CN117222189A - 氢氟烯烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制冷技术领域，提供了氢氟烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用。本发明采用的五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物汽化潜热高(≥105KJ/Kg)、相变温度在30～80℃范围内，散热效率高，能够满足两相浸没式冷却系统的应用需求；进一步的，本发明采用的五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物环保性好，ODP值(臭氧破坏指数)为0，GWP值(温室效应指数)小于300。
Description
技术领域
本发明涉及液冷技术领域，尤其涉及氢氟烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用。
背景技术
数据中心是我国的重要基础设施之一，随着行业规模不断扩大，市场收入逐年增加，用电量与日俱增。我国当前投入运行的数据中心中，散热冷却系统以风冷为主，能量利用率低，节能潜力大，发展新型绿色高能效数据中心散热冷却技术势在必行。目前，散热冷却技术需解决两个问题，一是设备发热量增加，散热冷却系统制冷能力需相应提高，以实现产热与移热速率匹配；二是能源利用效率偏低，需发展具有工业应用前景的绿色高能效散热冷却技术。
浸没式液冷是一种典型的直接接触型液冷方式，它是将发热的电子元件浸没在冷媒中，由于发热元件与冷媒全方位直接接触，和传统的风冷散热方式相比，浸没式液冷的散热效率更高些。目前浸没式液冷主要分为两相液冷和单相液冷。在单相浸没式液冷中，冷却液在循环散热过程中始终维持液态，不发生相变；在两相浸没式液冷中，通过冷却液的沸腾及冷凝过程，指数级地提高液体的传热效率，电子元件直接浸没在冷却液中，冷却液带走电子元件热量后发生相变汽化，气态冷却液被其它设备冷凝后重新变成液态。两相液冷由于冷却液发生了相变，所以传热效率很高，极具发展前景。
两相浸没式液冷采用的冷却剂在满足液冷要求前提下，还需要有较低的沸点，在IT设备稳定运行范围内进行相变吸热，利用相变潜热吸收热量。目前，市场上的冷却介质多为短链氟化物，具体如FC-72、Novec-649、HFE-7100或HT-55等。但是，这些短链氟化物的散热效果还有待进一步提升。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了氢氟烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用。本发明将五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物应用于两相浸没式冷却系统中，散热性能好，且环保性好。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
氢氟烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用，所述氢氟烃化合物为五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物；所述氢氟烃化合物的汽化潜热值≥105KJ/kg；
所述六碳氢氟烃化合物为以下化学式所示化合物中的一种或多种：C6HF11、C6H2F10、C6H3F9、C6H4F8、C6H5F7、C6H6F6、C6HF9、C6H2F8、C6H3F7；
化学式为C6H2F10的六碳氢氟烃化合物的结构为以下结构中的一种或多种：
优选的，所述氢氟烃化合物的ODP值为0，GWP值小于300。
优选的，所述氢氟烃化合物的相变温度为30～80℃。
优选的，所述五碳氢氟烃化合物为以下化学式所示化合物中的一种或多种：C5HF9、C5H2F8、C5H3F7、C5H4F6、C5HF7、C5H2F6。
优选的，化学式为C5HF9的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H2F8的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H3F7的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H4F6的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5HF7的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H2F6的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
优选的，化学式为C6HF11的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H3F9的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H4F8的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H5F7的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H6F6的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6HF9的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H2F8的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H3F7的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
优选的，所述应用为将所述氢氟烃化合物加入所述两相浸没式冷却系统的冷却剂槽中。
优选的，所述氢氟烃化合物与助剂复合使用，所述助剂包括抗氧剂；所述助剂的添加量为所述氢氟烃化合物质量的0.01～0.5％。
优选的，所述氢氟烃化合物应用时，将发热元件完全浸没。
优选的，所述两相浸没式冷却系统包括芯片散热系统、服务器散热系统、超算数据中心散热系统或新能源车热管理系统。
本发明提供了氢氟烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用，所述氢氟烃化合物为五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物；所述氢氟烃化合物的汽化潜热值≥105KJ/kg；所述六碳氢氟烃化合物为以下化学式所示化合物中的一种或多种：C6HF11、C6H2F10、C6H3F9、C6H4F8、C6H5F7、C6H6F6、C6HF9、C6H2F8、C6H3F7；化学式为C6H2F10的六碳氢氟烃化合物的结构见上文。本发明采用的五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物汽化潜热高、相变温度在30～80℃范围内，散热效率高，能够满足两相浸没式冷却系统的应用需求；进一步的，本发明采用的五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物环保性好，ODP值(臭氧破坏指数)为0，GWP值(温室效应指数)小于300。
具体实施方式
本发明提供了氢氟烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用，所述氢氟烃化合物为五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物；所述氢氟烃化合物的汽化潜热值≥105KJ/kg；
所述六碳氢氟烃化合物的化学式为：C6HF11、C6H2F10、C6H3F9、C6H4F8、C6H5F7、C6H6F6、C6HF9、C6H2F8或C6H3F7；
化学式为C6H2F10的六碳氢氟烃化合物的结构为以下结构中的一种或多种：
本发明对所述两相浸没式冷却系统的结构没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可，具体的，所述两相浸没式冷却系统至少包括冷却剂槽和冷凝器，散热元件置于所述冷却剂槽中，冷却剂将所述散热元件浸没；冷凝器用于将气相的冷却剂冷凝为液相，冷凝为液相的冷却剂通过重力作用返回冷却剂槽中，无需额外提供循环动力。在本发明的具体实施例中，所述两相浸没式冷却系统优选包括芯片散热系统、服务器散热系统、超算数据中心散热系统或新能源车热管理系统。
在本发明中，所述氢氟烃化合物的ODP值为0，GWP值小于300，优选小于200，更优选小于100，最优选为小于20。本发明采用的氢氟烃化合物ODP值为0，说明其对臭氧层不会产生危害，GWP值小于300，说明其温室效应小；因此，本发明采用的氢氟烃化合物具有环保优势。
在本发明中，所述氢氟烃化合物的相变温度优选为30～80℃。
在本发明中，所述五碳氢氟烃化合物为以下化学式所示化合物中的一种或多种：C5HF9、C5H2F8、C5H3F7、C5H4F6、C5HF7、C5H2F6。
在本发明中，化学式为C5HF9的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H2F8的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H3F7的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H4F6的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5HF7的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H2F6的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
在本发明中，化学式为C6HF11的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H3F9的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H4F8的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H5F7的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H6F6的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6HF9的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H2F8的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H3F7的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
本发明对上述五碳氢氟烃化合物和六碳氢氟烃化合物的来源没有要求，可以采用市售的上述化合物，也可以采用本领域技术人员熟知的方法制备。
在本发明的具体实施例中，上述五碳氢氟烃化合物和六碳氢氟烃化合物可以单独使用，在本发明的具体实施例中，将式4、式5、式6、式28、式29、式46、式48、式50、式55或式66所示的氢氟烃化合物单独使用，具备良好的散热效果；也可以将其中的至少两种组合起来使用，在本发明的具体实施例中，可以将式6与式15所示的氢氟烃化合物进行组合使用，式6和15所示的氢氟烃化合物的质量比优选为(80～85):(15～20)，更优选为81.5:18.5；或将式28与式50所示的氢氟烃化合物进行组合使用，式28与式50所示的氢氟烃化合物的质量比优选为(20～30):(70～80)，更优选为26.2:73.8；或将式16与式66所示的氢氟烃化合物进行组合使用，式16与式66所示的氢氟烃化合物的质量比优选为(72～78):(22～28)，更优选为77.6:22.4，组合后所得混合物散热效率高，冷却效果好。
在本发明的具体实施例中，所述氢氟烃化合物还可以与助剂复合使用，所述助剂包括抗氧剂，所述抗氧剂优选为HW-5057、TSA-011、HN-150和AO-80中的一种或多种；所述助剂的添加量优选为所述氢氟烃化合物质量的0.01～0.5％。
在本发明中，所述氢氟烃化合物具体是作为两相浸没式冷却系统的冷却剂使用，应用时，将所述氢氟烃化合物加入所述两相浸没式冷却系统的冷却剂槽中，所述氢氟烃化合物将发热元件完全浸没，通过相变实现冷却降温；所述相变为：液相的氢氟烃化合物吸收发热元件工作时产生的热量而蒸发为气相，气相自冷凝后又变为液相。本发明采用的氢氟烃化合物通过吸收发热元件工作时所产生的热量而蒸发，带走发热元件的热量，以达到冷却降温的目的，可将发热元件的温度维持在65℃以下稳定运行。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用式4所示结构氢氟烃化合物为冷却剂，其相变温度为51.5℃，汽化潜热为115.5KJ/kg，GWP值为＜20。
将其加入两相浸没式冷却系统的冷却剂槽中，将机架式服务器戴尔R750XS浸没在冷却剂中，连续运行48小时，观察CPU元件的温度变化。
实施例2～13
其他条件和实施例1一致，仅将其中的氢氟烃化合物进行替换，具体见表1。
对比例1～4
其他条件和实施例1相同，仅采用市售FC-72、HT-55、Novec-7000、Novec-7100作为冷却剂。
对比例5
其他条件和实施例1相同，仅不采用冷却剂，采用风扇进行风冷。
表1制冷效果测试结果
表1中：式6+式15组合物中，式6和式15所示氢氟烃化合物的质量比为81.5:18.5；式28+式50组合物中，式28和式50所示氢氟烃化合物的质量比为26.2:73.8；式16+式66组合物中，式16和式66所示氢氟烃化合物的质量比为77.6:22.4。
根据表1中的数据可以看出，将本发明的氢氟烃化合物作为冷却剂应用于两相浸没式冷却系统中，能够将电子元件的运行温度稳定控制在较低范围内，效果明显优于市售的FC-72、HT-55、Novec-7000、Novec-7100以及风冷方式，并且本发明的氢氟烃化合物GWP值低，环保性好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.氢氟烃化合物在两相浸没式冷却系统中的应用，所述氢氟烃化合物为五碳氢氟烃化合物和/或六碳氢氟烃化合物；所述氢氟烃化合物的汽化潜热值≥105KJ/kg；
所述六碳氢氟烃化合物为以下化学式所示化合物中的一种或多种：C6HF11、C6H2F10、C6H3F9、C6H4F8、C6H5F7、C6H6F6、C6HF9、C6H2F8、C6H3F7；
化学式为C6H2F10的六碳氢氟烃化合物的结构为以下结构中的一种或多种：
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氢氟烃化合物的ODP值为0，GWP值小于300。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氢氟烃化合物的相变温度为30～80℃。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述五碳氢氟烃化合物为以下化学式所示化合物中的一种或多种：C5HF9、C5H2F8、C5H3F7、C5H4F6、C5HF7、C5H2F6。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，化学式为C5HF9的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H2F8的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H3F7的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H4F6的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5HF7的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C5H2F6的五碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，化学式为C6HF11的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H3F9的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H4F8的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H5F7的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H6F6的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6HF9的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H2F8的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
化学式为C6H3F7的六碳氢氟烃化合物的结构为如下结构中的一种或多种：
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用为将所述氢氟烃化合物加入所述两相浸没式冷却系统的冷却剂槽中。
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氢氟烃化合物与助剂复合使用，所述助剂包括抗氧剂；所述助剂的添加量为所述氢氟烃化合物质量的0.01～0.5％。
9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述氢氟烃化合物应用时，将发热元件完全浸没。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述两相浸没式冷却系统包括芯片散热系统、服务器散热系统、超算数据中心散热系统或新能源车热管理系统。
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