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KR20230127264A - 불소 치환된 비대칭 에테르, 및 이를 포함하는 조성물, 방법 및 용도 - Google Patents

불소 치환된 비대칭 에테르, 및 이를 포함하는 조성물, 방법 및 용도 Download PDF

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KR20230127264A
KR20230127264A KR1020237025254A KR20237025254A KR20230127264A KR 20230127264 A KR20230127264 A KR 20230127264A KR 1020237025254 A KR1020237025254 A KR 1020237025254A KR 20237025254 A KR20237025254 A KR 20237025254A KR 20230127264 A KR20230127264 A KR 20230127264A
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KR
South Korea
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heat transfer
compositions
heat
present
fluid
Prior art date
Application number
KR1020237025254A
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English (en)
Inventor
수다르샤남 라마나단
디미트리오스 파파나스타시오
하리다산 케이. 나이르
Original Assignee
허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드 filed Critical 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
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Abstract

하기 화학식 I에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는 조성물 및 방법:
[화학식 I]
Figure pct00079

상기 식에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxR'(2x+1)-yHy이고; 각각의 R'은 독립적으로 F 또는 Cl로부터 선택되며, 여기서 (2x+1)-y의 값은 표시된 탄소 원자(들) 상의 R' 치환기의 총수이고; 각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며; y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, 상기 화합물에 존재하는 R'의 총수는 6 이상이고, 상기 화합물은 0개 내지 2개의 Cl 치환기를 갖는다.

Description

불소 치환된 비대칭 에테르, 및 이를 포함하는 조성물, 방법 및 용도
본 발명은 불소 치환된 비대칭 에테르, 이를 함유하는 조성물, 및 배터리(특히 리튬 이온 배터리)용 전해질 용매, 전기 절연; 전자 기기 검사; 에칭액; 용매 및 담체 응용, 화재 방지, 가연성 억제, 발포제 및 열 전달 응용(전자 기기 제조 시 온도 제어 포함); 작동 전자 장치 및 전력 시스템의 열 관리, 항공 전자 기기 및 군용 냉각을 비롯한 다양한 응용에서의 이러한 화합물 및 조성물의 방법 및 용도에 관한 것이다.
다양한 응용의 요건을 충족시키기 위해 높은 열 안정성, 낮은 독성, 불연성, 우수한 용해력 및 넓은 작동 온도 범위를 제공하면서 지구 온난화 지수가 낮은 불활성 불소화 유체에 대한 요구가 계속되고 있다. 이러한 응용에는 열 전달, 용매 세정, 전해질 조성물(전해질 용매 및 첨가제 포함) 및 소화제(fire extinguishing agent)가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
본 발명자들은 많은 중요한 응용에 사용하기 위한 신규 화합물 및 조성물의 개발과 관련하여 많은 어려운 문제가 있다는 것을 인식하게 되었다. 특히, 본 발명자들은 환경적으로 수용 가능하고(낮은 GWP 및 낮은 ODP), 불연성이며, 독성이 낮거나 전혀 없고, 특정 응용에 필요한 우수한 특성(예를 들어, 증기 탈지에 대한 우수한 용해력, 또는 전자 기기 또는 부품에 노출되거나 노출될 가능성이 있는 경우 낮은 유전율)을 동시에 갖춘 조성물, 방법 및 시스템의 필요성을 인식하게 되었다. 또한 휴대용 및 핸드헬드 전자 기기에서 기능을 추가하면서 소형화하려는 요구로 인해 작동 중 기기의 열 출력 밀도가 증가하여 배터리를 비롯한 기기 내 전자 부품의 냉각이 더욱 어려워지는 등 기기 및 물품의 열을 전달하고/하거나 온도를 관리하기 위한 개선된 유체에 대한 요구가 계속 존재한다. 일반적으로, 데스크톱 컴퓨터, 데이터 센터, 통신 센터 등 내의 컴퓨터 처리 능력(computational power)이 증가하면, 이러한 장치가 작동할 때 열 출력의 증가로 이어져서, 다시 이러한 전자 장치의 열 관리가 점점 더 중요해지고 점점 더 어렵고 까다로워진다. 열 관리 문제의 다른 예가 특히, 자동차, 트럭, 오토바이 등을 포함한 전기 자동차의 사용 증가의 결과로서 발생한다. 전기 자동차에서, 열 관리 기능은 비교적 좁은 온도 범위 내에서 신뢰할 만하고 효율적이며 안전한 방식으로 배터리를 냉각 및/또는 가열하는 것의 중요성을 비롯하여, 몇몇 이유로 특히 중요하고 까다로우며, 주행 거리가 길고 충전 속도가 빠른 배터리 구동 차량에 대한 수요가 증가함에 따라 효과적인 배터리 열 관리를 제공해야 하는 과제가 더욱 커지고 있다.
배터리, 특히 전기 자동차에 전력을 공급하는 배터리의 효율과 유효성은 배터리가 작동하는 작동 온도에 따라 변화한다. 따라서, 열 관리 시스템은 작동 및/또는 충전 중에 배터리에서 발생하는 열을 단순히 제거하는 것 이상의 기능을 수시로 수행해야 하며, 가능한 한 저렴하고 가벼운 장비를 사용하여 상대적으로 좁은 온도 범위에서 냉각 효과를 낼 수 있어야 한다. 이로써, 이러한 시스템에는 달성하기 어려운 물리적 특성과 성능 특성의 조합을 가진 열 전달 유체가 필요하다. 또한, 일부 중요한 응용에서 열 관리 시스템은 특히 추운 날씨에 차량에 시동을 걸 때 배터리에 열을 더할 수 있어야 하므로, 열 성능 관점뿐만 아니라 환경, 안전성(가연성 및 독성), 유전 특성 등을 비롯한 무수히 많은 다른 관점에서도 이러한 시스템에 효과적인 화합물 및/또는 조성물을 발견하고 개발/획득하기가 더욱 어렵다.
유전율의 중요성에 대한 특정 예로서, 전기 자동차 배터리의 열 관리에 자주 사용되는 시스템 중 하나는 배터리를 열 관리에 사용되는 유체에 담그는 것을 포함한다. 이러한 시스템에는 배터리 또는 장치가 작동하는 동안 이러한 시스템에 사용되는 유체가 배터리 또는 기타 전자 장치 또는 부품과 밀접하게 접촉할 수 있는 전자 호환성이 있어야 한다는 추가적인 제약이 부가된다. 일반적으로, 이는 유체가 불연성이어야 할 뿐만 아니라, 배터리 또는 기타 전자 부품과 접촉하는 동안, 그리고 부품이 작동하는 동안 상대적으로 높은 온도에서 전기 전도도가 낮고 안정성이 높아야 한다는 것을 의미한다. 본 발명자들은 이러한 유체가 누출되면 작동 전자 부품과 접촉할 수 있기 때문에 작동 전자 장치 및 배터리를 간접 냉각하는 경우에도 이러한 특성이 바람직하다는 것을 인식하게 되었다.
과불소화 화합물은 지금까지 이러한 까다로운 응용에서 자주 사용되어 왔다. 예를 들어, 침지 냉각을 포함하여 배터리 냉각에 일반적으로 사용되는 열 관리 유체는 물/글리콜 배합물이지만, 일부 클로로플루오로카본, 플루오로하이드로카본, 클로로하이드로카본 및 하이드로플루오로에테르를 포함한 다른 종류의 물질도 사용 가능성에 대해 언급되어 왔다. 예를 들어, US 2018/0191038을 참조한다.
하기 화학식에 따른 불소화 에테르 화합물:
(1)
(여기서, n은 1 또는 2이고, m은 n이 1인 경우 0 내지 3의 임의의 정수이지만, n이 2인 경우 m은 0 또는 2임)은 특히, 다양한 불소 함유 폴리에테르의 용매로서 사용하기 위해 제안되었다. JP202105950을 참조한다. 본 출원은 3 - 1 구성(m=3 및 n=1을 의미하는 것으로 이해됨)을 갖는다고 하는 화학식 1의 실시 형태가 배수제, 발포제, 열전달 매체 및 소화제 등의 추가 용도를 갖지만, 이러한 용도가 구체적으로 설명되거나 예시되지는 않음을 나타낸다.
리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 실리콘과 같은 고용량 활성 물질과 탄소계 전극 재료를 통해 크게 개선될 수 있다. 그러나, 고용량 물질은 이전에는 탄소계 물질에서 직면하지 않았던 새로운 일련의 과제를 제시한다. 예를 들어, 고용량 활성 물질과 통상적인 전해질로 제작된 셀의 사이클 수명은 탄소계 활성 물질과 동일한 전해질로 제작된 셀의 사이클 수명보다 훨씬 짧은 경향이 있다. 전해질의 선택은 SEI(solid electrolyte interphase) 층의 형성, 이온 이동도 및 셀의 사이클 수명에 종합적으로 영향을 미치는 다양한 기타 요인에 영향을 미칠 수 있다. 고용량 활성 물질을 리튬 이온 배터리에 도입함으로써 발생하는 이러한 새로운 과제를 해결하기 위해서는 특정 전해질 제제가 필요할 수 있으며, 이러한 새로운 전해질은 환경 친화적이며 열 전달 조성물과 관련하여 언급된 다른 많은 유익한 특성을 보유하는 것이 바람직하다.
기상 납땜은 열 전달 유체를 활용하는 공정의 또 다른 예이다. 이러한 응용에서는 고온이 사용되므로 열 전달 유체는 고온 노출(예를 들어, 250℃ 이하)에 적합해야 한다. 현재, 이러한 응용의 열전달 유체로는 퍼플루오로폴리에테르(PFPE, 즉, 탄소, 산소 및 불소만 있는 화합물)가 일반적으로 사용된다. 많은 PFPE가 이러한 고온에 적합한 열 안정성을 가지고 있지만, 대기 수명이 매우 길어 환경적으로 지속되며, 이는 결국 높은 지구 온난화 지수(GWP)를 발생시킨다.
따라서, 본 발명자들은 본원에 기술된 다른 요구들 중에서도, 환경적으로 수용 가능하고(낮은 GWP 및 낮은 ODP), 불연성이며, 독성이 낮거나 전혀 없고, 우수한 절연 특성을 가지며, 비교적 높은 온도 및/또는 다른 용도 중에서도 바람직하게는 저비용, 신뢰성 및 경량인 장비로 비교적 좁은 온도 범위에서 전자 부품을 작동시키는 데 사용하는 것을 포함하여, 효과적인 냉각 및/또는 열을 제공하는 열적 특성을 갖는 열 전달 유체를 사용하는 열 관리 방법 및 시스템의 필요성에 대해 인식하게 되었으며, 예를 들어, 본 발명자들은 비교적 낮은 비점(예를 들어, 50℃ 이하)을 갖는 유체가 많은 응용에서 바람직하지 않다는 것을 알아냈는데, 이는 이러한 유체를 사용하면 많은 배터리 및/또는 전자 냉각 응용에서 냉각 장치의 비용 및/또는 무게가 증가하는 경향이 있고, 또한 후술되는 바와 같이 신뢰성이 저하될 수 있기 때문이다.
본 발명은 하기 화학식 I에 따른 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxR'(2x+1)-yHy이고;
각각의 R'은 독립적으로 F 또는 Cl로부터 선택되며, 여기서 (2x+1)-y의 값은 표시된 탄소 원자(들) 상의 R' 치환기의 총수이고;
각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며;
y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, (i) R1 및 R2가 각각 CF3이면, R3는 CF3도 아니고 CH2F도 아니고; (ii) 상기 화합물에 존재하는 F의 총수는 7 내지 15이며; (iii) (a) 분자 상의 R'의 총수가 8 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율은 1.5 이상이고, (b) 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율은 2 이상이며, (iv) 상기 화합물은 0개 또는 1개의 Cl 치환기를 갖는다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 1로 지칭된다.
본 발명은 화합물 1에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율이 2.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 1 A 로 지칭된다.
본 발명은 화합물 1에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율이 3 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 1 B 로 지칭된다.
본 발명은 화합물 1에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율이 3.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 1 c 로 지칭된다.
본 발명은 화합물 1에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, R1 및 R2 각각에서 x가 1인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 1 D 로 지칭된다.
본 발명은 또한 하기 화학식 Ia로 나타내는 화합물을 포함하는 특정 조성물을 포함한다:
[화학식 Ia]
.
편의상, 본 단락에 따른 화합물은 종종 본원에서 화합물 1A로 지칭된다. 화합물 1A는 프로판, 2-(2',2',2'-트라이플루오로에톡시)-(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로) 또는 프로판, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-(2,2,2,-트라이플루오로에톡시)-로도 명명될 수 있다. 본 발명자들은 이 화합물이 특히 열 전달 응용(특히 침지 냉각을 포함한 전자 장치, 장비 및 배터리의 냉각) 및 용매 응용을 포함한 여러 응용에 사용될 때 놀랍고 예상치 못한 이점이 있다는 것을 알아냈다. 이러한 예상치 못한 이점은 부분적으로 이 화합물을 사용하면 이러한 응용에서 유체를 사용할 수 있는 동시에, 낮은 GWP(200 미만), 낮은 유전율(예를 들어, 4 미만), 인화점 없음 및 약 69℃의 유리한 표준 비점을 갖는다고 본 발명자들이 판단하기 때문에 발생한다.
본 발명은 하기 화학식 Ib로 나타내는 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 Ib]
.
편의상, 본 단락에 따른 화합물은 종종 본원에서 화합물 1B로 지칭된다.
본 발명은 하기 화학식 Ic로 나타내는 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 Ic]
.
편의상, 본 단락에 따른 화합물은 종종 본원에서 화합물 1C로 지칭된다.
본 발명은 하기 화학식 Id로 나타내는 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 Id]
.
편의상, 본 단락에 따른 화합물은 종종 본원에서 화합물 1D로 지칭된다. 본 발명은 하기 화학식 Ie로 나타내는 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 Ie]
.
편의상, 본 단락에 따른 화합물은 종종 본원에서 화합물 1E로 지칭된다.
본 발명은 하기 화학식 If로 나타내는 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 If]
.
편의상, 본 단락에 따른 화합물은 종종 본원에서 화합물 1F로 지칭된다.
본 발명은 하기 화학식 I에 따른 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxR'(2x+1)-yHy이고;
각각의 R'은 독립적으로 F 또는 Cl로부터 선택되며, 여기서 (2x+1)-y의 값은 표시된 탄소 원자(들) 상의 R' 치환기의 총수이고;
각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며;
y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, (i) R1 및 R2가 각각 CF3이면, R3는 CF3도 아니고 CH2F도 아니고; (ii) 상기 화합물에 존재하는 F의 총수는 7 내지 15이며; (iii) (a) 분자 상의 R'의 총수가 8 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율은 1.5 이상이고, (b) 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율은 2 이상이며; (iv) 상기 화합물은 0개 또는 1개의 Cl 치환기를 갖고; (v) R3는 1개 이상의 CF3를 포함하며, X는 2 이상이다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 2로 지칭된다.
본 발명은 화합물 2에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율이 2.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 2A로 지칭된다.
본 발명은 화합물 2에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율이 3 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 2B로 지칭된다.
본 발명은 화합물 2에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율이 3.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 2C로 지칭된다.
본 발명은 화합물 2에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, R1 및 R2 각각에서 x가 1인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 2D로 지칭된다.
본 발명은 하기 화학식 I에 따른 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxF(2x+1)-yHy이고;
각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며;
y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, (i) R1 및 R2가 각각 CF3이면, R3는 CF3도 아니고 CH2F도 아니고; (ii) 상기 화합물에 존재하는 F의 총수는 7 내지 15이며; (iii) (a) 분자 상의 F의 총수가 8 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율은 1.5 이상이고, (b) 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율은 2 이상이다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 3으로 지칭된다.
본 발명은 화합물 3에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율이 2.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 3A로 지칭된다.
본 발명은 화합물 3에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율이 3 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 3B로 지칭된다.
본 발명은 화합물 3에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율이 3.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 3C로 지칭된다.
본 발명은 화합물 3에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, R1 및 R2 각각에서 x가 1인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 3D로 지칭된다.
본 발명은 하기 화학식 I에 따른 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxF(2x+1)-yHy이고;
각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며;
y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, (i) R1 및 R2가 각각 CF3이면, R3는 CF3도 아니고 CH2F도 아니고; (ii) 상기 화합물에 존재하는 F의 총수는 7 내지 15이며; (iii) (a) 분자 상의 F의 총수가 8 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율은 1.5 이상이고, (b) 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율은 2 이상이며; (iv) R3는 1개 이상의 CF3를 포함하며, X는 2 이상이다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 4로 지칭된다.
본 발명은 화합물 4에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율이 2.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 4A로 지칭된다.
본 발명은 화합물 4에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율이 3 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 4B로 지칭된다.
본 발명은 화합물 4에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, 분자 상의 F의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 F 대 H의 비율이 3.5 이상인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 4C로 지칭된다.
본 발명은 화합물 4에 따른 신규 화합물이되, 추가로 단, R1 및 R2 각각에서 x가 1인 상기 화합물을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 4D로 지칭된다.
본 발명은 하기 화학식 I에 따른 신규 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
상기 식에서, R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxR'(2x+1)-yHy이고;
각각의 R'은 독립적으로 F 또는 Cl로부터 선택되며, 여기서 (2x+1)-y의 값은 표시된 탄소 원자(들) 상의 R' 치환기의 총수이고;
각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며;
y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, (i) R1 및 R2가 각각 CF3이면, R3는 CF3도 아니고 CH2F도 아니고; (ii) 상기 화합물에 존재하는 F의 총수는 7 내지 15이며; (iii) 하기 화합물: (a) 프로판, 2-(2,2-다이플루오로에톡시)-1,1,1,3,3,3-헥사플루오로; (b) 프로판, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-(2,2,2-트라이플루오로에톡시)-; (c) 프로판, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-(2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시)-; (d) 펜탄, 1,1,1,2,2,4,4,5,5,5-데카플루오로-3-(2,2,2-트라이플루오로에톡시)-; (e) 펜탄, 1,1,2,2,3,3,4,4-옥타플루오로-5-[2,2,2-트라이플루오로-1-(트라이플루오로메틸)에톡시]-; 및 (f) 헥산, 1,1,1,2,2,3,3,5,5,6,6,6-도데카플루오로-4-(2,2,2-트라이플루오로에톡시)는 포함되지 않고; (iv) 상기 화합물은 0개 또는 1개의 Cl 치환기를 갖는다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 5로 지칭된다.
본 발명의 조성물, 시스템 및 방법에 유용한 것은 하기 화학식 I에 따른 화합물이다:
[화학식 I]
상기 식에서,
R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxR'(2x+1)-yHy이고;
각각의 R'은 독립적으로 F 또는 Cl로부터 선택되며, 여기서 (2x+1)-y의 값은 표시된 탄소 원자(들) 상의 R' 치환기의 총수이고;
각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며;
y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, (i) 상기 화합물에 존재하는 F의 총수는 7 내지 15이고; (ii) (a) 분자 상의 R'의 총수가 8 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율은 1.5 이상이고, (b) 분자 상의 R'의 총수가 13 이상이면, O-CH2-R3 부분 상의 R' 대 H의 비율은 2 이상이며, (iii) 상기 화합물은 0개 또는 1개의 Cl 치환기를 갖는다. 편의상, 본 단락에 따른 임의의 화합물은 종종 본원에서 화합물 6으로 지칭된다.
바람직한 실시 형태에서, 본 발명의 조성물은 본 발명의 하나 이상의 화합물을 포함하며, 하기 표 1에 명시된 바와 같은 특성을 가지며, 조성물 번호는 첫 번째 열에 볼드체로 표시되고("Comp. No."로 약칭됨), 이하에서는 해당 행에 명시된 화합물(들) 및/또는 특성(본원에 정의된 바와 같이 측정됨)을 갖는 조성물을 참조하기 위해 사용되며, NR에 관해서는 표시된 특성이 해당 조성물에 필요하지 않음을 의미한다.
[표 1]
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
본 발명은 각각의 화합물 1 내지 6을 포함한 본 발명의 화합물의 조성물 및 각각의 조성물 1 내지 6을 포함한 본 발명의 조성물의 다양한 용도를 제공하며, 이러한 용도와 관련된 방법을 포함한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 이전 단락에서의 "화합물 1 내지 6 중 임의의 것"에 대한 언급과 같은, 번호로 정의된 화합물, 조성물, 방법 등의 그룹에 대한 언급은 구체적으로, 접미사가 붙은 모든 번호의 조성물을 포함하여, 모든 이러한 번호가 매겨진 화합물을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "화합물 1 내지 6"에 대한 언급은 예를 들어, a 내지 f와 같은 접미사가 있는 번호가 매겨진 화합물을 포함하여, 각각의 화합물 1을 포함한다.
따라서, 본 발명은 이하에서 보다 상세히 설명된 바와 같이, 열전달 유체(특히 침지 냉각 포함), 용매(증기 탈지 및 기타 세정 기술 포함, 및 에칭액으로서), 담체(코팅용 포함), 전기 절연체, 발포제, 화염 억제제 및 가연성 감소제로서의 각각의 화합물 1 내지 6을 포함한 각각의 본 발명의 화합물의 용도를 포함한다.
따라서, 본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 유체를 제공하는 단계; 및
(b) 열 및/또는 에너지를 화합물 1 내지 6 중 어느 하나에 따른 임의의 화합물로부터 및/또는 상기 화합물로 전달하는 단계를 포함하는, 물품, 장치 또는 유체로부터 열 및/또는 에너지를 제거하거나, 물품, 장치 또는 유체에 열 및/또는 에너지를 부가하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 열 전달 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 유체를 제공하는 단계; 및
(b) 열 및/또는 에너지를 조성물 1 내지 6 중 어느 하나에 따른 임의의 조성물로부터 및/또는 상기 조성물로 전달하는 단계를 포함하는, 물품, 장치 또는 유체로부터 열 및/또는 에너지를 제거하거나, 물품, 장치 또는 유체에 열 및/또는 에너지를 부가하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 열 전달 방법 2로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 유체를 제공하는 단계;
(b) 화합물 1 내지 6 내의 각각의 화합물을 포함한 본 발명의 화합물을 포함하는 냉각 유체를 제공하는 단계; 및
(c) 상기 물품 또는 장치의 적어도 부분 또는 일부를 상기 유체에 침지시켜 상기 물품 또는 장치로부터 열을 제거하고/하거나 상기 물품 또는 장치에 열을 부가하는 단계를 포함하는, 물품 또는 장치의 침지 냉각 방법을 포함한다.
편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 침지 냉각 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(d) 물품, 장치 또는 유체를 제공하는 단계;
(e) 조성물 1 내지 6 내의 각각의 조성물을 포함한 본 발명의 조성물을 포함하는 냉각 유체를 제공하는 단계; 및
(f) 상기 물품 또는 장치의 적어도 부분 또는 일부를 상기 유체에 침지시켜 상기 물품 또는 장치로부터 열을 제거하고/하거나 상기 물품 또는 장치에 열을 부가하는 단계를 포함하는, 물품 또는 장치의 침지 냉각 방법을 포함한다.
편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 침지 냉각 방법 2로 지칭된다.
본 발명은,
(g) 물품, 장치 또는 유체를 제공하는 단계;
(h) 임의의 화합물 1 내지 6 내의 각각의 화합물을 포함한 본 발명의 화합물을 포함하는 열 관리 유체를 제공하는 단계; 및
(i) 상기 열 관리 유체를 사용하여 상기 물품, 장치 또는 유체로부터 열을 제거하고/하거나 상기 물품, 장치 또는 유체에 열을 부가하는 단계를 포함하는, 상기 물품, 장치 또는 유체에 열을 제거하고/하거나 상기 물품, 장치 또는 유체에 열을 부가하여 물품, 장치 또는 유체의 온도를 임의의 온도 범위 내로 유지하는 방법을 포함한다.
편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 열 관리 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(j) 물품, 장치 또는 유체를 제공하는 단계;
(k) 임의의 조성물 1 내지 6 내의 각각의 조성물을 포함한 본 발명의 조성물을 포함하는 열 관리 유체를 제공하는 단계; 및
(l) 상기 열 관리 유체를 사용하여 상기 물품, 장치 또는 유체로부터 열을 제거하고/하거나 상기 물품, 장치 또는 유체에 열을 부가하는 단계를 포함하는, 상기 물품, 장치 또는 유체에 열을 제거하고/하거나 상기 물품, 장치 또는 유체에 열을 부가하여 물품, 장치 또는 유체의 온도를 임의의 온도 범위 내로 유지하는 방법을 포함한다.
편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 열 관리 방법 2로 지칭된다.
본 발명은 해당 시스템 또는 장치 내에서 및/또는 상기 시스템 또는 장치로 및/또는 상기 시스템 또는 장치로부터 열을 전달하기 위한 열 전달 유체를 포함하는 시스템 및 장치를 포함하며, 상기 시스템 및/또는 장치는 (a) 열을 전달하기 위한 시스템 또는 장치 및 (b) 상기 시스템 또는 장치 내의 임의의 화합물 1 내지 6에 따른 화합물을 포함하는 열 전달 유체를 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 시스템 및/또는 장치는 종종 본원에서 열 전달 시스템 1로 지칭된다.
본 발명은 해당 시스템 또는 장치 내에서 및/또는 상기 시스템 또는 장치로 및/또는 상기 시스템 또는 장치로부터 열을 전달하기 위한 열 전달 유체를 포함하는 시스템 및 장치를 포함하며, 상기 시스템 및/또는 장치는 (a) 열을 전달하기 위한 시스템 또는 장치 및 (b) 상기 시스템 또는 장치 내의 임의의 조성물 1 내지 6에 따른 조성물을 포함하는 열 전달 유체를 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 시스템 및/또는 장치는 종종 본원에서 열 전달 시스템 2로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 기판을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 물품, 장치 또는 기판을 임의의 화합물 1 내지 6 중의 화합물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 물품 또는 장치 또는 기판, 또는 물품 또는 장치 또는 기판의 일부를 용매 세정하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 세정 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 기판을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 물품, 장치 또는 기판을 임의의 조성물 1 내지 6 중의 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 물품 또는 장치 또는 기판, 또는 물품 또는 장치 또는 기판의 일부를 용매 세정하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 세정 방법 2로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 기판을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 물품, 장치 또는 기판을 임의의 화합물 1 내지 6 중의 화합물로 증기 탈지하는 단계를 포함하는, 물품 또는 장치 또는 기판, 또는 물품 또는 장치 또는 기판의 일부를 증기 탈지하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 증기 탈지 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 기판을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 물품, 장치 또는 기판을 임의의 조성물 1 내지 6 중의 조성물로 증기 탈지하는 단계를 포함하는, 물품 또는 장치 또는 기판, 또는 물품 또는 장치 또는 기판의 일부를 증기 탈지하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 증기 탈지 방법 2로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 용매화할 물질을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 물질을 임의의 화합물 1 내지 6 중의 화합물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 물질을 용매화하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 용매화 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 용매화할 물질을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 물질을 임의의 조성물 1 내지 6 중의 조성물에 용매화하는 단계를 포함하는, 물질을 용매화하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 용매화 방법 2로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 물품, 장치 또는 기판을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 물품, 장치 또는 기판을 임의의 화합물 1 내지 6 중의 화합물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 전자 또는 전기 물품 또는 장치 또는 기판, 또는 물품 또는 장치 또는 기판의 일부를 절연하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 전기 절연 방법 1로 지칭된다.
본 발명은 시스템, 장치 또는 부품용 절연체로서 임의의 조성물 1 내지 6 중의 조성물을 포함하는 절연 전자 장치 또는 부품을 포함하는 시스템, 장치 및 부품을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 절연 전자 시스템 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 에칭할 기판을 제공하는 단계;
(b) 임의의 화합물 1 내지 6 중의 화합물을 제공하는 단계; 및
(c) 상기 화합물을 상기 에칭할 기판에 도입하는 단계를 포함하는, 에칭 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 에칭 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(d) 에칭할 기판을 제공하는 단계;
(e) 임의의 조성물 1 내지 6 중의 조성물을 제공하는 단계; 및
(f) 상기 조성물을 상기 에칭할 기판에 도입하는 단계를 포함하는, 에칭 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 에칭 방법 2로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 임의의 화합물 1 내지 6 중의 화합물을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 화합물을 화염 및/또는 화염 부근에 도입하는 단계를 포함하는, 화염을 억제하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 화염 억제 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 임의의 조성물 1 내지 6에 따른 조성물을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 조성물을 화염 및/또는 화염 부근에 도입하는 단계를 포함하는, 화염을 억제하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 화염 억제 방법 2로 지칭된다.
본 발명은 임의의 조성물 1 내지 6에 따른 조성물을 저장하는 용기 및 상기 저장 용기로부터 잠재적 화염 또는 화재 부위로 이어지는 도관을 포함하는 화재 방지 시스템을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 시스템은 종종 본원에서 화재 방지 시스템 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 임의의 조성물 1 내지 6에 따른 조성물을 포함하는 발포제를 포함하는 발포성 조성물을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 발포성 조성물을 발포시키는 단계를 포함하는, 열경화성 또는 열가소성 또는 퍼스널 케어 폼(personal care foam)을 형성하는 방법을 포함한다. 편의상, 본 단락에 따른 방법은 종종 본원에서 발포 방법 1로 지칭된다.
본 발명은,
(a) 전해질, 바람직하게는 리튬 이온 전해질;
(b) 전해질용 유기 용매; 및
(c) 임의의 화합물 1 내지 6 중의 임의의 하나 이상의 화합물 - 여기서, 상기 화합물은 제제 중의 유기 용매 및/또는 첨가제임 - 을 포함하는 전해질 제제를 포함한다.
편의상, 본 단락에 따른 전해질 제제는 종종 본원에서 전해질 제제 1로 지칭된다.
본 발명은,
(c) 전해질, 바람직하게는 리튬 이온 전해질;
(d) 전해질용 유기 용매; 및
(c) 임의의 조성물 1 내지 6 중의 임의의 하나 이상의 조성물 - 여기서, 상기 조성물은 제제 중의 유기 용매 및/또는 첨가제임 - 을 포함하는 전해질 제제를 포함한다.
편의상, 본 단락에 따른 전해질 제제는 종종 본원에서 전해질 제제 2로 지칭된다.
도 1은 본 발명의 열 관리 시스템의 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 예시적인 제1 침지 냉각 시스템의 개략도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 예시적인 제2 침지 냉각 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 열 관리 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 배터리 열 관리 시스템을 보여주는 사진이다.
도 5는 예시적인 유기 랭킨 사이클(organic Rankine cycle)의 개략도이다.
도 6은 예시적인 히트 펌프의 개략도이다.
도 7은 예시적인 2차 루프 시스템의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 조성물을 이용한 리튬 이온 배터리 냉각 시스템의 일례의 반개략도이다.
도 9는 본 발명의 전해질 제제를 갖는 리튬 이온 배터리의 일례의 반개략도이다.
도 10은 본 발명의 열 전달 조성물을 이용한 히트 파이프의 반개략도이다.
도 11은 본 발명의 열 전달 조성물을 이용한 증기 탈지 시스템의 반개략도이다.
정의
본원에 사용되는 하기 용어는 달리 구체적으로 지시되지 않는 한, 이하에 나타낸 의미를 갖는다.
전자 장치 및 관련 어형은 전기 에너지 및/또는 전자 신호를 수신 및/또는 전송 및/또는 생성하여 의도된 기능을 수행하는 과정 중에 있는 장치 또는 장치의 구성요소를 의미한다. 따라서, 본원에 사용되는 용어 "작동 전자 장치"는 예를 들어, 다른 구성요소에 전기 에너지원을 제공하는 과정에 있는 배터리와, 예를 들어 충전 또는 재충전 중인 배터리도 포함한다.
용어 "열 전달 조성물" 및 관련 어형은 하나의 유체, 물품 또는 장치로부터 다른 유체, 물품 또는 장치로 열 또는 에너지를 전달하는 데 사용되는 유체(액체 또는 기체) 형태의 조성물을 의미하며, 따라서 예를 들어, 냉매, 열 관리 유체 및 랭킨 사이클용 작동 유체를 포함한다.
본원에 사용되는 용어 "랭킨 사이클"은 1) 액체를 고압 하에서 증기로 변화시키는 보일러; 2) 증기를 팽창시켜 기계적 에너지를 얻기 위한 터빈; 3) 터빈의 저압 배기 증기를 저압 액체로 변화시키는 응축기; 4) 응축액을 고압 하에서 보일러로 다시 이동시키는 펌프를 포함하는 시스템을 말한다. 이러한 시스템은 일반적으로 전기 발전에 사용된다.
열 전달 조성물이 장치 또는 물품을 특정 온도 범위 내에서 유지하기 위한 열 관리에 사용되는 경우(예를 들어, 전자 냉각), 이는 종종 본원에서 열 관리 유체로 지칭된다.
열 전달 시스템(예를 들어, 증기 압축 열 전달 시스템)에서 열 전달(예를 들어, 윤활 또는 안정화를 제공하는 것과는 대조적으로)을 목적으로 열 전달 조성물에 존재하는 성분(들), 해당 성분 또는 성분들의 조합은 종종 본원에서 냉매로 지칭된다.
작동 전자 장치 및 관련 어형은 전기 에너지 및/또는 전자 신호를 수신 및/또는 전송 및/또는 생성하여 의도된 기능을 수행하는 과정 중에 있는 장치 또는 장치의 구성요소를 의미한다. 따라서, 본원에 사용되는 용어 "작동 전자 장치"는 예를 들어, 다른 구성요소에 전기 에너지원을 제공하는 과정에 있는 배터리와, 충전 또는 재충전 중인 배터리도 포함한다.
열 접촉 및 이의 관련형은 표면과의 직접 접촉 및 표면과 유체 사이의 열 흐름을 촉진시키는 다른 물체(body) 또는 유체를 통한 간접 접촉을 포함한다.
열전도율은 ASTM D7896-19에 따라 측정된 파괴 전압(kV)을 나타낸다.
지구 온난화 지수("GWP")는 다양한 가스의 지구 온난화의 영향을 비교할 수 있도록 개발되었다. 이는 1 톤의 이산화탄소의 배출량(emission)에 비해, 주어진 기간에 걸쳐 1 톤의 소정 가스의 배출량이 얼마나 많은 에너지를 흡수하는지의 척도이다. GWP가 클수록, CO2에 비하여 주어진 가스가 그 기간에 걸쳐 지구를 더 많이 온난화한다. GWP에 보통 사용되는 기간은 100년이다. GWP는 분석자들이 상이한 가스들의 배출량 산정치(emission estimate)들을 합산할 수 있게 하는 공통의 척도를 제공한다.
LC 50 은 화합물의 급성 독성의 척도이다. 화합물의 급성 흡입 독성은 OECD 화학물질 시험 가이드라인 403호 "급성 흡입 독성"(2009), 방법 B.2. (흡입), 위원회 규정 (EC) 번호 440/2008(OECD Guideline for Testing of Chemicals No. 403 "Acute Inhalation Toxicity" (2009), Method B.2. (Inhalation) of Commission Regulation (EC) No. 440/2008)에 설명된 방법을 사용하여 평가될 수 있다.
용어 "AMES 음성(AMES-negative)"은 미국 독성물질관리법(Toxic Substances Control Act)에 명시된 Ames 테스트에 따라 테스트했을 때 음성 결과가 나오는 화합물 또는 조성물을 나타낸다.
인화점은 ASTM D3828-16a에 따라 측정된 것으로 발화원이 제거된 후에도 액체의 증기가 계속 연소되는 최저 온도를 나타낸다.
열 관리 조성물 또는 유체를 포함한 열전달 조성물과 관련하여 불연성은 NFPA 30: Flammable and Combustible Liquid Code에 따라 100℉(37.8℃) 미만의 인화점을 갖지 않는 화합물 또는 조성물을 의미한다. 열 관리 조성물 또는 유체의 인화점은 ASTM D3828-16a에 따라 측정된 것으로 발화원이 제거된 후에도 조성물의 증기가 계속 연소되는 최저 온도를 나타낸다.
냉매 조성과 관련하여, 불연성이고 독성이 낮거나 없는 화합물 또는 조성물은 ASHRAE Standard 34-2016 Designation and Safety Classification of Refrigerants에 따라 "A1"으로 분류되고, ASHRAE Standard 34-2016의 부록 B1에 설명되어 있다.
무독성 또는 저독성은 ASHRAE Standard 34-2016 Designation and Safety Classification of Refrigerants에 따라 클래스 "A"로 분류되고 ASHRAE Standard 34-2016의 부록 B1에 설명된 유체를 의미한다.
용량은 냉각 시스템의 냉매가 제공하는 냉각량(BTU/hr)이다. 이는 증발기를 통과할 때의 냉매의 엔탈피 변화(BTU/lb 단위)를 냉매의 질량 유량과 곱함으로써 실험적으로 결정된다. 엔탈피는 냉매의 압력 및 온도의 측정으로부터 결정될 수 있다. 냉동 시스템의 용량은 냉각될 영역을 특정 온도로 유지하는 능력에 관한 것이다. 냉매의 용량은 냉매가 제공하는 냉각 또는 가열의 양을 나타내며, 냉매의 주어진 체적 유량에 대한 다량의 열을 펌핑하는 압축기의 능력의 일부 척도를 제공한다. 다시 말해, 특정 압축기를 고려할 때, 더 높은 용량을 갖는 냉매는 더 큰 냉각력 또는 가열력을 제공할 것이다.
성능 계수(이하 "COP")는 일반적으로 통용되는 냉매 성능의 척도로, 냉매의 증발 또는 응축과 관련된 특정 가열 또는 냉각 사이클에서 냉매의 상대적 열역학적 효율을 나타내는 데 특히 유용하다. 냉동 공학에서, 이 용어는 증기를 압축하는 데 있어서 압축기에 의해 가해지는 에너지에 대한 유용한 냉장 또는 냉각 용량의 비를 나타내며, 따라서 열 전달 유체, 예를 들어 냉매의 주어진 체적 유량에 대한 다량의 열을 펌핑하는 주어진 압축기의 능력을 나타낸다. 다시 말해, 특정 압축기를 고려할 때, 더 높은 COP를 갖는 냉매는 더 큰 냉각력 또는 가열력을 제공할 것이다. 특정 작동 조건에서의 냉매의 COP를 추정하는 한 가지 수단은 표준 냉동 사이클 분석 기술을 사용한 냉매의 열역학적 특성에 의한 것이다(예를 들어, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된, 문헌[R.C. Downing, FLUOROCARBON REFRIGERANTS HANDBOOK, Chapter 3, Prentice-Hall, 1988] 참조).
증기 탈지란, 용매 증기를 사용하여 물품 또는 물품의 일부에서 오일 및 기타 오염 물질을 씻어내는 표면 세정 공정을 의미한다.
유전율은 20 기가헤르츠(GHz)에서 실온에서 ASTM D150-11에 따라 측정된 유전율을 의미한다.
절연 내력은 ASTM D87-13, 절차 A에 따라, 전극 사이의 간격이 2.54 mm이고 상승률이 500 V/sec인 수정을 가하여 측정한 파괴 전압(kV)을 나타낸다.
본원에 사용되는 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수형을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 엔드포인트별 수치 범위의 인용은 해당 범위 내에 포함된 모든 숫자를 포함한다(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.8, 4 및 5를 포함한다).
달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 실시형태에서 사용된 양 또는 성분, 특성 측정값 등을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 실시형태 목록에 기재된 수치 파라미터는 본 발명의 교시를 이용하는 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있다. 적어도 청구된 실시형태의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수에 비추어 그리고 일반적인 반올림 기술을 적용하여 해석되어야 한다.
작동 유체
본 발명의 화합물 및 조성물은 다양한 용도의 작동 유체로서 유용하다. 본원에 사용되는 용어 "작동 유체"는 본 발명의 조성물을 포함하는 용어로 사용되며, 상술한 바와 같이 본 발명의 화합물 이외의 화합물 또는 성분을 포함할 수 있다. 편의상, 이러한 다른 성분 또는 화합물은 본원에서 일반적으로 보조제(co-agent)로 지칭되며, 특정 경우에는 보조 열전달제, 공용매, 보조 에칭액 등이 될 수 있으며, 이는 이하에서 상세히 논의되는 바와 같이 특정 용도, 방법 또는 시스템에 특정된다. 하기 표 2는 각각의 화합물 1 내지 6 및 임의로 작동 유체 중의 성분의 총 중량에 기초하여 표시된 양의 보조제를 포함하여, 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 작동 유체를 특정하며, 각각의 양은 "약"이라는 단어가 앞에 오는 것으로 이해된다.
[표 2]
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
열 전달 조성물
상술한 바와 같이, 본 발명은 한 위치에서 다른 위치로(또는 하나의 물체, 또는 물품 또는 유체에서 다른 물체, 물품 또는 유체로) 열을 전달하는 데 사용될 수 있는 각각의 조성물 1 내지 6(즉, 액체 및/또는 기체)을 포함한 본 발명의 열 전달 조성물의 다양한 방법, 공정 및 용도를 제공한다. 예를 들어, 열 전달 조성물은 장치의 온도를 정의된 상한 이하 및/또는 정의된 하한 온도 이상으로 유지하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 열 전달 조성물은 산업 또는 다른 공정에서 폐열을 포집하고 전기 또는 기계 에너지로 변환하는 것과 같이 에너지 변환에 사용될 수 있다.
본 발명은 상기 표 1에서 번호로 정의된 각각의 작동 유체를 포함한 본 발명의 작동 유체를 본 발명의 열 전달 조성물로서 사용하는 것을 포함하며, 여기서 보조제가 존재하는 경우, 보조 열 전달 성분이다. 하기 표 3은 상기 표 2에 제공된 작동 유체 정의에 기초하여 본 발명의 바람직한 열 전달 조성물을 특정하며, 여기서 두 번째 열은 해당 WF 번호에 대해 식별된 화합물 및 화합물의 양, 및 존재하는 경우, 보조 열 전달제를 하기 표에 제시된 것과 같이 포함한다.
[표 3]
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
본 발명은 각각의 조성물 1 내지 6, 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 전달 조성물을 포함하며, 여기서 보조 열 전달제는 헥사플루오로아이소프로필에틸에테르, 헥사플루오로아이소프로필메틸티오에테르, HFE-7000, HFE-7200, HFE-7100, HFE-7300, HFE-7500, HFE-7600, 트랜스-1,2-다이클로로에틸렌, n-펜탄, 사이클로펜탄, 에탄올, 퍼플루오로(2-메틸-3-펜탄온) (Novec 1230), 시스-HFO-1336mzz, 트랜스-HFO-1336mzz, HF-1234yf, HFO-1234ze(E), HFO-1233zd(E) 및 HFO-1233zd(Z)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 GWP가 약 100 미만이다.
바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 유전율이 3 미만이다.
바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 절연 내력이 적어도 약 30이다.
바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 절연 내력이 적어도 약 40이다.
바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 열전도율이 적어도 약 0.055 W/m-K이다.
바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 열전도율이 적어도 약 0.065 W/m-K이다.
바람직하게는, 각각의 조성물 1 내지 17 및 18A, 및 각각의 HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 조성물은 윤활제를 추가로 포함한다. 윤활제는 냉매를 사용하는 냉동 압축기를 윤활시킨다. 윤활제는 열 전달 조성물의 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 양으로 열 전달 조성물에 존재할 수 있다. 폴리올 에스테르(POE), 폴리알킬렌 글리콜(PAG), PAG 오일, 폴리비닐 에테르(PVE), 폴리(알파-올레핀)(PAO), 알킬 벤젠 및 광유 및 이들의 조합과 같은 윤활제는 본 발명의 열 전달 조성물에 사용될 수 있다.
바람직한 윤활제는 POE 및 PVE, 더욱 바람직하게는, 특히 고정식 공조 및 냉동을 포함하는 열 전달 방법과 관련하여 사용하는 POE를 포함한다. 물론, 다양한 유형의 윤활제들의 다양한 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 냉매가 모바일 에어컨 응용에 사용되는 경우, 윤활제는 PAG일 수 있다.
시판용 POE에는 에머리(Emery) 2917(등록상표) 및 하트콜(Hatcol) 2370(등록상표)으로 입수가능한 네오펜틸 글리콜 다이펠라르고네이트, 및 씨피아이 플루이드 엔지니어링(CPI Fluid Engineering)에 의해 상표명 엠카레이트(Emkarate) RL32-3MAF 및 엠카레이트 RL68H로 판매되는 것들을 포함한 펜타에리트리톨 유도체가 포함된다. 엠카레이트 RL32-3MAF 및 엠카레이트 RL68H는 하기의 확인된 특성을 갖는 바람직한 네오펜틸 POE 윤활제이다:
Figure pct00025
본 발명의 윤활제는 일반적으로 PVE 윤활제를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, PVE 윤활제는 하기 화학식 II에 따른 PVE로서의 것이다:
[화학식 II]
상기 식에서, R2 및 R3는 각각 독립적으로 C1 내지 C10 탄화수소, 바람직하게는 C2 내지 C8 탄화수소이고, R1 및 R4는 각각 독립적으로 알킬, 알킬렌 글리콜, 또는 폴리옥시알킬렌 글리콜 단위이고, n 및 m은 바람직하게는 원하는 특성을 갖는 윤활제를 얻도록 당업자의 요구에 따라 선택되며, 바람직한 n 및 m은 ASTM D467에 따라 측정된 40℃에서의 점도가 약 30 내지 약 70 cSt인 윤활제를 얻도록 선택된다. 시판용 폴리비닐 에테르에는 이데미츠(Idemitsu)로부터 상표명 FVC32D 및 FVC68D로 판매되는 윤활제가 포함된다.
따라서, 열 전달 조성물은 바람직한 실시형태에서, 각각의 HTC1 내지 HTC6를 포함한 임의의 본 발명의 열 전달 조성물, 및 POE, PAG 또는 PVE로부터 선택되는 윤활제를 포함한다.
본 발명의 열 전달 조성물은 상술한 바와 같은 열 전달 유체 및 윤활제로 기본적으로 구성되거나 구성될 수 있다.
시판용 광유에는 위트코(Witco)로부터의 위트코 LP 250(등록상표), 쉬리브 케미컬(Shrieve Chemical)로부터의 제롤(Zerol) 300(등록상표), 위트코로부터의 서니소(Suniso) 3GS 및 칼루메트(Calumet)로부터의 칼루메트 R015가 포함된다. 시판용 알킬 벤젠 윤활제에는 제롤 150(등록상표)이 포함된다. 시판용 에스테르에는 에머리 2917(등록상표) 및 하트콜 2370(등록상표)으로 입수가능한 네오펜틸 글리콜 다이펠라르고네이트가 포함된다. 다른 유용한 에스테르에는 포스페이트 에스테르, 이염기산 에스테르 및 플루오로에스테르가 포함된다.
열 전달 조성물은 윤활제의 상용성 및/또는 용해도를 돕기 위해 상용화제를 포함할 수 있다. 적절한 상용화제는 프로판, 부탄, 펜탄 및/또는 헥산을 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 상용화제는 바람직하게는 열 전달 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 존재한다. 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,516,837호에 개시된 바와 같이, 오일 용해성에 도움을 주기 위해 계면활성제와 가용화제의 배합물이 또한 본 발명의 조성물에 첨가될 수 있다.
열 관리 유체
본 발명에 따른 열 전달 유체의 중요한 범주 중 하나는 열 관리 유체이다. 따라서, 본 발명은 물품 또는 장치(바람직하게는 전자 장치 또는 배터리) 또는 유체를 특정 온도 범위 내에서 유지하는 데 도움이 되는 열 관리 유체(이하, TMF라고도 함)로서, 특히 해당 물품, 장치 또는 유체가 의도된 목적에 따라 작동할 때 사용되는, 각각의 화합물 1 내지 6을 포함한 본 발명의 화합물 및 조성물 1 내지 6을 포함한 본 발명의 조성물, 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6의 다양한 방법, 공정 및 용도를 제공한다. 예를 들어, TMF 조성물은 장치의 온도를 정의된 상한 이하 및/또는 정의된 하한 온도 이상으로 유지하는 데 사용될 수 있다.
본 발명은 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, 상기 표 3에 따른 HTC1 내지 HTC6, TMF를 포함하며, 여기서 보조 TMF는 헥사플루오로아이소프로필에틸에테르, 헥사플루오로아이소프로필메틸티오에테르, HFE-7000, HFE-7200, HFE-7100, HFE-7300, HFE-7500, HFE-7600, 트랜스-1,2-다이클로로에틸렌, n-펜탄, 사이클로펜탄, 에탄올, 퍼플루오로(2-메틸-3-펜탄온) (Novec 1230), 시스-HFO-1336mzz, 트랜스-HFO-1336mzz, HF-1234yf, HFO-1234ze(E), HFO-1233zd(E) 및 HFO-1233zd(Z)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
열 전달 용도, 방법, 시스템 및 장치
본 발명은 상기 및 이하에서 구체적으로 설명되는 방법을 포함하여, 본 명세서에 설명된 바와 같은 열 전달 방법을 포함한다.
본 발명은 또한 상기 및 이하에서 구체적으로 설명되는 장치 및 시스템을 포함하여, 본 명세서에 설명된 바와 같은 열 전달 장치 및 시스템을 포함한다.
본 발명의 열 전달 유체, 열 관리 유체, 냉매, 작동 유체, 및 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 전달 조성물은 본원에 기술된 바와 같이 가열 및/또는 냉각에 사용하기 위해 제공된다.
따라서, 본 발명은 본 발명의 열 전달 유체, 열 관리 유체, 냉매, 작동 유체, 또는 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 전달 조성물을 사용하여, 유체 또는 물체를 가열 또는 냉각하는 방법에 대해 설명한다.
열 관리 방법, 장치, 시스템 및 용도
거의 모든 최신 전자 제품에서 열 방출은 중요한 고려 사항이다. 예를 들어, 휴대용 및 핸드헬드 장치에서 기능을 추가하면서 소형화하려는 욕구는 열 출력 밀도를 증가시켜 장치 내부의 전자 기기를 냉각해야 하는 과제를 증가시킨다. 데스크톱 컴퓨터, 데이터센터, 통신 센터의 처리 능력이 증가함에 따라 열 출력도 증가한다. 플러그인 전기 또는 하이브리드 자동차, 풍력 터빈, 기차 엔진, 발전기 및 다양한 산업 공정의 트랙션 인버터와 같은 전력 전자 장치는 더 높은 전류와 열유속에서 작동하는 트랜지스터를 사용한다.
상기에서 논의된 바와 같이, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 유체가 전자 장치의 냉각 및/또는 가열 방법 또는 장치 또는 시스템에 사용되는 경우, 종종 본원에서 열 관리 유체로 지칭된다. 따라서, 열 관리 유체는 이러한 응용에서 논의된 열 전달 유체에 해당한다.
이제, 열 전달 방법 1 및 2를 포함한 본 발명의 열 관리 방법의 바람직한 실시형태는 도 1과 관련하여 설명될 것이며, 여기서 작동 전자 장치는 10으로 개략적으로 도시되어 있으며, 전기 에너지원 및/또는 신호(20)가 장치(10)로 유입 및/또는 유출되고 전기 에너지 및/또는 신호(20)에 기초한 작동의 결과로서 열을 발생한다. 본 발명의 열 관리 유체는 작동 장치(10)와 열 접촉하여 열을 제거하도록 제공되며, 유출 화살표(30)로 표시된다. 본 발명의 액체 열 관리 유체에 현열(sensible heat)을 가하거나(즉, 액체의 온도를 상승시키거나), 열 관리 유체의 상변화를 일으키거나(즉, 액체를 기화시키거나), 이들의 조합에 의해, 작동 전자 장치로부터 열이 제거된다. 바람직한 실시형태에서, 상기 방법은 각각의 조성물 1 내지 6, 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 TMF를 장치(10)에 공급하여, 본 발명의 열 전달 유체를 통한 장치(10)의 열 흐름(30)이 바람직한 작동 온도 범위에서 또는 그 내에서 작동 전기 장치를 유지하도록 제공된다. 바람직한 실시형태에서, 전기 장치의 바람직한 작동 온도 범위는 약 70℃ 내지 약 150℃이고, 더욱 바람직하게는 약 70℃ 내지 약 120℃이며, 장치(10)로부터 본 발명의 열 전달 유체 에너지를 통한 열 흐름(30)은 작동 전기 장치를 이러한 바람직한 온도 범위에서 또는 그 내에서 유지시킨다. 바람직하게는, 장치로부터 열을 흡수한 본 발명의 TMF(30)는 열 전달 유체(30)의 온도보다 낮은 온도에서, 40으로 개략적으로 표시된 히트 싱크(40)와 열 접촉하여, 장치(10)에 의해 발생된 열을 히트 싱크(40)로 전달한다. 이와 같이, 본 발명의 열 감소된 열 전달 유체(50)는 전자 장치(10)로 반환되어 냉각 사이클을 반복할 수 있다.
본 방법의 바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 조성물을 통해 열을 제거하는 단계는, 전자 장치의 작동에 의해 발생된 열을 이용하여 본 발명의 열 전달 조성물을 증발시키는 단계를 포함하며, 열 전달 조성물로부터 히트 싱크로 그 열을 전달하는 단계는 히트 싱크로 열을 폐기하여 열 전달 유체를 응축시키는 것을 포함한다. 이러한 방법에서, 상기 증발 단계 시에, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 유체의 온도는 바람직하게는 50℃보다 크거나, 바람직하게는 약 55℃보다 크거나, 바람직하게는 약 55℃ 내지 약 85℃이거나, 바람직하게는 약 65℃ 내지 약 75℃의 범위이다. 본 발명자들은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 TMF가 이러한 방법에서 우수한 성능을 제공하는 동시에, 하기 도 2a와 관련하여 설명된 특정 실시형태와 관련하여 추가로 설명되는 바와 같이, 필요한 냉각을 제공하기 위해 비교적 저비용으로, 경량의 신뢰할 수 있는 장비를 사용할 수 있다는 것을 알아냈다.
본 방법의 추가의 바람직한 실시형태에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 조성물을 통해 열을 제거하는 단계는, 전자 장치의 작동에 의해 발생된 열을 이용하여 본 발명의 액체 열 전달 조성물에 현열을 가하는 단계(예를 들어, 대략 대기압에서 약 70℃ 이하까지 액체의 온도를 상승시키는 단계, 즉, 유체가 고압 용기 또는 고압력 용기 내에 있을 필요가 없는 경우) 및 그 열을 열 전달 조성물로부터 히트 싱크로 전달하여 히트 싱크로 열을 폐기함으로써 액체의 온도를 감소시키는 단계를 포함한다. 그 다음에, 냉각된 액체는 전기 장치와 열 접촉 상태로 되돌아 가서, 사이클이 다시 시작된다. 바람직한 실시형태에서, 히트 싱크로 열을 전달하는 데 사용되는 열 전달 액체의 온도는 약 40℃보다 크거나, 바람직하게는 약 55℃보다 크거나, 바람직하게는 약 45℃ 내지 약 70℃이거나, 바람직하게는 약 45℃ 내지 약 65℃의 범위이며, 대략 대기압에 있는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 액체가 이러한 방법에서 우수한 성능을 제공하는 동시에, 하기 도 2b와 관련하여 설명된 특정 실시형태와 관련하여 추가로 설명되는 바와 같이, 필요한 냉각을 제공하기 위해 비교적 저비용으로, 경량의 신뢰할 수 있는 장비를 사용할 수 있다는 것을 알아냈다.
본 발명이 전술한 바와 같은 현열 전달 및 상변화 열 전달을 모두 사용하는 시스템 및 방법을 포함한다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다.
본 발명에 따른 특정 방법은 이제, 도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명될 것이며, 여기서 전자 장치(10)는 적절한 용기(12), 바람직하게는 밀봉 용기에 포함되고, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 액체 열 전달 조성물(11A, 회색 음영으로 개략적으로 도시됨)에 직접 접촉하고, 바람직하게는 완전히 침지된다. 편의상, 이러한 냉각 방법, 장치 및 시스템은 종종 본원에서 "침지 냉각" 방법, 장치 및 시스템으로 지칭된다.
전기 장치 또는 부품을 냉각시키는데 사용되는 침지 냉각 방법, 장치 및 시스템에서, 작동 전자 장치(10)는 전기 에너지원 및/또는 신호(20)가 용기(12)로 유입 및/또는 유출되고, 장치(10)로 유입 및/또는 유출되며, 전기 에너지 및/또는 신호(20)에 기초한 작동의 결과로서 열을 발생시킨다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 열 전달 유체가 상술한 다른 모든 특성을 제공할 뿐만 아니라, 작동 전자 장치, 즉, 전류/신호의 흐름과 관련된 장치와 밀접하게 접촉하는 동안에도 상기 특성을 제공할 수 있어야 하므로, 이러한 응용 분야에서 효과적으로 작동할 수 있는 열 전달 유체를 발견하는 것은 중요한 과제이다. 그렇지 않으면 이러한 응용 분야에서 사용하기 위해 실행 가능한 많은 유체가 장치에 단락을 일으키거나, 전자 장치의 작동으로 인해 생성된 조건에 노출될 때 성능이 저하되거나(즉, 시간 경과에 따른 냉각 효과 및/또는 장치의 작동 안정성 저하), 작동 전자 장치와 접촉할 때 작동에 해로운 다른 어떤 특성을 가지므로 사용할 수 없음을 인식할 것이다.
대조적으로, 본 발명의 방법은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체를 장치(10)가 작동할 때 장치(10)와 직접 열 및 물리적 접촉으로 제공함으로써 우수하고 예상치 못한 결과를 생성한다. 이러한 작동 열은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체(11A)에, (a) 유체의 액상이 증발하여 증기(11B)를 형성시키거나; (b) 액체 열 관리 유체(11A)의 온도를 상승시키거나; (c) (a)와 (b)의 조합에 의해, 안전하게 효과적으로 전달된다.
열 관리 유체가 단상 액체인 경우, 발열 부품에 의해 가열될 때 액체 상태를 유지할 것이다. 따라서, 열 관리 유체가 발열 부품과 접촉하여, 발열 부품의 열을 제거하고, 보다 높은 온도의 열 관리 유체를 생성할 수 있다. 그 다음에, 열 관리 유체는 라디에이터 또는 다른 냉장 시스템과 같은 이차 냉각 루프로 이송된다. 이러한 시스템의 일례가 도 2에 예시되어 있으며, 여기서 열 관리 유체는 다수의 셀을 포함하는 배터리 팩 인클로저에 들어가고, 배터리 팩에서 열을 흡수하여 인클로저를 빠져나간다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체가 2상으로 존재하는 경우, 발열 부품은 열 관리 유체와 열 접촉하고 열 관리 유체에 열을 전달하여 열 관리 유체를 비등시킨다. 그 다음에, 열 관리 유체가 응축된다. 이러한 시스템의 예는 발열 부품이 열 관리 유체에 침지되고, 외부 냉각 회로가 비등 유체를 액체 상태로 응축시키는 경우이다.
본 발명의 상변화 열전달 시스템의 경우, 본원에서는 도 2a를 참조한다. 이러한 작동에서, 액체가 증발하고 증기가 용기(12) 내의 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 나머지 열 관리 액체를 통해 상승함에 따라, 장치(10)로부터 열이 제거된다. 열 관리 유체 증기(11B)는 흡수한 열을 봉입된(enclosed) 히트 싱크(40A) 및/또는 외부 히트 싱크(40B)일 수 있는 히트 싱크(40)로 폐기한다. 용기(12) 내부에 있는 히트 싱크의 예는 열 관리 유체 증기의 응축 온도 미만의 온도에서 물과 같은 액체를 순환시키는 응축기 코일(30A, 30B)이다. 용기(12) 외부에 있는 히트 싱크의 예는 용기(12) 위로 비교적 차가운 주위 공기를 통과시키는 것(이러한 경우 냉각 핀 등을 포함하는 것이 바람직함)으로, 이는 용기 내부 표면 상에 열 전달 증기(11B)를 응축시키는 역할을 할 것이다. 이러한 응축의 결과로, 액체 열 관리 유체는 장치(10)가 작동 중에 침지 상태로 유지되는 액체 유체(11A) 풀로 반환된다.
본 발명의 현열 전달 시스템 시스템의 경우, 본원에서는 도 2b를 참조한다. 이러한 작동에서, 본 발명의 열 관리 유체(11A)에 침지된, 바람직하게는 실질적으로 완전히 침지된 장치에 의해 발생되는 열을 수용함에 따라, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 유체(11A)의 온도가 상승함에 따라, 장치로부터 열이 제거된다. 이어서, 고온 열 관리 유체 액체(11A)는 흡수한 열을 봉입된 히트 싱크(40A) 및/또는 외부 히트 싱크(40B)일 수 있는 히트 싱크(40)로 폐기한다. 용기(12) 내부에 있는 히트 싱크의 예는 가열된 액체의 온도보다 낮은 온도에서 물과 같은 액체를 순환시키는 응축기 코일(30A, 30B)이다. 용기(12) 외부에 있는 히트 싱크의 예는 비교적 차가운 주위 공기 또는 냉각된 물 또는 냉매에 의해 제공될 수도 있는 냉각 유체와 열적으로 접촉되는 도관(45)을 통해 용기로부터 가열된 액체(11A)를 제거하여, 액체의 온도를 낮추는 역할을 할 것이다. 그 다음에, 냉각된 액체는 도관(46)을 통해 반환된다.
임의로, 그러나 바람직하게는, 전기 자동차에 사용되는 배터리의 열 관리를 포함하는 특정 실시형태에서, 열 관리 시스템은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체를 가열할 수 있는 가열 소자, 예를 들어 열 관리 유체에도 침지되는 전기 가열 소자(60)를 포함한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 전기 자동차의 배터리(도 2a 및 도 2b에서 작동 전자 장치(10)에 해당함)는 많은 지리적 위치에서 겨울철 외부에 주차되어 있는 동안 비교적 낮은 온도에 도달할 수 있으며, 종종 이러한 저온 상태는 배터리 작동에 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명의 열 관리 시스템은 배터리 온도가 소정 수준 이하일 때 가열 소자를 켜는 센서 및 제어 모듈(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 히터(60)가 활성화될 것이고, 열 관리 액체(11A)가 가열될 것이고, 이어서 이 열을 최저 온도에 도달할 때까지 전자 장치(10)로 전달할 것이다. 그 후에, 작동 중에, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체는 상술한 바와 같이 냉각 기능을 제공할 것이다.
본 발명의 목적상, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체는 발열 부품과 직접 접촉하거나 발열 부품과 간접적으로 접촉할 수 있다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체가 발열 부품과 간접적으로 접촉하는 경우, 열 관리 유체는 적어도 2개의 열 교환기를 포함할 수 있는 전자 장치 내의 폐쇄 시스템에서 사용될 수 있다. 열 관리 유체를 사용하여 발열 부품을 냉각하는 경우, 일반적으로 부품의 적어도 일부와 접촉하는 열 교환기를 통해 부품에서 열 관리 유체로 열이 전달되거나, 열 관리 유체와 열 접촉하는 열 교환기로 열을 전달할 수 있는 순환 공기로 열이 전달될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 특징에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체는 발열 부품과 직접 접촉한다. 특히, 발열 부품은 열 관리 유체에 완전히 또는 부분적으로 침지된다. 바람직하게는 발열 부품은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체에 완전히 침지된다. 따뜻해진 유체 또는 증기로서의 열 관리 유체는 열 교환기로 순환되는데, 이는 상기 유체 또는 증기에서 열을 빼앗아 주위 공기 또는 주위 공기에 의해 냉각된 물 등의 히트 싱크를 통해 또는 다른 방법으로 외부 환경으로 전달한다. 이러한 열 전달 후에, 냉각된 열 관리 유체(냉각 또는 응축)는 다시 시스템으로 재활용되어 발열 부품을 냉각시킨다.
열 관리 유체가 전자 장치의 전자 부품과 직접 접촉하거나(예컨대, 직접 침수 냉각), 열 관리 유체가 냉각 루프에서 누출되거나 유지보수 중에 유출되어 전기 회로와 접촉하는 경우에, 열 관리 유체의 전기 전도도 및/또는 절연 내력이 중요해진다. 따라서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체는 바람직하게는 전기 절연 열 관리 유체이다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체는 예를 들어, 펌프와 같은 기계 장비를 사용하여 장치에서 수동적으로 또는 능동적으로 재순환될 수 있다. 본 발명의 바람직한 특징에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체는 장치에서 수동적으로 재순환된다.
수동적 재순환 시스템은 일반적으로 기화될 때까지 발열 부품에서 열 관리 유체로 열을 전달하도록 작동하여, 가열된 증기가 열 교환 표면으로 이동하여 열을 열 교환기 표면으로 전달하고 다시 액체로 응축할 수 있다. 열 교환 표면은 예를 들어, 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 별도의 열 교환 유닛의 일부일 수 있고/있거나, 용기와 일체화될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
그 다음에, 응축된 액체는 중력 및/또는 위킹 구조체(wicking structure)에 의해 완전히 수동적으로 발열 부품과 접촉하는 열 관리 유체로 반환되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 바람직한 특징에서, 발열 부품으로부터, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체로 열을 전달하는 단계는 열 관리 유체를 기화시킨다.
수동적 재순환 시스템의 예에는 히트 파이프 또는 열사이펀이 포함된다. 이러한 시스템은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체를 중력을 이용하여 수동적으로 재순환시킨다. 이러한 시스템에서, 열 관리 유체는 발열 부품에 의해 가열되어, 밀도가 낮고 부력이 높은 가열된 열 관리 유체를 얻는다. 이러한 열 관리 유체는 탱크와 같은 저장 용기로 이동하여 냉각 및 응축된다. 그 다음에, 냉각된 열 관리 유체는 다시 열원으로 유동한다.
본 발명은 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 화합물을 사용하여, 발열 부품인 부품을 생성하거나 포함하는 전자 장치를 냉각하고 임의로 가열하는 것을 포함한다. 발열 부품은 작동의 일부로서 열을 발생시키는 전자 소자를 포함하는 모든 부품이 될 수 있다. 본 발명의 목적상, 발열 부품은 반도체 집적 회로(IC), 전기 화학 전지, 전력 트랜지스터, 저항기, 및 전계 발광 소자, 예컨대 마이크로프로세서, 반도체 장치 제조에 사용되는 웨이퍼, 전력 제어 반도체, 배전 스위치 기어, 전력 변압기, 회로 기판, 멀티 칩 모듈, 패키지 또는 비패키지 반도체 장치, 반도체 집적 회로, 연료 전지, 레이저(기존 또는 레이저 다이오드), 발광 다이오드(LED) 및 전기 화학 전지(예를 들어, 하이브리드 또는 전기 자동차와 같은 고전력 응용에 사용)를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 목적상, 전자 장치는 개인용 컴퓨터, 마이크로프로세서, 서버, 휴대폰, 태블릿, 디지털 가전(예를 들어, 텔레비전, 미디어 플레이어, 게임 콘솔 등), 개인 정보 단말기(personal digital assistant), 데이터센터, 하이브리드 또는 전기 자동차, 풍력 터빈, 기차 엔진 또는 발전기에 사용되는 리튬 이온 배터리 및 기타 배터리를 포함한 고정식 및 차량용 배터리를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 전자 장치는 하이브리드 또는 전기 자동차이다.
본 발명은 추가로, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적상, 열 관리 유체는 전자 장치의 냉각 및/또는 가열을 위해 제공된다.
본 발명은 추가로, 발열 부품 및, 전자 장치를 냉각하고, 임의로 가열하기 위한 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
본 발명은 추가로, 발열 부품, 열 교환기, 펌프, 및 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 관리 유체를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적상, 전자 장치는 개인용 컴퓨터, 마이크로프로세서, 서버, 휴대폰, 태블릿, 디지털 가전(예를 들어, 텔레비전, 미디어 플레이어, 게임 콘솔 등), 개인 정보 단말기, 데이터센터, 하이브리드 또는 전기 자동차, 고정식 및 차량용 배터리, 전기 구동 모터, 연료 전지(예를 들어, 수소 연료 전지) 및 발전기를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 임의의 장치일 수 있으며, 바람직하게는 전자 장치는 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 풍력 터빈 또는 기차 내에 있다.
본 발명의 목적상, 발열 부품은 작동 중에 열을 발생시키는 임의의 전기 부품일 수 있지만, 바람직하게는 높은 수준의 열유속에서 열을 발생시키는 전자 부품일 수 있다. 본 발명에 따라 냉각될 수 있는 발열 부품의 예로는 반도체 집적 회로(IC), 전기 화학 전지, 전력 트랜지스터, 저항기, 및 전계 발광 소자, 예컨대 마이크로프로세서, 반도체 장치 제조에 사용되는 웨이퍼, 전력 제어 반도체, 배전 스위치 기어, 전력 변압기, 인쇄 회로 기판(PCB), 멀티 칩 모듈, 패키지 또는 비패키지 반도체 장치, 반도체 집적 회로, 연료 전지, 레이저(기존 또는 레이저 다이오드), 발광 다이오드(LED) 및 전기 화학 전지(예를 들어, 하이브리드 또는 전기 자동차와 같은 고전력 응용에 사용)를 포함한다.
리튬 이온 배터리 냉각 시스템
열 전달 방법 1 및 2 및 열 관리 방법 1-2를 포함한 리튬 이온 배터리 냉각에 유용한 본 열 관리 방법의 예는 이제, 도 8과 관련하여 설명될 것이다. 내장형 액체 냉각 시스템(10)을 갖는 차량 배터리 팩은 배터리 어셈블리(18)를 지지하기 위한 내부 공간(16)을 갖는 용기(14)로 형성된 모듈(12)을 포함한다. 용기(14)는 내장형 액체 냉각 시스템(10)을 형성하기 위한 폐쇄된 밀봉 용기(14)이다. 배터리 어셈블리(18)는 하이브리드 자동차에 사용하기 위한 복수의 리튬 이온(Li 이온) 배터리와 같은 복수의 배터리 셀(20)을 포함한다. 다른 실시형태에서, 복수의 배터리 셀(20)은 배터리 전기 자동차(BEV)에 사용하기 위한 리튬 이온 배터리이다. 다른 원동기 차량과 함께 사용하기 위한 추가의 배터리가 본 발명의 액체 냉각 시스템(10)과 함께 제공될 수 있으며, 여기서 각각의 배터리 셀은 용기(14)의 내부 공간(16) 내의 전기화학 반응으로부터 전력을 생성하기 위한 활성 물질을 포함한다. 배터리 셀(20)은 바람직하게는 적층되어 배터리 셀 스택(22)을 형성한다. 도시된 실시형태에서, 각각의 배터리 셀(20) 사이의 갭(24)은 0.25 내지 0.50 mm이며, 각각의 배터리 셀(20) 사이에 유체 채널(26)을 형성한다. 다른 실시형태에서, 갭(24)은 0.25 mm 미만일 수 있다. 필요에 따라, 다른 갭 크기가 사용될 수 있다는 것을 이해한다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 용기(14)의 내부 공간(16) 내에 배치되고, 도시된 유체 레벨은 배터리 어셈블리(18)가 본 발명의 조성물 내에 완전히 침지되도록 하는 것이다. 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물은 갭(24)에 의해 형성된 유체 채널(26)을 통해 배터리 셀(20)과 접촉한다.
가열 소자(34)는 용기(14)의 베이스 영역(36)에 위치한다. 도시된 가열 소자(34)는 전자 가열 소자이다. 다른 유형의 가열 소자가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 가열 소자(34)는 단일 가열 소자로 도시되어 있지만, 가열 플레이트와 같은 다수의 가열 소자(34)가 제공될 수 있다.
냉각 소자(38)는 용기(14)의 상부 영역(40)에 위치한다. 냉각 소자(38)는 냉각 소자(38)용 물을 유입 및 유출하기 위해 밀봉 용기(14)의 벽을 넘어 연장되는 입구(42) 및 출구(44)를 갖는 냉수 응축기일 수 있다. 다른 실시형태에서, 냉각 소자(38)는 냉수 플레이트일 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 냉각 소자(38)는 냉각 소자(38)를 통해 이동하는 외부 냉수를 갖는 얇은 알루미늄 히트 싱크일 수 있다. 냉각 소자(38)는 전기 비전도성 폴리머가 함침된 흑연 포일일 수 있다. 냉각 소자는 또한 구리로 형성될 수 있다.
도시된 실시형태에서, 화살표 "A" 및 "B"는 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물의 흐름(28)을 나타낸다. 가열 소자(34)에 의해 각 배터리 셀(20)이 가열되면, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉각수(28)가 배터리 셀(20)의 전면 영역(30) 및 후면 영역(32)에 노출되어 비등하게 될 것이다. 가열된 냉각수(28)는 상승하여, 배터리 셀 스택(22)의 상부로 흐르면서 냉각 소자(38)에 의해 냉각된다. 냉각된 냉각수(28)는 일반적으로 냉각수 경로 "A" 또는 "B"를 따라 베이스 영역(36)으로 반환될 것이다. 비등 순간에 냉각수(28)의 일반적인 위치가 중앙 영역에 있는 배터리 셀(20)의 유체 채널(26) 내에 있고 용기(14)의 측면(50)을 향하는 경우, 냉각수(28)는 유동 경로 "A"를 따르는 경향이 있을 것이다. 유사하게, 비등 순간에 절연 냉각수(28)의 일반적인 위치가 중앙 영역에 있는 배터리 셀(20)의 유체 채널(26) 내에 있고 용기(14)의 반대측면(52)을 향하는 경우, 절연 냉각수(28)는 유동 경로 "B"를 따르는 경향이 있을 것이다.
냉각수 온도 센서(46)는 냉각 소자(38)에 또는 그 근처에 위치한다. 도시된 실시형태에서, 온도 센서(46)는 냉각 소자(38)의 출구(44) 영역 내에 위치하며, 냉각 소자에 대한 노출 지점에서 본 발명의 절연 냉각수(28)의 온도를 측정한다. 온도 센서(46)는 필요에 따라, 배터리 셀 스택(22) 내의 어느 곳에나 위치할 수 있다.
냉각수 레벨 센서(48)도 제공되며, 용기(14) 내의 절연 냉각수(28)의 유체 레벨을 측정하기 위해 용기(14)의 상부 영역(40) 근처에 위치하여, 절연 냉각수(28) 내에 배터리 어셈블리(18)의 완전한 침지를 보장한다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 조성물에 침지하여 냉각한 것에 대한 상기 설명은 배터리의 냉각과 관련하여 이루어졌지만, 해당 기술 분야의 동일한 기본 절차 및 이의 모든 변형은 하기 표 4에 확인된 각 장치를 포함하여, 본원에 기재된 임의의 전자 부품 또는 장치를 냉각하는 데 사용될 수 있다.
하기 표 4는 본 발명의 침지 냉각 시스템 및 방법에 따라 냉각되는 바람직한 전자 장치 및 부품을 나타낸다
(NR에 대한 언급은 해당 특징과 관련된 요구 사항이 없음을 나타내고, TMF에 대한 언급은 본원에 번호로 정의된 열 관리 유체에 대한 것임).
[표 3]
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
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Figure pct00033
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Figure pct00043
Figure pct00044
Figure pct00045
Figure pct00046
Figure pct00047
히트 파이프 냉각 및 가열
이제, 히트 파이프를 사용한 열 전달 방법 1 및 2 및 열 관리 방법 1-2를 포함한 본 발명의 열 전달 방법의 예는 본 발명의 예시적인 일 실시형태에 따른 에너지 저장 어셈블리(1)의 히트 파이프의 구체예인 도 10에 관하여 설명된다. 에너지 저장 어셈블리(1)는 자동차, 특히 하이브리드 또는 전기 자동차의 일부(12)일 수 있으며, 자동차 측면의 예를 들어, 전기 구동 유닛(도시되지 않음)과 같은 전기 소비자에 전력을 공급하기 위해 제공된다. 에너지 저장 어셈블리(1)는 복수의 전기 에너지 저장소(2)를 포함한다. 전기 에너지 저장소(2)는 특히, 전도성 레일 또는 도체 레일("버스 바")의 형태로, 즉, 직렬 또는 병렬 접속된 전기 접속 소자(도시되지 않음)를 통해 전기적으로 접속된다. 전기 접속 소자는 이로써 에너지 저장소(2)의 대응하는 에너지 저장 하우징(도시되지 않음)의 각각의 노출된 외벽 섹션에 배치된 대응하는 전기 커넥터(도시되지 않음)와 서로 인접하여 배치된 병렬 배열로 접촉하여, 에너지 저장소 스택("스택")을 형성한다. 판상 스페이서 요소(3)는 에너지 저장소(2) 사이에 각각 배치되어 이들을 분리하는 동시에 열전도성을 갖는다. 따라서, 스페이서 요소(3)는 한편으로는, 바로 인접한 에너지 저장소(2) 사이에 간격을 제공하여, 바로 인접한 에너지 저장소(2)가 전기적으로 또는 기계적으로 서로 접촉하지 않도록 한다. 다른 한편으로는, 스페이서 요소(3)는 열전도성에 의해, 특히 접촉하는 에너지 저장소(2)로부터 열을 방산하여 에너지 저장소(2) 또는 에너지 저장 어셈블리(1)를 냉각시킬 목적으로, 또는 특히 접촉하는 에너지 저장소(2)로 열을 공급하여 에너지 저장소(2) 또는 에너지 저장 어셈블리(1)를 가열시킬 목적으로 열 도체로서 작용한다. 제1 히트 파이프 어셈블리(5)의 히트 파이프(4) 및 제2 히트 파이프 어셈블리(7)의 히트 파이프(6)가 제공된다. 따라서, 히트 파이프(4, 6)는 이러한 에너지 저장 스택의 측면을 따라 연장되며, 각각 스페이서 요소(3)에 열적으로 결합된다. 따라서, 스페이서 요소(3)는 한편으로는, 제1 히트 파이프 어셈블리(5)의 히트 파이프(4)와 제2 히트 파이프 어셈블리(7)의 히트 파이프(6) 사이에, 다른 한편으로는 에너지 저장소(2) 사이에 열 브리지를 형성한다. 제1 히트 파이프 어셈블리(5)의 각각의 히트 파이프(4)는, 특히 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 함유된 본 발명의 열 관리 유체가 증발될 수 있는 각각의 증발 구역과 열적으로 결합되도록 스페이서 요소(3)에 배열 및 정렬된다. 따라서, 본 발명의 TMF의 증발에 필요한 열(증발열)은 스페이서 요소(3)로부터 또는 스페이서 요소(3)를 통해 에너지 저장소(2)로부터 제거된다. 따라서, 에너지 저장 어셈블리(1)를 포함한 에너지 저장소(2)는 제1 히트 파이프 어셈블리(5)의 히트 파이프(4)를 통해 냉각될 수 있다. 또한, 특히 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 함유된 본 발명의 가스상 열 관리 유체가 응축될 수 있는, 제1 히트 파이프 어셈블리(5)의 히트 파이프(4)의 각각의 응축 구역은 자동차측 열 교환기 형태의 히트 싱크(8)와 열적으로 결합되어 있다. 따라서, 본 발명의 TMF의 응축 중에 발생하는 열(응축열)은 히트 싱크(8)로 전달될 수 있다. 열 교환기는 에너지 저장 어셈블리(1)의 일부, 즉, 에너지 저장 어셈블리(1)에 속하거나, 이와 관련될 수 있다. 제2 히트 파이프 어셈블리(7)의 각각의 히트 파이프(6)는 본 발명의 함유된 가스상 TMF가 응축될 수 있는 각각의 응축 구역과 열적으로 결합되도록 스페이서 요소(3)에 배열 및 정렬된다. 따라서, 열(응축열)은 본 발명의 TMF가 응축되는 동안 스페이서 요소(3)로 또는 스페이서 요소(3)를 통해 에너지 저장소(2)로 전달될 수 있다. 따라서, 에너지 저장소(2) 및 에너지 저장 어셈블리(1)는 제2 히트 파이프 어셈블리(7)의 히트 파이프(6)를 통해 가열될 수 있다. 또한, 본 발명의 함유된 TMF가 증발될 수 있는, 제2 히트 파이프 어셈블리(7)의 히트 파이프(6)의 각각의 증발 구역은 에너지 저장 어셈블리(1)와 관련된 기능 부품, 예를 들어, 충전기 또는 제어 장치 또는 제어 전자 장치의 형태로 열원(9)과 열적으로 결합되어 있다. 따라서, TMF의 증발에 필요한 열(증발열)은 열원(9)으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 기능 부품은 제2 히트 파이프 어셈블리(7)의 히트 파이프(6)를 통해 냉각될 수 있다. 2개의 히트 파이프 어셈블리(5, 7) 및 이들의 관련 히트 파이프(4, 6)는 에너지 저장 어셈블리(1)의 에너지 저장소(2)의 온도를 제어하기 위해, 즉, 가열 또는 냉각을 위해 온도 제어 장치의 구현을 가능하게 한다. 본 발명에 따라 유용한 히트 파이프는 중력 복귀 히트 파이프, 모세관 복귀 히트 파이프 및 중력/모세관 복귀 히트 파이프를 모두 포함한다.
냉매 및 열 전달 조성물의 용도 및 방법
본 발명은 또한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물을 포함하는 열 전달 시스템을 제공한다. 본원에 기재된 열 전달 시스템은 유체 연통하는 증발기, 응축기 및 압축기를 갖는 증기 압축 시스템일 수 있음이 이해될 것이다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물은 이차 유체로서 사용될 수 있다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물은 다양한 다른 열 전달 응용에 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
유기 랭킨 사이클
상기에서 논의된 바와 같이, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 유체가 유기 랭킨 사이클에 사용되는 경우, 이는 작동 유체로 지칭된다. 따라서, 작동 유체는 이러한 응용에서 논의된 열 전달 유체에 해당한다. 열 전달 유체의 모든 바람직한 특징은 본원에 기술된 바와 같이 작동 유체에 적용된다.
랭킨 사이클 시스템은 열 에너지를 샤프트 동력 형태의 기계적 에너지으로 전환하기 위한 간단하고 신뢰성 있는 수단인 것으로 알려져 있다. 산업 환경에서는, 특히 산업 환경이 이미 공정 또는 저장 현장에 다량의 가연성 물질을 갖는 경우에, 톨루엔 및 펜탄과 같은 가연성 작동 유체를 사용하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 인구가 많은 지역 또는 건물 근처에서의 발전과 같이, 가연성 및/또는 독성 작동 유체의 사용과 관련된 위험이 허용가능하지 않은 경우, 불연성 및/또는 무독성 냉매를 작동 유체로서 사용하는 것이 필요하거나 적어도 매우 바람직하다. 또한, 이러한 물질이 GWP 측면에서 환경적으로 수용가능하게 되도록 업계에서 추진하고 있다.
본 발명에 따른 유기 랭킨 사이클에서 폐열을 회수하는 방법은 바람직하게는 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 액상 작동 유체를 보일러를 통해 펌핑하여, 프로세스 스트림과 같은 외부(폐) 열원이 상기 작동 유체를 가열하여 포화 또는 과열 증기로 증발시키는 것을 포함한다. 이러한 증기는 터빈을 통해 팽창되며, 이때 폐열 에너지가 기계적 에너지로 전환된다. 후속적으로, 증기상 작동 유체는 액체로 응축되고, 보일러로 다시 펌핑되어 열 추출 사이클을 반복한다.
도 4를 참조하면, 예시적인 유기 랭킨 사이클 시스템(70)에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉 HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 작동 유체는 증발기(71)와 응축기(75) 사이에서 순환되고, 펌프(72)와 팽창 장치(74)가 그 사이에 기능적으로 배치되어 있다. 예시된 실시형태에서, 외부 유체 흐름은 외부 온열 도관(76)을 통해 증발기(71)로 향한다. 외부 온열 도관(76)은 산업 공정(예를 들어, 발전)의 폐열원, 연도 가스, 배기 가스, 지열원 등과 같은 온열원으로부터 유체를 운반할 수 있다.
증발기(71)는 예를 들어, 온열 도관(76)의 유체 및 작동 유체 도관(77B)의 유체를 각각 운반하는, 열적으로 연결되지만 유동적으로 분리된 일련의 튜브를 포함할 수 있는 열 교환기로서 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 증발기(71)는 외부 온열 도관(76)으로부터 배달되는 따뜻한 유체로부터 팽창 장치(74)로부터 배달되는 상대적으로 더 차가운(예를 들어, "저온") 작동 유체로 작동 유체 도관(77B)을 통해 열(QIN)의 전달을 용이하게 한다.
따라사, 각각의 조성물 1 내지 6을 포함한 본 발명의 작동 유체는 열(QIN)의 흡수에 의해 가온되어, 증발기(71)로부터 빠져나온 다음에, 작동 유체 도관(78A)을 통해 펌프(72)로 이동한다. 펌프(72)는 작동 유체를 가압하여, 외부 에너지 투입(예를 들어, 전기)을 통해 유체를 더욱 따뜻하게 한다. 얻어진 "고온" 유체는 후술하는 바와 같이, 도관(78B)을 통해, 임의로 재생기(73)를 통해 응축기(75)의 유입구로 이동한다.
응축기(75)는 증발기(71)와 유사한 열교환기로 구성되며, 예를 들어, 냉각 도관(79)의 유체 및 작동 유체 도관(78B)의 유체를 각각 운반하는, 열적으로 연결되지만 유동적으로 분리된 일련의 튜브를 포함할 수 있다. 응축기(75)는 펌프(72)로부터 작동 유체 도관(78B)을 통해 배달되는 각각의 조성물 1 내지 17 및 18A를 포함한 본 발명의 상대적으로 더 따뜻한(예를 들어, "고온") 작동 유체로부터 외부 냉각 도관(79)으로부터 배달되는 냉각 유체로 열(QOUT)을 전달하는 것을 용이하게 한다.
각각의 조성물 1 내지 6을 포함한 본 발명의 작동 유체는 응축기(75)로부터 빠져나와 열(QOUT)의 손실에 의해 냉각된 다음에, 작동 유체 도관(77A)을 통해 팽창 장치(74)로 이동한다. 팽창 장치(74)는 작동 유체를 팽창시켜, 유체를 더욱 냉각시킬 수 있다. 이 단계에서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 유체는 예를 들어, 터빈을 구동함으로써 작업을 수행할 수 있다. 얻어진 "저온" 유체는 후술하는 바와 같이, 도관(77B)을 통해, 임의로 재생기(73)를 통해 증발기(71)의 유입구로 이동하며, 사이클이 새로 시작된다.
따라서, 작동 유체 도관(77A, 77B, 78A 및 78B)은 내부에 포함된 작동 유체가 무기한으로 또는 라우팅 유지보수가 필요할 때까지 재사용될 수 있도록 폐루프(closed loop)를 형성한다.
예시된 실시형태에서, 재생기(73)는 증발기(71)와 응축기(75) 사이에 기능적으로 배치될 수 있다. 재생기(73)는 펌프(72)로부터 배출되는, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 "고온" 작동 유체와 팽창 장치(74)로부터 배출되는 "저온" 작동 유체가 일부 열을 교환하도록 허용하며, 잠재적으로 고온 작동 유체의 열 축적과 저온 작동 유체로 그 열의 방출 사이에 시간차가 있다. 일부 응용에서, 이는 랭킨 사이클 시스템(70)의 전체 열 효율을 증가시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 각각의 조성물 1 내지 6, 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉 HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 작동 유체를 포함하는 유기 랭킨 사이클에 관한 것이다.
본 발명은 또한 유기 랭킨 사이클에서의 각각의 조성물 1 내지 17 및 18A를 포함한 본 발명의 작동 유체의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한 i) 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 작동 유체를 열원으로 기화시켜, 얻어진 증기를 팽창시키는 단계, 이어서 ii) 상기 작동 유체를 히트 싱크로 냉각시켜 증기를 응축시키는 단계를 포함하며, 여기서 상기 작동 유체는 각각의 조성물 1 내지 6, 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉 HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매 또는 열전달 조성물인, 랭킨 사이클에서 열 에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 방법을 제공한다.
기계적 일(mechanical work)은 발전기와 같은 전기 장치로 전달되어 전력을 생성할 수 있다.
열원은 예를 들어, 산업 폐열, 태양 에너지, 지열 온수, 저압 스팀, 연료 전지를 이용하는 분산 발전 장비, 원동기 또는 내연 기관으로부터 선택되는 열 에너지원에 의해 제공될 수 있다. 저압 스팀은 바람직하게는 저압 지열 스팀이거나, 또는 화석 연료 발전소에 의해 제공된다.
열원은 바람직하게는 산업 폐열 또는 내연 기관으로부터 선택된 열 에너지원에 의해 제공된다.
열원 온도는 광범위하게, 예를 들어 약 90℃ 내지 800℃ 초과로 다양할 수 있으며, 특정 연소 가스 및 일부 연료 전지의 경우, 지리, 계절 등을 비롯한 수많은 요인에 따라 달라질 수 있음이 이해될 것이다.
예를 들어, 플라스틱 제조 플랜트 및/또는 화학 또는 기타 산업 플랜트, 정유소 및 관련 어형으로부터의 폐수 또는 저압 스팀뿐만 아니라 지열원과 같은 공급원에 기초한 시스템은 공급원 온도가 약 175℃ 이하 또는 약 100℃ 이하이며, 일부 경우에 약 90℃만큼 낮거나, 또는 심지어 약 80℃만큼 낮을 수 있다. 또한 미립자 및/또는 부식성 종을 제거하기 위한 후속 처리로 인해 낮은 온도가 발생하는 임의의 열원 또는 연소 과정의 배기 가스와 같은 가스 열원의 열원 온도는 200℃ 이하, 약 175℃ 이하, 약 130℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 100℃ 이하이며, 일부 경우에는 약 90℃만큼 낮거나, 또는 심지어 약 80℃만큼 낮다.
그러나, 일부 응용에서는 열원의 온도가 적어도 약 200℃, 예를 들어 약 200℃ 내지 약 400℃인 것이 바람직하다.
다른 바람직한 실시형태에서, 열원의 온도는 400 내지 800℃, 더욱 바람직하게는 400 내지 600℃이다.
히트 펌프
상기에서 논의된 바와 같이, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 유체가 히트 펌프에 사용되는 경우, 이는 냉매로 지칭된다. 따라서, 냉매는 본 출원에서 논의된 열 전달 유체에 해당한다. 설명된 열 전달 유체의 모든 바람직한 특징은 본원에 기술된 바와 같이 냉매에 적용된다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물은 고온 히트 펌프 시스템에 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 하나의 예시적인 히트 펌프 시스템에서, 로터리, 피스톤, 스크루 또는 스크롤 압축기와 같은 압축기(80)는 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매를 압축하여,
응축기(82)로 전달하여 제1 위치로 열(QOUT)을 방출한 후에, 냉매를 팽창 장치(84)를 통과시켜 냉매 압력을 낮추고, 이어서 냉매를 증발기(86)를 통과시켜 제2 위치로부터 열(QIN)을 흡수한다. 그 후에, 냉매는 압축을 위해 압축기(80)로 다시 전달된다.
본 발명은 (a) 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매 조성물을 가열될 유체 또는 물체 부근에서 응축시키는 단계, 및 (b) 상기 냉매를 증발시키는 단계를 포함하는, 고온 히트 펌프를 사용하여 유체 또는 물체를 가열하는 방법을 제공한다.
고온 히트 펌프의 예로는 히트 펌프 회전식 건조기 또는 산업용 히트 펌프를 포함한다. 히트 펌프는 흡입 라인/액체 라인 열 교환기(SL-LL HX)를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. "고온 히트 펌프"란, 적어도 약 80℃, 바람직하게는 적어도 약 90℃, 바람직하게는 적어도 약 100℃, 더욱 바람직하게는 적어도 약 110℃의 온도를 생성할 수 있는 히트 펌프를 의미한다.
이차 루프 시스템
상기에서 논의된 바와 같이, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 유체가 이차 루프 시스템에 사용되는 경우, 이는 냉매로 지칭된다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매는 이차 루프 시스템에서 이차 냉매 유체로 사용될 수 있다.
이차 루프 시스템에는 일차 냉매를 사용하고 증발기가 이차 루프 유체를 냉각시키는 일차 증기 압축 시스템 루프가 포함되어 있다. 그 다음에, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 이차 냉매 유체는 응용에 필요한 냉각을 제공한다. 이차 냉매 유체는 이러한 루프의 유체가 냉각된 공간 부근에서 인간에게 잠재적으로 노출되기 때문에, 바람직하게는 불연성이어야 하고 낮은 독성을 가져야 한다. 환언하면, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물은 이차 루프 시스템에서 "이차 냉매 유체"로 사용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 하나의 예시적인 이차 루프 시스템은 일차 루프(90) 및 이차 루프(92)를 포함한다. 일차 루프(90)에서, 로터리, 피스톤, 스크루 또는 스크롤 압축기와 같은 압축기(94)는 일차 냉매를 압축하여, 응축기(96)로 전달하여, 제1 위치로 열(QOUT)을 방출한 후에, 일차 냉매를 팽창 장치(98)를 통과시켜 냉매 압력을 낮추고, 이어서 일차 냉매를 냉매/이차 유체 열 교환기(100)를 통과시켜 열(QIN)을 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 이차 유체와 교환하며, 상기 이차 유체는 펌프(102)에 의해 2차 루프(92)를 통해 이차 루프 열교환기(104)로 펌핑되어 추가 위치와 열을 교환하고, 예를 들어 열(QIN-S)을 흡수하여 추가 위치에 냉각을 제공한다.
일차 루프(증기 압축 사이클, 루프의 외부/실외 부분)에 사용되는 일차 유체는 HFO-1234ze(E), HFO-1234yf, 프로판, R455A, R32, R466A, R44B, R290, R717, R452B, R448A 및 R449A로부터 선택될 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, 바람직하게는 HFO-1234ze(E), HFO-1234yf 또는 프로판이다.
이차 루프 시스템은 냉동 또는 공조 응용 분야에 사용될 수 있으며, 즉, 이차 루프 시스템은 이차 루프 냉동 시스템 또는 이차 루프 공조 시스템일 수 있다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 이차 냉매를 포함하는 이차 루프 냉동 시스템을 포함할 수 있는 냉동 시스템의 예로는 하기를 포함한다:
Figure pct00048
저온 냉동 시스템,
중온 냉동 시스템,
업무용 냉장고,
업무용 냉동고,
산업용 냉동고,
산업용 냉장고 및
냉각기.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매를 이용하는 이차 루프 공조 시스템을 포함할 수 있는 공조 시스템의 예로는 이동식 공조 시스템 또는 고정식 공조 시스템을 포함한다. 이동식 공조 시스템은 자동차, 트럭, 버스와 같은 도로 차량의 공조뿐만 아니라, 선박 및 기차의 공조를 포함한다. 예를 들어, 차량에 배터리 또는 전원이 포함된 경우이다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매를 이용하는 이차 루프 공조 시스템을 포함할 수 있는 고정식 공조 시스템의 예로는 하기를 포함한다:
냉각기, 특히 용적식 냉각기, 더욱 특히 모듈식이거나 통상적으로 단독으로 패키징된, 공랭식 또는 수냉식 직접 팽창식 냉각기,
주거용 공조 시스템, 특히 덕트 분리형(ducted split) 또는 무덕트 분리형(ductless split) 공조 시스템,
주거용 히트 펌프,
주거용 공기-물 히트 펌프/순환수식 시스템,
산업용 공조 시스템,
업무용 공조 시스템, 특히 패키지형 옥상 유닛(packaged rooftop unit) 및 가변 냉매 유동(VRF) 시스템, 및
업무용 공기열원, 수열원 또는 지열원 히트 펌프 시스템.
본 발명에 따른 특히 바람직한 열 전달 시스템은 증기 압축 시스템(일차 루프) 및 이차 루프 공조 시스템을 포함하는 자동차 공조 시스템이며, 여기서 일차 루프는 냉매로서 HFO-1234yf를 함유하고, 이차 루프는 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매 또는 열 전달 조성물을 함유한다. 특히, 이차 루프는 배터리와 같은 자동차 엔진의 부품을 냉각하는 데 사용될 수 있다.
이차 루프 공조 또는 냉동 시스템은 흡입 라인/액체 라인 열 교환기(SL-LL HX)를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매를 이용하는 이차 루프 공조 시스템을 포함할 수 있는 본 발명의 열 전달 유체 또는 열 전달 조성물은 기존 유체의 대체품으로서 사용될 수 있다.
본 발명은 열 전달 시스템에서 기존 열 전달 유체를 대체하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 (a) 상기 시스템으로부터 상기 기존 열 전달 유체의 적어도 일부를 제거하는 단계, 및 이어서 (b) 본 발명의 열 전달 유체를 상기 시스템에 도입하는 단계를 포함한다. 단계 (a)는 단계 (b)에 앞서 상기 시스템으로부터 상기 기존 열 전달 유체의 적어도 약 5 중량%, 적어도 약 10 중량%, 적어도 약 15 중량%, 적어도 약 50 중량%, 적어도 약 70 중량%, 적어도 약 90 중량%, 적어도 약 95 중량%, 적어도 약 99 중량% 또는 적어도 약 99.5 중량%, 또는 실질적으로 전부를 제거하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 임의로, 단계 (a)를 수행한 후 및 단계 (b)를 수행하기 전에 상기 시스템을 용매로 플러싱하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 목적상, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 열 전달 유체는 전자 장치, 유기 랭킨 사이클, 고온 히트 펌프 또는 이차 루프에서 기존 유체를 대체하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 각각의 조성물 1 내지 17 및 18A를 포함한 본 발명의 열 관리 유체는 HFC-4310mee, HFE-7100 및 HFE-7200과 같은 기존 유체의 대체품으로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체는 물 및 글리콜을 대체하기 위해 사용될 수 있다. 기존 시스템 또는 기존 유체와 함께 작동하도록 설계된 새로운 시스템에서 대체될 수 있다. 대안적으로, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 열 관리 유체는 기존 냉매가 이전에 사용되었던 응용 분야에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매는 기존 시스템에서 기존 냉매를 개량하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매는 기존 냉매와 함께 작동하도록 설계된 새로운 시스템에서 사용될 수 있다.
본 발명은 열 전달 시스템에서 기존 냉매를 대체하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 (a) 상기 시스템으로부터 상기 기존 냉매의 적어도 일부를 제거하는 단계, 및 이어서 (b) 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 3의 각각의 열 전달 조성물, 즉, HTC1 내지 HTC6을 포함한 본 발명의 냉매를 상기 시스템에 도입하는 단계를 포함한다. 기존 냉매는 예를 들어, HFC-4310mee, HFE-7100 및 HFE-7200으로부터 선택될 수 있다.
단계 (a)는 단계 (b)에 앞서 상기 시스템으로부터 상기 기존 냉매의 적어도 약 5 중량%, 적어도 약 10 중량%, 적어도 약 15 중량%, 적어도 약 50 중량%, 적어도 약 70 중량%, 적어도 약 90 중량%, 적어도 약 95 중량%, 적어도 약 99 중량% 또는 적어도 약 99.5 중량%를 제거하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 임의로, 단계 (a)를 수행한 후 및 단계 (b)를 수행하기 전에 상기 시스템을 용매로 플러싱하는 단계를 포함할 수 있다.
용매 및 세정 용도, 방법 및 시스템
본 발명은 용매화 방법을 제공한다. 이러한 방법은 일반적으로 세정 방법, 에칭 방법, 담체 용매 응용(코팅 응용, 윤활제 증착, 실리콘 증착, 및 예를 들어, 의료 장치의 코팅과 관련된 헤파린 및 PTFE를 포함한 기타 코팅)을 포함한다.
세정 방법과 관련하여, 이러한 모든 방법은 본 발명의 범위에 포함된다. 바람직한 세정 방법은 물품, 장치 또는 그 부품을 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 조성물과 접촉시켜 증기 탈지하는 것을 포함한다. 다양한 물품, 장치 및 부품에서 다양한 오염 물질을 제거할 수 있다. 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 조성물을 사용하여 제거될 수 있는 오염물질의 예로는 예를 들어, 경유, 중유, 불소계 그리스(fluorolubes), 그리스 및 실리콘 및 왁스를 포함한다. 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 조성물을 사용하여 세정될 수 있는 물품, 장치 및 부품의 예로는, 예를 들어, 전자 부품(실리콘 웨이퍼, PCB, 반도체 표면 포함), 정밀 부품(항공기 부품 및 부품 포함), 경유, 중유, 불소계 그리스, 그리스 및 실리콘 및 왁스를 포함한다.
본 발명의 바람직한 용매 증기상 탈지 및 디플럭싱(defluxing) 방법은 오염된 기판 또는 부품(예를 들어, 인쇄 회로 기판 또는 제조된 금속, 유리, 세라믹, 플라스틱 또는 엘라스토머 부품 또는 복합재) 또는 기판 또는 부품의 일부를 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명에 따른 비등 불연성 액체에 침지시키는 단계, 이어서 본 발명의 조성물 중 어느 하나일 수 있는 깨끗한 용매로 침지 또는 증류액 스프레이에 의해 제2 탱크 또는 세정 구역에서 부품을 린스하는 단계를 포함한다. 그 다음에, 온도가 평형에 도달할 때까지 냉각된 부품을 응축 증기에 유지하여 건조시킨다.
다양한 유형의 부품에 대한 용매 세정은 일반적으로 배치, 호이스트 보조 배치(hoist-assisted batch), 컨베이어 배치 또는 인라인형(in-line type) 컨베이어 탈지제 및 디플럭서 장비에서 일어난다. 부품은 루프가 없는(open top) 디플럭싱 또는 탈지 장비에서도 세정될 수 있다. 두 가지 유형의 장비에서, 장비의 입구 및/또는 출구단은 주위 환경 및 장비 내의 용매와 개방적으로 연통될 수 있다. 대류 또는 확산에 의한 장비의 용매 손실을 최소화하기 위해 당업계에서 일반적으로 사용하는 방법이 있다.
본 발명의 조성물은 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6 내의 임의의 화합물 및 조성물 중의 용매 성분의 총 중량을 기준으로 하기 표 5에 표시된 양의 공용매를 포함하는 용매 세정 조성물을 포함하며, 각각의 양은 "약"이라는 단어가 앞에 오는 것으로 이해된다.
[표 5]
Figure pct00062
Figure pct00063
Figure pct00064
본 발명은 상기 표 5에 따른 용매 조성물을 포함하며, 여기서 공용매는 헥사플루오로아이소프로필에틸에테르, 헥사플루오로아이소프로필메틸티오에테르, HFE-7000, HFE- 7200, HFE-7100, HFE-7300, HFE-7500, HFE-7600, 트랜스-1,2-다이클로로에틸렌, n- 펜탄, 사이클로펜탄, 에탄올, 퍼플루오로(2-메틸-3-펜탄온) (Novec 1230), 시스- HFO-1336mzz, 트랜스-HFO-1336mzz, HF-1234yf, HFO-1234ze(E), HFO-1233zd(E) 및 HFO-1233zd(Z)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
전해질 제제 및 배터리
본 발명은 또한 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 화합물을 포함하는, 전해질 제제 및 전해질 제제를 함유하는 배터리를 제공한다. 일반적으로, 전해질 제제는 (a) 전해질; (b) 전해질용 유기 용매; 및 (c) 전해질 제제 및/또는 전해질을 함유하는 배터리의 원하는 특성 또는 원하는 특성의 개선을 제공하기 위해 제제에 포함된 첨가제를 포함한다. 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 화합물은 전해질용 용매(또는 공용매) 및/또는 첨가제로서 제제에 포함될 수 있다.
따라서, 본 발명은,
(a) 염, 바람직하게는 리튬 이온 염;
(b) 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 화합물을 포함하는 염용 용매(공용매를 포함하거나 포함하지 않음); 및
(c) 본 발명의 화합물과 상이한 하나 이상의 첨가제를 포함하는 전해질 제제를 제공한다.
본 발명은 또한,
(a) 전해질, 바람직하게는 리튬 이온 전해질;
(b) 리튬 이온 전해질용 용매; 및
(c) 각각의 화합물 1 내지 6을 포함한 본 발명의 화합물을 포함하는 첨가제(추가의 첨가제를 포함하거나 포함하지 않음)를 포함하는 전해질 제제를 제공한다.
본 발명은 또한 일반적으로, 배터리, 특히 충전식 리튬 이온 배터리를 제공하며, 상기 배터리는 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 화합물을 함유하는 전해질 제제를 함유한다. 본 발명의 양극과 음극, 및 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 흐름을 용이하게 하는 본 발명의 전해질 제제를 나타내는 예시적인 충전식 리튬 이온 배터리가 도 9에 예시되어 있다.
본 발명의 전해질 제제가 일반적으로 배터리에 유용할 수 있는 것으로 고려되지만, 바람직한 실시형태에서, 전해질 제제는 충전식 배터리에 유용한 리튬 이온 전해질을 포함한다. 제제의 전해질 부분을 구성할 수 있는 리튬 염의 비제한적인 예는 LiPF6, LiAsF6, LiCl04*LiBF4, LiBC40g(LiB0B), LiBC04F,(LiODFB),LiPF3 (C2F5)3(LiFAP),LiBF3(C2F5)LiPF3(C,F5)3(LiFAB),LiN, (CF3SO,) LiN(C,F5SO,) LiCF3S03,LiC(CF3SO,)3,LiPF4(CF3)2,LiPF3(CF3)3,LiPF3(iSO -C3C7)3,LiPF5(iso-C3F7)를 포함한다. 전체 염 농도는 응용의 특정 요구에 따라 달라질 수 있으며, 일부 실시형태에서 전해질은 약 0.3M 내지 약 2.5M의 양, 또는 약 0.7M 내지 약 1.5M의 양으로 제제에 존재할 수 있다.
실시예
실시예 1 - 유기 랭킨 사이클
본 실시예는 각각의 조성물 1 내지 6 및 상기 표 2의 각각의 작동 유체, 즉, WF1 내지 WF6을 포함한 본 발명의 조성물이 유기 랭킨 사이클에서의 다양한 작동 유체의 예상 열 효율의 비교에 기초하여, 유기 랭킨 사이클에서 작동 유체로서 유용하다는 것을 설명한다. 본 실시예에서, ORC 시스템은 응축기, 펌프, 보일러 및 터빈을 포함하는 것으로 가정되고, 하기 정성적 결과가 하기 표 E1에 나타낸 바와 같이 일어날 것이다.
[표 E1]
Figure pct00065
실시예 2 - 열 교환기에서 Novec 7200과 비교한 본 발명의 조성물
전기 자동차의 배터리는 충전 및 방전 시 작동 중에 열이 발생한다. 차량 배터리의 일반적인 디자인은 원통형 셀, 파우치 셀 및 프리즘 셀의 세 가지 유형 사이에 차이가 있다. 세 가지 유형은 모두 이들의 형상으로 인해 열 전달 측면에서 고려해야 사항이 다르다. 프리즘 및 파우치 셀은 직선형 외부 면으로 인해 종종 냉각판과 함께 사용된다. 원통형 셀은 셀의 외부 쉘과 열 접촉 상태에 있는 냉각 리본을 사용한다. 셀의 충전 및 방전 중에 광범위한 열이 발생하면, 온도가 상승하여 성능이 저하되고 배터리 수명이 단축될 수 있다.
배터리 냉각판 셋업은 배터리에 능동 냉각을 제공하고, 열을 제거하는데(예를 들어, 전기 자동차의 배터리에서 열을 제거하는데) 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 각각의 조성물 1 내지 17 및 18A를 포함한 본 발명의 유체와 3M Novec 7200의 성능은 단상 열 전달에서 냉각을 제공하는 능력에 대해 분석된다.
대류 열 전달은 직접 접촉, 즉, 배터리가 배터리 인클로저를 통해 펌핑될 수 있는 유체에 침지될 때, 또는 간접적으로, 즉, 대류 열 전달과 전도성 열 전달이 조합된 냉각판을 사용하여 일어날 있음을 알 수 있을 것이다.
본 실시예에서는 내부 직경이 0.55인치인 원형 튜브를 사용하여, 10246 BTU/h(3kW)의 냉방 부하를 제공한다. 튜브 길이는 30ft(9.14m)이고, 압력 강하는 2.9PSI(20 ㎪)로 가정하였다. 유체 온도는 7.2℃(45F)이었다. 내부 열 전달 계수는 난류에 대해 결정된다. 냉방 부하를 제거하는 데 필요한 질량 유량은 두 유체에 대해 결정된다. 비교 결과는 하기 표에 나타낸다. 생성된 열을 제거하기 위해 필요한 질량 유량은 3M Novec 7200과 비슷하거나 그 이하이고, 유용한 출력(즉, 열 전달 계수)은 3M Novec 7200과 비슷하거나 그 이상임을 결과에서 알 수 있다.
열 교환기 셋업을 위한 열 전달 및 압력 강하
Figure pct00066
실시예 3 - 이차 AC 시스템
추정 성능 계수(COP)에 의해 결정되는 이차 루프 공조 시스템의 효율은 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 이차 냉매로 사용하고, 일차 냉매 옵션으로 R1234ze(E), R1234yf 및 프로판을 사용하여 평가한다. 본 시스템은 내부 열 교환기로 열적으로 연결된 증기 압축 일차 루프 및 펌핑된 2상 이차 루프로 구성된다. 이러한 내부 열 교환기는 일차 루프에서는 증발기 역할을 하고, 이차 루프에서는 응축기 역할을 한다. 표 E3A에 정의된 각 유닛 작동의 특정 조건에서 일차 및 이차 냉매의 열역학적 특성을 사용하여, COP를 공조 시스템에서의 R410A의 성능과 비교하여 평가한다(표 E3B 참조).
[표 E3A]
Figure pct00067
[표 E3B]
Figure pct00068
표 E3B는 상이한 일차 냉매를 사용하고, 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 이차 냉매로 사용하는 이차 AC 시스템의 열역학적 성능을 보여주며, 모든 경우에서 이차 AC 시스템의 용량은 R410A 시스템과 일치한다.
실시예 4 - 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 사용한 고온 히트 펌프 응용
고온 히트 펌프는 폐열을 활용하고, 높은 히트 싱크 온도를 제공할 수 있다. 본 발명의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)은 각각, 광범위한 응축 온도에 걸쳐 R245fa와 거의 동일하거나 그보다 우수한 효율을 제공한다.
작동 조건:
응축 온도는 90℃, 100℃ 및 110℃ 사이로 다양하였다.
과냉각: 10℃
증발 온도: 25℃
증발기 과열: 15℃
등엔트로피 효율: 65%
[표 E4]
Figure pct00074
실시예 5 - 이차 루프 중온 냉동 시스템의 열역학적 성능
추정 성능 계수(COP)에 의해 결정되는 이차 루프 중온 냉동 시스템의 효율은 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 이차 냉매로 사용하고, 일차 냉매 옵션으로 R1234ze(E), R1234yf 및 프로판을 사용하여 평가한다. 본 시스템은 내부 열 교환기로 열적으로 연결된 증기 압축 일차 루프 및 펌핑된 2상 이차 루프로 구성된다. 이러한 내부 열 교환기는 일차 루프에서는 증발기 역할을 하고, 이차 루프에서는 응축기 역할을 한다. COP는 공조 시스템에서 R134a의 성능과 비교하여 평가되었으며, 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)은 R134a의 효율과 거의 일치하거나 더 우수하다.
실시예 6 - 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 사용한 현열 침지 냉각 응용
전기 자동차의 배터리는 충전 및 방전 시 작동 중에 열이 발생한다. 차량 배터리의 일반적인 디자인은 원통형 셀, 파우치 셀 및 프리즘 셀의 세 가지 유형 사이에 차이가 있다. 세 가지 유형은 모두 이들의 형상으로 인해 열 전달 측면에서 고려해야 사항이 다르다. 셀의 충전 및 방전 중에 광범위한 열이 발생하면, 온도가 상승하여 성능이 저하되고 배터리 수명이 단축될 수 있다.
본 발명의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)은 바람직하게는 유전율이 낮고, 절연 내력이 높으며, 불연성 유체이어서, 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)에 침지된 배터리 셀을 직접 냉각할 수 있다.
본 실시예는 18650 타입의 1792개의 원통형 배터리 셀로 구성된 배터리 모듈을 고려한다. 한 가지 경우에, 배터리 모듈은 배터리 셀과 접촉하는 플랫 튜브 열 교환기에서 물/글리콜의 50/50 혼합물로 냉각된다. 다른 경우에는, 셀은 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)에 침지되고, 즉, 유체와 직접 접촉한다. 배터리 모듈의 폐열은 8750W로, 전체 셀 수에 균등하게 분포된다. 가정 및 작동 조건은 표 E5A 및 E5B에 기재되어 있다.
[표 E5A]
Figure pct00075
[표 5B]
Figure pct00076
실시예 6 - 데이터 센터에서 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 사용한 2상 침지 냉각 응용
도 7을 참조하여 데이터 센터 냉각의 예가 제공된다. 일반적으로 200으로 표시된 데이터 센터는 하나 이상의 전자 장치 랙(210)에 포함된 복수의 전자 서브시스템(220)을 포함한다. 전자 서브시스템(220) 중 적어도 하나, 바람직하게는 복수, 바람직하게는 모두는 (일 실시형태에서) 수직으로 연장되는 액체-공기 열 교환기(243) 및 액체-공기 열 교환기(243)를 가로질러 냉각 기류(244)를 유도하기 위한 공급 및 리턴 덕트(241, 242)를 포함하는 냉각 스테이션(240)과 연관된다. 냉각 서브시스템(219)은 다수의 전자 서브시스템(220) 중 적어도 하나, 바람직하게는 복수, 바람직하게는 모두와 연관된다. 바람직한 실시형태에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 모든 서브시스템(220)은 냉각 스테이션(240) 및 냉각 서브시스템(219)과 연관된다. 각각의 냉각 서브시스템(219)은 (이 실시형태에서) 복수의 전자 부품(223)을 포함하는 각각의 전자 서브시스템(220)을 둘러싸는 하우징(221)(바람직하게는 저압 하우징임)을 포함한다. 전자 부품은 데이터 센터의 일부로 작동 중이며, 데이터 센터에서 이들의 기능을 수행한 결과로서 열을 생성하는 것이다. 전자 부품에는 예로서, 인쇄 회로 기판, 마이크로프로세서 모듈 및 메모리 장치가 포함된다. 각각의 전자 서브시스템은 작동할 때, 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 포함한 본 발명의 열 관리 유체(224)에 침지된 발열 부품을 갖는다. 유체(224)는 전형적인 작동 중에 비등하고, 본 발명에 따라 유전성 증기(225)를 생성한다. 예시된 실시형태에서, 전자 서브시스템(220)은 전자장치 랙(210) 내에 상향 경사 지지 레일(222)을 제공하여, 전자 서브시스템(220)을 비스듬히 수용함으로써 각도를 이룬다. 예시된 바와 같은 전자 서브시스템의 앵글링(angling)은 냉각 서브시스템(219)과 관련 국소 냉각 스테이션(240)의 액체-공기 열 교환기(243) 사이의 증기(225)의 부력 구동 순환을 용이하게 한다. 그러나, 본 발명과 본 실시예에 따른 우수한 결과는 이러한 앵글링을 사용하지 않는 경우에도 동일하게 잘 달성된다. 다수의 냉각제 루프(226)는 액체 냉각식 전자 서브시스템 및 액체-공기 열 교환기(243)의 각 부분과 유체 및 열 접촉으로 결합된다. 특히, 다수의 배관 섹션(300)은 본 실시예에서 다수의 공기 냉각 핀(310)을 포함하는 액체-공기 열 교환기(243)를 통과한다. 증기(225)는 하우징(221)으로부터 액체-공기 열 교환기(243)의 대응하는 튜브 섹션(300)으로 부력에 의해 구동되며, 여기서 증기는 응축된 다음에, 관련 액체 냉각식 전자 서브시스템에 액체로서 반환된다. 냉각 기류(244)는 데이터 센터(200)의 다수의 국소 냉각 스테이션(240)의 공급 덕트(241)에 병렬로 제공되고, 가열된 기류는 리턴 덕트(242)를 통해 배출된다. 본 발명의 유체가 아닌 본원에 기재된 장비는 본원에 참조로 포함된 US 2013/0019614에 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 시스템은 각각의 조성물 1 내지 6 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)을 포함한 본 발명의 열 관리 유체 및 응축기용 히트 싱크로서 주변 공기와 함께 작동되며, 이러한 시스템은 상기 시스템이 작동 중인 데이터 센터에서 그 기능을 수행하는 동안 전자 부품을 가장 원하는 작동 온도 범위에서 효과적이고 효율적이며 안전하고 확실하게 유지하도록 작동한다.
실시예 7 - 리튬 이온 배터리의 용매 또는 첨가제로서의 조성물 1 내지 6, 및 표 3의 각각의 열 전달 조성물(HTC1 내지 HTC6)
전해질 용매 및 첨가제는 리튬 이온 배터리(LIB)의 성능에 중요한 역할을 한다. 본 발명의 조성물 1 내지 6 및 표 2의 각각의 작동 유체(WF1 내지 WF6)는 리튬 이온 배터리용 다양한 전해질 조성물의 용매 또는 첨가제로서 사용된다. 전형적으로, 전해질 조성물은 용해된 Li 염, 예컨대 리튬 헥사플루오로포스페이트(LiPF6), 리튬 비스(플루오로설포닐)이미드(LiFSI), 리튬 트라이플루오로메탄설포네이트(LiTf), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 다이에틸렌 카보네이트(DEC), 다이메틸렌 카보네이트(DMC) 및 기타 많은 유기 카보네이트 및 에스테르와 같은 성분을 포함하는 용매 또는 용매의 조합 및 비닐렌 카보네이트, 크라운 에테르, 보레이트, 보로네이트 및 기타 많은 화합물과 같은 첨가제를 포함한다. LIB에서의 용매의 역할은 한 쌍의 전극 사이에서 이온 형태의 전하를 전달하는 매질의 역할을 하는 것이다. 다양한 성분의 용매 또는 첨가제를 사용한 전해질의 다양한 변형도 알려져 있다[상세한 설명은 문헌[Kang Xu, "Non-Aqueous Electrolytes for Lithium Based Rechargeable Batteries " Chem. Rev., 2012,104, 4303-4417]을 참조함]. 조성물 1 내지 6 및 표 2의 각각의 작동 유체(WF1 내지 WF6)를 포함한 본 발명의 화합물은 화학 안정성 및 열 안정성, 바람직한 유전율 및 전기화학창과 같은 바람직한 특성을 가지므로, 리튬 이온 배터리의 성능을 향상시키기 위해 용매 및/또는 첨가제로서 첨가될 수 있다. 본 발명의 화합물 및 조성물은 용매로서, 예를 들어 용매의 5 내지 50 중량% 범위의 양으로, 첨가제로서 0.1 내지 5 중량% 범위의 양으로, 다양한 전해질 조성물에 사용될 수 있다.
실시예 8 - 용매 탈지
조성물 1 내지 6 및 표 2의 각각의 작동 유체(WF1 내지 WF6)를 포함한 본 발명의 작동 유체는 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 탈지 장치에서 용매로서 사용되며, 상술한 모든 기판을 포함한 다양한 기판으로부터 상술한 모든 오염 물질을 포함한 다양한 오염 물질을 성공적으로 제거한다.
실시예 9 - 화학식 I로 나타낸 계열의 화합물의 대표적인 제조 방법
트라이플루오로에틸트라이플루오로메탄설포네이트(CF3CH2OSO2CF3, 310 ml, 2.15 mol)를 중간 구에 기계식 교반기가 장착되고, 다른 구에 질소 버블러에 연결된 테이크오프가 있는 환류 응축기를 장착한 오븐 건조된 3L 3구 둥근 바닥 플라스크에서 탄산칼륨(K2CO3, 415.6 g, 3 mol)과 혼합하였다. 수돗물을 환류 냉각기를 통해 순환시키고, 또 다른 구에 열전대를 장착하고, 불균질한 혼합물을 교반하여, 외부 빙수 혼합물로 0℃ 내지 5℃로 냉각시켰다. 혼합물에 헥사플루오로아이소프로판올((CF3)2CHOH, 455ml-475ml, 4.3 몰 이상)을 서서히 첨가하여, 혼합물의 온도를 실온(RT)으로 유지시켰다. 얻어진 혼합물을 45 내지 48시간 동안 계속 교반을 유지하면서 가열 맨틀/오일 배스를 사용하여 78℃ 내지 85℃로 가열하였다. 이 반응 시간 후에, 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 교반하면서 2L 증류수를 RB에 첨가하여, 전체 고체 탄산칼륨을 용해시켰다. 전체 반응 혼합물을 4L 분액 깔때기로 옮기고, 충분히 진탕시켰다. 하부 유기층을 1L 삼각 플라스크에 수집하고, 수성 상부층을 제거하였다. 유기층을 다시 분액 깔때기로 옮겼다. 유기층을 포화 탄산칼륨 수용액으로 4회(4×500ml) 세척하였다. 유기층을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 때때로 내부 압력이 있는 경우 내부 압력을 배출하는 스토퍼가 장착된 삼각 플라스크에서 혼합물을 충분히 진탕시키고, 고체를 여과에 의해 제거하였다. 이렇게 하여 얻은 조생성물(357 g 이상, 수율: 67% 이상)을 대기압에서 증류하여, 760 mmHg에서 비점이 68 내지 70℃인 순수한 생성물을 얻었다.
반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00077
부산물인 CF3CH2OCH2CF3가 0.2 중량% 이하의 양으로 조성물에 존재하였다. 실질적으로 순수한 생성물은 760 mmHg에서 비점이 68 내지 70℃이었다. 상기 절차에 따라, 화학식 I로 나타낸 다양한 화합물 군을 제조하도록 확장될 수 있다.
대안적으로, 화학식 I로 나타낸 계열의 에테르는 다음과 같이 미츠노부(Mitsunobu) 조건과 같은 대체 경로에 의해 합성될 수 있었다: 트라이페닐포스핀(TPP), 및 다이에틸 아조다이카르복실레이트(DEAD) 또는 다이아이소프로필 아조다이카르복실레이트(DIAD)와 같은 아조다이카르복실레이트를 질소 분위기 하에서 THF 또는 톨루엔 중에서 -10℃에서 혼합하여, 혼합물을 동일한 온도에서 몇 분간 계속 교반하였다. 그 다음에, 2종의 상이한 알코올을 첨가하여, 혼합물을 필요에 따라 가열 환류시켜, 화학식 I로 나타낸 계열의 비대칭 에테르를 형성하였다.

Claims (10)

  1. (a) 하기 화학식 I에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는 열 전달 조성물을 제공하는 단계:
    [화학식 I]
    Figure pct00078

    (상기 식에서,
    R1, R2 및 R3는 각각 독립적으로 CxR'(2x+1)-yHy이고;
    각각의 R'은 독립적으로 F 또는 Cl로부터 선택되며, 여기서 (2x+1)-y의 값은 표시된 탄소 원자(들) 상의 R' 치환기의 총수이고;
    각각의 x는 독립적으로 1 이상 6 이하이며;
    y는 0 이상 2x+1 이하이되, 단, 상기 화합물에 존재하는 R'의 총수는 6 이상이고, 상기 화합물은 0개 내지 2개의 Cl 치환기를 가짐); 및
    (b) 전자 장치 또는 부품을 상기 열 전달 조성물에 침지시키는 단계를 포함하는, 작동 전자 장치의 냉각 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 지구 온난화 지수(GWP)가 약 200 이하인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 불연성인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 20 ㎓에서의 유전율이 3 미만인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 비점이 약 25℃ 내지 약 150℃인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 (i) 20 ㎓에서의 유전율이 5 미만이고; (ii) 비점이 약 50℃ 내지 약 150℃이며; (iii) 불연성이고; (iv) Ames 음성 독성(Ames-negative toxicity)을 나타내는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 적어도 약 50 중량%의 상기 화학식 I에 따른 하나 이상의 화합물을 포함하는 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 열 전달 조성물은 적어도 약 50 중량%의 화학식 Ia에 따른 화합물을 포함하는 방법:
    [화학식 Ia]
    (CF3)2CH-O-CH2CF3.
  9. 제9항에 있어서, 상기 전자 장치 또는 부품은 배터리, 반도체 집적 회로(IC), 전기 화학 전지, 전력 트랜지스터, 저항기, 전계 발광 소자, 마이크로프로세서, 전력 제어 반도체, 배전 스위치 기어, 전력 변압기, 인쇄 회로 기판, 멀티 칩 모듈, 패키지 또는 비패키지 반도체 장치, 반도체 집적 회로, 연료 전지, 레이저 발광 다이오드(LED), 전기 화학 전지, 전기 구동 모터 및 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 열 전달 방법.
  10. 제13항에 있어서, 전기 자동차 및/또는 하이브리드 가스/전기 자동차 및/또는 데이터 센터 및/또는 서버 및/또는 암호화폐 채굴 센터에서 수행되는 열 전달 방법.
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