WO2019042482A1 - 一种新型无水传热介质及其应用 - Google Patents

一种新型无水传热介质及其应用 Download PDF

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WO2019042482A1
WO2019042482A1 PCT/CN2018/111345 CN2018111345W WO2019042482A1 WO 2019042482 A1 WO2019042482 A1 WO 2019042482A1 CN 2018111345 W CN2018111345 W CN 2018111345W WO 2019042482 A1 WO2019042482 A1 WO 2019042482A1
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transfer medium
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trifluoropropene
chloro
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田晓宏
谢思勉
岳晓日
李盛林
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上海泰禾国际贸易有限公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J9/12—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof using blowing gases generated by a previously added blowing agent by a physical blowing agent
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    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F23/00—Features relating to the use of intermediate heat-exchange materials, e.g. selection of compositions

Definitions

  • Chlorofluorocarbons as a traditional heat transfer medium, have a destructive effect on the Earth's ozone layer and have therefore been phased out.
  • ODP ozone depletion potential
  • HCFC will eventually reach the phase-out deadline set by the Montreal Protocol. As regulations become more effective based on global warming potential, even HFCs with zero ODP will become environmentally unacceptable working fluids.
  • the working principle of the medium provided by the present invention in the heat transfer or heat transfer element is: heat transfer in the heat preservation container under the heating of the heat source Part or all of the medium evaporates, and the high-temperature and low-density steam tends to rise, and then enters another low-temperature vessel containing the heat transfer medium and is in contact with the external environment through the heat-insulating conduit at the top of the heat-insulating container.
  • the mass fraction of the cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene is 60-90%, such as 60%, 62%, 65%, 68%, 70%. 72%, 75%, 78%, 80%, 82%, 85%, 88% or 90%, etc., but are not limited to the numerical values listed, and other numerical values not included in the numerical range are equally applicable.
  • Another object of the present invention is to provide an application of the above-described heat transfer medium for a very large scale integrated (VLSI) circuit board, a large computer system, an electric vehicle, a high speed train, a satellite or a space station.
  • VLSI very large scale integrated
  • Examples 1-3 cis-1-chloro-3,3,3-trifluoropropene, cis-1,1,1,4,4,4-hexafluorobutene and perfluorobutane were respectively obtained.
  • the base ether was used as a heat transfer medium, and the pressure and steam rate during the heat transfer were tested according to the above test methods. The results are shown in Table 1.

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Abstract

一种无水传热介质，包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯或全氟丁烷甲基醚中任意一种或至少两种的组合，传热介质在传热过程中无需外部设备对其做功，且无水，不可燃，不导电，绿色环保。

Description

一种新型无水传热介质及其应用 技术领域
本发明属于导热材料领域，涉及一种传热介质，例如一种新型无水传热介质。
背景技术
电子设备和使用高速、高密度、超大规模集成(VLSI)电路的计算机的持续发展，迫切需要高效的移热元件。虽然发热量为100W的一个芯片可以轻易地通过空气强制对流来冷却，但是冷却由很多这样的芯片构成的陈列，就需要一个庞大的高效空气强制对流换热器。液体冷却元件由于布置更紧凑，有望用于小型VLSI电路板或大型计算机系统或电动汽车。US 4,781,244和US 4,854,377描述了从集成电路芯片移除热量的液体冷却系统。
氯氟烃(CFC)作为传统的导热介质，对地球臭氧层具有破坏作用，因此已经逐步遭到淘汰。而作为替代物的氢氯氟烃(HCFC)和氢氟烃(HFC)具有较低或没有臭氧损耗潜势(ODP)，但已发现其有助于全球变暖。此外，由于具有ODP，HCFC最终将达到蒙特利尔协议书所规定的逐步淘汰最后期限。随着各种法规基于全球变暖潜势而迅速生效，即使是具有零ODP的HFC，也将成为环境不可接受的工作流体。
发明内容
本发明目的之一在于提供一种新型的传热介质，所述传热介质无水，不可燃，不导电，绿色环保。在泄漏的情况下，不会损坏电子设备或使电子设备短 路。所述传热介质的臭氧消耗潜力(ODP)为0或接近0，全球变暖潜力(GWP)小于500。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种新型无水传热介质，所述传热介质在传热过程中无需外部设备对其做功，所述介质的臭氧消耗潜力小于0.01，全球变暖潜力小于500。
其中，所述传热介质在传热过程中无需外部设备对其做功，即所述传热介应用于具有自然对流和热虹吸现象的传热或移热元件中，所述元件不需要任何外部“做功”来实现，不同于如热泵或制冷系统等需要压缩机对系统做功才能达到传热目的的原件或设备。
根据图1所示自然对流和热虹吸现象的传热或移热元件示意图，本发明提供的介质在传热或移热元件中的工作原理为：在热源的加热下，保温容器内的传热介质部份或全部蒸发，高温低密度的蒸汽趋于上升，进而通过保温容器顶部的保温导管进入到另一个装有传热介质且与外部环境接触的温度较低的容器中，传热介质蒸气的热量传导到外部环境中发生冷凝，流入底部的传热介质中；由于两个容器的底部也通过保温导管相连，根据连通器原理，靠近环境一侧的传热介质通过底部的保温导管流入到靠近热源一侧的容器中，形成循环。
根据图2和图3所示的结构，所述自然对流和热虹吸现象的传热或移热元件可以简化，即将两个容器合并为一个容器，并通过上下开孔的绝热隔板分隔为两个空间，一侧与热源相连，另一侧与外部环境相连，同样可以达到传热介质循环的目的，由于无需设置保温导管，以及外部做功的设备，大大减少了元件占用的空间，使其可以用于计算机、手机或智能手表等小型或微型电子设备 中。
由上述的原理可知，本发明提供的传热介质在上述元件的工作过程中无需添加外部设备对系统做功，即可达到传热介质的循环，从而实现传热或移热的目的。
作为本发明优选的技术方案，所述传热介质包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯或全氟丁烷甲基醚中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的组合、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚的组合、全氟丁烷甲基醚和顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的组合或顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚的组合。
优选地，所述传热介质中顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为1～99％，如1％、2％、5％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、92％、95％、98％或99％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述传热介质的组成包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯。
作为本发明优选的技术方案，所述顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为70～95％，如70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％、90％、92％或95％等，，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为75～90％。
优选地，所述顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数为5～30％，如5％、8％、 10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％或30％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10～25％。
作为本发明优选的技术方案，所述传热介质的组成包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯和全氟丁烷甲基醚。
作为本发明优选的技术方案，所述顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为10～90％，如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50～70％；
优选地，所述全氟丁烷甲基醚的质量分数为10～90％，如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为30～50％。
作为本发明优选的技术方案，所述传热介质的组成包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚。
作为本发明优选的技术方案，所述顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为60～90％，如60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％或90％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数为5～10％，如5％、6％、7％、8％、9％或10％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述全氟丁烷甲基醚的质量分数为5～30％，如5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％或30％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述传热介质的组成包括全氟丁烷甲基醚和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯。
优选地，所述全氟丁烷甲基醚的质量分数为10～90％，如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数为10～90％，如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明目的之二在于提供一种上述传热介质的应用，所述传热介质用于超大规模集成(VLSI)电路板、大型计算机系统、电动车、高速列车、卫星或空间站。
与相关技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种新型传热介质，所述传热介质在自然对流和热虹吸现象的传热或移热元件中的蒸发和冷凝过程是自发的，不需要任何外部功来实现；
(2)本发明提供一种新型传热介质，所述传热介质无水，不可燃，不导电，绿色环保；
(3)本发明提供一种新型传热介质，所述传热介质在泄漏的情况下，不会损坏电子设备或使电子设备短路；
(4)本发明提供一种新型传热介质，所述传热介质臭氧消耗潜力(ODP)小于0.01，全球变暖潜力(GWP)小于500。
附图说明
图1为本发明所述自然对流和热虹吸现象的传热或移热元件的结构示意图；
图2为本发明提供的新型传热介质在一种传热或移热元件中的工作原理示意图；
图3为本发明提供的新型传热介质在另一种传热或移热元件中的工作原理示意图。
附图标记说明：1-传热介质，2-热源，3-保温导管，4-蒸发面，5-冷凝面，6-隔板，7-传热介质蒸汽，8-冷凝液。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
测试方法：将一佃2L如附图2所示的传热或移热元件，抽真空后，再加入1kg本发明提供的传热介质。1KW的热量通过25cm 2的换热面在70℃的温度下。被传热介质吸收并蒸发。使用质量流量计来测量传热介质蒸气的速率，用压力表来测量系统压力，用空冷式冷凝器用于冷凝蒸气。当系统达到稳定操作状态时，记录下压力和蒸汽速率。
实施例1-3
实施例1-3中分别以顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚作为传热介质，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表1所示。
表1
Figure PCTCN2018111345-appb-000001
实施例4-8
实施例4-8采用全氟丁烷甲基醚和顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的混合物作为传热介质，各实施例中全氟丁烷甲基醚和顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数如表2所示，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表3所示。
表2
Figure PCTCN2018111345-appb-000002
Figure PCTCN2018111345-appb-000003
表3
Figure PCTCN2018111345-appb-000004
实施例9-13
采用顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的混合物作为传热介质，各实施例中顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数如表4所示，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表5所示。
表4
Figure PCTCN2018111345-appb-000005
表5
Figure PCTCN2018111345-appb-000006
实施例14-18
实施例14-18采用全氟丁烷甲基醚和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的混合物作为传热介质，各实施例中全氟丁烷甲基醚顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数如表6所示，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表7所示。
表6
Figure PCTCN2018111345-appb-000007
表7
Figure PCTCN2018111345-appb-000008
实施例19-23
实施例19-23采用顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚的混合物作为传热介质，各实施例中顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚的质量分数如表8所示，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表9所示。
表8
Figure PCTCN2018111345-appb-000009
表9
Figure PCTCN2018111345-appb-000010
对比例1-6
对比例1-6分别选用反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、反式1，3，3，3-四氟丙烯、顺 式1，3，3，3-四氟丙烯、2，3，3，3-四氟丙烯、1，1-二氯-1-氟乙烷以及全氟正己烷作为传热介质，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表10所示。
表10
Figure PCTCN2018111345-appb-000011
对比例7-12
对比例7-12分别使用顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯与反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、反式1，3，3，3-四氟丙烯、顺式1，3，3，3-四氟丙烯、2，3，3，3-四氟丙烯、1，1-二氯-1-氟乙烷或全氟正己烷的按照质量比1∶1混合的混合物作为传热介质，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表11所示。
表11
Figure PCTCN2018111345-appb-000012
对比例13-18
对比例13-18分别使用顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯与反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、反式1，3，3，3-四氟丙烯、顺式1，3，3，3-四氟丙烯、2，3，3，3-四氟丙烯、1，1-二氯-1-氟乙烷或全氟正己烷的按照质量比1∶1混合的混合物作为传热介质，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表12所示。
表12
Figure PCTCN2018111345-appb-000013
Figure PCTCN2018111345-appb-000014
对比例19-24
对比例19-24分别使用全氟丁烷甲基醚与反式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、反式1，3，3，3-四氟丙烯、顺式1，3，3，3-四氟丙烯、2，3，3，3-四氟丙烯、1，1-二氯-1-氟乙烷或全氟正己烷的按照质量比1∶1混合的混合物作为传热介质，按照上述测试方法对传热过程中的压力和蒸汽速率进行测试，结果如表13所示。
表13
Figure PCTCN2018111345-appb-000015
一般希望用最低的蒸汽速率和最低的操作压力来移除相同的热量，从表1中的测试结果可以看出，综合蒸气速率、压力和GWP的结果，用顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的性能最为优异，与表10的其他三种有机液体相比较，本发明提供的三种有有机液体的性能更好。将顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚按照一定质量比例进行混合得到的混合溶剂的传热性能甚至要优于单一液体的传热性能。而将本发明提供的三种有机液体与对比例1-6提供六种有机液体进行混合，混合液体的传热性能并未得到提高，可见将本发 明提供的三种有机液体进行混合得到的混合液体的传热性能更佳。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

  1. 一种新型无水传热介质，其中，所述传热介质在传热过程中无需外部设备对其做功，所述传热介质的臭氧消耗潜力小于0.01，全球变暖潜力小于500。
  2. 根据权利要求1所述的传热介质，其特征在于，所述传热介质包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯或全氟丁烷甲基醚中任意一种或至少两种的组合；
    优选地，所述传热介质中顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为1～99％。
  3. 根据权利要求1或2所述的传热介质，其中，所述传热介质的组成包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯。
  4. 根据权利要求3所述的传热介质，其中，所述顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为70～95％，优选为75～90％；
    优选地，所述顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数为5～30％，优选为10～25％。
  5. 根据权利要求1或2所述的传热介质，其中，所述传热介质的组成包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯和全氟丁烷甲基醚。
  6. 根据权利要求5所述的传热介质，其中，所述顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为10～90％，优选为50～70％；
    优选地，所述全氟丁烷甲基醚的质量分数为10～90％，优选为30～50％。
  7. 根据权利要求1或2所述的传热介质，其中，所述传热介质的组成包括顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯、顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯和全氟丁烷甲基醚。
  8. 根据权利要求5所述的传热介质，其中，所述顺式-1-氯-3，3，3-三氟丙烯的质量分数为60～90％；
    优选地，所述顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数为5～10％；
    优选地，所述全氟丁烷甲基醚的质量分数为5～30％。
  9. 根据权利要求1所述的传热介质，其中，所述传热介质的组成包括全氟丁烷甲基醚和顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯；
    优选地，所述全氟丁烷甲基醚的质量分数为10～90％；
    优选地，所述顺式-1，1，1，4，4，4-六氟丁烯的质量分数为10～90％。
  10. 一种权利要求1-9任一项所述的传热介质的应用，其中，所述传热介质用于超大规模集成电路板、大型计算机系统、电动车、高速列车、卫星或空间站。
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