드류 리차드 브랜트
루크 데이비드 시모니
조나단 피 스테만
비아체슬라프 에이. 페트로프
구스타보 포트커
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더 케무어스 컴퍼니 에프씨, 엘엘씨
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Abstract

침지 냉각 유닛은 내부 공동을 한정하는 침지 셀을 포함한다. 에너지 저장 디바이스가 내부 공동에 위치된다. 유전체 작동 유체가 내부 공동을 부분적으로 충전하고 에너지 저장 디바이스를 적어도 부분적으로 침지시킨다. 응축 코일이 유전체 작동 유체 위에 위치된다. 유전체 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz), 또는 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy), 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센과 트랜스-1,2-다이클로로에틸렌의 공비혼합물-유사 조성물, 또는 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐과 트랜스-1,2-다이클로로에틸렌의 공비혼합물-유사 조성물 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

침지 냉각 시스템에서 저 GWP 유체를 사용한 침지 냉각 방법
본 발명은 침지 냉각을 위한 유전체 작동 유체로서 유용한 특정 하이드로플루오로올레핀에 관한 것이다.
화석 연료의 추출, 운송 및 사용에 의한 환경 영향에 대한 대중의 인식이 높아짐에 따라 대기 중 CO2 등가물 배출의 규제 및 감소 형태의 새로운 환경 지속가능성 동인이 발생하고 있다. 열 관리 부문의 기존 및 신규 응용 둘 모두를 위한 지구 온난화 지수(GWP) 및 오존 파괴 지수(ODP)가 낮은 새로운 작동 유체는 이러한 새로운 규제를 준수해야 할 것이다.
이러한 새로운 제안된 작동 유체에 대한 응용 기회는 전자 또는 전기 열원, 예컨대 고용량 에너지 저장 디바이스, 전력 전자 장치(TV, 휴대 전화, 모니터, 드론) 배터리 열 관리(자동차용 및 고정식), e-파워트레인, IGBT, 컴퓨터 서버 시스템, 컴퓨터 칩, 5G 네트워크 디바이스, 디스플레이를 냉각하는 데에 있다. 작동 유체는 히트 파이프와 같이 수동 증발 냉각에서 열을 수송하기 위한 매체를 제공한다. 이러한 유체의 호환 가능한 사용과 관련하여 고려해야 할 주요 요인에는 유전 상수, 소산 계수 또는 손실 탄젠트, 체적 저항률, 유전 강도 및 불연성이 포함된다. 이들 요인으로 인해, 전기적으로 충전된 시스템과 직접 접촉하는 유체는 비전도성 유체여야 한다는 한계(envelope)가 있다. 분자는 또한 불연성, 낮은 GWP, 및 짧은 대기중 수명을 갖도록 하는 구조적 특성, 즉 이중 결합을 가져야 한다. 이하에서, 본 발명자들은 모든 이러한 요건을 충족하고 이 시장에서 확인된 요구 사항을 충족하는, 플루오로올레핀(FO)의 몇몇 분자 및 그의 화학 구조를 확인하였다.
이러한 해결책이 사용될 수 있는 응용에는 고용량 에너지 저장 디바이스, 전자 디바이스, 데이터센터 서버, 절연-게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 디바이스, 통신 인프라구조, 군용 전자 장치, 텔레비전(TV), 휴대 전화, 모니터, 드론, 자동차 배터리, 전기 차량(EV)용 파워트레인, 전력 전자 장치, 항공전자 디바이스, 전력 디바이스 및 디스플레이의 냉각이 포함된다. 배터리와 같은 일부 응용에서, 이러한 작동 유체는, 예를 들어 추운 날씨에 시동하는 동안, 일시적으로 가열 유체의 역할을 할 수 있다. 본 발명의 기술적 목적은, 주위 온도 및 다소 상승된 비등 온도 범위에 가까운, 열 관리를 위한 신규한 특수 유체를 제공하는 것이며, 이러한 제품은 환경 친화적(낮은 GWP 및 ODP)이고, 불연성이고, 비전도성이고, 액체 점도가 낮다.
일 실시 형태에서, 내부 공동을 한정하는 침지 셀을 포함하는 침지 냉각 유닛이 제공된다. 전자 또는 전기 구성요소가 내부 공동에 위치된다. 유전체 작동 유체가 내부 공동을 부분적으로 충전하고 열 발생 전자 또는 전기 디바이스를 적어도 부분적으로 침지시킨다. 응축 코일이 유전체 작동 유체 위의 공동 내부에 위치된다. 다른 실시 형태에서, 응축 코일은 공동 외부에 배치되고, 유전체 유체는 파이프 연결을 통해 공동 밖으로 응축기로, 이어서 펌프를 통해, 선택적인 액체 수용기로 순환한 후에, 공동으로 복귀하여 루프를 완성한다. 유전체 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나로 본질적으로 이루어진다.
다른 실시 형태에서, 컴퓨터 서버 시스템 또는 에너지 저장 디바이스로부터 선택되는 전기 구성요소를 냉각하는 방법이 제공된다. 이 방법은 작동 유체 중에 전기 구성요소를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계; 및 작동 유체를 사용하여 전기 구성요소로부터 열을 전달하는 단계를 포함하며; 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나로 본질적으로 이루어진다.
다른 실시 형태에서, 고-GWP 작동 유체를, 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나를 포함하는 작동 유체로 대체하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은, 예로서, 본 발명의 원리를 예시하는 첨부 도면과 함께 취해진 하기의 더 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 침지 유닛의 사시도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 침지 유닛의 사시도이다.
도 3은 풀 비등(pool boiling) 곡선이다.
가능한 한 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호가 동일한 부품을 나타내기 위해 사용될 것이다.
대규모 컴퓨터 서버 시스템은 상당한 작업량을 수행할 수 있으며 작동 중에 다량의 열을 발생시킬 수 있다. 열의 상당한 부분은 그의 작동으로 인해 발생한다. 부분적으로는 열 발생량으로 인해, 이러한 시스템은 전형적으로 대형 내부 냉각 팬 및 열 소산 핀을 갖는 적층 구성으로 장착된다. 이러한 시스템의 크기 및 밀도가 증가함에 따라 열적 문제는 더욱 더 커지며, 결국 강제 공기 시스템의 능력을 능가한다.
2상 침지 냉각은 고성능 서버 시스템에 적용된 바와 같은 고성능 냉각 시장을 위한 새로운 냉각 기술이다. 이는 액체 침지 유체를 기체로 기화시키는 과정에서 흡수되는 열에 의존한다. 이러한 응용에 사용되는 유체는 사용 중에 실행 가능하도록 소정 요건을 충족해야 한다. 예를 들어, 유체의 비등 온도가 30 내지 75℃의 범위이어야 한다. 일반적으로, 이러한 범위는 서버 구성요소를 충분히 차가운 온도로 유지하면서, 발생된 열이 외부 히트 싱크(heat sink)로 충분히 소산되도록 허용한다. 대안적으로, 밀폐형 시스템을 사용하고 시스템 내의 압력을 높이거나 낮추어 주어진 유체의 비점을 높이거나 낮춤으로써 서버 및 침지 냉각 시스템의 작동 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
단일상 침지 냉각은 컴퓨터 서버 냉각에서 오랜 역사를 갖는다. 단일상 침지 냉각에서는 상 변화가 없다. 대신에, 액체는 컴퓨터 서버 및/또는 열교환기를 통해 순환함에 따라 가온되고, 이어서 서버로 복귀하기 전에 냉각을 위해 펌프에 의해 열교환기로 순환되어 컴퓨터 서버로부터 열을 빼내어 전달한다. 단일상 침지 냉각에 사용되는 유체는, 증발에 의한 손실을 감소시키기 위해 비등 온도가 전형적으로 30 내지 75℃보다 높은 것을 제외하고는, 전형적으로 2상 침지 냉각을 위한 것과 유사한 요건을 갖는다.
주위 온도 근처의 작동 온도 범위를 갖는 침지 냉각기가 제공된다. 예를 들어, 본 발명의 실시 형태는 본 명세서에 개시된 특징 중 하나 이상을 포함하지 않는 개념과 비교하여 환경 친화적인(즉, 낮은 지구 온난화 지수(GWP) 및 낮은 오존 파괴 지수(ODP)를 갖는) 열 관리용 유체를 갖는 침지 냉각기를 제공한다.
디바이스가 열 발생 구성요소인 침지 냉각 방법이 또한 제공되며, 이 방법은 열 발생 구성요소를 액체 상태의 침지 냉각 유체 내에 적어도 부분적으로 침지시키는 단계, 및 침지 냉각 유체를 사용하여 열 발생 구성요소로부터 열을 전달하는 단계를 포함한다. 그러한 디바이스에는 고용량 에너지 저장 디바이스, 전기 또는 전자 구성요소, 기계적 구성요소 및 광학 구성요소가 포함된다. 본 발명의 장치의 예에는 마이크로프로세서, 반도체 디바이스를 제조하는 데 사용되는 웨이퍼, 전력 제어 반도체, 배전 스위치 기어, 전력 전자 장치 및 변압기, 회로 기판, 다중칩 모듈, 패키징 및 비패키징 반도체 디바이스, 레이저, 연료 전지, 전기화학 전지 및 에너지 저장 디바이스, 예컨대 배터리가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
소정 실시 형태에서, 디바이스는 마이크로프로세서를 포함하는 프로세서와 같은 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 전형적으로 최대 작동 온도가 약 85℃이므로, 높은 프로세싱 출력, 즉 높은 열 제거율의 조건에서 효과적인 열전달이 필요하다. 다른 실시 형태에서, 디바이스는 배터리와 같은 에너지 저장 시스템을 포함할 수 있다. 고속 충전 또는 방전 시, 배터리는 과열, 내부 손상, 인접 배터리로의 열 폭주 및 잠재적으로 화재를 피하기 위해 효과적으로 제거될 필요가 있는 상당한 양의 열을 방출할 수 있다. 이러한 전자 및 전기 디바이스가 더 조밀해지고 더 강력해짐에 따라, 단위 시간 및 부피당 열 발생량이 증가한다. 따라서, 열전달 메커니즘은 프로세서 성능에 중요한 역할을 한다. 열전달 유체는 전형적으로 양호한 열전달 성능, 양호한 전기적 상용성(냉각판을 사용하는 것과 같은 "간접 접촉" 응용에 사용하더라도)뿐만 아니라 낮은 독성, 낮은 가연성 또는 불연성 및 낮은 환경 영향을 갖는다. 양호한 전기적 상용성은 열전달 유체 후보가 높은 유전 강도, 높은 체적 저항률, 낮은 소산 계수, 낮은 유전 상수, 및 극성 재료에 대한 불량한 용해력을 나타냄을 시사한다. 또한, 열전달 유체는 양호한 재료 상용성을 나타내어야 하는데, 즉 구성의 전형적인 재료에 유해 방식으로 영향을 미치지 않아야 한다.
일반적으로 플루오리너트(Fluorinert) FC-72 및 FC-3284와 같은 퍼플루오르화 액체는 2.0 이하의 유전 상수, 1015 ohm·cm 정도의 높은 체적 저항률 및 높은 유전 강도와 같은 탁월한 유전 특성을 나타낼 수 있는 것으로 이해된다. 그러나, 이러한 유체는 또한 일반적으로 많은 산업 응용에 대한 현재 요건을 훨씬 벗어나는 높은 GWP와 관련이 있다. 플루오리너트 FC-72의 GWP는 9000 초과인 것으로 보고되어 있다. 하이드로플루오로에테르(HFE)는 더 낮은 GWP를 갖지만 여전히 만족스럽지 않고, 전형적으로 FC-72 및 FC-3284와 비교하여 더 불량한 유전 특성을 갖는다. 예를 들어 노벡(Novec) 7100은 GWP가 297이다. 따라서, 업계의 유전체 응용을 충족하는 동시에 업계의 현재 요건(전형적으로 150 미만임)보다 낮은 GWP를 갖는 침지 냉각용 작동 유체에 대한 요구가 계속되고 있다. 다른 실시 형태에서, 작동 유체의 GWP는 100 미만이다. 다른 실시 형태에서, 개시된 조성물은 지구 온난화 지수(GWP)가 50 이하이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "GWP"는 문헌["The Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2002, a report of the World Meteorological Association's Global Ozone Research and Monitoring Project"]에 정의된 바와 같이, 100년 시평에 걸쳐 이산화탄소를 기준으로 측정된다.
새로운 유체는 더 높은 GWP의 기존 유체, 예컨대 FC-72, FC-3284, 노벡-7100, 노벡-7000과 비교하여, 전자 표면-유체 열저항, 임계 열 유속 및 유체-응축기 열저항을 비롯한 열전달 특성이 동등하거나 우수하여, 열적 성능의 유의한 손실 또는 기계적 변형 없이 기존 시스템에서; 그리고 유의한 기계적 설계 변경 없이 FC-72, FC-3284, 노벡-7100을 위해 설계된 새로운 시스템에서 이러한 유체를 대체할 수 있는 것이 매우 바람직하다. 기존 시스템에서 기존 유체를 새로운 유체로 대체하는 관행은 종종 "개장"(retrofit)이라고 불린다.
이러한 유체는 FC-72, FC-3284, 노벡-7100과 같은 고-GWP 유체와 비교하여 유사한 정상 비점을 가져서, 유의한 기계적 또는 작동 변경 없이 기존 시스템에서 그리고 유의한 기계적 설계 변경 없이 새로운 시스템에서 이를 대체하는 데 사용될 수 있는 것이 또한 바람직하다.
또한, 새로운 유체는 응용에 요구되는 적어도 최소 유전 특성, 또는 심지어 FC-72, FC-3284, HFE-7100과 같은 기존 유체에 비해 우수한 유전 특성을 제공하여, 유의한 전기적 또는 기계적 변형 없이 기존 시스템에서; 그리고 유의한 전기적 또는 기계적 설계 변경 없이 FC-72, FC-3284, 노벡-7100, 노벡-7000을 위해 설계된 새로운 시스템에서 이러한 유체를 대체할 수 있는 것이 매우 바람직하다. 바람직한 유전 특성에는 높은 체적 저항률, 낮은 유전 상수, 높은 유전 강도 및 낮은 손실 탄젠트가 포함된다.
침지 냉각 유닛(100)의 일 실시 형태가 도 1에 나타나 있다. 침지 냉각 시스템(100)은 내부 공동(120)을 한정하는 침지 셀(110)을 포함한다. 냉각될 에너지 저장 디바이스(130)가 내부 공동(120)에 배치될 수 있다. 유전체 작동 유체(140)가 내부 공동(120)을 부분적으로 충전한다. 유전체 작동 유체(140)는 에너지 저장 디바이스(130)를 적어도 부분적으로 침지시킨다. 일부 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(140)는 에너지 저장 디바이스(130)를 실질적으로 침지시킨다. 일 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(140)는 에너지 저장 디바이스(130)를 완전히 침지시킨다. 응축 코일(150)이 내부 공동(120)에 추가로 존재한다. 응축 코일(150)은 공간적으로 유전체 작동 유체(140)의 적어도 일부 위에 위치될 수 있다.
작동 동안, 전기적 구성요소(130)에 의해 발생된 열은 유전체 작동 유체(140)를 가열하여 유전체 작동 유체(140)의 일부가 기화되게 한다. 유전체 작동 유체(140) 증기는 유전체 작동 유체(140) 위의 응축 코일(150)과 접촉하고 열 에너지를 응결 코일(150)로 전달하여 응축 유전체 작동 유체(140)가 아래의 액체 유전체 작동 유체(140) 내에 다시 침전되게 한다. 응축 코일(150)로 전달된 열 에너지는 침지 셀(110) 외부로 수송되고 열교환기(160)를 통해 환경으로 또는 냉각기로 방출된다. 방출된 열 에너지는 또한 회수되고 가열 응용에 또는 랭킨 사이클과 같은 에너지 생성에 사용될 수 있다.
침지 냉각기(100)의 유전체 작동 유체는 침지 냉각기(100)의 작동 온도 범위에 걸쳐 액체로부터 기체 상태로의 상전이를 겪도록 선택된다. 일부 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(140)의 조성은 하나 이상의 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(140)는 불소와 염소 둘 모두를 포함하는 하나 이상의 화합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 작동 온도는 25℃ 이상, 30℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 100℃ 미만, 90℃ 미만, 80℃ 미만, 70℃ 미만, 60℃ 미만, 및 이들의 조합이다.
일 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유전체 유체의 정상 비점은 대체되는 유체의 정상 비점으로부터 적어도 10℃의 범위 이내일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유전체 유체의 정상 비점은 6℃의 범위 이내일 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유전체 유체의 정상 비점은 2℃의 범위 이내일 수 있다.
유전체 작동 유체(140)는 또한 전기 구성요소와의 직접 접촉에 적합한 유전 상수, 체적 저항률, 유전 강도 및 손실 탄젠트(소산 계수)를 나타내도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 낮은 유전 상수, 낮은 손실 탄젠트 또는 소산 계수, 높은 체적 저항률 및 큰 유전 강도를 나타내는 재료는 에너지 저장 디바이스 또는 전기적으로 충전된 구성요소(130)의 증가된 전기 절연을 제공할 뿐만 아니라 감소된 신호 손실을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(140)의 유전 상수는 작동 주파수 범위(100 ㎓만큼 놓아질 수 있음)에 걸쳐 약 8 미만이다. 적합한 유전체 작동 유체는 작동 주파수 범위(최대 약 100 ㎓)에 걸쳐 유전 상수가 2.5 미만, 또는 2.0 미만, 또는 1.9 미만인 화합물 및 혼합물을 포함한다. 다른 실시 형태는 유전 상수가 1.0 초과 3.0 미만 또는 1.5 초과 2.5 미만인 화합물 및 혼합물을 포함한다.
일 실시 형태에서, 새로운 유체의 유전 상수는 기존 유체의 유전 상수보다 10% 이하만큼 더 높다. 다른 실시 형태에서, 새로운 유체의 유전 상수는 기존 유체의 유전 상수보다 20% 이하만큼 더 높다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유체의 유전 상수는, 심지어 최대 약 60 ㎓의 주파수 또는 100 ㎓만큼 높은 주파수에서도, 기존 유체의 유전 상수보다 50% 이하만큼 더 높다.
일 실시 형태에서, 새로운 유체의 체적 저항률은 기존 유체(FC-72, FC-3284, 노벡 649)의 체적 저항률보다 10배 이하만큼 더 낮다. 다른 실시 형태에서, 새로운 유체의 체적 저항률은 기존 유체의 체적 저항률보다 100배 이하만큼 더 낮다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 유체의 체적 저항률은 1,000배 이하만큼 더 낮다. 기재된 유체들 중 일부의 전기적 특성이 하기 표 1에 요약되어 있다.
다른 실시 형태에서, 새로운 유체에서 관찰된 케이블 손실은 공기 중에서의 케이블 손실 및 기존 유체에서의 케이블 손실과 동등하다.
[표 1]
표 1의 특성으로부터, HFO의 F-22E, F13E 및 F13iE가 기존 유체인 노벡 649, FC-72 및 FC-3284와 비교하여 유사한 비점 및 유사한 유전 상수(< 2.5)를 갖지만 FC-72 및 FC-3284보다 현저히 더 낮은 GWP 및 노벡 649보다 훨씬 더 큰 가수분해 안정성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
HFO의 E-F22E, E-F13iE 및 E-F13E는 각각 유전 상수가 2.5 미만임에도 불구하고, E-F22E는 명확하고 예상치 못하게 다른 HFO에 비해 우수한 체적 저항률을 가지며 PFC 유체 FC-72 및 FC-3284에 필적하고, 이는 E-F22E가 어떠한 구성요소 변화도 요구하지 않으면서 이들 유체를 대체하는 데 우수한 후보일 것임을 나타낸다. E-F22E의 항복 전압은 또한 E-F13iE의 항복 전압보다 약 15% 더 높은 것으로 나타나고, E-F22E의 항복 전압은 또한 기존 유체들의 항복 전압과 동일하다. 여기서 알 수 있는 것은 무엇보다도 HFO들의 유전 상수가 2.5 미만임에도 불구하고, E-F22E가 다른 HFO들에 비해 항복 전압 및 체적 저항률이 우수하며, 유사한 정상 비점, 훨씬 낮은 GWP(FC들과 비교하여) 및 우수한 가수분해 안정성(노벡 649와 비교하여)을 가지면서 적어도 3가지의 알려진 기존 유체와 동등하거나 그보다 우수하다는 점에서 명확하고 예상치 못한 차이가 있다는 것이다.
HFO들 및 기존 유체의 유전 상수 및 손실 탄젠트(소산 계수)를 또한 로데 앤드 슈바르츠(Rohde and Schwarz) ZVA-67 벡터 네트워크 분석기를 사용하여 실험적으로 특성화하였다. 캘리브레이션 키트는 로데 앤드 슈바르츠 ZN-Z218이었다. 2개의 별개의 측정 캘리브레이션을 사용하여 각각의 유체의 5개의 시험 샘플을 평가하였다. 결과가 하기 표 2에 요약되어 있다.
[표 2]
상기 표의 모든 유체는 광범위한 주파수 범위에 걸쳐 낮고 매우 유사한 유전 상수를 갖는다. 그러나, E-F22E는 놀랍게도 E-F13iE 또는 E-F13E 중 어느 하나보다 약 10배 더 낮은 손실 탄젠트 값을 갖는 것으로 나타났으며, 이는 신호 무결성(낮은 신호 손실)에 대한 개선된 결과를 나타낸다. E-F22E에 대한 손실 탄젠트에 대한 값은 또한 놀랍게도 기존 유체 FC-72 및 노벡 649에 대한 것과 동등하거나 더 우수하였으며, 이는 상호교환적으로 사용될 수 있음을 나타낸다. 또한, E-F13iE에 대한 손실 탄젠트 값은 시험된 주파수의 범위에 걸쳐 노벡 649과 동등하거나 그보다 더 낮음(더 우수함)에 유의해야 한다. 결과가 하기 표 3에 있다.
최대 약 70 ㎓의 주파수에서 다수의 유체에 대해 실험적으로 결정된 유전 상수 및 손실 탄젠트(소산 계수)를 사용하여 CST 마이크로웨이브 스튜디오(Microwave Studio)에서 100 Ohm 차동 쌍 케이블(Differential Pair Cable)의 1 인치 세그먼트에 대해 케이블 손실 평가를 수행하였다. 케이블 1 인치당 dB 손실의 결과가 하기 표에 나타나 있다. 또한, 2, 5, 10 또는 20 dB의 고정된 케이블 로스 버짓(cable loss budget)을 취하고, 상응하는 최대 케이블 길이를 수득할 수 있다. 28 및 70 ㎓에 대해 결과가 하기 표 4 및 표 5에 나타나 있다.
[표 3]
[표 4]
[표 5]
모든 유체(공기 제외)가 매우 유사한 유전 상수(2.5 미만)를 가짐에도 불구하고, 케이블 손실은 놀랍게도 기존 노벡-649 및 FC-72와 유사한 E-F13iE 및 E-F13E와 같은 다른 다른 HFO들보다 E-F22E에 대해 14 내지 17% 더 낮고, 또한 케이블이 전통적으로 설계되는 공기의 기준선 매체에 매우 가깝다.
케이블 길이 관련 데이터로부터 동일한 결론을 내릴 수 있으며, 여기서 E-F13iE 및 E-F13E에 비해 E-F22E는 인치당 손실이 더 낮아서 동일한 버짓으로 더 긴 케이블을 사용할 수 있다는 예상치 못한 이점을 명확하게 알 수 있다.
양호한 작동 유체의 다른 특징은 높은 체적 저항률을 갖는 것이다. 체적 저항률은 단위 단면적의 단위 길이당 재료가 전류에 얼마나 강하게 저항하는지를 측정하는 고유 특성이며, 전형적으로 ohm·cm 또는 ohm·m의 단위로 표현된다. 더 높은 체적 저항률은 재료가 더 우수한 전기 절연체인 것을 의미한다. 재료의 전기 저항은 체적 저항률에 길이를 곱하고 재료의 단면적으로 나눔으로써 계산될 수 있다.
따라서, 더 높은 체적 저항률의 유전체 유체가 바람직한데, 그 이유는 더 높은 전기 저항 및 결과적으로 더 낮은 전류 누설을 초래하기 때문이다. 예를 들어, 전류 누설은 배터리와 같은 에너지 저장 디바이스의 자가-방전을 초래할 수 있다. 이는 또한 주어진 최소 저항 요건에 대해 상이한 전압을 갖는 전기 구성요소들이 더 가깝게 배치될 수 있어서, 잠재적으로 더 콤팩트한 조립체를 초래할 수 있음을 의미한다. 일 실시 형태에서, 효과적인 작동 유체는 25℃에서 측정된 체적 저항률이 1 x 1012 ohm·cm 이상이다. 다른 실시 형태에서, 효과적인 작동 유체는 체적 저항률이 1 x 1013 ohm·cm 이상이다. 또 다른 실시 형태에서, 효과적인 작동 유체는 체적 저항률이 1 x 1014 ohm·cm 이상이다. 물은 훨씬 더 낮은 체적 저항률을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서, 유체에 물이 존재하는 경우, 실제 체적 저항률이 여전히 적절한 수준으로 유지되기 때문에, 높은 체적 저항률을 갖는 유체가 또한 바람직하다.
일 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유체의 체적 저항률은 약 1.0x1013 ohm·cm 초과이어야 한다. 다른 실시 형태에서, 체적 저항률은 대체되는 고-GWP 유체보다 약 10배 이하만큼 더 낮다. 또 다른 실시 형태에서, 체적 저항률은 약 100배 이하이다.
다른 중요한 유전체 유체 특성은 유전 강도인데, 이는 재료가 절연 파괴를 겪지 않고도 그리고 전기 전도성이 되지 않고도 저항할 수 있는 단위 길이당 최대 전기장 또는 전압으로 정의된다. 이는 전형적으로 kV/mm 또는 kV/0.1" 갭의 단위로 측정된다. 주어진 거리 또는 "갭"에 대해, 재료가 전기 전도성이 되는 전압은 항복 전압으로 불린다. 2개의 전도체 사이에 더 높은 전압을 허용하거나 2개의 전도체가 더 가깝게 배치될 수 있게 하여 잠재적으로 더 콤팩트한 조립체를 초래하기 때문에, 더 높은 유전 강도의 재료가 유리하다. 일 실시 형태에서, 유전 강도는 약 30 kV/0.1" 갭 초과이다. 다른 실시 형태에서, 유전 강도는 약 35 kV/0.1" 갭 초과이다. 또 다른 실시 형태에서, 유전 강도는 약 40 kV/0.1" 갭 초과이다.
일 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유체의 유전 강도는 대체되는 고-GWP의 유전 강도보다 약 10% 이하만큼 더 낮아야 한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유체의 유전 강도는 고-GWP 유체의 유전 강도보다 약 20% 이하만큼 더 낮다.
때때로 소산 계수로 지칭되는 유전 손실 탄젠트는 신호 감쇠 또는 신호 손실에 미치는 영향으로 인해 특히 고주파수에서의 다른 중요한 유전 특성이다. 이는 유전율의 상대 실수 성분에 대한 허수 성분의 비율인 tan(δ)로 정의된다. 이는 또한 유전체를 통해 이동하는 전자기장(RF)에 의해 운반되는 에너지가 해당 유전체에 의해 흡수되는 속도의 척도이며, 즉, 이는 열의 형태의 전자기 에너지의 소산을 정량화한다. 또한, 손실 탄젠트는 주파수에 따라 크게 좌우되며, 데이터 센터 서버, 5G 및 Wi-fi 기술과 같은 응용에서 발견될 수 있는 1 ㎓ 초과의 주파수에서 특히 증가할 수 있다. 더 중요하게는, 전형적으로 dB/cm로 측정되는, 단위 길이당 신호 손실 또는 감쇠는 손실 탄젠트의 함수이다. 다시 말하면, 유전체 유체를 통해 이동하는 신호의 경우, 유체의 손실 탄젠트가 높을수록, 단위 길이당 신호 손실이 더 높고, 결과적으로 이동할 수 있는 거리가 더 짧다. 따라서, 유전체 유체는 1 ㎓ 초과 내지 최대 약 100 ㎓의 주파수에서 낮은 손실 탄젠트 값을 갖는 것이 매우 바람직하다. 본 발명자들에 의해 발견된 유체는 고주파수에서 손실 탄젠트의 매우 유리한 값을 나타내었다. 일 실시 형태에서, 유전체 유체의 손실 탄젠트 값은 1 ㎓ 초과의 주파수에서 5 x 10-3 미만이다. 다른 실시 형태에서, 손실 탄젠트 값은 1 ㎓ 초과의 주파수에서 1 x 10-3 미만이다. 또 다른 실시 형태에서, 손실 탄젠트 값은 1 ㎓ 내지 67 ㎓의 주파수에서 1 x 10-3 미만이다.
본 발명자들은 또한 새로운 제안된 저-GWP 유체는, 특히 고주파수에서, 대체되는 더 높은 GWP의 유체에 비해 동등하고 때때로 더 낮은 손실 탄젠트 값을 갖는다는 것을 발견하였다.
전술한 모든 바람직한 유전 특성, 높은 유전 강도, 낮은 유전 상수, 낮은 손실 탄젠트 및 높은 체적 저항률은 주로 액체상으로 그러나 증기상으로도 존재해야 한다.
침지 냉각 유체의 다른 바람직한 특징은 IT 및 컴퓨터 부품, 예컨대 부품 중에서도 케이블, 와이어, 시일, 금속뿐만 아니라 유전체 유체에 노출되는 탱크의 구성 재료를 유의하게 손상시키지 않거나 그와 유의하게 반응하지 않는 능력과 관련된다.
이들 유체는 부품의 대체를 최소화하기 위해 기존 유체와 비교하여 전자 구성요소와의 상호작용이 유사한 것이 또한 바람직하다.
필터 시스템과 같은 오염물 제어 조치를 사용하여, 구성 재료와의 반응성 또는 구성 재료로부터 화학 물질의 추출의 결과로서 생성될 수 있는 고체 또는 액체 잔류물을 제거할 수 있다. 충분히 낮은 산 및 물 수준을 유지하기 위해 오염 제어 조치가 또한 사용될 수 있다.
전형적인 비응축성 가스, 예컨대 질소 및 산소가 또한 유전체 유체에 존재할 수 있으며 비등 및 응축 열전달에 유해할 수 있다. 따라서, 유전체 2상 유체를 갖는 시스템에는 유전체 유체의 비응축성 가스를 적어도 부분적으로 제거 또는 그 수준을 제어하는 보충 장치가 장착될 수 있다.
작동 유체(140)가 열을 수송하는 능력은 유전체 작동 유체(140)의 기화열과 관련된다. 전형적으로, 유전체 작동 유체(140)의 기화열이 클수록, 작동 유체(140)가 기화 동안 흡수하고 응축 코일(150)로 수송되어 응축 동안 방출될 에너지의 양이 더 크다.
이러한 유체는 불연성이거나 인화점이 없는 것이 또한 바람직하다. ASTM D56, D1310, D92, D93 및 E681과 같은 표준물을 사용하여 가연성을 평가할 수 있다.
이러한 유체의 목적은 에너지 저장 디바이스로부터 열을 제거하는 것이기 때문에, 한 가지 중요한 고려사항은 유전체 유체의 2상 열전달 성능이 얼마나 우수한지이다. 더 구체적으로, 풀 비등 조건에서 이들 유체의 열전달이 얼마나 우수한지이다. 풀 비등 열전달은 전형적으로 다양한 모드 또는 체제(regime)로 분할된다:
1) 자유 대류: 작은 값의 "벽 과열" 또는 "과잉 온도"(유체의 포화 온도와 벽 또는 표면 온도 사이의 차이)에서 발생한다.
2) 핵 비등: 기포가 형성되고 표면으로부터 분리되기에 충분히 과열 상태일 때 발생하여, 열전달 계수 및 열 유속을 유의하게 개선한다. 이러한 모드는 전형적으로 열 제거를 위해 바람직한 비등 작동 체제이다. 핵 비등 영역은 kW/m2 단위를 갖는 임계 열 유속(CHF)에 의해 제한된다. 열전달 장치는 보통 CHF보다 낮은 열 유속에서 작동하도록 설계된다. 임계 열 유속은 각각의 유체에 따라 다르며 몇몇 열물리학적 특성에 따라 좌우된다. 이는 주베르(Zuber) (1959)에 의한 모델과 같은 반경험적 모델을 통해 실험적으로 측정되거나 추정될 수 있다. 더 높은 CHF를 갖는 유체는 주어진 벽 과열에 대해 단위 면적당 더 많은 열을 제거할 수 있기 때문에 바람직하다.
3) 전이 비등: 증기막이 표면에서 형성되기 시작하고 핵 비등과 막 비등 사이에 오실레이션이 있다. 이 체제는 불안정하며 작동하는 데 바람직하지 않다.
4) 막 비등: 이 영역에서는 벽 과열이 너무 높아서 액체와 표면 사이에 증기 블랭킷이 형성되어 열전달 계수가 현저히 감소한다. 이 영역은 또한 작동하는 데 바람직하지 않다.
이들 체제는 도 3에 예시되어 있다.
[표 6]
표 6은 제안된 HFO들이 기존 유체에 필적하며 때때로 더 높은 CHF를 갖는다는 것을 보여준다. 해수면 대기압(101.325 kPa)에서의 주베르 (1958)의 상관관계를 사용하여 CHF를 얻는 한편, REFPROP 10을 통해 열물리학적 특성을 결정하였다. 비등 열전달의 다른 태양은 핵 비등 영역에서의 열전달 계수이다. 이는 (예를 들어, "켈빈" 단위의) 표면과 벌크 유체 사이의 단위 온도차당 (예를 들어, "cm2" 단위의) 단위 면적당 (예를 들어, "와트" 단위의) 제거된 열의 관점에서 측정된다.
일 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유체는 그것이 대체하는 더 높은 GWP의 유체와 동등하거나 더 높은 임계 열 유속을 제공하는 것이 매우 바람직하다. 다른 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유체는 90% 이상의 임계 열 유속을 제공해야 한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 저-GWP 유체는, 기존 침지 냉각 시스템의 최대 열 유속 소산에 대한 상당한 변화 또는 더 높은 GWP의 유체를 위해 설계된 침지 냉각 시스템에 대한 주요 설계 변경이 없도록, 고-GWP 유체의 임계 열 유속의 80% 이상의 임계 열 유속을 제공해야 한다.
더 높은 비등 열전달 계수가 바람직한데, 그 이유는 더 낮은 전체 열저항, 또는 냉각되는 전기 구성요소의 더 낮은 온도를 초래하기 때문이다. 비등 열전달 계수 및 전기 구성요소-유체 열저항은 핵 형성 부위의 수를 증가시키는 표면 향상의 사용에 의해 개선될 수 있다.
전기 구성요소-유체 열저항은 비등 열전달 계수와 전자/전기 구성요소의 열전달 면적 사이의 곱의 역수에 의해 결정될 수 있다.
일 실시 형태에서, 새로운 유체의 전기 구성요소-유체 열저항은 기존 고-GWP 유체의 전기 구성요소-유체 열저항에 비해 더 낮거나 동등하여야 한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 유체의 전기 구성요소-유체 열저항은 기존 고-GWP 유체의 전기 구성요소-유체 열저항보다 10% 이하만큼 더 높아야 한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 유체의 전기 구성요소-유체 열저항은 기존의 고-GWP 유체의 전기 구성요소-유체 열저항보다 20% 이하만큼 더 높아야 하므로, 기존 전자 디바이스의 온도가 유의하게 증가하지 않거나, 고-GWP 유체를 위한 시스템 설계에서 유의한 기계적 변경이 구현될 필요가 없다.
2상 침지 냉각 시스템에 사용되는 유체의 다른 중요한 태양은 응축 열전달 계수이다. 더 높은 응축 열전달은 열을 제거하는 냉각제 및 응축 증기와 냉각제 사이의 감소된 증기-응축기 표면 열저항 또는 더 낮은 온도차를 초래하기 때문에 바람직하다. 응축 열전달은 또한 표면 향상에 의해 개선될 수 있다.
증기-응축기 표면 열저항은 응축 열전달 계수와 응축기의 열전달 면적 사이의 곱의 역수에 의해 결정될 수 있다.
일 실시 형태에서, 새로운 유체의 증기-응축기 열저항은 기존 고-GWP 유체의 증기-응축기 열저항에 비해 더 낮거나 동등하여야 한다. 다른 실시 형태에서, 새로운 유체의 증기-응축기 열저항은 기존 고-GWP 유체의 증기-응축기 열저항보다 10% 이하만큼 더 높아야 한다. 또 다른 실시 형태에서, 새로운 유체의 증기-응축기 열저항은 기존 고-GWP 유체의 증기-응축기 열저항보다 20% 이하만큼 더 높아야 하므로, 응축기 성능이 유의하게 떨어지지 않거나, 고-GWP 유체를 위해 설계된 응축기에서 유의한 기계적 변화, 예를 들어 열전달 면적 증가가 구현될 필요가 없다.
더 높은 비등 및 응축 열전달 계수의 조합은 냉각제와 전자 또는 전기 장비 사이의 전체 열저항을 감소시키고 둘 사이의 온도차를 감소시키기 때문에 매우 바람직하다. 더 양호한 열전달 계수는 더 양호한 열 제거를 제공하며, 이는 예를 들어, 유전체 액체에 침지된 배터리가 잠재적인 열 폭주를 초래하지 않으면서 더 빠른 속도로 충전되게 할 수 있다.
열전달 계수는 실험적으로 측정될 수 있거나, 실험적으로 결정된 열물리적 특성과 조합된 실험적으로 결정된 열전달 상관관계를 사용하여 계산될 수 있다.
[표 7]
표 7에서, 전자 표면-유체 열저항은 풀 비등 열전달 계수와 4 cm2의 전자 표면 열전달 면적 사이의 곱의 역수로 결정되었다. 1 마이크로미터의 거칠기 및 100 kW/m2의 열 유속으로, 해수면 대기압에서 핵 비등에 대한 쿠퍼(Cooper) (1984) 상관관계를 사용하여 풀 비등 열전달 계수를 얻었다. 증기-응축기 표면 열저항은 응축 열전달 계수와 0.2 m2의 응축기 표면적의 곱의 역수로 결정되었다. 벌크 유체와 응축기 표면 사이의 온도차(8 K) 및 해수면 대기압에서 튜브 다발 상의 외부 응축에 대한 디르 및 린하르트(Dhir and Lienhard) (1971) 상관관계를 사용하여 응축 열전달 계수를 얻었다.
표 7은 청구된 유전체 유체가 기존 고-GWP 유체와 동등한 열전달 계수 및 온도차를 가짐을 보여준다.
데이터 센터의 전력 사용량 또는 효율은 PUE - 전력 이용 유효성(Power Utilization Effectiveness)의 관점에서 정량화될 수 있다. PUE가 낮을수록 또는 1.0에 더 가까울수록, 데이터 센터로부터 주어진 양의 열을 제거하는 데 이용되는 에너지가 더 낮다. 유전체 유체를 갖는 침지 탱크는 1.0에 가까운 PUE 값에서 작동하게 하는 것이 매우 바람직하다. 침지 냉각 탱크의 PUE는 침지된 전자 장비에 의해 소산되는 전체 에너지 및 탱크에 의해 소비되는 에너지를 측정함으로써 얻어질 수 있다. 동등한 유전 특성, 열역학적 특성 및 열전달 특성으로 인해, 제안된 유체는 종종 "개장"이라고 불리는 관행에서 기존 장비의 기존 고-GWP 유체를 대체하는 데 또한 사용될 수 있다. 개장은 기존 유체의 일부만 대체될 때 부분적일 수 있거나, 전체 유체를 새로운 저-GWP 유체로 대체될 때 완전할 수 있다.
침지 냉각 유닛(200)의 일 실시 형태가 도 2에 나타나 있다. 침지 냉각 시스템(200)은 내부 공동(220)을 한정하는 침지 셀(210)을 포함한다. 냉각될 에너지 저장 디바이스(230)가 내부 공동(220)에 배치될 수 있다. 유전체 작동 유체(240)는 내부 공동(220)을 부분적으로 충전한다. 유전체 작동 유체(240)는 에너지 저장 디바이스(230)를 적어도 부분적으로 침지시킨다. 일부 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(240)는 에너지 저장 디바이스(230)를 실질적으로 침지시킨다. 일 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(240)는 에너지 저장 디바이스(230)를 완전히 침지시킨다. 냉각 유닛(250)은 침지 셀(210) 외부에 위치된다. 냉각 유닛(250)은 침지 셀(210)에 유체 연결된다. 냉각 유닛(250)은 침지 셀(210)로부터 유전체 작동 유체(240)의 적어도 일부를 유체적으로 수용하도록 구성된다. 냉각 유닛(250)은 유전체 작동 유체(240)로부터 열을 추출함으로써 유전체 작동 유체(240)의 온도를 감소시키도록 추가로 구성된다. 일 실시 형태에서, 냉각 유닛(250)은 열교환기를 포함한다. 일 실시 형태에서, 냉각 유닛(250)으로 전달된 열은 환경으로 방출된다. 냉각 유닛(250)은 냉각된 유전체 작동 유체(240)를 침지 냉각 셀(210)로 복귀시키도록 추가로 구성된다. 일부 실시 형태에서, 원동력이 유전체 작동 유체(240)에 제공될 수 있다. 일 실시 형태에서, 원동력은 하나 이상의 순환 펌프(260)에 의해 제공될 수 있다. 일 실시 형태에서, 원동력은 대류 유동에 의해 제공될 수 있다.
침지 냉각기(200)의 유전체 작동 유체는 침지 냉각기(200)의 작동 온도 범위에 걸쳐 액체 상태에 있도록 선택된다. 일부 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(240)의 조성은 하나 이상의 플루오르화 화합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 유전체 작동 유체(240)는 불소와 염소 둘 모두를 포함하는 하나 이상의 화합물을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 작동 온도는 25℃ 이상, 30℃ 이상, 40℃ 이상, 50℃ 이상, 60℃ 이상, 100℃ 미만, 90℃ 미만, 80℃ 미만, 70℃ 미만, 및 이들의 조합이다.
동등한 유전 특성, 열역학적 특성 및 열전달 특성으로 인해, 제안된 유체는 종종 "개장"이라고 불리는 관행에서 기존 장비의 기존 고-GWP 유체를 대체하는 데 또한 사용될 수 있다.
실용적인 관점에서, 시스템의 시동 및 작동 동안 액체 물이 장치의 헤드스페이스 내로 밀어 올려진다. 냉각 시스템에서(특히 헤드스페이스에서) 물의 존재는 바람직하지 않다. 이는 시스템의 헤드스페이스 내의 금속 구성요소의 부식에 기여할 수 있다. 이는 시스템의 헤드스페이스 내의 금속 구성요소의 부식에 기여할 수 있다. 물은 상당히 더 낮은 저항률(증류수의 경우 (5x105 ohm·cm)을 갖기 때문에, 유전체 유체 중의 물의 존재는 그의 유전 특성에 해로울 수 있다.
본 발명이 하나 이상의 실시 형태를 참조하여 설명되어 있지만, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 다양한 변화가 이루어질 수 있고 등가물이 그의 요소를 대신할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 게다가, 본 발명의 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고서 특정한 상황 또는 재료를 본 발명의 교시에 맞게 조정하기 위하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 수행용으로 고려되는 최적의 방식으로서 개시되는 특정 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 더욱이, 상세한 설명에서 확인되는 모든 수치 값은 정확한 값 및 대략적인 값 둘 모두가 명확히 확인되는 것처럼 해석될 것이다.
실시예
미국 특허 제8,222,195호에 기재된 바와 같이 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐의 샘플을 제조하였다. 증류 후, 1 ㎑로 25℃에서 ASTM D924에 따라 유전 상수를 측정하였다. 500 VDC로 25℃에서 ASTM D1169에 따라 체적 저항률을 측정하였다. 유전 강도를 ASTM D877에 따라 측정하였다. 액체상에 대해 유전 상수, 유전 강도 및 체적 저항률을 결정하였다. 결과가 하기 표 8에 요약되어 있다. HFO-153-10mczz 및 HFO-153-10mzzy는 우수한 유전 특성; 노벡 7000, 7100 및 7200보다 더 높은 체적 저항률, 더 높은 유전 강도 및 더 낮은 유전 상수를 갖는다는 것을 알 수 있다. HFO-153-10mczz와 HFO-153-10mzzy의 혼합물은 또한 노벡 7000, 7100 및 7200보다 우수한 체적 저항률 및 유전 상수를 갖는다. 이들은 또한 FC-3284, FC-72 및 HT-55와 같은 유의하게 더 높은 GWP의 유체와 비교하여 동등한 체적 저항률, 유전 강도 및 유전 상수를 갖는다.
[표 8]
기타 실시 형태
1. 침지 냉각 유닛으로서,
내부 공동을 한정하는 침지 셀;
i) 내부 공동 내의 전기 구성요소;
ii) 내부 공동을 부분적으로 충전하는 유전체 작동 유체;
iii) 전기 구성요소 위의 내부 공동에 위치된 응축 코일을 포함하며;
유전체 작동 유체는 전기 구성요소를 적어도 부분적으로 침지시키고;
유전체 작동 유체는
1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy)
중 적어도 하나를 포함하는, 침지 냉각 유닛.
2. 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy)
중 적어도 하나로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
3. 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
4. 유전체 작동 유체의 체적 저항률은 약 1 x 1013 Ω-cm 이상인, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
5. 유전체 작동 유체의 체적 저항률은 1 x 1014 Ω-cm 이상인, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
6. 작동 온도 범위는 40℃ 내지 65℃인, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
7. 작동 온도 범위는 45℃ 내지 55℃인, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
8. 유전체 작동 유체는 손실 탄젠트 값이 3 ㎓ 내지 67 ㎓의 주파수에서 1.0 x 10-3 미만인, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
9. 유전체 작동 유체는 지구 온난화 지수(GWP)가 50 미만인, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
10. 전기 구성요소는 고용량 에너지 저장 디바이스, 전자 디바이스, 데이터센터 서버, 절연-게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 디바이스, 통신 인프라구조, 군용 전자 장치, 텔레비전(TV), 휴대 전화, 모니터, 드론, 자동차 배터리, 전기 차량(EV)용 파워트레인, 전력 전자 장치, 항공전자 디바이스, 전력 디바이스 및 디스플레이로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시 형태 1의 침지 냉각 유닛.
11. 전기 구성요소를 냉각하는 방법으로서,
작동 유체 중에 전기 구성요소를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계; 및
작동 유체를 사용하여 전기 구성요소로부터 열을 전달하는 단계를 포함하며;
작동 유체는
1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy)
중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
12. 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy)
중 적어도 하나로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 11의 방법.
13. 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz)으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 11의 방법.
14. 상기 열을 전달하는 단계는 냉각될 전기 구성요소로부터 원격 히트 싱크로의 상기 작동 유체의 펌핑을 통해 일어나는, 실시 형태 11의 방법.
15. 상기 열을 전달하는 단계는 냉각될 전기 구성요소와 접촉하는 상기 작동 유체를 기화시키고 상기 작동 유체 증기를 히트 싱크와의 접촉을 통해 응축시키는 것을 통해 일어나는, 실시 형태 11의 방법.
16. 상기 작동 유체는 지구 온난화 지수가 50 미만인, 실시 형태 11의 방법.
17. 상기 작동 유체는 체적 저항률이 약 1 x 1013 Ω-cm인, 실시 형태 11의 방법.
18. 유전체 작동 유체는 손실 탄젠트 값이 3 ㎓ 내지 67 ㎓의 주파수에서 1.0 x 10-3 미만인, 실시 형태 11의 방법.
19. 상기 전기 구성요소는 고용량 에너지 저장 디바이스, 전자 디바이스, 데이터센터 서버, 절연-게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 디바이스, 통신 인프라구조, 군용 전자 장치, 텔레비전(TV), 휴대 전화, 모니터, 드론, 자동차 배터리, 전기 차량(EV)용 파워트레인, 전력 전자 장치, 항공전자 디바이스, 전력 디바이스 및 디스플레이로 이루어진 군으로부터 선택되는, 실시 형태 11의 방법.
20. 침지 냉각 시스템에서 고-GWP 작동 유체를 대체하는 방법으로서,
고-GWP 작동 유체와 함께 사용하기 위해 설계된 침지 냉각 시스템을, 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz), 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물로 충전하는 단계를 포함하는, 방법.
21. 대체 유체에 대한 전기 구성요소의 외부 표면의 열저항은 상기 고-GWP 작동 유체보다 낮거나 동등한, 실시 형태 20의 방법
22. 대체 유체에 대한 전기 구성요소의 외부 표면의 열저항은 상기 고-GWP 작동 유체보다 20% 이하만큼 더 큰, 실시 형태 20의 방법.
23. 대체 유체에 대한 전기 구성요소의 외부 표면의 열저항은 상기 고-GWP 작동 유체보다 10% 이하만큼 더 큰, 실시 형태 20의 방법.
24. 대체 유체는 손실 탄젠트 값이 3 ㎓ 내지 67 ㎓의 주파수에서 1.0 x 10-3 미만인, 실시 형태 20의 방법.
25. 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz)으로 본질적으로 이루어지는, 실시 형태 20의 방법.

Claims (20)

  1. 침지 냉각 유닛으로서,
    내부 공동을 한정하는 침지 셀;
    i) 내부 공동 내의 전기 구성요소;
    ii) 내부 공동을 부분적으로 충전하는 유전체 작동 유체;
    iii) 전기 구성요소 위의 내부 공동에 위치된 응축 코일을 포함하며;
    유전체 작동 유체는 전기 구성요소를 적어도 부분적으로 침지시키고;
    유전체 작동 유체는
    E-1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 E-1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy)
    중 적어도 하나를 포함하는, 침지 냉각 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 작동 유체는 E-1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 E-1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나로 본질적으로 이루어지는, 침지 냉각 유닛.
  3. 제1항에 있어서, 작동 유체는 E-1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센으로 본질적으로 이루어지는, 침지 냉각 유닛.
  4. 제1항에 있어서, 유전체 작동 유체의 저항률은 약 1 x 1013 Ω-cm 이상인, 침지 냉각 유닛.
  5. 제1항에 있어서, 유전체 작동 유체의 저항률은 약 1 x 1014 Ω-cm 이상인, 침지 냉각 유닛.
  6. 제1항에 있어서, 작동 온도 범위는 40℃ 내지 65℃인, 침지 냉각 유닛.
  7. 제1항에 있어서, 작동 온도 범위는 45℃ 내지 55℃인, 침지 냉각 유닛.
  8. 제1항에 있어서, 유전체 작동 유체는 손실 탄젠트 값이 3 ㎓ 내지 67 ㎓의 주파수에서 1.0 x 10-3 미만인, 침지 냉각 유닛.
  9. 제1항에 있어서, 전기 구성요소는 고용량 에너지 저장 디바이스, 전자 디바이스, 데이터센터 서버, 절연-게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 디바이스, 통신 인프라구조, 군용 전자 장치, 텔레비전(TV), 휴대 전화, 모니터, 드론, 자동차 배터리, 전기 차량(EV)용 파워트레인, 전력 전자 장치, 항공전자 디바이스, 전력 디바이스 및 디스플레이로 이루어진 군으로부터 선택되는, 침지 냉각 유닛.
  10. 전기 구성요소를 냉각하는 방법으로서,
    작동 유체 중에 전기 구성요소를 적어도 부분적으로 침지시키는 단계; 및
    작동 유체를 사용하여 전기 구성요소로부터 열을 전달하는 단계를 포함하며;
    작동 유체는
    1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy)
    중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz) 및 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy)
    중 적어도 하나로 본질적으로 이루어지는, 방법.
  12. 제10항에 있어서, 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz)으로 본질적으로 이루어지는, 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 열을 전달하는 단계는 냉각될 전기 구성요소와 접촉하는 상기 작동 유체를 기화시키고 상기 작동 유체 증기를 히트 싱크(heat sink)와의 접촉을 통해 응축시키는 것을 통해 일어나는, 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 작동 유체는 체적 저항률이 약 1 x 1013 Ω-cm인, 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 전기 구성요소는 고용량 에너지 저장 디바이스, 전자 디바이스-데이터센터 서버, 절연-게이트 양극성 트랜지스터(IGBT) 디바이스, 통신 인프라구조, 군용 전자 장치, 텔레비전(TV), 휴대 전화, 모니터, 드론, 자동차 배터리, 전기 차량(EV)용 파워트레인, 전력 전자 장치, 항공전자 디바이스, 전력 디바이스 및 디스플레이로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  16. 침지 냉각 시스템에서 고-GWP 유전체 유체를 대체하는 방법으로서,
    고-GWP 작동 유체와 함께 사용하기 위해 설계된 침지 냉각 시스템을, 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz), 1,1,1,4,5,5,5-헵타플루오로-4-트라이플루오로메틸-2-펜텐(HFO-153-10mzzy) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물로 충전하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 대체 유체의 전기 구성요소-유체 열저항은 상기 퍼플루오르화 작동 유체 또는 고-GWP 유체의 전기 구성요소-유체 열저항보다 낮거나 동등한, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 대체 유체의 전기 구성요소-유체 열저항은 상기 퍼플루오르화 작동 유체 또는 고-GWP 유체의 전기 구성요소-유체 열저항보다 20% 이하만큼 더 큰, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 대체 유체의 전기 구성요소-유체 열저항은 상기 퍼플루오르화 작동 유체 또는 고-GWP 유체의 전기 구성요소-유체 열저항보다 10% 이하만큼 더 큰, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 작동 유체는 1,1,1,2,2,5,5,6,6,6-데카플루오로-3-헥센(HFO-153-10mczz)으로 본질적으로 이루어지는, 방법.
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