CN118104408A - 浸没冷却介电工作流体 - Google Patents
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Abstract
一种浸没冷却单元，该浸没冷却单元包括浸没池，该浸没池限定内腔。电子部件定位在内腔中。介电工作流体部分地填充内腔并且至少部分地浸没电子部件。冷凝盘管定位在介电工作流体上方。介电工作流体包含以下至少一者：全氟庚‑2‑烯(PFO‑161‑14myy)、全氟庚‑3‑烯(PFO‑161‑14mcyy)。
Description
技术领域
本发明涉及可用作用于浸没冷却的介电工作流体的特定全氟烯烃。
背景技术
公众对化石燃料的开采、运输和使用所造成的环境影响的认识不断提高，正在促使人们以法规和减少大气中CO2当量输出的形式来推动新的环境可持续性。对于热管理领域现有的和新的应用两者而言，具有低全球变暖潜能值(GWP)和ODP的新工作流体将需要遵守这些新法规。
这些新提出的工作流体的应用机会存在于冷却功率电子器件(电视机、手机、监视器、无人机等)、电池热管理(汽车和固定设备)、电子动力系、IGBT、计算机服务器***、5G网络、显示器中。工作流体为输送热量而提供介质或在被动蒸发冷却(诸如热管)时提供介质。关于这些流体的相容使用要考虑的关键因素包括介电常数、耗散因子或损耗角正切、体积电阻率和介电强度以及不易燃。这些因素提供了一种包络，其中与带电***直接接触的流体必须以非导电流体存在。分子还应具有使其不易燃、GWP低并且大气寿命短(即双键)的结构特性。下面，我们确定了全氟烯烃(PFO)的几种分子及其化学结构，这些分子及其化学结构满足所有这些要求并且满足所确定的该市场的需求。
可采用该解决方案的应用包括对以下部件的冷却：电子装置——数据中心服务器、绝缘栅双极晶体管(IGBT)装置、电信基础结构、军用电子器件、电视机(TV)、手机、监视器、无人机、汽车电池、电动车辆(EV)的动力***、功率电子器件、航空电子装置、功率装置和显示器。在一些应用(诸如电池)中，这些工作流体可临时充当加热流体，例如在寒冷天气启动期间。本发明的技术目的是提供用于热管理的新型专用流体，其具有接近环境温度和略高的沸腾温度范围，其中这些产品是环境友好的(GWP和ODP低)、不易燃、不导电并且具有足够的热传递性质。
发明内容
在一个实施方案中，提供了一种浸没冷却单元，该浸没冷却单元包括浸没池，该浸没池限定内腔。电子或电气部件定位在该内腔中。介电工作流体部分地填充内腔并且至少部分地浸没电子部件。冷凝盘管定位在介电工作流体上方的腔内。在另一个实施方案中，冷凝盘管被放置在腔的外部，并且介电流体通过与冷凝器的管道连接从腔中循环出来，然后通过泵，循环到任选的液体接收器，之后返回到腔以完成该环路。介电工作流体包含以下至少一者：全氟庚-2-烯(PFO-161-14myy)、全氟庚-3-烯(PFO-161-14mcyy)、全氟戊-2-烯(PFO-141-10myy或全氟己-2-烯(PFO-151-12mcy)。
在另一个实施方案中，提供了一种用于冷却电子部件的方法。该方法包括：将电气部件至少部分地浸没在工作流体中；以及使用工作流体传递来自电气部件的热量；其中该工作流体包含以下至少一者：全氟庚-2-烯(PFO-161-14myy)、全氟庚-3-烯(PFO-161-14mcyy)、全氟戊-2-烯(PFO-141-10myy或全氟己-2-烯(PFO-151-12mcy)。
在另一个实施方案中，提供了一种用包含以下至少一者的工作流体来替换高GWP工作流体的方法：全氟庚-2-烯(PFO-161-14myy)、全氟庚-3-烯(PFO-161-14mcyy)、全氟戊-2-烯(PFO-141-10myy或全氟己-2-烯(PFO-151-12mcy)。
结合以举例的方式示出本发明原理的附图，通过以下更详细的描述，本发明的其他特征和优点将显而易见。
附图说明
图1是根据一个实施方案的浸没单元的透视图。
图2是根据一个实施方案的浸没单元的透视图。
图3是池沸腾曲线。
在可能的情况下，在整个附图中将使用相同的参考标号来表示相同的部件。
具体实施方式
大型计算机服务器***可以进行大量工作负载并且在运行过程中产生大量热量。大部分热量是由它们的运行产生的。部分由于所产生的热量，这些***通常被安装成具有大型内部冷却风扇和散热片的堆叠构型。随着这些***的尺寸和密度的增加，热挑战甚至更大，并最终超过强制通风***的能力。
两相浸没冷却是一种针对高性能冷却市场的新兴冷却技术，被应用于高性能服务器***。它依赖于在液态浸没冷却器流体蒸发为气体过程中吸收的热量。该应用中使用的流体必须满足某些要求才能使用。例如，流体的沸点应在30℃至75℃之间的范围内。一般而言，这个范围可以使服务器部件维持在足够冷的温度处，同时允许产生的热量充分消散到外部散热器。或者，服务器和浸没冷却***的工作温度可以通过以下方式来升高或降低：使用封闭***并升高或降低***内的压力以升高或降低给定流体的沸点。
单相浸没冷却在计算机服务器冷却方面有很长历史。在单相浸没冷却中不存在相变。相反，液体在其循环通过计算机服务器和或热交换器时变热，并且然后利用泵循环到热交换器以进行冷却，之后返回到服务器，从而将热量从计算机服务器传递出去。用于单相浸没冷却的流体通常具有与用于两相浸没冷却的那些流体相同的要求，只是沸点通常高于30℃至75℃，以减少蒸发损失。
提供了一种具有接近环境温度的工作温度范围的浸没冷却器。例如，与不包括本文公开的一个或多个特征结构的概念相比，本公开的实施方案提供了一种具有用于热管理的流体的浸没冷却器，该流体是环境友好的(即，具有低全球变暖潜能值(GWP)和低臭氧破坏潜能值(ODP))。
还提供了一种浸没冷却的方法，其中装置是发热部件，该方法包括将发热部件至少部分地浸没到液态的浸没冷却流体中，并且使用浸没冷却流体传递来自发热部件的热量。此类装置包括电气部件、机械部件和光学部件。本公开的装置的示例包括但不限于微处理器、用于制造半导体器件的晶圆、功率控制半导体、配电开关设备、电力变压器、电路板、多芯片模块、封装和未封装的半导体器件、激光器、燃料电池、电化学电池和高容量储能装置(诸如电池组)。在一些实施方案中，装置可以包括冷却机、加热器或它们的组合。
在某些实施方案中，装置可以包括电子装置，诸如处理器(包括微处理器)。微处理器的最高工作温度通常为约85℃，因此在高处理能力(即高排热率)的条件下需要有效的热传递。在其他实施方案中，装置可以包括储能***，诸如电池组。当快速充电或放电时，电池组可散发大量热量，需要有效地移除这些热量，以避免过热、内部损坏、电池组附近的热失控和潜在的火灾。随着这些电子和电气装置变得更密集、更强大，每单位时间和体积产生的热量也随之增加。因此，热传递机制在其性能中发挥重要作用。热传递流体通常具有良好的热传递性能、良好的电相容性(即使用于“间接接触”应用，诸如采用冷板的那些应用)以及低毒性、低易燃性或不易燃性和低环境影响。良好的电相容性表明，候选热传递流体表现出高介电强度、高体积电阻率、低损耗因子、低介电常数和较差的极性材料的溶解能力。另外，热传递流体应表现出良好的材料相容性，即，它不应以不利的方式影响典型的构造材料。
一般认为，全氟化液体(诸如Fluorinert FC-72和FC-3284)可以表现出极好的介电性质，诸如介电常数为2.0或更小，大约1015ohm-cm的高体积电阻率和高介电强度。然而，这些流体通常还与高GWP相关，远远超出了许多行业应用的目前要求。据报道，FluorinertFC-72的GWP>9000。氢氟醚的GWP较低，但是仍不能令人满意。例如，Novec 7100的GWP为297。因此，仍然需要用于浸没冷却的工作流体，该工作流体满足行业的介电应用，同时具有低于行业目前要求的GWP(通常小于150)。在另一个实施方案中，工作流体的GWP小于100。在另一个实施方案中，所公开的组合物具有不大于50的全球变暖潜能值(GWP)。如本文所用，“GWP”是相对于二氧化碳以及在100年的时间跨度内的测量值，如“The ScientificAssessment of Ozone Depletion,2002,a report of the World MeteorologicalAssociation’s Global Ozone Research and Monitoring Project”中所定义。
在表1中示出了可单独或组合用作介电工作流体的合适的化合物和组合物。
表1
在一个实施方案中，工作流体可选自表1中列出的全氟化烯烃化合物及其混合物。
在图1中示出了浸没冷却单元100的实施方案。浸没冷却***100包括浸没池110，该浸没池限定内腔120。待冷却的电子或电气部件130可以放置在内腔120中。介电工作流体140部分地填充内腔120。介电工作流体140至少部分地浸没电子部件130。在一些实施方案中，介电工作流体140基本上浸没电子部件130。在一个实施方案中，介电工作流体140完全浸没电子部件130。冷凝盘管150另外存在于内腔120中。冷凝盘管150可以在空间上位于介电工作流体140的至少一部分上方。
在操作期间，由电气部件130产生的热量加热介电工作流体140，从而使介电工作流体140的一部分气化。介电工作流体140蒸气接触介电工作流体140上方的冷凝盘管150，并将热能传递到冷凝盘管150，从而允许冷凝介电工作流体140以沉淀回下面的液态介电工作流体140中。传递到冷凝盘管150的热能在浸没池110的外部传输并且经由热交换器160释放到环境或冷却机中。释放的热能还可以被回收并用于加热应用或能源发电(诸如朗肯(Rankine)循环)。
浸没冷却器100的介电工作流体被选择为在浸没冷却器100的操作温度范围内经历从液态到气态的相变。在一些实施方案中，介电工作流体140的组合物包含一种或多种氟化化合物。在一些实施方案中，介电工作流体140包含一种或多种化合物，该一种或多种化合物包含氟和氯两者。在一些实施方案中，操作温度为至少25℃、至少30℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、小于100℃、小于90℃、小于80℃、小于70℃、小于60℃以及它们的组合。
在一个实施方案中，新型低GWP介电流体的标准沸点可处于被替换的流体的至少10℃内。在另一个实施方案中，新型低GWP介电流体的标准沸点可处于8℃内。在又另一个实施方案中，新型低GWP介电流体的标准沸点可处于5℃内。
介电工作流体140还可被选择为表现出适合于与电气和电子部件直接接触的介电常数、体积电阻率、介电强度和损耗角正切(损耗因子)。一般而言，表现出低介电常数、低损耗角正切或损耗因子、高体积电阻率和大介电强度的材料为浸没其中的电气部件130提供增加的电绝缘性以及减少的信号损失。在一些实施方案中，介电工作流体140的介电常数在操作频率范围(可以高达100GHz)内小于约8。合适的介电工作流体包含介电常数在操作频率范围(高达约100GHz)内小于7.3、或小于5.5、或小于5.0、或小于4.0、或小于3.5、或小于2.7、或小于2.5、或小于2.0、或小于1.9、或小于1.8、或小于1.5的化合物和混合物。其他实施方案包括介电常数大于1.0且小于8.0、或大于2.0且小于7.3、或大于2.5且小于5.5、或大于3.5且小于5.0的化合物和混合物。
在一个实施方案中，新型低GWP流体的介电常数比现有高GWP流体的介电常数高不超过10％。在另一个实施方案中，新型低GWP流体的介电常数比现有高GWP流体的介电常数高不超过20％。在又另一个实施方案中，新型低GWP流体的介电常数比现有高GWP流体的介电常数高不超过50％，甚至在高达约60GHz或高达100GHz的高频率下也是如此。
良好工作流体的另一个特征是它具有高体积电阻率。体积电阻率是一种固有性质，它度量材料在每单位长度的单位横截面上抵抗电流的强度，通常以ohm-cm、ohm-m为单位表示。较高的体积电阻率意味着材料是较好的电绝缘体。材料的电阻可以通过将体积电阻率乘以长度并除以材料的横截面面积来计算。
因此，需要更高体积电阻率的介电流体，因为它产生更高的电阻，从而产生更低的电流泄漏。例如，电流泄漏可能导致储能装置(诸如电池组)的自放电。这还意味着不同电压的电气部件可以被放置得更近(更小的“L”)，以满足给定的最小电阻要求，从而可能产生更紧凑的组装件。在一个实施方案中，有效工作流体具有在25℃处测量的至少1×1010ohm-cm的体积电阻率。在另一个实施方案中，有效工作流体具有至少1×1012ohm-cm的体积电阻率。在又另一个实施方案中，有效工作流体具有至少1×1014ohm-cm的体积电阻率。众所周知，水的体积电阻率要低得多。因此，具有高体积电阻率的流体也是令人期望的，因为在流体中存在水的情况下，它们将仍然维持足够的实际体积电阻率水平。
在一个实施方案中，新型低GWP流体的体积电阻率必须高于约1.0×1011。在另一个实施方案中，体积电阻率比被替换的高GWP流体低不超过约一个数量级。在又另一个实施方案中，体积电阻率不超过约两个数量级。
介电流体的另一个重要性质是介电强度，介电强度被定义为材料在不发生电击穿和电导通的情况下可以抵抗的每单位长度的最大电场或电压。它通常以kV/mm或kV/0.1”间隙为单位度量。对于给定的距离或“间隙”，材料变得电导通的电压称为击穿电压。较高介电强度的材料是有利的，因为它允许两个导体之间存在更高的电压，或者它允许两个导体放置得更近，从而产生可能更紧凑的组装件。在一个实施方案中，介电强度大于约10kV/0.1”间隙。在另一个实施方案中，介电强度大于约20kV/0.1”间隙。在又一个实施方案中，介电强度大于约30kV/0.1”间隙。在又另一个实施方案中，介电强度大于约35kV/0.1”间隙。
在一个实施方案中，新型低GWP流体的介电强度必须比被替换的高GWP流体的介电强度低不超过约10％。在另一个实施方案中，新型低GWP流体的介电强度比高GWP流体的介电强度低不超过约20％。
介电损耗角正切，有时称为损耗因子，是另一个关键的介电性质，尤其是在高频下，因为它对信号衰减或信号损失有影响。它以tan(δ)来定义，是介电常数的虚部与相对实部的比值。它也是通过电介质的电磁场(RF)携带的能量被电介质吸收的速率的度量，即它定量热量形式的电磁能损耗。此外，损耗角正切通常高度依赖于频率，并且可以尤其是从1GHz以上的频率开始增加，这可以存在于诸如数据中心、5G和Wi-fi技术的应用中。更重要的是，每单位长度的信号损失或衰减(通常以dB/cm为单位度量)与损耗角正切成正比。换句话说，对于通过介电流体的信号而言，流体的损耗角正切越高，每单位长度的信号损失就越高，因此它可以行进的距离就越短。因此，非常期望介电流体在高于1GHz至高达约100GHz的频率处具有低损耗角正切值。发明人发现的流体已经显示出在高频处非常有利的损耗角正切值。
发明人还发现，与被替换的较高GWP的流体相比，新提出的低GWP流体具有相同且有时更低的损耗角正切值，尤其是在高频处。
前述所有期望的介电性质——高介电强度、低介电常数、低损耗角正切和高体积电阻率必须主要存在于液相中，但也可存在于气相中。
浸没冷却流体的其他期望的特征涉及其不显著损坏IT和计算机零件(诸如电缆、电线、密封件、金属等零件)，以及暴露于介电流体的槽的构造材料或者不与这些零件和材料显著发生反应的能力。
还期望与现有流体相比，这些流体与电子部件具有类似的相互作用，以便最小化零件的替换。
污染物控制措施(诸如过滤***)可用于移除由于与构造材料发生反应而可能产生的固体或液体残渣。污染控制措施也可用于维持足够低的酸含量和水含量。
典型的不可冷凝气体(诸如氮气和氧气)也可存在于介电流体中，并且可对沸腾和冷凝热传递有害。因此，具有介电两相流体的***可配备有补充装置，该补充装置至少部分地的移除或控制介电流体中的不可冷凝含量的水平。
工作流体140传输热量的能力与介电工作流体140的气化热有关。通常介电工作流体140的气化热越大，工作流体140在气化和传输至冷凝盘管150以在冷凝期间释放的过程中吸收的能量越多。还期望这些流体是不易燃的或不存在闪点。诸如ASTM D56、D1310和E681的标准可以用于评估易燃性。
由于这些流体的目的是移除来自电子或电气部件的热量，因此一个重要的考虑因素是介电流体的两相热传递效果如何。更具体而言，这些流体在池沸腾条件下的热传递效果如何。池沸腾热传递通常分为不同的模式或模态：
1)自然对流：在“壁过热”或“过高温度”值–流体的饱和温度与壁或表面温度之间的差值较小时发生
2)泡核沸腾：在过热足以使气泡形成并从表面分离时发生，从而显著提高热传递系数和热通量。该模式通常是用于移除热量的沸腾操作的优选模态。泡核沸腾区域受到临界热通量(CHF)(单位为kW/m2)的限制。热传递装置通常被设计为在低于CHF的热通量处运行。临界热通量对于每种流体都是特定的，并且取决于若干热物理性质。它可以通过诸如Zuber(1959)的半经验模型进行实验测量或估算。CHF较高的流体是所期望的，因为对于给定的壁过热，它们可以移除每单位面积更多的热量。
3)过渡沸腾：表面开始形成气膜，并且在泡核沸腾和膜态沸腾之间存在振荡。该模态是不稳定的，不适合运行。
4)膜态沸腾：在该区域中，壁过热非常高，以至于在液体和表面之间形成蒸气覆盖层–从而显著降低热传递系数。该区域也不适合运行。
这些模态如图3所示。
表2：在海平面大气压(101.325kPa)处计算的工作流体的临界热通量
表2显示，所提出的PFO具有与传统流体相当且有时更高的CHF。CHF是在海平面大气压(101.325kPa)处使用Zuber(1958)相关性获得的，而热物理性质是通过REFPROP 10确定的。
沸腾热传递的另一个方面是泡核沸腾区域的热传递系数。其是以所移除的热量(例如，以“瓦特”为单位)、每单位面积(例如，以“m2”为单位)、表面与本体流体之间的每单位温度差(例如，以“开尔文”为单位)来测量。
在一个实施方案中，非常期望新型低GWP流体提供与其所替换的较高GWP流体相比相等或更高的临界热通量。在另一个实施方案中，新型低GWP流体应提供不小于90％的临界热通量。在又另一个实施方案中，新型低GWP流体应提供不小于高GWP流体的80％的临界热通量，使得现有的浸没冷却***中的最大热通量耗散不存在显著变化，或者设计用于更高GWP流体的浸没冷却***不存在重大设计变化。
更高的沸腾热传递系数是令人期望的，因为其会使总热阻更低，或使被冷却的电气部件的温度更低。通过使用能增加泡核位点数量的表面增强，可改善沸腾热传递系数和电气部件-流体热阻。
电气部件-流体热阻可由电子/电气部件的沸腾热传递系数和热传递面积之间的乘积的倒数来确定。
在一个实施方案中，与现有高GWP流体相比，新流体的电气部件-流体热阻必须更低或相等。在另一个实施方案中，新流体的电气部件-流体热阻必须比现有高GWP流体的电气部件-流体热阻高比现有高GWP流体的电气部件-流体热阻高不超过10％。在又另一个实施方案中，新流体的电气部件-流体热阻必须比现有高GWP流体的电气部件-流体热阻高不超过20％，因此现有电子装置的温度不存在显著升高或者不必对高GWP流体的***设计实施显著的机械改变。
两相浸没冷却***中使用的流体的另一个重要方面是其冷凝热传递系数。更高的冷凝热传递系数是令人期望的，因为其会使热阻降低，或使冷凝蒸气与移除热量的冷却剂之间的温度差更低。通过表面增强也可以改善冷凝热传递。
蒸汽-冷凝器表面热阻可由冷凝器的冷凝热传递系数和热传递面积之间的乘积的倒数来确定。
在一个实施方案中，与现有高GWP流体相比，新流体的蒸气-冷凝器热阻必须更低或相等。在另一个实施方案中，与现有高GWP流体相比，新流体的蒸气-冷凝器热阻必须高不超过10％。在又另一个实施方案中，与现有高GWP流体相比，新流体的蒸气-冷凝器热阻必须高不超过20％，因此冷凝器性能不存在显著下降，或者不必对设计用于高GWP流体的冷凝器实施显著的机械改变(例如，增加热传递面积)。
更高的沸腾热传递系数和冷凝热传递系数的组合是非常期望的，因为它们降低了冷却剂与电子或电气设备之间的总热阻并且降低了它们二者之间的温度差。更好的热传递系数可以更好地移除热量，例如，可以允许浸没介电液体中的电池组以更快的速率充电，而不会导致潜在的热失控。
热传递系数可以通过实验来测量或者使用实验确定的热传递相关性与实验确定的热物理性质组合来计算。
表3：在海平面大气压处的热传递系数和温度差
| 电子表面至流体热阻 | 蒸气至冷凝器表面热阻 | |
| K/W | K/W | |
| PFH | 0.61 | 3.3 |
| 141-10myy | 0.56 | 3.0 |
| 151-12myy | n/a | n/a |
| Novec7000 | 0.50 | 3.1 |
| Novec7100 | 0.56 | 3.2 |
| Novec7200 | 0.55 | 3.4 |
| FC-72 | 0.59 | 3.6 |
| FC-3284 | 0.57 | NA |
在表3中，电子表面-流体热阻由池沸腾热传递系数和4cm2的电子表面热传递面积之间的乘积的倒数来确定。池沸腾热传递系数是在海平面大气压处对于泡核沸腾使用Cooper(1984)相关性获得的，其中粗糙度为1微米并且热通量为100kW/m2。蒸汽-冷凝器表面热阻由冷凝热传递系数和0.2m2的冷凝器表面积的乘积的倒数来确定。冷凝热传递系数是在海平面大气压处并且在本体流体与冷凝器表面之间的温度差为8K的情况下对于管束上的外部冷凝使用Dhir和Lienhard(1971)相关性获得的。
表2显示，要求保护的介电流体与传统高GWP流体相比具有相同的热传递系数和温度差。
数据中心的电源使用或效率可以以PUE–电源使用效率来定量。PUE越低或越接近1.0，用于从数据中心移除给定热量的能量就越低。非常令人期望的是使装有介电流体的浸没槽能够在接近1.0的PUE值处运行。浸没冷却槽的PUE可通过测量浸没式电子设备所耗散的总能量和槽所消耗的能量来获得。由于具有相同的介电、热力学和热传递性质，所提出的流体还可以用于替换现有设备中的传统高GWP流体，这种实践通常称为“改造”。当只有一部分现有流体被替换时，改造可以是部分的，或者当全部流体被新型低GWP流体替换时，改造可以是完全的。
在图2中示出了浸没冷却单元200的实施方案。浸没冷却***200包括限定内腔220的浸没池210。待冷却的电子部件230可以放置在内腔220中。介电工作流体240部分地填充内腔220。介电工作流体240至少部分地浸没电子部件230。在一些实施方案中，介电工作流体240基本上浸没电子部件230。在一个实施方案中，介电工作流体240完全浸没电子部件230。冷却单元250定位在浸没池210外部。冷却单元250流体连接至浸没池210。冷却单元250被构造成从浸没池210流体接收介电工作流体240的至少一部分。冷却单元250还被构造成从介电工作流体240提取热量，从而降低介电工作流体240的温度。在一个实施方案中，冷却单元250包括热交换器。在一个实施方案中，传递至冷却单元250的热量被释放到环境中。冷却单元250还被构造成使冷却的介电工作流体240返回到浸没冷却单元210。在一些实施方案中，可以向介电工作流体240提供动力。在一个实施方案中，动力可以由一个或多个循环泵260提供。在一个实施方案中，动力可以由对流提供。
浸没冷却器200的介电工作流体被选择为在浸没冷却器200的操作温度范围内处于液态。在一些实施方案中，介电工作流体240的组合物包含一种或多种氟化化合物。在一些实施方案中，介电工作流体240包含一种或多种化合物，该一种或多种化合物包含氟和氯两者。在一些实施方案中，操作温度为至少25℃、至少30℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、小于140℃、小于130℃、小于120℃、小于110℃、小于100℃、小于90℃、小于80℃、小于70℃以及它们的组合。
由于具有相同的介电、热力学和热传递性质，所提出的流体还可以用于替换现有设备中的传统高GWP流体，这种实践通常称为“改造”。
从实际角度来看，在***启动和运行期间，液态水被推入装置的顶部空间。冷却***(尤其是顶部空间)中存在水是不期望的。水可能导致***顶部空间中的金属部件的腐蚀。水可能导致***顶部空间中的金属部件的腐蚀。介电流体中存在水可能会损害介电流体的介电性质，因为水的电阻率明显较低(蒸馏水为5×105ohm-cm)。
可向介电工作流体140中添加附加添加剂。合适的添加剂包括直链烃、直链卤代烃、环状烃、环状卤代烃、氢氟烯烃、氢氟烃、七氟环戊烷、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-十氟戊烷、3-乙氧基丙酸乙酯、醇(例如，甲醇、乙醇、异丙醇)、醚、卤代醚、碳酸酯、酮和卤代酮。合适的添加剂的示例包括戊烷、己烷、庚烷、辛烷、环戊烷、环己烷、环庚烷、甲基环丁烷、甲基环戊烷、二***、二异丙基醚、C4F9OCH3、C4F9OCH2CH3、i-C4F9OCH2CH3、(CF3)2CFCF(OCH3)CF2CF3(73DE)、C3F7OCH3、(CF3)2CFCF(OCH2CH3)CF2CF2CF3(HFE 7500)、1,1,1,2,3,3-六氟-4-(1,1,2,3,3,3-六氟丙氧基)戊烷(HFE 7600)、呋喃、2,3,3,4,4-五氟四氢-5-甲氧基-2,5-双[1,2,2,2-四氟-1-(三氟甲基)乙基]-(HFE 7700)、甲基全氟庚烯醚(Vertrel SF-10)、碳酸二甲酯和1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-(2-三氟甲基)-3-戊酮(Novec 1230)。
虽然已经参考一个或多个实施方案描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其要素。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行多种修改以使特定情况或特定材料适合本发明的教导内容。因此，本发明旨在不限于公开为执行本发明的最佳预期方式的具体的实施方案，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方案。此外，具体实施方式中识别的所有数值将被解释为好像精确值和近似值都被明确地识别。
实施例
如US 5162594中所述那样获得了全氟庚烯异构体(PFO-1614mcyy和PFO-161-14myy)和全氟戊烯PFO-141-10的混合物的样品。PFO-151-12mcyy商购自Synquest实验室。介电常数根据ASTMD150在25℃、1KHz处测量。体积电阻率根据ASTM D1169在25℃、500VDC处测量。结果汇总于下表4中。可以看出，与3M Novec 7000、7100和7200相比，PFH混合物、PFO-141-10myy、PFO-151-12myy具有优异的介电性质；更高的体积电阻率和更低的介电常数。PFH混合物、PFO-141-10myy、PFO-151-12myy也具有与FC3284和FC-72相同的介电性质，但是GWP显著更低。
表4：工作流体性质
Claims (23)
1.一种浸没冷却单元，所述浸没冷却单元包括：
浸没池，所述浸没池限定内腔；
i)电子部件，所述电子部件位于所述内腔中；
ii)介电工作流体，所述介电工作流体部分地填充所述内腔；
iii)冷凝盘管，所述冷凝盘管定位所述内腔中在所述电子部件上方；
其中所述介电工作流体至少部分地浸没所述电子部件；并且
其中所述介电工作流体包含以下至少一者：
全氟庚-2-烯(PFO-161-14myy)、全氟庚-3-烯(PFO-161-14mcyy)、全氟戊-2-烯(PFO-141-10myy或全氟己-2-烯(PFO-151-12mcy)。
2.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述介电工作流体不浸没所述冷凝盘管。
3.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中工作温度范围介于25℃与100℃之间。
4.根据权利要求3所述的浸没冷却单元，其中所述工作温度范围介于40℃与90℃之间。
5.根据权利要求3所述的浸没冷却单元，其中所述工作温度范围介于60℃与80℃之间。
6.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述介电工作流体的电阻率为至少1×1010Ω-cm。
7.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述介电工作流体的所述电阻率为至少1×1012Ω-cm。
8.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述介电工作流体的所述电阻率为至少1×1014Ω-cm。
9.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述介电工作流体的所述电阻率为至少1×1015Ω-cm。
10.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述介电工作流体具有小于100的全球变暖潜能值(GWP)。
11.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述介电工作流体另外包含直链烃、直链卤代烃、环状烃、环状卤代烃、氢氟烯烃、氢氟烃、碳酸酯、酮或卤代酮、七氟环戊烷、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-十氟戊烷、3-乙氧基丙酸乙酯、醚、卤代醚。
12.根据权利要求11所述的浸没冷却单元，其中所述直链烃包括戊烷、己烷、庚烷或辛烷。
13.根据权利要求11所述的浸没冷却单元，其中所述环状烃包括环戊烷、环己烷、环庚烷、甲基环丁烷或甲基环戊烷。
14.根据权利要求11所述的浸没冷却单元，其中所述醚包括二***、二异丙基醚、C4F9OCH3(CAS163702-07-6)、C4F9OCH2CH3(CAS 163702-05-4)；i-C4F9OCH2CH3(CAS163702-06-5)、(CF3)2CFCF(OCH3)CF2CF3(73DE,CAS132182-92-4)、C3F7OCH3(CAS 375-03-1)、(CF3)2CFCF(OCH2CH3)CF2CF2CF3(HFE 7500，CAS297730-93-9)、1,1,1,2,3,3-六氟-4-(1,1,2,3,3,3-六氟丙氧基)戊烷(HFE 7600，CAS 870778-34-0)、呋喃、2,3,3,4,4-五氟四氢-5-甲氧基-2,5-双[1,2,2,2-四氟-1-(三氟甲基)乙基]-(HFE7700,CAS 812-05-4]、甲基全氟庚烯醚(Vertrel SF-10)。
15.根据权利要求11所述的浸没冷却单元，其中所述酮或碳酸酯包括1,1,1,2,4,4,5,5,5-九氟-(2-三氟甲基)-3-戊酮或碳酸二甲酯(CAS 616-38-6)。
16.根据权利要求1所述的浸没冷却单元，其中所述电子部件是以下中的一者：微处理器、用于制造半导体器件的晶圆、功率控制半导体、配电开关设备、电力变压器、电路板、多芯片模块、封装和未封装的半导体器件、激光器、燃料电池和电化学电池。
17.一种用于冷却电气部件的方法，所述方法包括：
将电气部件至少部分地浸没在工作流体中；以及
使用所述工作流体传递来自所述电气部件的热量；
其中所述工作流体包含以下至少一者：全氟庚-2-烯(PFO-161-14myy)、全氟庚-3-烯(PFO-161-14mcyy)、全氟戊-2-烯(PFO-141-10myy或全氟己-2-烯(PFO-151-12mcy)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述热量传递通过将所述工作流体从待冷却的所述电气部件泵送到远程散热器而发生。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述热量传递通过以下方式而发生：使与待冷却的所述电气部件接触的所述工作流体气化，并且通过与散热器接触来使所述工作流体蒸气冷凝。
20.一种替换浸没冷却***中的高GWP介电流体的方法，所述方法包括：
向被设计用于与全氟化工作流体一起使用的浸没冷却***装入包含以下至少一者的组合物：全氟庚-2-烯(PFO-161-14myy)、全氟庚-3-烯(PFO-161-14mcyy)、全氟戊-2-烯(PFO-141-10myy或全氟己-2-烯(PFO-151-12mcy)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述替换流体的电气部件至流体热阻低于或等于所述全氟化工作流体。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述替换流体的所述电气部件至流体热阻比所述全氟化工作流体的所述电气部件至流体热阻大不超过20％。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述替换流体的所述电气部件至流体热阻比所述全氟化工作流体的所述电气部件至流体热阻大不超过10％。
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