CN115449353A - 一种液冷介质及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液冷介质,所述液冷介质包括:全氟聚醚,结构式为CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)nCF2CF3,其中,n为1~5的整数;六氟丙烯三聚体,所述六氟丙烯三聚体包含占六氟丙烯三聚体总质量至少1%含量的下式E‑T1、Z‑T1所示同分异构体中的至少一种:
Description
技术领域
本发明涉及传热流体,特别涉及采用非相变直接接触式制冷的液冷介质,主要用于数据中心、电子设备元器件等领域。
背景技术
互联网数据中心(Internet Data Center)是用于储存互联网数据的硬件设施中心,它是各类企业服务器群托管的场所,更是支持企业及其商业联盟(其分销商、供应商、客户等)实施价值链管理的平台。2020年4月20日,国家***首次明确新基建的范围,包括以5G、物联网、工业互联网等为代表的通信网络基础设施,以人工智能、云计算、区块链等为代表的新技术基础设施,以数据中心、智能计算中心为代表的算力基础设施。
液冷,是指通过液体来替代空气,把CPU、内存条、芯片组、扩展卡等器件在运行时所产生的热量带走,其冷却能力是空气的1000~3000倍,可实现超高密度制冷,PUE值可低至1.01~1.02。根据液体冷媒和发热源的接触方式,可分为直接接触制冷(如喷淋式液冷、浸没式液冷)和间接接触制冷(如冷板式液冷)。冷板式液冷是将冷却液从特制的注水口流入,经过密闭的散热管流进主机,带走CPU、内存和硬盘等部件的热量后再流出。喷淋式液冷是指对IT设备进行改造,部署相应的喷淋器件,在设备运行时,有针对性地对发热过高器件进行冷却;浸没式液冷是将冷却介质与数据中心设备直接接触,通过冷却介质的循环流动带走热量,大大降低了传热过程中的热阻,具有高密度、低噪音、低传热温差、自然冷却等优点,可以最大限度的降低PUE值,该冷却方式是目前数据中心冷却发展的主要趋势。
目前,数据中心的液冷介质主要包括3种:
(1)水:主要是去离子的纯净水,一般与乙二醇混合使用,但水并非绝缘体,只能应用于非直接接触型液冷技术中,一旦发生泄漏会对IT设备造成致命损害。
(2)矿物油:一种价格相对低廉的绝缘冷却液,单相矿物油无味无毒不易挥发,是一种环境友好型介质。但矿物油粘性较高,容易残留,且其易分解,虽然燃点比较高,但毕竟是可燃性物质,具有燃烧的风险。
(3)氟化液:包括全氟胺类、全氟聚醚、HFCs、HFEs、HFOs等。全氟胺类、HFCs类氟化液虽然介电常数相对较低,但具有较高的GWP值,对环境不友好;HFEs、HFOs氟化液,虽然GWP值较低,但多数具有相对较大的介电常数。
专利EP3757190A公开了一种用于电池和电气部件冷却的冷却液,该冷却液由全氟聚醚和烷氧基全氟烷烃组成,但所述冷却液的沸点范围<100℃,不适于非相变直接接触式冷却***。
专利CN111647391A公开了包含六氟丙烯三聚体、含氟醚等四组分的冷却液组合物,但冷却液组合物仅能用于非接触式制冷,且该专利并未公开其所述冷却液组合物的介电性能,不能确定该冷却液组合物在电子设备中应用时对设备及信号传输的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提出了一种介电常数低、体积电阻率大、材料相容性好,对环境影响小的液冷介质,所述冷却介质通过与数据中心服务器、电子发热元器件等的直接接触来实现冷却,具有良好的金属和非金属材料相容性和稳定性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种液冷介质,所述液冷介质包括:
全氟聚醚,结构式为CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)nCF2CF3,其中,n为1~5的整数;
六氟丙烯三聚体,所述六氟丙烯三聚体包含占六氟丙烯三聚体总质量至少1%含量的下式E-T1、Z-T1所示同分异构体中的至少一种:
进一步地,所述六氟丙烯三聚体还包括下式T2、T3所示同分异构体中的至少一种:
一般地,市售或制备获得的六氟丙烯三聚体多为T1、T2和T3的混合物,其中T1存在顺式异构体Z-T1和反式异构体E-T1。T1的质量含量约占六氟丙烯三聚体总量的6%左右。此时,为了保持液冷介质具有较优的性能,则需要降低液冷介质中的六氟丙烯三聚体的用量,同时通过调整全氟聚醚的结构与用量。
本申请通过研究发现,增加六氟丙烯三聚体中T1的含量,能够提升液冷介质的介电性能,获得更低的介电常数和介质损耗因数,具有更好的体积电阻率。
因此,本发明进一步优选提高六氟丙烯三聚体中T1的含量,如E-T1和/或Z-T1占六氟丙烯三聚体总质量的至少10%,其余为T2和/或T3。更优选地,E-T1和/或Z-T1占六氟丙烯三聚体总质量的10~30%,其余为T2和/或T3。
在一种优选的实施方式中,在六氟丙烯三聚体中,E-T1和/或Z-T1的质量含量为10~20%,T2的质量含量为20%~75%,T3的质量含量为10~60%。
为了提高六氟丙烯三聚体中T1的含量,可通过调整六氟丙烯调聚工艺,或采购商品化的六氟丙烯三聚体,并对上述获得的六氟丙烯三聚体进行减压精馏。
本发明所述全氟聚醚可以是CF3CF2CF2OCFCF3CF2OCF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)2CF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)3CF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2 O)4CF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)5CF2CF3中的至少一种。优选地,所述全氟聚醚为CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)2CF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)3CF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2 O)4CF2CF3中的至少一种。
本发明所述全氟聚醚占液冷介质总质量的1~99%,所述六氟丙烯三聚体占液冷介质总质量的99~1%。优选地,所述全氟聚醚占液冷介质总质量的50~80%,所述六氟丙烯三聚体占液冷介质总质量的50~20%。
本发明所述液冷介质的沸点≥130℃,凝点≤-50℃,在常温常压、频率为1KHz时介电常数<2。
本发明所述液冷介质的配制方法如下:按照质量比例,在常温常压环境条件下,将全氟聚醚和六氟丙烯三聚体物理混合,搅拌均匀形成稳定的组合物。
本发明还提供上述任一所述液冷介质的应用,所述液冷介质作为热传导介质以非相变直接接触方式制冷。
具体地,所述液冷介质应用于数据中心服务器冷却,计算机处理器冷却,通讯基站设备冷却,热循环***冷却等。
所述液冷介质的工作环境温度为[-50℃,130℃]。
与现有技术相比,本发明具有的有益效果为:
1.本发明的液冷介质具有良好的基础物性、应用性能和安全性能,介电常数<2,体积电阻率>5*109,不会影响电子设备的信号传输,可长时间稳定运行。
2.本发明的液冷介质与金属材料和非金属材料均具有良好的相容性,且作为惰性液体,不可燃,不与强酸、强碱发生化学反应,使用寿命长。
3.本发明通过液冷介质与发热元器件直接接触的方式进行散热冷却,在整个过程中不发生相变,具有良好的稳定性。
4.本发明的液冷介质适用范围广,在-50~130℃的工作环境下,均具有良好的流动性和导热性能。
5.本发明的液冷介质无毒性,一旦使用过程中发生泄露,也不会对环境和生物造成危害。
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。
本发明实施例液冷介质涉及组分的基础物性参数如下表1所示:
表1液冷介质组分基础物性参数
本发明实施例冷却介质的配制如下:按照相应的质量百分比,在常温常压下以液态形式混合,搅拌均匀得到均一稳定的液冷介质。
实施例1:组分A2、B1在液相下按55:45的质量百分比进行物理混合。
实施例2:组分A3、B1在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。
实施例3:组分A2、A3、B1在液相下按40:40:20的质量百分比进行物理混合。
实施例4:组分A3、A4、B1在液相下按20:50:30的质量百分比进行物理混合。
实施例5:组分A1、A2、A3、B1在液相下按23:17:32:28的质量百分比进行物理混合。
实施例6:组分A2、A3、A4、B1在液相下按30:30:20:20的质量百分比进行物理混合。
实施例7:组分A1、A2、A3、A4、B1在液相下11:18:20:26:25的质量百分比进行物理混合。
实施例8:组分A2、A3、A4、A5、B1在液相20:26:18:16:20的质量百分比进行物理混合。
实施例9:组分A2、A3、B2在液相40:40:20的质量百分比进行物理混合。
实施例10:组分A2、A3、B3在液相40:40:20的质量百分比进行物理混合。
实施例11:组分A3、B2在液相下按50:50的质量百分比进行物理混合。
实施例12:组分A2、B3在液相下按55:45的质量百分比进行物理混合。
对比例1:本对比例仅采用组分A4作为液冷介质。
对比例2:本对比例仅采用组分B3作为液冷介质。
对比例3:本对比例仅采用全氟三丙胺作为液冷介质。
对比例4:本对比例采用全氟环醚、组分B1在液相下按55:45的质量百分比进行物理混合。
对比例5:本对比例采用组分A2、六氟丙烯二聚体在液相下按55:45的质量百分比进行物理混合。
对上述实施例及对比例的液冷介质进行物性测试,其中,液冷介质的外观采用目测,均呈现清澈透明且无悬浮物和沉淀物,其他物性测试结果如下表2所示:
表2物性测试结果
注:表中沸点采用SH/T0089测试,凝点采用SH/T0090测试,运动粘度采用GB/T26588测试,传热系数采用ASTMD2717测试,体积电阻率采用GB/T5654测试,介电常数采用GB/T1409测试。
通过比较表2中实施例3、实施例9和实施例10的数据可知,在全氟聚醚及其含量不变的情况下,随着六氟丙烯三聚体中T1含量的增加,液冷介质的介电常数逐渐降低,但其他物性参数波动较小。通过比较各实施例与对比例1、对比例2可知,全氟聚醚和六氟丙烯三聚体组合的液冷介质的性能,明显优于单一的全氟聚醚或六氟丙烯三聚体。通过比较实施例1、对比例4和对比例5可知,仅有全氟聚醚及六氟丙烯三聚体组合的液冷介质,才具有相对较优的物性参数。通过比较各实施例与对比例3的数据可知,各实施例具有更高的比热值,更好的换热性能,同时适用范围更广,在更大温度范围内具备良好的流动性和导热性能。
采用ASHRAE 97-2007方法对实施例1-9、对比例3与材料的相容性进行测试,测试结果如下表3所示:
表3材料相容性测试结果
从上表3可以看出,实施例1~8具有良好的稳定性,且与常规金属材料和非金属材料均具备良好的材料相容性,能够保证***长时间稳定运行,可有效降低***维保成本。
Claims (12)
3.根据权利要求2所述的液冷介质,其特征在于:E-T1和/或Z-T1占六氟丙烯三聚体总质量的至少10%,其余为T2和/或T3。
4.根据权利要求3所述的液冷介质,其特征在于:E-T1和/或Z-T1占六氟丙烯三聚体总质量的至少10~30%,其余为T2和/或T3。
5.根据权利要求3或4所述的液冷介质,其特征在于:所述六氟丙烯三聚体通过将自行制备或购得的商品化六氟丙烯三聚体减压精馏获得。
6.根据权利要求1所述的液冷介质,其特征在于:所述全氟聚醚选自CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)2CF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)3CF2CF3、CF3CF2CF2O(CFCF3CF2O)4CF2CF3中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一所述的液冷介质,其特征在于:所述全氟聚醚占液冷介质总质量的1~99%,所述六氟丙烯三聚体占液冷介质总质量的99~1%。
8.根据权利要求7所述的液冷介质,其特征在于:所述全氟聚醚占液冷介质总质量的50~80%,所述六氟丙烯三聚体占液冷介质总质量的50~20%。
9.根据权利要求1-8任一所述的液冷介质,其特征在于:所述液冷介质的沸点≥130℃,凝点≤-50℃,在常温常压、频率为1KHz时,介电常数<2。
10.权利要求1-8任一所述液冷介质的应用,其特征在于:所述液冷介质作为热传导介质以非相变直接接触方式制冷。
11.根据权利要求10所述液冷介质的应用,其特征在于:所述液冷介质应用于数据中心服务器冷却,计算机处理器冷却,通讯基站设备冷却,热循环***冷却。
12.根据权利要求10所述液冷介质的应用,其特征在于:所述液冷介质的工作环境温度为[-50℃,130℃]。
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- 2021-06-08 CN CN202110634617.9A patent/CN115449353A/zh active Pending
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