CN118222250A - 一种近共沸相变冷却液及其在电子设备中的应用 - Google Patents

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管祥添
付立宸
郭智恺
李伟
王正禹
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Abstract

本发明公开了一种近共沸相变冷却液及其在电子设备中的应用,所述近共沸相变冷却液包含全氟2,3‑二甲基戊烯。本发明所述近共沸相变冷却液在工作压力为68~137kPa、工作温度为39.3~60.9℃时,温度滑移小于1℃,在相变过程中,气液相组分变化小,气体逸出导致的组分变化较弱,作为冷却系统的冷却液使用时补液方便。

Description

一种近共沸相变冷却液及其在电子设备中的应用
技术领域
本发明涉及液冷工质领域,具体涉及一种近共沸相变冷却液及其在电子设备中的应用。
背景技术
随着IT技术的飞速发展,数据处理量日益庞大,计算速度不断提高,带来了数据中心服务器设备能耗的不断增大,CPU在运行过程中产生的热量不断提高。这些都给传统的风冷模式带来了巨大的挑战,风冷除了有巨大的能耗之外,同时也逐渐难以满足数据中心的冷却需求。
液冷模式逐渐取代了传统风冷模式,不再需要压缩机作为动力装置,而是将服务器直接浸没在冷却液中,通过冷却液的循环流动带走数据中心产生的热量。同时由于液体的比热远远大于气体,采用液冷模式的换热效率远高于风冷模式的换热效率。采用液冷模式的数据中心可以大幅降低设备的运行能耗,将数据中心的能耗指标(PUE)降低到1.2以下。
在浸没式相变液冷系统中,由于单工质沸点不可调节,往往无法较好地匹配数据中心的运行功率,而该缺陷一般采用多元混合介质加以改善。大多数的混合介质为非共沸混合物,如专利文献CN112360706B、CN111647391B,存在较大的温度滑移。出现漏气现象时,混合物组分比例变化明显,在补液过程中需要重新测定液体的组分比例,同时需重新配补液的比例。
发明内容
为了解决系统泄漏时,混合物组分变化大的问题,本发明提供一种近共沸相变冷却液,实现系统泄漏时,冷却液组分变化小,补充原比例冷却液即可。
此外本发明提供的近共沸相变冷却液,与数据中心处理器、超级计算机冷却系统的材料具有较好的相容性,且具有高绝缘性、阻燃性、低介电常数。
本发明提供一种近共沸相变冷却液,所述近共沸相变冷却液包含全氟2,3-二甲基戊烯。
本发明所述全氟2,3-二甲基戊烯的结构如式(3)所示,
本发明一种技术方案,所述近共沸相变冷却液包括以下质量百分含量的组分,第一组分为1~50%的全氟2,3二甲基戊烯,第二组分为50~99%的六氟丙烯二聚体。优选地,第一组分为1~35%的全氟2,3二甲基戊烯,第二组分为65~99%的六氟丙烯二聚体。
所述六氟丙烯二聚体选自顺式结构式(1)或反式结构式(2)中的至少一种,
六氟丙烯二聚体的顺式结构:
六氟丙烯二聚体的反式结构:
所述近共沸相变冷却液在工作压力为68~137kPa,工作温度为39.3~60.9℃时,冷却液为近共沸混合物。
所述近共沸相变冷却液的工作温度为39.3~60.9℃,优选地,为45~60℃。
所述近共沸相变冷却液的温度滑移<1℃。
本发明另一种技术方案,所述近共沸相变冷却液包括以下质量百分含量的组分,第一组分为1~30%的全氟2,3二甲基戊烯,第二组分为50~98%的六氟丙烯二聚体,第三组分为1~20%的全氟己酮和/或全氟甲基环戊烷。优选地,第一组分为5~30%的全氟2,3二甲基戊烯,第二组分为50~90%的六氟丙烯二聚体,第三组分为5~20%的全氟己酮和/或全氟甲基环戊烷。
所述六氟丙烯二聚体选自顺式结构式(1)或反式结构式(2)中的至少一种,
六氟丙烯二聚体的顺式结构:
六氟丙烯二聚体的反式结构:
所述近共沸相变冷却液在工作压力为68~137kPa,工作温度为39.3~60.9℃时,冷却液为近共沸混合物。
所述近共沸相变冷却液的工作温度为39.3~60.9℃,优选地,为45~60℃。
所述近共沸相变冷却液的温度滑移<1℃。
本发明所述近共沸相变冷却液的制备方法包括,将配方量的第一组分、第二组分、或/和第三组分,在常温常压液相状态下进行物理混合,混合均匀得到冷却液的步骤。
本发明还提供一种近共沸相变冷却液的应用,所述近共沸相变冷却液作为冷却液应用于数据中心处理器、超级计算机的冷却系统。
相比于现有技术,本发明有益效果主要体现在:
(1)本发明所述近共沸相变冷却液在39.3~60.9℃时为近共沸物,温度滑移<1℃,与通常冷却液使用温度相当,避免系统泄漏时冷却液组分的变化。
(2)本发明所述近共沸相变冷却液应用范围广,工作环境温度为39.3~60.9℃。
(3)本发明所述近共沸相变冷却液的凝固点<-60℃,与PET、PA、胶水、塑料、金属(铝合金,钢合金)等具有长期兼容性,不发生反应和互溶。
(4)本发明所述近共沸相变冷却液适用于浸没式液冷系统,冷却组分具有高电绝缘性能、低介电常数、高体积电阻率、高击穿电压、良好的兼容性和稳定性、阻燃性。
附图说明
图1为本发明实施例4和对比例2的冷却液在不同压力条件下的泡露点温度关系图。
图2为本发明实施例9和对比例2的冷却液在不同压力条件下的泡露点温度关系图。
图3为本发明实施例13和对比例2的冷却液在不同压力条件下的泡露点温度关系图。
图4为本发明实施例18和对比例2的冷却液在不同压力条件下的泡露点温度关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明,但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到,本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
本发明实施例和对比例的冷却液中各组分物质的基本参数详见表1。
表1各组分物质的基本参数
从表1可以看出,本发明提供的冷却液组分,有着足够的安全性能,ODP为0,环境友好,不可燃。
实施例:
实施例1~20的冷却液混配组分及其含量详见表2所示。
表2实施例1~20冷却液混配组分及其含量
对比例:
对比例1~6的冷却液混配组分及其含量详见表3所示。
表3对比例1~6冷却液混配组分及其组分
测试例:
实施例1~20和对比例1~6混配而成的冷却液,分别进行检测,相应的检测方法及检测结果见表4~表8所示。
表4实施例1~5中冷却液的检测结果
表5实施例6~10中冷却液的检测结果
表6实施例11~15中冷却液的检测结果
表7实施例16~20中冷却液的检测结果
表8对比例1~6中冷却液的检测结果
从实施例和对比例的数据可以看出:
温度滑移来看,本发明实施例1~20冷却液的温度滑移为0.08~0.98℃,均小于1℃,对比例1~6的温度滑移为1~7℃,本发明冷却液的温度滑移低,为近共沸混合物,在数据中心浸没式相变液冷的应用中,液体沸腾温度和组分含量稳定,便于数据中心的温控管理和后续维修补液。
介电常数来看,本发明实施例1~20冷却液的介电常数为1.94~2.02(≤2.1),而对比例1~6的介电常数为3.8~5.19,冷却液的介电常数越大,对数据中心信号传输及能量损耗的影响越大,本发明的冷却液的介电常数低,使用时对数据中心传输的影响远低于各对比例。
运动粘度来看,本发明实施例1~20冷却液的运动粘度为0.532~1.053mm2/s,对比例1~6的运动粘度为2.111~2.754mm2/s。冷却液的粘度越小,流动状态越容易进入湍流,流动边界层越小,流动与换热能力越强。本发明冷却液粘度小,在数据中心的流动性能较各对比例更为优异。
体积电阻率来看,本发明实施例1~20冷却液的体积电阻率为1.6×1015~7×1015Ω·mm,对比例1~6的体积电阻率为6.4×109~8.9×1011Ω·mm。体积电阻率表征单位体积流体的电阻值,体积电阻率越高,冷却液的绝缘性能越好,对数据中心的信号、电力等的干扰影响越小。本发明冷却液体积电阻率高,对数据中心影响小于各对比例。
击穿电压来看,本发明实施例1~20冷却液的击穿电压为13.87~14.56kv/mm,对比例1~6的击穿电压为10.7~12kv/mm。击穿电压越高的冷却液越能承受高电压的负荷。本发明冷却液击穿电压高,能承受更高的电压影响,在数据中心拥有较各对比例更为广阔的使用范围。
材料相容性来看,相比于对比例,本发明实施例的冷却液对金属铁、铝的材料相容性更好,金属铜、锌、锡的相容性相当;对不锈钢316合金的材料相容性更优异,对不锈钢304合金的相容性相当;对聚氯乙烯、聚丙烯PP塑料的材料相容性更佳,对ABS、聚碳酸酯PC、聚酰胺PA、聚乙烯PE塑料的相容性相当;对氢化丁晴、丁晴橡胶、聚氨酯PU橡胶的相容性更好,其余相当;对焊锡Tank材料的相容性更好,其余相当。本发明冷却液对数据中心关键材料具有良好的兼容性,特别适用于数据中心浸没式相变液冷系统。

Claims (10)

1.一种近共沸相变冷却液,其特征在于:所述近共沸相变冷却液包含全氟2,3-二甲基戊烯。
2.根据权利要求1所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述近共沸相变冷却液包括以下质量百分含量的组分,第一组分为1~50%的全氟2,3二甲基戊烯,第二组分为50~99%的六氟丙烯二聚体。
3.根据权利要求2所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述六氟丙烯二聚体选自顺式结构式(1)或反式结构式(2)中的至少一种,
六氟丙烯二聚体的顺式结构:
六氟丙烯二聚体的反式结构:
4.根据权利要求2或3所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述近共沸相变冷却液的工作压力为68~137kPa,工作温度为39.3~60.9℃。
5.根据权利要求4所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述近共沸相变冷却液的温度滑移<1℃。
6.根据权利要求1所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述近共沸相变冷却液包括以下质量百分含量的组分,第一组分为1~30%的全氟2,3二甲基戊烯,第二组分为50~98%的六氟丙烯二聚体,第三组分为1~20%的全氟己酮和/或全氟甲基环戊烷。
7.根据权利要求6所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述六氟丙烯二聚体选自顺式结构式(1)或反式结构式(2)中的至少一种,
六氟丙烯二聚体的顺式结构:
六氟丙烯二聚体的反式结构:
8.根据权利要求6或7所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述近共沸相变冷却液的工作压力为68~137kPa,工作温度为39.3~60.9℃。
9.根据权利要求8所述的近共沸相变冷却液,其特征在于:所述近共沸相变冷却液的温度滑移<1℃。
10.一种权利要求1-9任一所述近共沸相变冷却液的应用,其特征在于:所述近共沸相变冷却液作为冷却液应用于数据中心处理器、超级计算机的冷却系统。
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