(57)【要約】  部分的フッ素化及び/又は過フッ素化炭化水素及び/又は過フッ素化ポリエーテルを含有する又はそれらからなる、熱伝達、特にヒートパイプによる熱伝達のための作動流体。好ましくは、ペンタフルオロブタン及び過フッ素化ポリエーテルを作動流体として用いる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分的フッ素化及び/又は過フッ素化炭化水素及び/又はポリエーテル及び/又は部分的フッ素化又は過フッ素化ポリエーテルを含有する又はそれらからなる、熱伝達、特にヒートパイプによる熱伝達のための作動流体。
【請求項２】
用いられる部分的フッ素化及び/又は過フッ素化炭化水素が、個別化合物としてのペンタフルオロプロパン、例えば1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2,3-ペンタフルオロプロパン、1,1,2,2,3-ペンタフルオロプロパン、ヘキサフルオロプロパン、例えば1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン、ヘプタフルオロプロパン、例えば1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン、ペンタフルオロブタン、例えば1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン、ヘキサフルオロブタン、例えば1,1,1,2,2,4-ヘキサフルオロブタン、ヘプタフルオロブタン、例えば1,1,1,2,2,4,4-ヘプタフルオロブタン又はデカフルオロペンタン、例えば1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン又はそれらのいずれかの混合物の群からの化合物を含む、請求項１記載の作動流体。
【請求項３】
作動流体が、少なくとも2つのC-O-Cエーテル結合、約200の分子量、及び101.3kPaで40℃以上の沸点を有する過フッ素化ポリエーテルを含有する、請求項１記載の作動流体。
【請求項４】
作動流体が、1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン及び340の分子量を有する過フッ素化ポリエーテルを含有する又はそれらからなる、請求項１記載の作動流体。
【請求項５】
ペンタフルオロブタンとポリエーテルの混合比が65:35である、請求項４記載の作動流体。
【請求項６】
部材、特に電子部材を冷却するための、ヒートパイプにおける部分的フッ素化及び/又は過フッ素化炭化水素及び/又はポリエーテル及び/又は部分的フッ素化又は過フッ素化ポリエーテルを含有する又はそれらからなる作動流体の、使用。
【請求項７】
作動流体に含有される部分的フッ素化及び/又は過フッ素化炭化水素が、個別化合物としてのペンタフルオロプロパン、例えば1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2,3-ペンタフルオロプロパン、1,1,2,2,3-ペンタフルオロプロパン、ヘキサフルオロプロパン、例えば1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン、1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン、ヘプタフルオロプロパン、例えば1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン、ペンタフルオロブタン、例えば1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン、ヘキサフルオロブタン、例えば1,1,1,2,2,4-ヘキサフルオロブタン、ヘプタフルオロブタン、例えば1,1,1,2,2,4,4-ヘプタフルオロブタン又はデカフルオロペンタン、例えば1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン又はそれらのいずれかの混合物の群からの化合物を含む、請求項６記載の作動流体の使用。
【請求項８】
作動流体が、少なくとも2つのC-O-Cエーテル結合、約200の分子量、及び101.3kPaで40℃以上の沸点を有する過フッ素化ポリエーテルを含有する、請求項６記載の作動流体の使用。
【請求項９】
用いられる作動流体が、混合比65:35の1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン及び340の分子量を有する過フッ素化ポリエーテルからなる、請求項６記載の作動流体の使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、熱伝達のための作動流体、特にヒートパイプのための作動流体に関する。
【０００２】
ヒートパイプによって、熱を主に一つの方向に運び、熱伝達のために液体の蒸発熱を用いる装置が意味される。液体はヒートパイプの熱い末端で蒸発し、より冷たい末端で再び凝縮される。ヒートパイプは、通常は小量の低沸点液体、すなわち作動流体を含有する密閉されたパイプによって形成される。該パイプの下部は、過剰な加熱領域、例えば冷却される部材と接触し、それによって該下部が加熱される。これによって、該パイプ中の液体が蒸発して蒸気がパイプの上部に上昇し、熱がそこから除去され、該液体が凝縮されて、重力によってパイプの下部に戻される。
【０００３】
ヒートパイプは、平行にも垂直にも配置することができる。傾いたヒートパイプも知られている。ヒートパイプの設置又は配置の種類は、各用途に依存する。従って、各種のパイプ配置によって、凝縮物を、-傾斜がある限りは-重力、又は-傾斜がない場合は-重力の効果を用いない毛管力の両方によって戻すことができる。作動流体の還流を改善するためには、パイプの内壁に焼結金属層などの多孔性層又は微細構造が通常は配置される。
ヒートパイプの使用は、ある種の用途に限定されない。近年の開発では、ヒートパイプサイズの最小化により、該ヒートパイプが電子産業にもますます用いられ得ることが示された。
【０００４】
周知のように、電子部材のための冷却効果は、異なる手法で達成され得る。最も簡単な冷却方法は、スイッチキャビネットに設置されているファンを使用することである。熱伝達を補助するために、大きなリブ状の表面を有するヒートシンク-合理的には統合されたファンを有する-が、しばしば用いられる。パワーエレクトロニクスにおける部材を冷却するには、30mm以下の壁厚を有し得る銅又はアルミニウム製の固いヒートシンクを用いることが必要である。結果的に、該ユニットは、設備設計に著しく不都合となる高い質量及び大きな建造量を有する。そのような固いヒートシンクの限定された冷却効果により、放散された熱の大きな流れは、続いて故障率の増加及び部材の効率の悪化を引き起こす部材温度の明確な増加を生じる。
【０００５】
プロセッサーに備えられているヒートシンクを介して水が流れる水再循環冷却システムも、知られている。ここでは、水はポンプによって運ばれて再循環され、例えば空冷熱交換器によってその集められた熱を環境中に放出する。
蒸発冷却及び気化冷却などの相変化方法による熱除去も、知られている。この方法を用いると、単位面積当たりの最大熱除去を達成することができ、それによって部材配置に必要なスペースを著しく減少させることができる。
冷却設備の設計は、決定的に蒸発の種類、すなわち核沸騰又は対流沸騰、圧力及び温度範囲、及び用いられる熱伝達流体に依存する。
【０００６】
本発明の問題は、熱伝達流体として有効な作動流体に伴行するヒートパイプを用いることによる相変化プロセスによって温度感受性部材の熱除去を保証することである。
この目的は、好ましくは部分的フッ素化及び/又は過フッ素化炭化水素及び/又はポリエーテル及び/又は部分的フッ素化又は過フッ素化ポリエーテルが作動流体又は熱伝達流体として用いられるヒートパイプにおいて達成される。
【０００７】
好適な部分的フッ素化及び/又は過フッ素化炭化水素は、個別化合物として例えばペンタフルオロプロパン、例えば1,1,1,3,3-ペンタフルオロプロパン(HFC 245fa)、1,1,1,2,3-ペンタフルオロプロパン(HFC 245eb)、1,1,2,2,3-ペンタフルオロプロパン(HFC 245ca)、ヘキサフルオロプロパン、例えば1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC 236fa)、1,1,2,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC 236ea)、1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン(HFC 236ca)、ヘプタフルオロプロパン、例えば1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン(HFC 227ea)、ペンタフルオロブタン、例えば1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン(HFC 365mfc)、ヘキサフルオロブタン、例えば1,1,1,2,2,4-ヘキサフルオロブタン(HFC 356mcf)、ヘプタフルオロブタン、例えば1,1,1,2,2,4,4-ヘプタフルオロブタン又はデカフルオロペンタン、例えば1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-デカフルオロペンタン(HFC 43-10mee)又はそれらのいずれかの混合物からなる群からのフッ素化アルカンを含む。
【０００８】
本発明では、部分的フッ素化又は過フッ素化炭化水素を、作動流体としてポリエーテル又は部分的フッ素化又は過フッ素化ポリエーテルとの混合物でも用いることができる。
好適な過フッ素化ポリエーテルは、例えばWO 02/38718に記載されている。これらの過フッ素化ポリエーテルは、炭素、フッ素及び酸素を含み、少なくとも2つ、好ましくは3つのC-O-Cエーテル結合を有し、及び約200以上の分子量及び101.3kPaで40℃以上の沸点を有する。製造条件により、これらのエーテルは個別物質の混合物であり、25℃で0.3〜1の粘度を有する。
【０００９】
好ましい過フッ素化ポリエーテルは、GALDEN及びFOMBLINの商品名でSolvay Solexisから販売されている製品を含む。例えば、以下の製品が挙げられる:
GALDEN HT 55:沸点:101.3kPaで57℃、分子量:340
GALDEN HT 70:沸点:101.3kPaで66℃、分子量:410
FOMBLIN PFS1:沸点:101.3kPaで90℃、分子量:460
一つの実施態様では、個別物質HFC 365 mfc及びGALDEN HT 55を、前記多数の化合物から選択し、作動流体として用いた。
本発明の別の実施態様では、混合比65:35の1,1,1,3,3-ペンタフルオロブタン(HFC 365 mfc)及び過フッ素化ポリエーテル(GALDEN HT 55)の混合物を、熱伝達流体として用いた。
用いられる流体の量は、冷却システムのサイズに依存する。
【００１０】
本発明では、化合物が難燃性又は不燃性の有効な熱伝達流体として好適であり、最適化された表面張力及び蒸発の高いエンタルピーを有する。該流体のエンタルピーの値は、小量の流体で熱伝達の最大収率を得るのに十分大きくあるべきである。該化合物は、高い電気抵抗及び高い絶縁耐力を有するべきである。特に電子部材を冷却するための使用のために、該流体は室温で約1barの蒸気圧を有するべきであり、それらがそれらの作動温度に達した後は通常の圧力を超えないべきである;さらに、該流体は、周囲圧力及び周囲温度で液体であるべきである。該流体は毒性でなく、低い地球温暖化係数(GWP)及び、可能であれば、ゼロのオゾン層破壊物質含有率(ODS)を有するべきである。該流体の粘度は、できる限り低いべきである。該混合物の組成は、有利には共沸性混合物を得るように選択されるべきである。共沸性の混合物も好適である。
【００１１】
上記化合物又はそれらの混合物がこれらの必要性を満たし、それによって好適な作動流体を構成することが見出された。
該部材及び好ましくは該電子部材は、直接接触冷却方法によって冷却することができる。別の実施態様では、ヒートパイプを冷却される部材上に直接配置するか、又は該部材を囲い込むことができる。
以下の実施例は、単に本発明を説明することを意図するが、それらを限定しない。
【００１２】
実施例１〜３:
用いた冷却システムには、蒸発器及び凝縮モジュールを含ませた。両モジュールは、立ち上がりパイプ又は柔軟なホースによって接続した。該システムを密閉した。熱伝達流体をシステム内で循環させた。
蒸発器モジュールとして、各作動流体が満たされた銅の金属ボックスを用いた。冷却される該部材をモジュールの後部に搭載した。蒸発器モジュール自体は、電力が次第に950ワットまで増加する加熱用プレートに搭載した。該作動流体の蒸気を凝縮するのに用いた凝縮器は、蒸発器ボックスの外に案内されている立ち上がりパイプに接続した。
作動流体/実施例1〜3:
1.  HFC 365mfc/Galden HT 55  (65:35)
2.  HFC 365mfc
3.  Galden HT 55
【００１３】
表に与えられた結果は、本発明に用いられる作動流体の有効性を示している。
本発明の作動流体の特別な利点として、特に、HFC 365mfcを含有する混合物が不燃性、電気絶縁性、及び環境適合性であることが挙げられるべきである。該混合物の共沸性も、さらなる利点と考えられ得る。
【００１４】
表: 
2008519113.tif 000002
【国際調査報告】
2008519113.tif 000003
2008519113.tif 000004
2008519113.tif 000005