CN116396730A - 一种用于浸没冷却热管理的单相冷却液、制备方法以及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于浸没式液冷技术领域，尤其涉及一种用于浸没冷却热管理的单相冷却液、制备方法以及相应的单相浸没式冷却系统。一种单相冷却液，单相冷却液的运动黏度在100℃下小于10 mm2/s，单相冷却液的主要成分为一种或多种混合的液态聚烯烃；其特征在于，所述液态聚烯烃至少包括一种低黏度液态聚烯烃，所述低黏度液态聚烯烃为茂金属聚烯烃或者常规聚烯烃，由基于茂金属或者非茂金属的催化剂体系制备得到，低黏度液态聚烯烃的运动黏度在100℃下小于10 mm2/s。通过使用此类液态聚烯烃作为浸没式单相冷却液的主要成分，能够得到高热导率、高比热容的浸没式单相冷却液。
Description
技术领域
本发明属于浸没式液冷技术领域，尤其涉及一种用于浸没冷却热管理的单相冷却液、制备方法以及相应的单相浸没式冷却系统。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着计算机性能及计算设备集成度的提高，尤其是在互联网与5G技术的推进下，各产业数据中心的快速发展，对高热流密度电子器件的散热需求提出了更高的要求。通常热量传递包括对流、传导和辐射这三种形式，其中热辐射传递热量的效率最低，传统用于数据中心计算机系统的水冷、风冷等散热方式存在高能耗等问题，难于满足新兴高热流密度电子器件的散热需求，据统计，数据中心大约40％的能源消耗来自于风冷散热设备，数据中心的碳排放量比航空业还大，因此，传统散热方式难于满足目前数据中心新兴高热流密度电子器件的散热需求，亟待寻找一种新散热方式减少数据中心散热产生的能源消耗和碳排放量。
与空气导热系数相比，液体的导热系数比空气导热系数大得多，采用液体传导的方式可将热量迅速移走，因此使用液体冷却代替空气冷却可以节省成本、降低能源消耗和碳排放量。其中，液体冷却技术按热源与液体是否接触，可分为直接式和间接式两类。在常见的直接式液冷系统中，需要散热的计算设备或者电子器件被浸没在液体中通过与冷却液直接接触进行散热，故又被称为浸没式液冷，其中作为传热介质的液体又被称作“冷却液”。
其中，浸没式液冷技术的优势主要体现在：
1)更高的能源利用率，浸没式液冷使用冷却液作为热传输媒介，液体具有更高的导热率和比热容，因此可以更快地传导以及更有效地吸收热量。
2)更高的功率密度，浸没式液冷可以大幅提高数据中心单位空间的服务器密度，从而更好地支持高密度计算。传统数据中心采用空气冷却系统，可冷却的机架功率密度通常为10kW-15kW，而浸没式液冷可以将单机架功率提升到100kW甚至200kW以上，由此能够满足高密度计算场景对散热的需求。
3)更高的设备可靠性，浸没式液冷可使发热设备始终工作在适宜的温度，浸没环境有效避免了水蒸气、灰尘等对设备的不良影响。此外，因服务器和机房不再需要风扇，从而有效解决了噪音和振动问题。
4)更高的空间利用率，浸没式液冷优异的散热性能使服务器可以紧密排列，无需隔开距离，同时无需配置风扇，机房内也不需要空调和冷冻机组，无需安装冷热通道封闭设施，更不需要架空地板，因此浸没式液冷比传统冷却方案具有更高的空间利用率。
5)更节省用水，传统的空气冷却技术通常需要使用大量的水进行蒸发降温。浸没式液冷技术的冷却液可以在45℃温度下工作，仍可以实现有效的自然冷却，从而减少了对主动排热设备的需求，因此更节水。
鉴于浸没式液冷技术具有上述优势，因此成为了当前的研究热点。浸没式液冷是将需要散热的计算设备或者电子器件直接浸泡在冷却液中，依靠冷却液吸收设备产生的热量。按照冷却液在循环散热过程中是否发生相变，可以分为单相浸没式液冷和两相浸没式液冷。
其中，两相浸没式液冷是将电子器件浸入带有两相冷却液的封闭槽中，两相浸没式冷却液沸点低于工作温度，当需要散热的计算设备或者电子器件升温到最高达两相冷却液的沸点时，冷却液变成减去热量的蒸气。然后，蒸气在放置在冷却液上方的盖子或盘管冷凝器上冷凝，并再次沉淀在冷却液中，由此冷却液不断进行循环实现对计算设备或者电子器件的冷却。
相对于冷却液吸收热量发生相变的两相浸没式液冷，单相浸没式冷却液无需发生相变即可实现对计算设备或者电子器件的散热处理，同时相应的设备结构更简单，无需冷凝器等装置。
单相浸没式液冷相对于两相浸没式液冷的优势体现在两个方面，一是冷却液价格相对更低，相应的冷却设备结构更简单且容易维护，有利于降低总体成本；二是冷却液无相变，无需担心冷却液蒸发、溢出导致人员吸入的健康风险。
目前，传统上应用最广泛的冷却液如液氨、乙二醇等因为其毒性原因无法用于浸没式冷却液，常用于单相浸没式液冷的冷却液为氟化液体，氟化液体的化学结构包括氯氟烃(CFC)、氢氯氟烃(HFC)、(全)氟化聚醚(PFPE)等，商业产品例如Solvay公司的
Heat Transfer Fluid，以及3M公司的FluorinertTM系列氟化冷却液液体FC-40、FC-70、FC-72和FC-770等，这些氟化冷却液的优势在于惰性和稳定性高，冷却散热效果好，但也有明显缺陷，碳氟化合物作为非常强的温室气体，对地球变暖有影响，又难以生物降解，此类冷却液难以实现环保的可持续和气候友好性。同时氟碳化合物相对烃类化合物的密度明显更高，同等体积下氟碳化合物液体自身重量更大，应用于数据中心等计算设备时则明显增加地面承重，对设备流体泵的循环功率要求更高。
为解决氟化冷却液导致全球变暖的问题，3M公司的US 5713211、Dupont公司的US20070187639以及Solvay公司的WO 2007099055和WO 2010034698提出GWP(全球变暖潜能值)更低的氟化醚，但这类氟化醚仍存在密度高、毒性高、难以进行环保处理和生物降解的缺点。
发明内容
发明人研究发现：现有技术中，单相浸没式冷却液通常使用氯氟烃、氢氯氟烃、(全)氟化聚醚等，虽然其可具有较好的散热性能，但也有毒性高、易导致温室效应、难以进行环保处理等缺点。为了克服上述缺陷，本发明提出了一种性能更优的不含氟等卤素以及硫元素、无毒无腐蚀性、低密度、难以导致温室效应和易生物降解的环保型单相冷却液以及与该冷却液配套的单相浸没式冷却系统。
本发明提供了一种以合成烃(Synthetic hydrocarbon)作为主要成分的单相冷却液，典型的，以上所述合成烃为液态聚烯烃，如常规聚а烯烃(PAO)、茂金属聚а烯烃(mPAO)等，通过使用此类液态聚烯烃作为浸没式单相冷却液的主要成分，能够得到高热导率、高比热容的浸没式单相冷却液，还可以将不同黏度的液态聚烯烃混合使用，进一步提高单相冷却液的传热效果与介电性能，高低黏度混合的液态聚烯烃冷却液在层流、过渡状态、湍流等不同的流动状态以及冷却槽直接换热、管内间接换热的条件下都具有极佳的传热效果。同时，液态聚烯烃冷却液不含氟等卤素和硫元素，无毒无腐蚀性，对地球变暖无影响，具有可持续环保和气候友好性的优势，同时具有更低的密度可以减轻设备重量，能够长期用于数据中心、IT设备和半导体器件等设备的浸没式冷却。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提出一种单相冷却液，单相冷却液的运动黏度在100℃下小于10mm2/s，单相冷却液的主要成分为一种或多种混合的液态聚烯烃；所述液态聚烯烃至少包括一种低黏度液态聚烯烃，低黏度液态聚烯烃的运动黏度在100℃下小于10mm2/s。优选的，低黏度液态聚烯烃的运动黏度在100℃下为0.5-5.0mm2/s；进一步优选的，为0.5-3.5mm2/s；再进一步优选的，为0.5-2.5mm2/s。
进一步的，低黏度液态聚烯烃的运动黏度在40℃下为2.0-10.0mm2/s；优选的，为2.0-9.0mm2/s；进一步优选的，为2.0-6.0mm2/s。
其中，所述液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的至少98％，优选的，所述液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的99-100％。
其中，所述低黏度液态聚烯烃为茂金属聚烯烃或者常规聚烯烃，通过使用基于茂金属的催化剂体系制得的液态聚烯烃称为茂金属聚烯烃，通过使用基于非茂金属的传统催化剂(例如，路易斯酸、负载型Ziegler-Natta催化剂等)制得的液态聚烯烃称为常规聚烯烃。
进一步的，所述液态聚烯烃是由乙烯、丙烯或者碳数为4-20(C4-C20)的取代烯烃经过茂金属或者非茂金属催化剂催化聚合得到不饱和茂金属聚烯烃，将不饱和聚烯烃分离后再进行氢化饱和得到最终的低黏度液态聚烯烃，未分离的聚烯烃为高黏度液态聚烯烃。其中，分离不饱和聚烯烃的方法包括蒸馏等本领域常用的分离手段。
其中，所述取代烯烃包括α烯烃、乙烯叉基烯烃、二取代亚乙烯基烯烃、三取代亚乙烯基烯烃中的一种或者几种混合物。
其中，所述α烯烃(I)，乙烯叉基烯烃(II)、二取代亚乙烯基烯烃(III、IV)和三取代亚乙烯基烯烃(V)的结构如下所示，所述的R1包括碳数为2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18的直链或者支链烷烃，R2与R3包括两者碳数之和为2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18的直链或者支链烷烃，R2、R3与R4包括三者碳数之和为2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18的直链或者支链烷烃，其中，R1、R2、R3与R4的碳数可以相同或者不同。
优选的，所述制备液态聚烯烃的原料为C5-C13的α烯烃，进一步优选的，所述制备液态聚烯烃的原料为C5-C13的直链α烯烃。
低黏度的液态聚烯烃与碳数、运动黏度相近的烃类基础油对比具有更佳的传热性能，以低黏度液态聚烯烃作为主体的单相冷却液应用于本发明的单相浸没式冷却系统能够在不同流体流动状态和换热条件下得到更高的对流换热系数，这表明低黏度液态聚烯烃与常规烃类基础油相比更适合应用于对散热器件的浸没式冷却。
发明人还发现，在上述低黏度液态聚烯烃的基础上添加高黏度液态聚烯烃作为单相冷却液的主要成分，还可以提高冷却液的传热效果与介电性能。其中，所述低黏度液态聚烯烃运动黏度在100℃下小于10mm2/s，在40℃下为2.0-10.0mm2/s，所述高黏度液态聚烯烃的运动黏度在100℃为10-1000mm2/s，黏度指数不低于150，优选的，所述高黏度液态聚烯烃的运动黏度在100℃为10-100mm2/s。
进一步的，所述高黏度液态聚烯烃为茂金属聚烯烃或者非茂金属聚烯烃，优选的，所述高黏度液态聚烯烃为茂金属聚烯烃，进一步优选的，所述高黏度液态聚烯烃为高等规度的梳型结构茂金属聚烯烃。
通常来说，经非茂金属的传统催化剂聚合得到的常规聚烯烃是无规的，聚烯烃分子侧链在主链上排列的方向随机没有固定规律，而使用C2对称性桥连茂金属催化剂或者C1对称单侧带有大位阻基团的桥连茂金属催化剂可以制备高等规度的梳型结构茂金属聚烯烃，即聚烯烃分子侧链在主链上如同梳子一般单侧排列。现有技术已公开此类高等规度梳型结构聚合物的特殊性能，如更优异的力学性能、耐热性以及溶剂耐受性等，与无规聚合物相比具有更高的实际应用价值，本发明通过测试与模拟计算发现以上所述梳型结构茂金属聚烯烃添加到低黏度液态聚烯烃中制备的单相冷却液具有更高的导热系数与Mo值，应用于单相浸没式冷却系统在不同的流动状态以及冷却槽直接换热、管内间接换热的条件下都有更高的对流换热系数。
根据分子量和聚合度的不同，液态聚烯烃的运动黏度也有所不同，在制备液态聚烯烃过程中通常能够同时得到一系列分子量不同、黏度不同的液态聚烯烃产物，高黏度液态聚烯烃通常作为润滑油使用，本发明将其作为用量更少的添加剂，能够显著地提高冷却液的传热效果与介电性能，具体体现在添加高黏度液态聚烯烃后冷却液的导热系数、体积电阻率与击穿电压均得到不同程度提高，同时将高、低黏度的液态聚烯烃搭配使用还能够有效利用不同黏度的聚烯烃产物。
其中，所述高黏度液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的1.0-10.0％，优选的，所述高黏度的液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的1.0-5.0％；进一步优选的，所述高黏度的液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的1.7-4.0％。
进一步的，还可根据实际需要在以上所述的单相冷却液中加入功能性助剂，其中，所述功能性助剂的质量分数为0-2％，包括但不限抗氧化剂和消泡剂。
其中，所述抗氧化为不含硫的酚系抗氧化剂，具体包括：2，6-二叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，6-二叔丁基-4-乙基苯酚、2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚、4，4’-亚甲基双(2，6-二叔丁基苯酚)、4，4’-双(2，6-二叔丁基苯酚)、4，4’-双(2-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2’-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、4，4’-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、4，4’-异亚丙基双(2，6-二叔丁基苯酚)、2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-环己基苯酚)、2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-壬基苯酚)、2，2’-异亚丁基双(4，6-二甲基苯酚)或2，6-双(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苄基)-4-甲基苯酚中的任意一种或多种组合；
其中，所述消泡剂包括聚醚型消泡剂、有机硅型消泡剂和聚醚改性有机硅型消泡剂中的任意一种或多种组合。
优选，以质量百分比计抗氧化剂为0.1-1.0％，消泡剂为0.1-1.0％；再优选，抗氧化剂为0.2-0.8％，消泡剂为0.2-0.8％；
优选，所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃98-99.8％，抗氧化剂为0.1-1.0％，消泡剂为0.1-1.0％构成，再优选，所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃98.5-99.6％，抗氧化剂为0.2-0.8％，消泡剂为0.2-0.8％构成；
优选，以质量百分比计所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃85-98％，高黏度的液态聚烯烃1.0-10.0％，抗氧化剂为0.1-1.0％，消泡剂为0.1-1.0％构成；
再优选，所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃95-98％，高黏度的液态聚烯烃
1.7-4.0％，抗氧化剂为0.2-0.8％，消泡剂为0.2-0.8％构成。
第二方面，所述单相冷却液的制备方法，包括：取液态聚烯烃，加入抗氧化剂，搅拌至澄清透明，再所得澄清透明溶液中加入消泡剂，搅拌至混合均匀即可得到用于浸没冷却的单相冷却液。
在一些实施例中，制备方法还包括将高黏度液态聚烯烃与低黏度液态聚烯烃混合均匀后加入抗氧化剂和消泡剂。
第三方面，本发明提供一种使用上述单相冷却液的单相浸没式冷却系统，该单相浸没式冷却系统包括：
浸没式冷却槽，该浸没式冷却槽可以为开放式或者封闭式，配有以上所述的单相冷却液，至少一个散热器件置于该浸没式冷却槽内；
循环管路，连接浸没式冷却槽、泵与热交换器，冷却液在浸没式冷却槽中冷却散热器件后经过循环管路回流到泵、热交换器，经过热交换器冷却后的冷却液经过循环管路输送到浸没式冷却槽中；
泵，设置在循环管路中，用于为冷却液在循环管路中的流动提供动力；
单相冷却液储存罐，通过阀门与泵连接，用于储存冷却液；
控制器，与泵电性连接，用于检测冷却液温度、控制冷却液流速；
热交换器，设置在浸没式冷却槽与泵中间任意位置，内置有第二冷却介质，用于对循环管路内的单相冷却液进行间接冷却。
优选的，所述散热器件为电子装置、计算组件或者电气单元，包括但不限于半导体管芯、半导体封装件、中央处理器、主机板、伺服器、显示卡或存储器等。
优选的，所述第二冷却介质为水，进一步优选为0-10℃的冷水。
单相浸没式冷却系统将散热器件沉浸于以上所述的单相冷却液，使散热器件工作时所产生的高温热能可直接由冷却液所吸收，从而保证散热器件能够维持适当的工作温度，以达到该器件预期的工作效能与使用寿命。
上述冷却系统中的单相冷却液无相变，对系统的密封性和操作人员的防护要求更低，冷却方法更简单。同时所使用的单相冷却液全部为碳氢化合物，与氟碳类冷却液相比具有更低的密度可以减轻冷却系统的总重量，系统中也没有设置喷淋或者射流装置，运行噪声更低。
第四方面，本发明提供一种使用上述单相浸没式冷却系统的冷却方法，包括：使用上述单相浸没式冷却系统对一至多个散热器件进行冷却，将散热器件的至少一部分或者全部浸没于单相冷却液中进行冷却，在浸没式冷却槽中吸收热量的单相冷却液经过循环管路流至热交换器，与热交换器中的第二冷却介质换热后降温再经过循环管路流回浸没式冷却槽。
优选的，冷却槽中单相冷却液的温度控制在25-55℃。
第五方面，本发明还提供了一种上述单相冷却液和/或上述单相浸没式冷却系统在数据中心、IT设备、芯片制造、半导体制造与封装测试与液晶显示屏制造等过程的热管理中的应用。
优选的，IT设备表示使用微处理器CPU、GPU、SSD和DDR存储器并进行计算工作的任何单个计算机板或单个计算机板的阵列，包括但不限于单个计算机、超级计算机、云计算、计算机游戏设备、计算机服务器群、互联网服务器、5G基站、加密货币矿场等。
本发明的有益效果在于：
(1)与现有技术相比，本发明将低黏度液态聚烯烃作为浸没冷却的单相冷却液主要成分使用，此类液态聚烯烃不含氟等卤素，无毒而且对地球变暖没有影响，由此实现可持续环保和气候友好性，与高密度的氟碳类冷却液相比具有更低的密度可以减轻冷却系统的总重量。低黏度液态聚烯烃与碳数、运动黏度相近的烃类基础油相比具有更高的导热系数、Mo值与传热性能，特别是在管道内进行间接换热也有很好的传热效果。
(2)本发明还提出将高黏度液态聚烯烃(运动黏度在100℃为10-1000mm2/s)与低黏度液态聚烯烃(100℃运动黏度小于10mm2/s)进行混合使用，可以提高冷却液的导热系数、体积电阻率与击穿电压，即在冷却液中添加少量高黏度液态聚烯烃能够同时提高其传热效果与介电性能。其中，添加梳型结构茂金属聚烯烃的单相冷却液传热效果最佳，特别是在层流、过渡状态、湍流等不同的流动状态以及冷却槽直接换热、管内间接换热的条件下都具有极佳的传热效果，应用于单相浸没式冷却系统能够更好地保证冷却液与散热器件维持适当的工作温度。
(3)本发明提出的冷却液主要成分液态聚烯烃不含硫、酸值低，聚烯烃分子中无酯键等活性基团，无需担心在使用过程中因酯键水解发生酸化而导致散热器件的腐蚀，尤其是焊接点等位置的点蚀，以及酯键水解为羧酸后造成冷却液自身电阻率的上升，从而导致散热器件中集成电路系统的短路。因此，此类无活性基团的液态聚烯烃具有更佳的介电性能与稳定性，能够长期与散热器件直接接触而且无腐蚀作用，与金属部件的相容性更好，无需在冷却液中额外添加防腐蚀剂。同时液态聚烯烃在冷却过程中无相变，对冷却系统的密封性和操作人员的防护要求更低，冷却系统可以设置为开放式，相应的冷却方法更为简单，由于冷却液自身传热效果优异，冷却系统中无需设置喷淋或者射流装置，运行噪声更低。
(4)本发明提出的单相冷却液所使用的运动黏度在100℃为10-1000mm2/s的高黏度液态聚烯烃和运动黏度在100℃下小于10mm2/s的低黏度液态聚烯烃都能够实现规模化生产，此类液态聚烯烃的原料来源充足，通过复配使用不同黏度液态聚烯烃还可以充分利用低黏度的液态聚烯烃组分。
附图说明
图1为本发明提出单相浸没式冷却系统的示意图
上述附图中标记分别代表：1-外壳、2-循环管路、3-浸没式冷却槽、4-热交换器、5-泵、6-散热器件、7-单相冷却液、8-第二冷却介质、9-阀门、10-单相冷却液储存罐、11-控制器。
图2为高黏度液态聚烯烃ApaSynTM40(a)与
PAO 40(b)的13C-NMR谱图，图中箭头标记为化学位移34.5～36.5处所出的峰。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明实施方式作进一步地详细描述。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1
先将495g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.5g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.5g聚醚改性有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于茂金属催化剂体系与加氢饱和制备得到的C6α烯烃三聚体，来自亚培烯科技有限公司。
实施例2
先将496g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.0g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.0g有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于茂金属催化剂体系与加氢饱和制备得到的C6α烯烃四聚体，来自亚培烯科技有限公司。
实施例3
先将495g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.5g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.5g聚醚改性有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于茂金属催化剂体系与加氢饱和制备得到的C8α烯烃二聚体，来自亚培烯科技有限公司。
实施例4
先将495g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.5g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.5g聚醚改性有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于茂金属催化剂体系与加氢饱和制备得到的C8α烯烃三聚体，来自亚培烯科技有限公司。
实施例5
先将496g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.0g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.0g聚醚改性有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于茂金属催化剂体系与加氢饱和制备得到的C10α烯烃二聚体，来自亚培烯科技有限公司。
实施例6
先将495g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.5g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.5g有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于茂金属催化剂体系与加氢饱和制备得到的C12α烯烃二聚体，来自亚培烯科技有限公司。
实施例7
先将495g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.5g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.5g有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于常规催化剂体系与加氢饱和制备得到的C10α烯烃低聚体
PAO 2，来自Chevron Phillips Chemical公司。
实施例8
先将495g液态聚烯烃装入调和罐中，然后将2.5g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.5g有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，液态聚烯烃为基于常规催化剂体系与加氢饱和制备得到的C12α烯烃低聚体
PAO 2.5，来自Chevron Phillips Chemical公司。
实施例9
先将实施例1使用的液态聚烯烃475g装入调和罐中，然后将20g高黏度液态聚烯烃ApaSynTM40(运动黏度100℃下为40mm2/s，40℃下为314mm2/s，黏度指数181)加入调和罐中，搅拌20min后加入3.0g 2，6-二叔丁基苯酚，搅拌15min至澄清透明，加入2.0g有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，高黏度液态聚烯烃为C10α烯烃基于茂金属催化剂体系制备的梳型结构聚α烯烃，来自亚培烯科技有限公司。
实施例10
低黏度液态聚烯烃改为实施例3使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例9相同。
实施例11
低黏度液态聚烯烃改为实施例5使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例9相同。
实施例12
低黏度液态聚烯烃改为实施例7使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例9相同。
实施例13
先将实施例1使用的液态聚烯烃487g装入调和罐中，然后将8.5g高黏度液态聚烯烃ApaSynTM300(运动黏度100℃下为300mm2/s，40℃下为2000mm2/s，黏度指数304)加入调和罐中，搅拌20min后加入2.5g 2，6-二叔丁基苯酚，搅拌15min至澄清透明，加入2.0g有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，高黏度液态聚烯烃为C10α烯烃基于茂金属催化剂体系制备的梳型结构聚α烯烃，来自亚培烯科技有限公司。
实施例14
低黏度液态聚烯烃改为实施例3使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例13相同。
实施例15
低黏度液态聚烯烃改为实施例5使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例13相同。
实施例16
低黏度液态聚烯烃改为实施例7使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例13相同。
实施例17
先将实施例1使用的液态聚烯烃475g装入调和罐中，然后将20g高黏度液态聚烯烃
PAO 40(运动黏度100℃下为40mm2/s，40℃下为385mm2/s，黏度指数154)加入调和罐中，搅拌20min后加入3.0g 2，6-二叔丁基苯酚，搅拌15min至澄清透明，加入2.0g有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，高黏度液态聚烯烃为C10α烯烃基于常规催化剂体系制备的无规聚α烯烃，来自潞安化工集团有限公司。
实施例18
低黏度液态聚烯烃改为实施例3使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例17相同。
实施例19
低黏度液态聚烯烃改为实施例5使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例17相同。
实施例20
低黏度液态聚烯烃改为实施例7使用的液态聚烯烃475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例17相同。
对比例1
先将495g Shell GTL基础油GS250装入调和罐中，然后将3.0g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.0g聚醚改性有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，Shell GTL基础油GS250为天然气制合成油(Gas—To-Liquid.简称GTL)，来自Shell公司。
对比例2
先将495g基础油
2装入调和罐中，然后将3.0g 2，6-二叔丁基苯酚加入到液态聚烯烃中，搅拌15min至澄清透明，加入2.0g聚醚改性有机硅型消泡剂，搅拌10min至混合均匀，对调和罐中液体过滤即得单相冷却液。其中，/>
2为/>
基础油系列产品，来自潞安化工集团有限公司。
对比例3
低黏度液态聚烯烃改为对比例1使用的基础油GS250 475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例9相同。
对比例4
低黏度液态聚烯烃改为对比例1使用的基础油GS250 475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例13相同。
对比例5
低黏度液态聚烯烃改为对比例1使用的基础油GS250 475g装入调和罐，其余组分和制备过程与实施例17相同。
相关测试方法：
运动黏度：采用ASTM D 445的标准在100℃和40℃下测试冷却液的运动黏度；
倾点：采用ASTM D 97的标准测试冷却液的倾点；
导热系数：采用ASTM D 2717-2009的液体导热性标准试验方法在40℃下对冷却液进行测试；
比热容：使用DSC在40℃下对冷却液进行测试；
密度：采用ASTM D 1298-1999的方法测试冷却液在40℃下的密度；
闪点：采用ASTM D 92的克利夫兰开口杯法测试冷却液的闪点；
铜片腐蚀性：采用ASTM D 130的方法在50℃下对冷却液进行测试；
体积电阻率：采用ASTM D 257的方法在25℃下对冷却液进行测试；
击穿电压：采用ASTM D 877的圆盘电极法对冷却液进行测试。
13C-NMR：使用13C-NMR检测高黏度液态聚烯烃ApaSynTM40与
PAO 40，由此表征聚烯烃分子的立体结构，样品溶解在CDCl3中，标准物质是四甲基硅烷，13C-NMR仪器厂商：德国Bruker公司，型号：AVANCE III HD 400。
单独使用低黏度液态聚烯烃(100℃运动黏度小于10mm2/s)作为冷却液的实施例1-8以及对比例1、2的测试结果如表1所示：
表1
其中，闪点代表了冷却液的使用安全性，闪点越高越不容易燃烧、不易失火，因此使用安全性越高，可以在较高的温度下使用，通过表1可知，实施例1-8的液态聚烯烃以及对比例1、2的烃类基础油都具有至少137℃的闪点，因此得到的冷却液适合对高温下使用的设备进行冷却，不会因为冷却设备的温度过高而引发燃烧起火。
其中，倾点指的是冷却液被冷却后能够流动的最低温度，倾点低表明冷却液在低温下易于流动、倾倒，实施例1-8的液态聚烯烃以及对比例1、2的烃类基础油都具有－40℃以下极低的倾点，由此可知此类冷却液在低温下能够方便的储存、输送与使用，特别是对于半导体制造与封装测试中的应用，在－40℃的极端低温条件下液态聚烯烃类冷却液也能够保持流动性，起到冷却散热作用。
其中，体积电阻率和击穿电压代表了冷却液的绝缘性，体积电阻率和击穿电压越高表明单相冷却液的介电强度越好，绝缘性能越强，实施例1-8的液态聚烯烃以及对比例1、2的烃类基础油都具有较高的体积电阻率和击穿电压，因此将服务器等IT产品浸入本发明所得到的冷却液时，不会损坏服务器和引发设备故障。
对于铜片腐蚀，实施例1-8与对比例1、2的冷却液变化不大，由此可知，液态聚烯烃与烃类基础油一样，对铜片无腐蚀性，在使用过程中不会对长期浸泡在冷却液中的设备造成腐蚀和损坏，另外，聚烯烃类冷却液对配套冷却系统的要求不高，无需对冷却槽以及循环管道专门进行防腐蚀处理。
对于100℃与40℃的运动黏度，与液态聚烯烃自身碳数有关，基本规律是聚烯烃碳数越多对应的运动黏度越高。实施例3的饱和C8α烯烃二聚体具有最少的碳数和最低的运动黏度，随着聚烯烃分子中碳数的增加运动黏度也随之增加，实施例2、4、6分别为饱和C6α烯烃四聚体、饱和C8α烯烃三聚体和饱和C12α烯烃二聚体，碳数与运动黏度相对最高，其中实施例2的饱和C6α烯烃四聚体运动黏度高于实施例6与实施例4。
除此之外，与Shell GTL、
2等烃类基础油相比，在碳数、40℃运动黏度较为接近时液态聚烯烃具有更高的导热系数，如实施例5的饱和C10α烯烃二聚体与对比例1的GTL GS250基础油，实施例4的饱和C8α烯烃三聚体与对比例2的/>
2基础油。由此可以认为在碳数、运动黏度等参数相同或者接近时，由α烯烃聚合制备的液态聚烯烃与常规烃类基础油相比作为传热流体使用的潜力更佳。
在上述低黏度液态聚烯烃(100℃运动黏度小于10mm2/s)基础上添加高黏度液态聚烯烃(100℃运动黏度为10-1000mm2/s)，其中，实施例9-16以及对比例3-4使用的是基于茂金属催化剂体系制备的梳型结构聚α烯烃，实施例17-20以及对比例5使用的是基于常规催化剂体系制备的无规聚α烯烃。梳型结构聚α烯烃ApaSynTM40与无规聚α烯烃
PAO 40的13C-NMR谱图如图2所示，参考Kim,I.；Zhou,J-M.；Chung,H.J Polym Sci A:Polymer Chemistry 2000,38:1687-1697的方法，通过13C-NMR(溶剂为CDCl3)检测与聚α烯烃分子主链相连侧链的第一个碳原子的化学位移(34.5～36.5)处出现的峰，发现ApaSynTM40在此范围内出单峰，/>
PAO 40在此范围内出双峰，由此可认为ApaSynTM40分子中很多与主链相连侧链的第一个碳原子只处于一种化学环境，分子中存在大量等规序列的链段，可认为ApaSynTM40具有高等规的梳型结构，而/>
PAO 40分子中与主链相连侧链的第一个碳原子处于两种不同的化学环境，分子中更多为无规序列链段，可认为/>
PAO 40为无规聚α烯烃。
由此得到的实施例9-20以及对比例3-5的测试结果如表2所示：
表2
通过表2的数据可知，在实施例1、3、5、7与对比例1的基础上添加高黏度液态聚烯烃(100℃运动黏度为10-1000mm2/s)后，可以提高冷却液的导热系数，同时没有显著地增加运动黏度，在40℃下的运动黏度仍保持在3-7mm2/s，冷却液仍保持较高的流动性，有利于对设备、部件的散热。同时，添加高黏度液态聚烯烃可以提高冷却液的闪点和倾点，有利于安全使用但极端低温下冷却液的流动性有所下降，从实施例9-20以及对比例3-5的测试结果来看，倾点最高为-39℃，能够满足冷却液在-35℃以上温度下的贮存与输送。除此之外，添加高黏度液态聚烯烃能够增加冷却液的体积电阻率和击穿电压，具有更高的介电强度和绝缘性能，对于铜片腐蚀性，实施例9-20以及对比例3-5与前面单独使用低黏度液态聚烯烃的测试结果较为接近。
为进一步比较上述不同单相冷却液之间的传热效果，通过计算40℃下(通常此类单相冷却液的工作温度在40℃左右)的Mouromtseff数来衡量在该温度下不同温控液体的传热效果，其中，一定温度下的Mouromtseff数由公式(1)表示：
公式(1)中，Mo是Mouromtseff数，ρ是流体密度，κ是导热系数，Cp是比热容，μ是流体的运动黏度，a、b、d和e是经验值，根据流体的层流、湍流状态不同而不同。其中，层流状态下a＝1,b＝1,d＝1,e＝1，湍流状态下a＝0.8,b＝0.67,d＝0.33,e＝0.47，其数据对比如表3所示。其中，层流与湍流状态下冷却液的相对Mo值以实施例5的饱和C10α烯烃二聚体作为基准，由此计算不同实施例与对比例的相对Mo值并进行对比。
表3
通过表3可知，在单独使用低黏度液态聚烯烃的实施例1-8以及对比例1、2中，运动黏度更低的实施例1、3、5、7在层流与湍流状态下的传热效果更为突出，运动黏度较为接近的液态聚烯烃与烃类基础油相比，如实施例5与对比例1，实施例4与对比例2，可发现无论在层流还是湍流状态下液态聚烯烃的传热效果明显优于烃类基础油，这表明与运动黏度接近的烃类基础油相比，低黏度液态聚烯烃(100℃运动黏度小于10mm2/s)作为冷却液使用更有优势。
在实施例1、3、5、7和对比例1的基础上添加高黏度液态聚烯烃调配的冷却液，都可以提高在湍流状态下的传热效果，体现在湍流状态下的Mo值有更明显的提高。对于层流状态只有添加梳型结构聚α烯烃ApaSynTM40的实施例9-12和对比例3的Mo值均有明显提高，表明通过添加梳型结构聚α烯烃ApaSynTM40可以提高冷却液的传热效果，而添加ApaSynTM300与
PAO 40高黏度液态聚烯烃的冷却液在层流状态下Mo值有不同程度下降，这是由于添加ApaSynTM300与/>
PAO 40等高黏度液态聚烯烃后，冷却液自身运动黏度增加的幅度更大，运动黏度升高导致冷却液自身传热效果的下降，通过增加冷却液的雷诺数Re，使冷却液在流动过程中出现湍流，从而起到强化传热的作用，减轻冷却液自身运动黏度增加的不利影响。
通过表3对层流与湍流状态下不同实施例制备的冷却液Mo值的计算，可以从整体上判断所有实施例和对比例制备的冷却液传热效果，而冷却液在单相浸没式冷却系统(如图1所示)的使用过程中，冷却液在浸没式冷却槽中与散热器件通过直接接触进行热交换使自身升温，如果不对冷却液自身降温冷却则导致冷却液与散热器件之间温差减小，冷却效果明显降低，难以稳定维持散热器件的工作温度，因此在循环管道中设置用于冷却液自身降温的热交换器，冷却液流经管道内经过管壁间接与热交换器中的第二冷却介质发生热交换降温，从而保证对冷却槽中散热器件的冷却效果。由此可知，本发明的浸没式冷却系统中单相冷却液需要进行两次热交换，首先是在冷却槽中与散热器件直接接触进行热交换，其次是冷却液从管道内流过热交换器，热交换器中的第二冷却介质与冷却液进行无接触的间接热交换，因此需要分别评估不同实施例和对比例制备的冷却液在不同热交换场景的传热效果。
冷却液垂直于管轴线方向横掠圆柱体时的对流换热系数的计算，用于模拟图1冷却槽中冷却液从侧面流过圆柱形散热器件的场景。
假设上述冷却液在40℃下分别以0.5m/s(层流)和5.0m/s(湍流)的流速(v)流过外径为250mm的圆柱体，其中特征长度L为250mm，先计算得出无因次的雷诺数、普朗特数和努塞尔数，由此得到对流换热系数h，其中h的单位为W/(m2·K)，定义是当传热界面之间温度差为1K时，1m2壁面面积在每秒内可以传递的热量，h的大小直接反映不同的单相冷却液对与其直接接触的散热器件或者间接接触的第二冷却介质的对流换热能力，h越高表明单相冷却液与散热器件或者第二冷却介质的对流换热能力越强。
动力黏度：η＝ρμ；
雷诺数、普朗特数和努塞尔数：
其中，当冷却液在40℃下流速为0.5m/s时，计算得到的雷诺数10＜ReL≤1.5*105，表明冷却液的流动边界层为层流流动，雷诺数4000≤ReL≤40000，查表可知，C＝0.193，n＝0.618，通过下式计算相应的对流换热系数h：
其中，当冷却液在40℃下流速为5.0m/s时，计算得到的雷诺数ReL＞1.5*105，表明冷却液的流动边界层为湍流流动，雷诺数40000≤ReL≤4*105，查表可知，C＝0.0266，n＝0.805，通过下式计算相应的对流换热系数h：
冷却液平行于管轴线方向纵掠圆柱体时的对流换热系数的计算，用于模拟图1冷却槽中冷却液从圆形截面流过圆柱形散热器件的场景。
假设上述冷却液在40℃下分别以0.5m/s(层流)和5.0m/s(湍流)的流速(v)流过长度为1000mm的圆柱体，其中特征长度L为1000mm，根据上述公式计算无因次的雷诺数、普朗特数和努塞尔数。
其中，当冷却液在40℃下流速为0.5m/s时，计算得到的雷诺数ReL≤5.0*105，表明冷却液的流动边界层为层流流动，查表可知，C＝0.332，n＝0.5，通过下式计算对流换热系数h：
当冷却液在40℃下流速为5.0m/s时，计算得到的雷诺数ReL＞5.0*105，表明冷却液的流动边界层为湍流流动，查表可知，C＝0.0296，n＝0.8，通过下式计算对流换热系数h：
冷却液在圆形管道内对流换热系数的计算，用于模拟图1冷却液在循环管道中经过热交换器与第二冷却介质之间的换热过程。
假设上述冷却液在40℃下分别以0.5m/s(过渡流)和5.0m/s(湍流)的流速(v)通过一个内径(d)为50mm，长度(L)为3m的换热管，根据以下公式计算无因次的雷诺数和普朗特数：
雷诺数和普朗特数：
其中，当冷却液在40℃下流速为0.5m/s时，计算得到的雷诺数2300≤Ref≤10000，为层流与湍流之间的过渡状态，同时满足：普朗特数0.5≤Pr≤2000，适用Gnielinski公式计算达西尔阻力系数f和管内对流换热系数h管内：
f＝(1.82lgRef-1.64)-2；
其中，当冷却液在40℃下流速为5.0m/s时，计算得到的雷诺数Ref＞10000，为典型的管内旺盛湍流状态，同时满足：普朗特数0.6≤Pr≤160，L/d≥10，适用Dittus-Boelter公式计算无因次的努塞尔数：
冷却液流经圆形管道内自身被冷却，n＝0.3，由此计算管内对流换热系数h管内：
按照上述方法分别计算对比例1、3、4、5和实施例1、3、5、7、9-20制备的冷却液在40℃下流速为0.5m/s和5.0m/s时从不同方向掠过散热器件(圆柱体)进行直接冷却过程的对流换热系数h横掠和h纵掠，同时计算冷却液在40℃下流速为0.5m/s和5.0m/s时从管道内经过热交换器进行冷却时的管内对流换热系数h管内，其结果列在表4。
表4
通过表4可知，单独使用低黏度液态聚烯烃的实施例1、3、5、7以及对比例1的对流换热系数进行对比发现，在湍流过程中，包括冷却液横掠、纵掠圆柱体以及管内过渡状态、管内湍流，40℃下运动黏度最低的实施例3饱和C8α烯烃二聚体的对流换热系数相对最高，这与表3中计算Mo数评估传热效果的结果一致，但在冷却液横掠、纵掠圆柱体的层流过程中，40℃下导热系数更高的实施例7、实施例5得到的对流换热系数相对更高，这一点是前面通过计算Mo数评估传热效果未发现的结论，由此可知，在单独使用低黏度液态聚烯烃的技术方案中，不同碳数、运动黏度和导热系数的饱和α烯烃低聚物在浸没式冷却过程中各有优势，碳数少、运动黏度低、导热系数低的饱和α烯烃低聚物在管道内和湍流状态下的换热能力更高，而碳数多、运动黏度高、导热系数高的饱和α烯烃低聚物在层流状态下的换热能力更高。同时，由实施例5与对比例1的对比可知，液态聚烯烃与运动黏度接近的烃类基础油相比，在任何流动状态下的换热能力都具有明显优势。
在实施例1、3、5、7和对比例1的基础上添加高黏度液态聚烯烃(100℃运动黏度为10-1000mm2/s)后制备得到实施例9-20、对比例3-5，通过对比不同状态下的对流换热系数发现，添加高黏度液态聚烯烃后冷却液在层流和湍流状态下横掠、纵掠圆柱体的对流换热系数均有不同程度的增加，特别是实施例9-12和对比例3中添加梳型结构聚α烯烃ApaSynTM40后冷却液的对流换热系数增幅更大，而对于冷却液从管道内经过热交换器进行冷却的过程，只有实施例9-12和对比例3中添加梳型结构聚α烯烃ApaSynTM40后相对未添加之前冷却液的管内对流换热系数有所提升，添加ApaSynTM300与
PAO 40冷却液的管内对流换热系数则持平或者有不同程度的降低，这表明未添加高黏度液态聚烯烃的冷却液和添加梳型结构聚α烯烃ApaSynTM40的冷却液在浸没式冷却系统循环管道内的传热效果普遍高于添加ApaSynTM300与/>
PAO 40的冷却液，其中添加梳型结构聚α烯烃ApaSynTM40的冷却液相对单独使用的低黏度液态聚烯烃的冷却液传热效果更佳。
因此，作为更优选的技术方案，在低黏度液态聚烯烃的基础上添加梳型结构的高黏度聚α烯烃ApaSynTM40在单相浸没式冷却系统中两处不同应用场景以及单相冷却液不同的流动状态(层流、过渡状态、湍流)都有极佳的传热效果，两处应用场景分别指：单相冷却液在冷却槽中与散热器件直接接触带走散热器件自身的热量，冷却液自身升温；单相冷却液从管道内经过热交换器与第二冷却介质进行非接触式换热，冷却液自身降温。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种单相冷却液，单相冷却液的运动黏度在100℃下小于10mm2/s，单相冷却液的主要成分为一种或多种混合的液态聚烯烃；其特征在于，所述液态聚烯烃至少包括一种低黏度液态聚烯烃，所述低黏度液态聚烯烃为茂金属聚烯烃或者常规聚烯烃，由基于茂金属或者非茂金属的催化剂体系制备得到，低黏度液态聚烯烃的运动黏度在100℃下小于10mm2/s。
2.根据权利要求1所述的单相冷却液，其特征在于，低黏度液态聚烯烃的运动黏度在100℃下为0.5-5.0mm2/s；进一步优选的，为0.5-3.5mm2/s；再进一步优选的，为0.5-2.5mm2/s；
进一步的，低黏度液态聚烯烃的运动黏度在40℃下为2.0-10.0mm2/s；优选的，为2.0-9.0mm2/s；进一步优选的，为2.0-6.0mm2/s。
3.根据权利要求1所述的单相冷却液，其特征在于，所述液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的至少98％，优选的，所述液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的99-100％。
4.根据权利要求1所述的单相冷却液，其特征在于，所述低黏度液态聚烯烃是由乙烯、丙烯或者碳数为C4-C20的取代烯烃经过茂金属或者非茂金属催化剂催化聚合得到不饱和茂金属聚烯烃，将不饱和茂金属聚烯烃分离后再进行氢化饱和得到最终的低黏度液态聚烯烃，未分离的聚烯烃为高黏度液态聚烯烃；
优选，所述取代烯烃包括α烯烃、乙烯叉基烯烃、二取代亚乙烯基烯烃、三取代亚乙烯基烯烃中的一种或者几种混合物；
再优选，所述α烯烃(I)，乙烯叉基烯烃(II)、二取代亚乙烯基烯烃(III、IV)和三取代亚乙烯基烯烃(V)的结构图下所示，
所述的R1包括碳数为2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18的直链或者支链烷烃，R2与R3包括两者碳数之和为2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18的直链或者支链烷烃，R2、R3与R4包括三者碳数之和为2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17，18的直链或者支链烷烃，其中，R1、R2、R3与R4的碳数可以相同或者不同；进一步优选的，所述制备液态聚烯烃的原料为C5-C13的α烯烃；再进一步优选的，所述制备液态聚烯烃的原料为C5-C13的直链α烯烃。
5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的单相冷却液，其特征在于，该单相冷却液还包括高黏度的液态聚烯烃，高黏度的液态聚烯烃为茂金属聚烯烃或者非茂金属聚烯烃，优选的，所述高黏度液态聚烯烃为茂金属聚烯烃，进一步优选的，所述高黏度液态聚烯烃为高等规度的梳型结构茂金属聚烯烃；
高黏度的液态聚烯烃的运动黏度在100℃为10-1000mm2/s，黏度指数不低于150；优选的，高黏度的液态聚烯烃的运动黏度在100℃为10-100mm2/s；
高黏度液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的1.0-10.0％，优选的，所述高黏度的液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的1.0-5.0％；进一步优选的，所述高黏度的液态聚烯烃占整个单相冷却液质量分数的1.7-4.0％。
6.根据权利要求1或5所述单相冷却液，其特征在于，该单相冷却液还包括功能性助剂，其中，所述功能性助剂的质量分数为0-2％，包括但不限抗氧化剂和消泡剂；
优选，所述抗氧化为不含硫的酚系抗氧化剂，具体包括：2，6-二叔丁基苯酚、2，6-二
叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2，6-二叔丁基-4-乙基苯酚、2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚、4，4’-亚甲基双(2，6-二叔丁基苯酚)、4，4’-双(2，6-二叔丁基苯酚)、4，4’-双(2-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2，2’-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、4，4’-亚丁基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、4，
4’-异亚丙基双(2，6-二叔丁基苯酚)、2，2’-亚甲基双(4-甲基-6-环己基苯酚)、2，
2’-亚甲基双(4-甲基-6-壬基苯酚)、2，2’-异亚丁基双(4，6-二甲基苯酚)或2，6-双(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苄基)-4-甲基苯酚中的任意一种或多种组合；
优选，所述消泡剂包括聚醚型消泡剂、有机硅型消泡剂和聚醚改性有机硅型消泡剂中的任意一种或多种组合；
优选，以质量百分比计抗氧化剂为0.1-1.0％，消泡剂为0.1-1.0％；再优选，抗氧化剂为0.2-0.8％，消泡剂为0.2-0.8％；
优选，所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃98-99.8％，抗氧化剂为0.1-1.0％，消泡剂为0.1-1.0％构成，再优选，所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃98.5-99.6％，抗氧化剂为0.2-0.8％，消泡剂为0.2-0.8％构成；
优选，以质量百分比计所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃85-98％，高黏度的液态聚烯烃1.0-10.0％，抗氧化剂为0.1-1.0％，消泡剂为0.1-1.0％构成；
再优选，所述的单相冷却液由低黏度液态聚烯烃95-98％，高黏度的液态聚烯烃
1.7-4.0％，抗氧化剂为0.2-0.8％，消泡剂为0.2-0.8％构成。
7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的单相冷却液的制备方法，包括：取液态聚烯烃，加入抗氧化剂，搅拌至澄清透明，再所得澄清透明溶液中加入消泡剂，搅拌至混合均匀即可得到用于浸没冷却的单相冷却液。
8.一种使用权利要求1-6任意一项权利要求所述的单相冷却液的单相浸没式冷却系统，该单相浸没式冷却系统包括：
浸没式冷却槽，该浸没式冷却槽可以为开放式或者封闭式，配有以上所述的单相冷却液，至少一个散热器件置于该浸没式冷却槽内；
循环管路，连接浸没式冷却槽、泵与热交换器，冷却液在浸没式冷却槽中冷却散热器件后经过循环管路回流到泵、热交换器，经过热交换器冷却后的冷却液经过循环管路输送到浸没式冷却槽中；
泵，设置在循环管路中，用于为冷却液在循环管路中的流动提供动力；
单相冷却液储存罐，通过阀门与泵连接，用于储存冷却液；
控制器，与泵电性连接，用于检测冷却液温度、控制冷却液流速；
热交换器，设置在浸没式冷却槽与泵中间任意位置，内置有第二冷却介质，用于对循环管路内的单相冷却液进行间接冷却；
优选的，所述散热器件为电子装置、计算组件或者电气单元，包括但不限于半导体管芯、半导体封装件、中央处理器、主机板、伺服器、显示卡或存储器；
优选的，所述第二冷却介质为水，进一步优选为0-10℃的冷水。
9.一种使用权利要求8所述的单相浸没式冷却系统的冷却方法，包括：使用上述单相浸没式冷却系统对一至多个散热器件进行冷却，将散热器件的至少一部分或者全部浸没于单相冷却液中进行冷却，在浸没式冷却槽中吸收热量的单相冷却液经过循环管路流至热交换器，与热交换器中的第二冷却介质换热后降温再经过循环管路流回浸没式冷却槽；冷却槽中单相冷却液的温度控制在25-55℃。
10.如权利要求1-6任意一项所述的单相冷却液和/或权利要求8所述的单相浸没式冷却系统在数据中心、IT设备、芯片制造、半导体制造与封装测试与液晶显示屏制造过程的热管理中的应用；
优选的，IT设备表示使用微处理器CPU、GPU、SSD和DDR存储器并进行计算工作的任何单个计算机板或单个计算机板的阵列，包括但不限于单个计算机、超级计算机、云计算、计算机游戏设备、计算机服务器群、互联网服务器、5G基站、加密货币矿场。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202310355459.2A CN116396730A (zh) | 2023-04-06 | 2023-04-06 | 一种用于浸没冷却热管理的单相冷却液、制备方法以及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310355459.2A CN116396730A (zh) | 2023-04-06 | 2023-04-06 | 一种用于浸没冷却热管理的单相冷却液、制备方法以及应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116396730A true CN116396730A (zh) | 2023-07-07 |
Family
ID=87019455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310355459.2A Pending CN116396730A (zh) | 2023-04-06 | 2023-04-06 | 一种用于浸没冷却热管理的单相冷却液、制备方法以及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116396730A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117625141A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-03-01 | 南京威尔生物科技有限公司 | 一种浸没式冷却液组合物及其制备方法 |
-
2023
- 2023-04-06 CN CN202310355459.2A patent/CN116396730A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117625141A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-03-01 | 南京威尔生物科技有限公司 | 一种浸没式冷却液组合物及其制备方法 |
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