氟聚醚脂(含氟制冷剂及氟化液行业专题分析)

Posted 2023-05-30

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氟聚醚脂(含氟制冷剂及氟化液行业专题分析)

（报告出品方/作者：国信证券，杨林，张玮航）

1 含氟制冷剂行业格局梳理

1.1 常见氟制冷剂及更新迭代历程

空调系统及制冷剂的制冷原理示意。

空调制冷是一个能量转移的过程。空调制冷/制热的原理是利用一种制冷剂（常温常压下低沸点的化学物质，如含氟制冷剂）做为工作介质，在一个工作系统内进行吸热和放热的物理变化，且在一个相对的空间对空气进行冷却和制热。含氟制冷剂热力学性能优异。制冷剂（Refrigerant，亦称作冷媒、雪种等）是各种热机中借以完成能量转化的媒介物质，可分为氨、氮、含氟、水和碳氢化合物等多种类型，其中以热力学性能优异的氟制冷剂类最为常见，其约占全球制冷。（报告来源：未来智库）

部分含氟制冷剂：会造成臭氧层破坏、大气污染、温室效应等问题氟制冷剂由氢氟酸及氯代烃等为原料制备而成，是重要的有机氟化工产品，主要包括含氟的ODS（ODS包括CFCs、哈龙、四氯化碳、甲基氯仿、HCFC和甲基溴）及其替代品，其化学稳定性强、热力学性能优异，下游60%以上被应用在冰箱、家用空调、汽车空调等制冷领域，还可在聚氨酯行业中用作塑料发泡剂、半导体行业中用作电子清洗剂及精细化工中用作气雾剂等。

1.2 第二代制冷剂及三代制冷剂市场格局

二代制冷剂R22：生产与使用均受到配额限制。

用作制冷剂用途的HCFCs的生产（分为总生产配额和国内生产配额）与消费（使用配额）均受配额限制。目前各厂家产量超过制冷剂配额的部分主要用作生产下游含氟新材料的配套原料，用于原料用途的R22生产量则不受生产配额限制。近两年来，我国受分配R22配额约5-6 万吨。

高温制冷剂R142b：也同时受到生产及使用两端的配额管理。

HCFC-142b（二氟一氯乙烷，作为二代制冷剂/发泡剂）作为普遍性使用的高温制冷剂，沸点为-9.3℃（1atm），主要用于高温环境下的制冷空调系统（高温空调）、热泵、多种配混冷媒的重要组分，以及聚合物（塑料）发泡、恒温控制开关及航空推进剂的中间体，同时还有用作化工原料（如作为PVDF的原料）。

1.3 氟制冷剂：供需平衡表测算

2018-2025年，我国制冷剂供需预测。

1、制冷剂需求端（家用空调、中央空调、汽车空调、冰箱行业）每年保持1%的自然增速； 2、单台空调的氟制冷剂需求为0.7-1.1kg，本文中按空调中0.8kg/台、冰箱中0.5kg/台进行测算。假设空调6年进入维修期，12年报废。家用空调、中央空调、汽车空调维修市场中的空调为每年的前12年-6年的求和总产量，假设需要维修且更换制冷剂的空调比例为20%；假设汽车空调维修比例为30%（考虑到车辆行驶过程中的风险）。此外，冰箱制冷剂多选用碳氢制冷剂，假设冰箱氟制冷剂使用比例为30%。

2 氟化冷却液市场前景梳理

2.1 浸没式液冷前景广阔

冷却技术比较：液冷优势明显，是冷却系统发展趋势。

温控技术被广泛应用于工业、通信、消费电子、新能源、动力电池等多个场景，用于保障电池等原器件正常稳定的工作运转以及工业等环境稳定。温控底层技术主要分为：风冷、冷冻水（间接蒸发冷）、液冷、相变材料、电子散热技术（导热材料散热、热管散热、均热板）等。

中国液冷市场规模前景。

液冷数据中心市场规模加速扩张。随着国家双碳政策的推进，2021年底国家发改委、国家能源部发布《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》提出“全国大型、超大型数据中心到2025年平均PUE降到1.3以下，枢纽点降到1.2以下”。北上广深等一线城市已经开始逐步关闭年均PUE高、功率低的单机架。液体浸没冷却法有效解决这个问题，能耗可降低90%-95%。（报告来源：未来智库）

2.2 氟化液浸没式冷却液技术

氟化液优势显著，是理想的数据中心用冷却液。

目前常见的冷却液类型有水、芳香族物质、硅酸酯、脂肪族化合物、有机硅类物质、碳氟类化合物等。其中：氟化液（Fluorinated Liquid）是一种无色无味绝缘且不燃的化学溶剂，最开始是用作线路板的清洗液；加上其不燃和绝缘的惰性特点，目前下游应用领域已经涉及半导体冷却板的冷却、数据中心的浸入式冷却、航空电子设备的喷雾冷却等。氟化液氟化液是理想的浸没式冷却液，但目前价格仍较为昂贵。

浸没式液冷的实现方案1——单相浸没式液冷。

单相浸没式液冷原理：在单相浸没式液冷中，电子氟化液保持液体状态。电子部件直接浸没在电介质液体中，液体置于密封但易于触及的容器中，热量从电子部件传递到液体中。通常使用循环泵将经过加热的电子氟化液流到热交换器，在热交换器中冷却并循环回到容器中。单相浸没式液冷的优势体现在两个方面:1)冷却液价格相对更低，部署成本更低；2)冷却液无相变，无需担心冷却液蒸发溢出或人员吸入的健康风险，更有利于维护。

浸没式液冷的实现方案2——双相浸没式液冷。

双相浸没式液冷原理：在两相浸没式液冷中，通过电子氟化液的沸腾及冷凝过程，指数级地提高液体的传热效率。电子部件直接浸没在容器中的电介质液体中，该容器密封但易于操作。在该容器内，热量从电子部件传递到液体中，并引起液体沸腾产生蒸汽。蒸汽在容器内的热交换器（冷凝器）上冷凝，将热量传递给在数据中心中循环流动的设施冷却水。

单相VS双相浸没式冷却对比：各有优劣，需根据实际应用场景选择。

单相与双相浸没式冷却的比较：在单相浸没式液冷和双相浸没式液冷直接进行选择时，需考虑几项表：冷却效果评估关键因素：1）单相浸没式液冷系统的浸没缸设计更为简单，流体容纳更易实现。与双相浸没式液冷相比，单相浸没式液冷在材料兼容性和流体中污染物上的顾虑也更少。2）与单相浸没式液冷相比，采用被动双相浸没式液冷系统时，可以通过沸腾过程（通过液相到气相的变化），实现更高的传热效率，从而通过双相浸没式液冷，实现更大的功率密度（高达250至500千瓦/缸）。此外，支持双相浸没式液冷所需的冷却基础设施通常复杂度较低，因为除了干式冷却器外，无需进行额外的绝热冷却。

2.3 氟化液是理想的冷却液

全氟碳化合物是最适合用于数据中心液冷系统的氟化液。

氟化液一般指碳氟化合物，是将碳氢化合物中所含的一部分或全部氢换为氟而得到的一类有机化合物，普遍具有良好的综合传热性能，可以实现无闪点不可燃。同时由于C-F键能较大，碳氟化合物惰性较强，不易与其它物质反应，是良好的兼容材料。根据碳氟化合物的组成成分和结构不同，可再分为氯氟烃(CFC)、氢代氯氟烃(HCFC)、氢氟烃(HFC)、全氟碳化合物(PFC)、氢氟醚(HFE)等种类。（报告来源：未来智库）

性能优异的全氟碳化合物——全氟聚醚。

全氟聚醚(PFPE)，常温下为无色、无味、透明液体，只溶于全氟有机溶剂。最早于20世纪60年代开始研究，是一类比较特殊的全氟高分子化合物,其平均分子量在500～15000不等，分子中仅有C、F、O三种元素，因而其具有优越的物理化学性能，如优异的耐热性、耐氧化性、耐辐射、耐腐蚀、低挥发、不燃烧等特性，以及具有可与塑料、弹性体、金属材料相容等良好的综合性能，广泛应用于化工、电子、电气、机械、磁介核工业、航天等领域，尤其在某些高温高腐蚀性的严苛环境下，全氟聚醚往往是必然的选择。

我国数据中心需求强劲，应用场景多样。

从我国范围看，高新技术、数字化转型及终端消费等多样化算力需求场景不断涌现，算力赋能效应凸显。在高新技术方面，高度复杂的计算场景需要更多高性能算力支持，而超算可通过高性能算力为医疗、航天及勘探领域提供支撑。当前，E级超算已经成为世界各国在超算领域开展竞赛的重要方向，我国超算在算力、算效等方面仍有较大的提升空间。

国外企业长期垄断电子氟化液市场，我国国产替代前景广阔。

电子氟化液市场长期被国外企业占据。高性能电子氟化液适用于大数据中心换热所需的冷却介质及尖端产业、电子流体，该生产技术曾长期被国外垄断。国外生产电子氟化液的企业主要有3M、苏威、旭硝子等，上述企业占据了全世界绝大多数市场份额。3M的电子氟化液代表产品有FluorinerTM、Novec TM 、Fluere。苏威的代表产品有FomblinYLVAC25/6；旭硝子的代表产品有ASAHIKLIN AC、AE系列。