KR20150109369A

KR20150109369A - 전자 장치 냉각을 위한 액체 냉각 매체

Info

Publication number: KR20150109369A
Application number: KR1020157019828A
Authority: KR
Inventors: 애니 엘 플로리; 모하메드 에세기르
Original assignee: 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2015-10-01
Also published as: CA2897946A1; CN104937067A; WO2014116370A1; BR112015015849A2; MX2015009461A; JP6382847B2; US20150319887A1; EP2948517B1; EP2948517A1; JP2016513360A

Abstract

침지-냉각 전자 하드웨어 장치에 사용되는 액체 냉각 매체에 관한 것이다. 이러한 액체 냉각 매체는 6 내지 12개의 탄소 원자 범위의 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 포화 중쇄 트리글리세리드를 포함한다. 이러한 액체 냉각 매체는 컴퓨터 서버, 서버 마더보드, 및 마이크로프로세서와 같은 침지-냉각 장치에 사용될 수 있다.

Description

전자 장치 냉각을 위한 액체 냉각 매체 {LIQUID COOLING MEDIUM FOR ELECTRONIC DEVICE COOLING}

<관련 출원의 참조>

본 출원은 2013년 1월 24일에 출원된 미국 가출원 번호 61/756,020을 우선권 주장한다.

본 발명의 다양한 실시양태는 침지-냉각 전자 하드웨어 장치, 예컨대 데이터 센터에 사용되는 액체 냉각 매체에 관한 것이다. 본 발명의 다른 측면은 인화점과 점도의 균형을 갖는 액체 냉각 매체에 관한 것이다.

기업 데이터 센터 ("EDC") 시설은 다수의 서버를 수용하는 물리적 장소이다. 서버는 일반적으로, 다양한 전산 장치, 예컨대 하드-드라이브 어레이, 네트워크 라우터, 데이터 취득 장비 및 전원 공급장치가 또한 탑재되는 랙에 적층된다. 일관되고 신뢰할만한 성능을 전달하기 위해, EDC에 대한 주요 목표는 랙의 다양한 열 발생 부품을 적절하게 온도 제어하는 것이다. 전통적으로, 랙은 공기 유동을 최대화하도록 선택적으로 배치된, 공기 순환 장치, 예컨대 팬을 사용하여 강제 공기 대류에 의해 냉각되었다. EDC 내의 공기는 대체로 랙에 진입하기 전에 공기를 냉각시키기 위한 열 교환기 (증기-순환 냉장 또는 냉각수 코일)를 통해 순환한다. 일부 EDC에서, 열 교환기는 랙에 탑재되어 서버에 진입하는 공기의 랙-수준 냉각을 제공한다.

2005년에, 미국에서 EDC는 소비된 모든 전기의 약 1.2%를 차지했고, 2011년까지 두 배가 될 것으로 예측되었다. 또한, EDC 집단은 전세계적으로 합한 경우에 세계에서 6번째로 큰 에너지-소비 커뮤니티일 것으로 추정되었다. EDC 전기 소비량의 1/3 초과가 냉각에 쓰인다. 전체 EDC 예산 및 온실 가스 방출을 줄이려는 경향에 대한 냉각 비용의 높은 영향력 이외에도, 냉각기 냉각 용량이 최대 이용률에 근접함에 따라 에너지 효율 최적화가 중대해졌다. 또한, EDC의 추가의 확장은 냉각 용량 확장에서의 주요 투자를 필요로 할 것이다. 따라서, 전자 하드웨어 장치 냉각의 분야에서 진보가 이루어졌음에도 불구하고, 여전이 개선이 요구되고 있다.

한 실시양태는

(a) 전자 하드웨어 장치; 및

(b) 액체 냉각 매체

를 포함하는 기기이며,

여기서 상기 전자 하드웨어 장치는 상기 액체 냉각 매체에 적어도 부분적으로 잠겨 있고,

상기 액체 냉각 매체는 6 내지 12개의 탄소 원자 범위의 지방산 탄소 사슬 길이를 갖는 포화 중간 사슬 트리글리세리드를 포함하는 것인, 기기이다.

본 발명의 다양한 실시양태는, 액체 냉각 매체에 적어도 부분적으로 액침되어 있는 전자 하드웨어 장치를 포함하는 기기이며, 여기서 액체 냉각 매체는 특성들의 특정 조합을 갖는 것인, 기기에 관한 것이다. 다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 적어도 190℃의 인화점을 가지며 동시에 27 센티스토크 ("cSt") 이하의 점도를 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 6 내지 12개의 탄소 원자 범위의 평균 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 포화 중쇄 트리글리세리드를 포함할 수 있다.

액체 냉각 매체

용어 "액체 냉각 매체"는 전자 하드웨어 장치, 예컨대 서버를 위한 침지 냉각제로서 사용하기에 적합한, 실온 및 표준 압력에서 액체인 조성물을 의미한다. 관련 기술분야에 공지된 바와 같이, 액체 냉각 매체는 일반적으로 낮은 점도를 갖고, 비독성이고, 화학적으로 불활성이고, 액체 냉각 매체가 사용되는 장비의 부식을 촉진시키지 않는다. 또한, 액체 냉각 매체는 일반적으로 다른 냉각 매체, 예컨대 공기에 비해 보다 높은 열 용량 (예를 들어, 1.01 주울/그램/켈빈 ("J/g/K")에 비해 1.67 J/g/K)을 가질 수 있다.

상기 언급된 바와 같이, 액체 냉각 매체는 적어도 190℃의 인화점을 가질 수 있다. 다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 적어도 192℃, 적어도 195℃, 적어도 200℃, 또는 적어도 205℃의 인화점을 가질 수 있다. 또한, 이러한 실시양태 중 어느 하나에서, 액체 냉각 매체는 300℃ 이하, 280℃ 이하, 또는 270℃ 이하의 인화점을 가질 수 있다. 본원에 제공된 인화점은 클리블랜드(Cleveland) 오픈 컵 기기를 사용하여 ASTM 국제 ("ASTM") 방법 D92에 따라 결정된다. 이러한 방법에서는, 약 70 밀리리터 ("mL")의 시험 시편을 시험 컵에 채운다. 시편의 온도를 처음에는 급속히, 이어서 서서히 일정한 속도로 인화점에 근접하게 상승시킨다. 시험 불꽃을 지정된 간격으로 컵 전반에 걸쳐 통과시킨다. 인화점은 시험 불꽃의 적용이 시험 시편의 증기의 점화로 이어지는 최저 액체 온도에 상응한다. 연소점 결정 (하기 논의됨)을 위해, 시험 불꽃이 점화로 이어지고 또한 연소를 최소 5초 동안 지속될 때까지 시험을 계속한다.

상기 언급된 바와 같이, 액체 냉각 매체는 27 cSt 이하의 점도를 가질 수 있다. 다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 27 cSt 미만, 25 cSt 미만, 23 cSt 미만, 20 cSt 미만, 18 cSt 미만, 또는 15 cSt 미만의 점도를 가질 수 있다. 또한, 이러한 실시양태 중 어느 하나에서, 액체 냉각 매체는 적어도 5 cSt, 적어도 7 cSt, 또는 적어도 10 cSt의 점도를 가질 수 있다. 본원에 제공된 점도는 40℃의 온도에서 동적 점도에 관한 ASTM D445 시험 방법에 따라 결정된다. 이러한 방법에서는, 고정된 부피의 유체가 중력 하에 보정된 점도계의 모세관을 통해 유동하는 동안의 시간을 제어된 온도에서 측정한다. 동적 점도는 측정된 유동 시간과 점도계의 보정 상수의 곱으로서 정의된다.

상기 언급된 바와 같이, 다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 특정 인화점 및 점도의 조합을 가질 수 있다. 따라서, 하나 이상의 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 적어도 190℃, 적어도 192℃, 적어도 195℃, 적어도 200℃, 또는 적어도 205℃의 인화점을 가질 수 있으며, 27 cSt 이하, 또는 27 cSt 미만, 25 cSt 미만, 23 cSt 미만, 20 cSt 미만, 18 cSt 미만, 또는 15 cSt 미만의 점도를 또한 가질 수 있다. 임의의 이러한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 300℃ 이하, 280℃ 이하, 또는 270℃ 이하의 인화점을 가질 수 있으며, 적어도 5 cSt, 적어도 7 cSt, 또는 적어도 10 cSt의 점도를 가질 수 있다.

다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 적어도 210℃, 적어도 215℃, 또는 적어도 220℃의 연소점을 가질 수 있다. 이러한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 320℃ 이하, 310℃ 이하, 300℃ 이하, 또는 290℃ 이하의 연소점을 가질 수 있다. 연소점은 상기 기재된 바와 같이 본원에서 ASTM D92에 따라 결정된다.

다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 0.12 내지 0.14 와트/미터ㆍ켈빈 ("W/mㆍK") 범위의 열 전도율을 가질 수 있다. 열 전도율은 하기 시험 방법 섹션에 제공된 절차에 따라 40℃에서 결정된다.

상기 기재된 특성을 갖는 임의의 액체 냉각 매체는 본원에 기재된 다양한 실시양태에서 사용될 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 특정 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 중쇄 트리글리세리드 ("MCT")를 포함할 수 있다. 관련 기술분야에 공지된 바와 같이, "트리글리세리드"는 글리세롤과 3개의 지방산과의 트리에스테르이고, 트리글리세리드는 천연 공급원, 예컨대 동물성 지방 및 식물성 오일에서 흔히 발견된다. 용어 "중쇄"는 카르보닐 탄소를 포함하여, 6개 탄소 원자 내지 12개 탄소 원자 범위의 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 트리글리세리드를 의미한다. 따라서, 예를 들어 본원에 사용하기에 적합한 MCT는 글리세롤과, 카프로산 (C6), 카프릴산 (C8), 카프르산 (C10) 및 라우르산 (C12)으로 이루어진 군으로부터 선택된 지방산과의 트리에스테르일 수 있다. 다양한 실시양태에서, MCT는 포화되어 있지만 (즉, 탄소-탄소 이중 결합을 함유하지 않음), 미량의 불포화 화합물 (예를 들어, 10 백만분율 미만)도 허용가능하다. 한 실시양태에서, 사용하기에 적합한 MCT는 8 내지 10개의 탄소 원자 범위의 평균 지방산 탄소 쇄 길이를 가질 수 있다. 또한, MCT는, 단독으로 또는 다성분 액체 냉각 매체 중 한 성분으로서 사용되는 경우에, 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 1 중량 퍼센트 ("중량%") 미만, 0.5 중량% 미만, 또는 0.01 중량% 미만의 유리 지방산을 포함할 수 있다.

다양한 실시양태에서, MCT는 C8 트리글리세리드 및 C10 트리글리세리드의 혼합물을 포함한다. 이러한 실시양태에서, C8 트리글리세리드는 총 MCT 중량을 기준으로 하여 모든 MCT 중 10 내지 90 중량%, 20 내지 85 중량%, 40 내지 80 중량%, 또는 50 내지 60 중량% 범위를 구성할 수 있다. 또한, C10 트리글리세리드는 총 MCT 중량을 기준으로 하여 모든 MCT 중 10 내지 90 중량%, 15 내지 80 중량%, 30 내지 70 중량%, 또는 40 내지 50 중량% 범위를 구성할 수 있다. 한 실시양태에서, MCT는 56 중량% C8 트리글리세리드 및 44 중량% C10 트리글리세리드를 포함하는 C8 및 C10 트리글리세리드의 블렌드일 수 있다.

다양한 실시양태에서, MCT는 C6, C8, C10 및 C12 트리글리세리드의 혼합물을 포함한다. 이러한 실시양태에서, C6 트리글리세리드는 총 MCT 중량을 기준으로 하여 모든 MCT 중 0.5 내지 10 중량%, 또는 1 내지 5 중량% 범위를 구성할 수 있다. 또한, C8 트리글리세리드는 총 MCT 중량을 기준으로 하여 모든 MCT 중 50 내지 80 중량%, 또는 60 내지 70 중량% 범위를 구성할 수 있다. 또한, C10 트리글리세리드는 총 MCT 중량을 기준으로 하여 모든 MCT 중 20 내지 40 중량%, 또는 25 내지 35 중량% 범위를 구성할 수 있다. 이러한 실시양태에서, C12 트리글리세리드는 총 MCT 중량을 기준으로 하여 모든 MCT 중 0.5 내지 10 중량%, 또는 1 내지 5 중량% 범위를 구성할 수 있다.

상업적으로 입수가능한 적합한 MCT의 예는 미국 일리노이주 노스필드 소재의 스테판 캄파니(Stepan Company)로부터 입수가능한 MCT의 네오비(NEOBEE)™ 라인 (예를 들어, 네오비™ 1053 및 네오비™ M-20)을 포함한다.

다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 임의의 1종 이상의 상기 기재된 MCT 및 적어도 1종의 미네랄 오일의 혼합물을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "미네랄 오일"은 일반적으로 비-식물성 공급원, 예컨대 석유로부터 유도된 C15 내지 C40 범위의 주로 알칸의 혼합물을 의미한다. 미네랄 오일은 일반적으로 약 140℃ 내지 185℃ 이하 범위의 낮은 인화점을 갖는다. 따라서, 미네랄 오일 단독은 일반적으로 액체 냉각 매체로서 사용하기에는 바람직하지 않다. 그러나, MCT와의 조합으로, 미네랄 오일을 조합하여 상기 기재된 특성을 갖는 액체 냉각 매체를 형성할 수 있다. 다양한 실시양태에서, MCT와의 조합을 위해 선택된 미네랄 오일은 미네랄 오일에서 전형적으로 관측되는 상한치 근처, 예컨대 175 내지 185℃, 180 내지 185℃, 또는 약 185℃의 인화점을 갖는다.

MCT 및 미네랄 오일의 혼합물이 액체 냉각 매체로서 사용되는 경우에, MCT는 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 10 내지 90 중량%, 15 내지 85 중량%, 20 내지 80 중량%, 또는 40 내지 60 중량% 범위를 구성할 수 있다. 또한, 미네랄 오일은 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 10 내지 90 중량%, 15 내지 85 중량%, 20 내지 80 중량%, 또는 40 내지 60 중량% 범위를 구성할 수 있다. 다양한 실시양태에서, MCT 및 미네랄 오일은 2:1 내지 6:1, 3:1 내지 5:1, 또는 약 4:1 범위의 MCT-대-미네랄 오일의 중량비로 액체 냉각 매체에 존재할 수 있다.

상업적으로 입수가능한 적합한 미네랄 오일의 예는, 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 엑손모빌 케미칼 캄파니(ExxonMobil Chemical Company)에 의해 제조되는 유니볼트(UNIVOLT)™ N 61B; 또는 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 쉘 오일 캄파니(Shell Oil Company)에 의해 제조되는 디알라(DIALA)™ AX를 포함한다.

다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 임의의 1종 이상의 상기 기재된 MCT 및 적어도 1종의 합성 에스테르의 혼합물을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "합성 에스테르"는 유기 산 (예를 들어, 카르복실산)과 알콜의 반응에 의해 생성되는 유체를 의미한다. 합성 에스테르는 일반적으로 보다 높은 인화점을 갖지만, 허용불가능하게 높은 점도 (예를 들어, 40℃에서 28 cSt 이상)를 가질 수도 있다. 따라서, 합성 에스테르 단독은 일반적으로 액체 냉각 매체로서 사용하기에는 바람직하지 않다. 그러나, MCT와의 조합으로, 합성 에스테르를 조합하여 상기 기재된 특성을 갖는 액체 냉각 매체를 형성할 수 있다. 다양한 실시양태에서, MCT와의 조합을 위해 선택된 합성 에스테르는 합성 에스테르에서 전형적으로 관측되는 하한치 근처, 예컨대 28 내지 38 cSt, 28 내지 33 cSt, 또는 약 28 cSt의 점도를 갖는다.

MCT 및 합성 에스테르의 혼합물이 액체 냉각 매체로서 사용되는 경우에, MCT는 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 10 내지 90 중량%, 15 내지 85 중량%, 20 내지 80 중량%, 또는 40 내지 60 중량% 범위를 구성할 수 있다. 또한, 합성 에스테르는 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 10 내지 90 중량%, 15 내지 85 중량%, 20 내지 80 중량%, 또는 40 내지 60 중량% 범위를 구성할 수 있다.

상업적으로 입수가능한 적합한 합성 에스테르의 예는 영국 맨체스터 소재의 엠앤드아이 머티리얼스 리미티드(M&I Materials Ltd.)에 의해 제조되는 미델(MIDEL)™ 7131을 포함한다.

다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 임의의 1종 이상의 상기 기재된 MCT 및 적어도 1종의 식물성 오일의 혼합물을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "식물성 오일"은 3개의 지방산과 글리세롤과의 트리에스테르인 트리글리세리드로 주로 구성된 조성물을 의미하지만, 일반적으로 MCT에 비해 보다 장쇄의 지방산 모이어티 (예를 들어, C18)를 포함한다. 식물성 오일은 일반적으로 보다 높은 인화점을 갖지만, 허용불가능하게 높은 점도 (예를 들어, 40℃에서 40 cSt 이상)를 가질 수도 있다. 따라서, 식물성 오일 단독은 일반적으로 액체 냉각 매체로서 사용하기에는 바람직하지 않다. 그러나, MCT와의 조합으로, 식물성 오일을 조합하여 상기 기재된 특성을 갖는 액체 냉각 매체를 형성할 수 있다. 다양한 실시양태에서, MCT와의 조합을 위해 선택된 식물성 오일은 식물성 오일에서 전형적으로 관측되는 하한치 근처, 예컨대 30 내지 50 cSt, 35 내지 45 cSt, 또는 약 40 cSt의 점도를 갖는다.

MCT 및 식물성 오일의 혼합물이 액체 냉각 매체로서 사용되는 경우에, MCT는 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 10 내지 90 중량%, 15 내지 85 중량%, 20 내지 80 중량%, 또는 40 내지 60 중량%의 범위를 구성할 수 있다. 또한, 식물성 오일은 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 10 내지 90 중량%, 15 내지 85 중량%, 20 내지 80 중량%, 또는 40 내지 60 중량%의 범위를 구성할 수 있다. 다양한 실시양태에서, MCT 및 식물성 오일은 3:1 내지 1:1 범위의 MCT-대-식물성 오일의 중량비로 액체 냉각 매체에 존재할 수 있다.

본원에 사용하기에 적합한 식물성 오일의 구체적 유형은 해바라기 오일, 카놀라 오일 및 대두 오일을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 한 실시양태에서, 식물성 오일은 해바라기 오일이다.

하나 이상의 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 폴리알킬렌 글리콜을 포함할 수 있다. "폴리알킬렌 글리콜"은 중합된 알킬렌 옥시드 (예를 들어, 에틸렌 옥시드)로 주로 구성된 올리고머 또는 중합체를 의미한다. 적합한 폴리알킬렌 옥시드의 예는 폴리에틸렌 옥시드, 폴리프로필렌 옥시드 및 폴리부틸렌 옥시드를 포함한다. 폴리알킬렌 글리콜이 액체 냉각 매체에서 사용되는 경우에, 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 적어도 50 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 99 중량%, 또는 전부를 구성할 수 있다.

적합한 폴리알킬렌 글리콜은 500 내지 1,000 g/mol, 600 내지 800 g/mol, 또는 650 내지 750 g/mol 범위의 중량 평균 분자량 ("Mw")을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 폴리알킬렌 글리콜은 약 700 g/mol의 Mw를 가질 수 있다. 또한, 적합한 폴리알킬렌 글리콜은 0.80 내지 1.0 g/mL, 0.85 내지 0.98 g/mL, 0.90 내지 0.94 g/mL, 또는 0.91 내지 0.93 g/mL 범위의 밀도를 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 폴리알킬렌 글리콜은 약 0.92 g/mL의 밀도를 가질 수 있다.

상업적으로 입수가능한 적합한 폴리알킬렌 글리콜의 예는 미국 미시건주 미들랜드 소재의 더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)에 의해 제조되는 유콘(UCON)™ OSP 및 시날록스(Synalox) OA; 및 미국 뉴저지주 플로햄 파크 소재의 바스프 코포레이션(BASF Corporation)으로부터 입수가능한, 플루리올(PLURIOL)™ 폴리알킬렌 글리콜을 포함한다.

하나 이상의 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 파라핀계 오일을 포함할 수 있다. "파라핀계 오일"은 낮은 함량의 방향족 탄화수소를 갖는, n-알칸을 기재로 하는 미네랄 오일의 부류를 의미한다. 적합한 파라핀계 오일의 예는 상기 기재된 인화점 및 점도 요건을 충족시키는 임의의 파라핀계 오일을 포함한다. 파라핀계 오일이 액체 냉각 매체에서 사용되는 경우에, 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 액체 냉각 매체 중 적어도 50 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 90 중량%, 적어도 99 중량%, 또는 전부를 구성할 수 있다.

상업적으로 입수가능한 적합한 파라핀계 오일의 예는, 둘 다가 미국 캘리포니아주 샌 라몬 소재의 쉐브론 코포레이션(Chevron Corporation)에 의해 제조되는 파라마운트(PARAMOUNT)™ 1001 및 파라룩스(PARALUX)™ 1001을 포함한다.

임의의 상기 실시양태에서, 사용된 액체 냉각 매체가 2종 이상의 성분의 블렌드인 경우에, 블렌드는 2종의 액체 성분의 블렌딩에 대해 관련 기술분야에 공지되거나 이후에 개발되는 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 복수의 액체 성분은 교반기를 사용하여 기계적으로 블렌딩될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 액체 냉각 매체를 구성하는 2종 이상의 성분은 혼화성이다.

전자 하드웨어 장치

상기 언급된 바와 같이, 액체 냉각 매체는 데이터 센터에서와 같이, 전자 하드웨어 장치를 냉각시키는데 사용될 수 있다. 한 실시양태에서, 전자 하드웨어 장치는 컴퓨터 장치 또는 컴포넌트 (예를 들어, 컴퓨터 서버)일 수 있다. 사용될 수 있는 전자 하드웨어 장치의 구체적 예는 컴퓨터 서버, 서버 마더보드, 마이크로프로세서 및 기타 열-발생 전자 장치를 포함한다.

이러한 냉각을 수행하기 위해, 전자 하드웨어 장치를 액체 냉각 매체와 물리적으로 접촉하게 배치할 수 있다. 예를 들어, 전자 하드웨어 장치는 액체 냉각 매체에 부분적으로, 적어도 부분적으로, 또는 완전히 액침될 수 있다.

액체 냉각 매체에서의 적어도 부분적인 액침을 이용하는 구체적 냉각 시스템은 다양하다. 예로서, 한 실시양태에서, 전자 하드웨어 장치는 액체 냉각 매체의 각각 밀봉된 조에 완전히 침지되어 있다. 이러한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 열을 전자 하드웨어 장치에서부터 물이 연속적으로 순환되고 냉각되는 조의 벽에 의해 형성된 통합 열 교환기로 수동적으로 전달한다. 또 다른 실시양태에서, 서버 마더보드는 액체 냉각 매체의 각각 밀봉된 조에 완전히 침지될 수 있다. 이어서 액체 냉각 매체는 밀봉된 서버 케이스를 통해 펌핑되고 열 교환기로서 작용하는 펌프에 부착된 라디에이터를 통해 순환된다. 또 다른 실시양태에서, 서버의 전체 랙은 액체 냉각 매체로 채워진 탱크에 침지될 수 있다. 이러한 실시양태에서, 액체 냉각 매체는 열이 직접 외부 공기로 교환되는 옥외 라디에이터를 통해 순환될 수 있다.

이러한 냉각 시스템의 구체적 예는, 예를 들어 하드코어 컴퓨터 인크.(Hardcore Computer, Inc.)에게 허여된 미국 특허 번호 7,403,392, 및 그린 레볼루션 쿨링 인크.(Green Revolution Cooling, Inc.)에게 허여된 미국 공개 특허 출원 번호 2011/0132579에서 찾아볼 수 있다.

<시험 방법>

연소점

연소점은 ASTM D92에 따라 결정된다.

인화점

인화점은 ASTM D92에 따라 결정된다.

열 전도율

열 전도율은 샘플에 축방향 온도 구배를 실시함으로써 ASTM D5930에 따라 결정된다. 열 유속 변환기로부터의 출력과 함께 샘플 전반에 걸친 온도 차이를 측정함으로써, 샘플의 열 전도율을 결정할 수 있다.

점도

점도는 40℃에서 ASTM D445에 따라 결정된다.

<실시예>

실시예 1 - 비교 샘플 시험

3개의 비교 샘플 (CS A-C)을 상기 기재된 시험 방법에 따라 분석한다. CS A는 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 엑손모빌 케미칼 캄파니로부터 입수가능한, 상표명 유니볼트™ N 61B 하에 판매되는 100 중량% 미네랄 오일이다. 유니볼트™ N 61B는 90 내지 100% 수소화 경질 나프텐계 증류물이다. CS B는 프랑스 파리 소재의 사이폴 아그로 인더스트리얼 캄파니(Saipol Agro Industrial Company)로부터 입수되는 100 중량% 해바라기 오일이다. CS C는 상표명 미델™ 7131 하에 판매되는 100 중량%의 합성 에스테르이고, 이는 영국 맨체스터 소재의 엠앤드아이 머티리얼스 리미티드에 의해 제조된다. 미델™ 7131은 펜타에리트리톨과의 지방산, C5-10 (선형 및 분지형), 혼합 에스테르를 포함한다. 분석의 결과는 하기 표 1에 제공된다.

<표 1>

CS A-C 특성

표 1에 나타낸 결과로부터 알 수 있듯이, 미네랄 오일 (CS A)이 바람직하게 낮은 점도를 제공하지만, 이는 또한 바람직하지 않은 낮은 인화점을 나타낸다. 반대로, 해바라기 오일 (CS B) 및 합성 에스테르 (CS C)만은 바람직하게 높은 인화점을 갖지만, 허용불가능하게 높은 점도도 갖는다.

실시예 2 - 중쇄 트리글리세리드

2개의 샘플 (S1 및 S2)을 상기 기재된 시험 방법에 따라 분석한다. S1은 미국 일리노이주 노스필드 소재의 스테판 캄파니에 의해 상표명 네오비™ 1053 하에 판매되는, 100 중량% 중쇄 트리글리세리드이다. 네오비™ 1053은 포화 카프릴산 (C8) / 카프르산 (C10) 트리글리세리드이다. 네오비™ 1053은 56 퍼센트 포화 카프릴 (C8) 지방산 쇄 및 44 퍼센트 포화 카프르 (C10) 지방산 쇄를 함유한다. S2는 미국 일리노이주 노스필드 소재의 스테판 캄파니에 의해 상표명 네오비™ M-20 하에 판매되는 100 중량% 중쇄 트리글리세리드이다. 네오비™ M-20은 1 퍼센트 C6 지방산 쇄, 1 퍼센트 C12 지방산 쇄, 68 퍼센트 C8 지방산 쇄 및 30 퍼센트 C10 지방산 쇄를 함유한다. 분석의 결과는 하기 표 2에 제공된다.

<표 2>

S1-S2 특성

표 2에 나타낸 바와 같이, MCT 샘플은 둘 다 우수한 점도 (예를 들어, 약 28 cSt 미만)를 제공하며 동시에 탁월한 인화점 (예를 들어, 적어도 약 190℃)을 제공한다.

실시예 3 - 미네랄 오일 과 MCT의 혼합물

MCT 및 미네랄 오일을 함유한 2개의 샘플 (S3-S4)을 하기 표 3에 제공된 조성에 따라 제조한다. 샘플 S3-S4는 2종의 성분을 밀폐된 병에서 50℃에서 15분 동안 자석 교반을 통해 혼합함으로써 제조된다. 각각의 샘플 S3 및 S4에서 사용되는 MCT는 네오비™ 1053이고, 상기 실시예 2에 기재된 바와 같다. 샘플 S3 및 S4 중의 미네랄 오일은 유니볼트에 의해 공급되는 미네랄 오일이고, 상기 실시예 1에 기재된 바와 같다.

샘플 S3 및 S4를 상기 제공된 시험 방법에 따라 분석한다. 결과는 하기 표 3에 제공된다.

<표 3>

S3-S4 조성 및 특성

표 3에서 알 수 있듯이, 미네랄 오일 단독 (CS A, 표 1)은 낮은 점도 및 높은 인화점의 적절한 조합을 제공하지 못하지만, 미네랄 오일과 MCT의 혼합물은 이러한 조합을 제공한다. 오직 S4만이 170℃의 인화점을 달성하였다는 것에 주목하며; 이는 상기 표 1에서 CS A에 의해 나타낸 바와 같이 154℃인 유니볼트 미네랄 오일 단독의 인화점에 비해 현저한 개선이다.

실시예 4 - 식물성 오일과 MCT의 혼합물

MCT 및 해바라기 오일을 함유한 5개의 샘플 (S5-S9)을 하기 표 4에 제공된 조성에 따라 제조한다. 샘플 S5-S9는 2종의 성분을 밀폐된 병에서 50℃에서 15분 동안 자석 교반을 통해 혼합함으로써 제조된다. 샘플 S5-S7에서 사용되는 MCT는 네오비™ 1053이고, 상기 실시예 2에 기재된 바와 같다. 샘플 S8 및 S9에서 사용되는 MCT는 네오비™ M-20이고, 상기 실시예 2에 기재된 바와 같다. 샘플 S5-S9 중의 해바라기 오일은 상기 실시예 1에 기재된 해바라기 오일과 동일하다.

샘플 S5-S9를 상기 제공된 시험 방법에 따라 분석한다. 결과는 하기 표 4에 제공된다.

<표 4>

S5-S9 조성 및 특성

표 4에서 알 수 있듯이, 해바라기 오일 단독 (CS B)은 낮은 점도 및 높은 인화점의 적절한 조합을 제공하지 못하지만, 해바라기 오일과 MCT의 혼합물은 모두 우수한 점도 및 인화점을 제공한다.

실시예 5 - 합성 에스테르와 MCT의 혼합물

MCT 및 합성 에스테르를 함유한 3개의 샘플 (S10-S12)을 하기 표 5에 제공된 조성에 따라 제조한다. 샘플 S10-S12는 2종의 성분을 밀폐된 병에서 50℃에서 15분 동안 자석 교반을 통해 혼합함으로써 제조된다. 샘플 S10-S12에서 사용되는 MCT는 네오비™ 1053이고, 상기 실시예 2에 기재된 바와 같다. 샘플 S10-S12 중의 합성 에스테르는 미델™ 7131이고, 상기 실시예 1에 기재된 바와 같다.

샘플 S10-S12를 상기 제공된 시험 방법에 따라 분석한다. 결과는 하기 표 5에 제공된다.

<표 5>

S10-S12 조성 및 특성

표 5에서 알 수 있듯이, 합성 에스테르 단독 (CS C)은 낮은 점도 및 높은 인화점의 적절한 조합을 제공하지 못하지만, 합성 에스테르와 MCT의 혼합물은 모두 우수한 점도 및 인화점을 제공한다.

실시예 6 - 폴리알킬렌 글리콜

샘플 13 (S13)은 100 중량% 폴리알킬렌 글리콜 ("PAG")이다. 특히, S13은 다우 케미칼로부터의 유용성 PAG 기재 유체 기술인, 유콘 OSP-18이다. 상기 제공된 시험 방법에 따라 샘플 S13을 분석한다. S13은 18.0 cSt의 점도, 204℃의 인화점, 240℃의 연소점, 1.96 J/g/℃의 열 용량 및 0.14 W/mㆍK의 열 전도율을 갖는다.

실시예 7 - 파라핀계 오일

샘플 14 (S14)는 100 중량% 파라핀계 오일이다. 특히, S14는 쉐브론으로부터 입수가능한 파라마운트™ 1001이다. S14는 20.4 cSt의 점도 및 212℃의 인화점을 갖는다.

Claims

(a) 전자 하드웨어 장치; 및
(b) 액체 냉각 매체
를 포함하는 기기이며,
여기서 상기 전자 하드웨어 장치는 상기 액체 냉각 매체에 적어도 부분적으로 액침되고,
상기 액체 냉각 매체는 6 내지 12개의 탄소 원자 범위의 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 포화 중쇄 트리글리세리드를 포함하는 것인, 기기.
제1항에 있어서, 상기 포화 중쇄 트리글리세리드가 8 내지 10개의 탄소 원자 범위의 평균 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 것인 기기.
제1항에 있어서, 6 내지 12개의 탄소 원자 범위의 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 상기 포화 중쇄 트리글리세리드가, 상기 액체 냉각 매체의 제1 성분을 구성하고, 상기 액체 냉각 매체가 미네랄 오일, 식물성 오일, 합성 에스테르, 및 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 제2 성분을 추가로 포함하는 것인 기기.
제3항에 있어서, 상기 제1 성분이 총 액체 냉각 매체 중량을 기준으로 하여 상기 액체 냉각 매체의 적어도 15 중량 퍼센트를 구성하는 것인 기기.
제1항에 있어서, 상기 포화 중쇄 트리글리세리드가 8개 탄소 원자의 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 트리글리세리드를 총 중쇄 트리글리세리드 중량을 기준으로 하여 50 내지 60 중량 퍼센트 범위의 양으로 포함하고; 상기 포화 중쇄 트리글리세리드가 10개 탄소 원자의 지방산 탄소 쇄 길이를 갖는 트리글리세리드를 총 중쇄 트리글리세리드 중량을 기준으로 40 내지 50 중량 퍼센트 범위의 양으로 포함하는 것인 기기.
제1항에 있어서, 상기 액체 냉각 매체가 ASTM D92에 따라 결정시에 적어도 190℃의 인화점을 갖고, 상기 액체 냉각 매체가 ASTM D445에 따라 결정시에 40℃에서 27 센티스토크 ("cSt") 이하의 점도를 갖고, 상기 액체 냉각 매체가 ASTM D92에 따라 결정시에 적어도 210℃의 연소점을 갖고, 상기 액체 냉각 매체가 ASTM D5930에 따라 결정시에 0.12 내지 0.14 W/mㆍK 범위의 열 전도율을 갖는 것인 기기.
제5항에 있어서, 상기 액체 냉각 매체가 ASTM D92에 따라 결정시에 192 내지 300℃ 범위의 인화점을 갖는 것인 기기.
제5항에 있어서, 상기 액체 냉각 매체가 ASTM D445에 따라 결정시에 40℃에서 5 내지 25 cSt 범위의 점도를 갖는 것인 기기.
제1항에 있어서, 상기 전자 하드웨어 장치가 컴퓨터 장치 또는 컴퓨터 부품인 기기.
제1항에 있어서, 상기 전자 하드웨어 장치가 컴퓨터 서버, 서버 마더보드, 및 마이크로프로세서로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 기기.