冷却介质及其制备方法、冷却系统和电子设备与流程

1.本发明属于冷却介质技术领域，具体涉及一种冷却介质及其制备方法、冷却系统和电子设备。


背景技术：

2.当今数字经济时代，随着人工智能、大数据、云计算等技术的发展，数据量更是以几何倍数增长。承担这些数据运算和存储的数据中心，也出现了高密高电的发展趋势。这样的快速发展带来一个严峻的问题即服务器散热问题，传统的风冷散热技术已不能完全满足数据中心服务器的散热需求，并存在噪音大、能耗高等缺陷，制约着数据中心的进一步发展。
3.近几年随着科学技术的进步，液冷散热逐渐代替了传统的风冷散热技术。相对于风冷散热，液冷散热不仅提高了散热效率，同时降低了能耗，节省了空间。液冷散热是将冷却介质作为传热介质为服务器散热，因此冷却介质需要与冷却系统中的金属、非金属材料有良好的兼容性，同时还需具备良好的换热性能和流动性能。然而目前常用的氟碳介质等冷却介质存在粘度高、冷却介质流阻大，所需求的泵的功率高以及能耗高等一系列问题。
4.有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种低粘度、安全且高效的冷却介质。
6.本发明的第二目的在于提供上述冷却介质的制备方法。
7.本发明的第三目的在于提供一种冷却系统。
8.本发明的第四目的在于提供一种电子设备，包括上述冷却介质或冷却系统。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
10.本发明提供了一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
11.六氟丙烯二聚体9
‑
90％，全氟己烷9
‑
90％和1,3
‑
二氯六氟丙烷1
‑
10％。
12.进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，所述冷却介质包括以下质量分数的组分：
13.六氟丙烯二聚体10
‑
80％，全氟己烷10
‑
80％和1,3
‑
二氯六氟丙烷1
‑
10％。
14.进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，所述冷却介质包括以下质量分数的组分：
15.六氟丙烯二聚体30
‑
65％，全氟己烷30
‑
65％和1,3
‑
二氯六氟丙烷1
‑
8％。
16.进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，所述冷却介质在30℃下的动力粘度为0.38
‑
0.45mpa
·
s。
17.进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，所述冷却介质的蒸发潜热为88
‑
93j/g。
18.本发明还提供了一种冷却介质的制备方法，包括以下步骤：
19.将六氟丙烯二聚体、全氟己烷和1,3
‑
二氯六氟丙烷混合，得到冷却介质。
20.进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，混合的操作温度为20
‑
30℃。
21.进一步地，在本发明上述技术方案的基础之上，混合的操作压力为95
‑
105kpa。
22.本发明还提供了一种冷却系统，包含上述冷却介质或上述的制备方法制得的冷却介质。
23.本发明还提供了一种电子设备，包括上述冷却介质或冷却系统；
24.优选地，所述电子设备包括计算机、数据中心服务器、电力变换装置或雷达系统。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.(1)本发明提供了一种冷却介质，主要通过六氟丙烯二聚体、全氟己烷和1,3
‑
二氯六氟丙烷配合而成，其中，1,3
‑
二氯六氟丙烷与六氟丙烯二聚体、全氟己烷之间具有良好的相容性，所形成的冷却介质粘度较低，流动阻力小，相应所需求的泵功率较小，从而使得应用其的冷却系统的工作能耗降低，散热效率提高，进而达到降耗节能的目的；同时通过控制各原料的用量即可灵活调控冷却介质的粘度变化，使得该冷却介质具有良好的流动性能和换热性能；
27.另外，该冷却介质与冷却系统中的金属、非金属材料有良好的兼容性，且由于冷却介质各原料均具有不导电、不易燃及无腐蚀性的特点，使得该冷却介质具有安全性高的特性，可应用于各种不同电子设备中。
28.(2)本发明提供了一种冷却介质的制备方法，该制备方法工艺简单，操作便利，适用于大规模工业生产。
29.(3)本发明提供了一种冷却系统，包含上述冷却介质，鉴于上述冷却介质所具有的优势，使得应用其的冷却系统具有较低的工作能耗，同时还具有较高的换热效率，节能降耗效果明显。
30.(4)本发明提供了一种电子设备，包括上述冷却介质或冷却系统，鉴于上述冷却介质或冷却系统所具有的优势，使得应用其的电子设备具有同样的优势。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明提供的一种实施方式的冷却系统循环原理示意图。
33.图标：1
‑
机箱壳体；2
‑
发热元器件；3
‑
泵；4
‑
流道；5
‑
散热装置；6
‑
泄压阀。
具体实施方式
34.下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产
品。
35.根据本发明的第一个方面，提供了一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
36.六氟丙烯二聚体9
‑
90％，全氟己烷9
‑
90％和1,3
‑
二氯六氟丙烷1
‑
10％。
37.具体的，六氟丙烯二聚体和全氟己烷均具有热稳定性高、不易燃、不导电、无腐蚀性的特性，使得其可作为冷却介质使用。在该冷却介质中，六氟丙烯二聚体典型但非限制性的质量分数为9％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、24％、25％、26％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％或90％。全氟己烷典型但非限制性的质量分数为9％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％、48％、50％、52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％或90％。
38.1,3
‑
二氯六氟丙烷同样也具有热稳定性高、不易燃、不导电、无腐蚀性等特性，且其与六氟丙烯二聚体、全氟己烷具有良好的相容性。将少量1,3
‑
二氯六氟丙烷与六氟丙烯二聚体、全氟己烷混合，即可明显降低冷却介质的粘度。1,3
‑
二氯六氟丙烷的用量对于冷却介质的性能有直接影响。如果1,3
‑
二氯六氟丙烷的用量过低(低于1％)，则冷却介质仍存在粘度高、流阻大的缺陷，也就是对改变冷却介质的粘度无明显效果；如果1,3
‑
二氯六氟丙烷的用量过高(高于10％)，会导致冷却介质蒸发潜热等热工性能发生不可容忍的改变。故1,3
‑
二氯六氟丙烷的质量分数应控制在特定的数值范围内。在本发明中，1,3
‑
二氯六氟丙烷典型但非限制性的质量分数为1％、2％、3％、4％、5％、6％、8％、9％或10％。
39.本发明提供的冷却介质主要通过六氟丙烯二聚体、全氟己烷和1,3
‑
二氯六氟丙烷配合而成，其中，1,3
‑
二氯六氟丙烷与六氟丙烯二聚体、全氟己烷之间具有良好的相容性，所形成的冷却介质粘度低，流动阻力小，相应所需求的泵功率小，从而使得应用其的冷却系统的工作能耗降低，散热效率提高，进而达到节能的目的；同时通过控制各原料的用量即可灵活调控冷却介质的粘度变化，使得该冷却介质具有良好的流动性能和换热性能。
40.另外，该冷却介质与冷却系统中的金属、非金属材料有良好的兼容性，且由于冷却介质各原料均具有不导电、不易燃及无腐蚀性的特点，使得该冷却介质具有安全性高的特性，可应用于各种不同电子设备中。
41.本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括冷却介质领域可接受的其他组分，这些其他组分可赋予冷却介质不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由
……
制成”。
42.作为本发明的一种可选实施方式，所述冷却介质包括以下质量分数的组分：
43.六氟丙烯二聚体10
‑
80％，全氟己烷10
‑
80％和1,3
‑
二氯六氟丙烷1
‑
10％。
44.优选地，所述冷却介质包括以下质量分数的组分：
45.六氟丙烯二聚体30
‑
65％，全氟己烷30
‑
65％和1,3
‑
二氯六氟丙烷1
‑
8％。
46.通过对冷却介质各原料用量的限定，使得该冷却介质具有粘度低、流动性高等特性。
47.冷却介质的粘度影响冷却系统的工作功耗。作为本发明的一种可选实施方式，冷却介质在30℃下的动力粘度为0.38
‑
0.45mpa
·
s。冷却介质典型但非限制性的动力粘度为0.38mpa
·
s、0.39mpa
·
s、0.40mpa
·
s、0.41mpa
·
s、0.42mpa
·
s、0.43mpa
·
s、0.44mpa
·
s
或0.45mpa
·
s。
48.作为本发明的一种可选实施方式，冷却介质的蒸发潜热为88
‑
93j/g。
49.冷却介质典型但非限制性的蒸发潜热例如为88j/g、88.5j/g、89j/g、89.5j/g、90j/g、90.5j/g、91j/g、91.5j/g、92j/g、92.5j/g或93j/g。
50.通过对冷却介质上述性能参数的进一步限定，使得该冷却介质具有较低的粘度以及流动阻力，可有效降低泵的功率以及能耗。
51.根据本发明的第二个方面，还提供了上述冷却介质的制备方法，包括以下步骤：
52.将六氟丙烯二聚体、全氟己烷和1,3
‑
二氯六氟丙烷混合，得到冷却介质。
53.本发明提供的上述冷却介质的制备方法，该制备方法工艺简单，操作便利，适用于大规模工业生产。采用该制备方法制得的冷却介质的稳定性好。
54.作为本发明的一种可选实施方式，混合的温度为20
‑
30℃。典型但非限制性的混合的温度为20℃、22℃、24℃、25℃、26℃、28℃或30℃。
55.作为本发明的一种可选实施方式，混合的压力为95
‑
105kpa。典型但非限制性的混合的压力为95kpa、96kpa、98kpa、99kpa、100kpa、102kpa、104kpa或105kpa。
56.通过对冷却介质制备过程中混合温度和压力的限定，使得各组分相容性良好，所得到的冷却介质具有良好的均一性以及稳定性。
57.根据本发明的第三个方面，还提供了一种冷却系统，包含上述冷却介质或上述的制备方法制得的冷却介质。
58.对于冷却系统的种类不作具体限定，例如可采用冷板散热或浸没散热的冷却系统。
59.鉴于上述冷却介质所具有的优势，使得应用其的冷却系统具有较低工作能耗的同时，还具有较高的换热效率，节能降耗效果明显。
60.作为本发明的一种可选实施方式，冷却系统包括计算机服务器冷却系统，该计算机服务器冷却系统包括盛装有冷却介质的机箱壳体1、发热元器件2、泵3、流道4、散热装置5和泄压阀6，计算机服务器冷却系统循环原理示意图如图1所示。
61.发热元器件2浸没于机箱壳体1内的冷却介质中，发热元器件2将热量传递给冷却介质后，冷却介质经泵3流入流道4内，同时与散热装置5进行换热后再次流回壳体内。泄压阀6用于对机箱壳体1内进行排气泄压，防止机箱壳体1因内部温度升高而压力过大。
62.根据本发明的第四个方面，还提供了一种电子设备，包括上述冷却介质或冷却系统。
63.鉴于上述冷却介质或冷却系统所具有的优势，使得其可适用于各种电子设备的冷却换热。
64.电子设备的种类不作具体限定，例如可以为数据中心服务器、超级计算机、电力变换装置、车载计算机或雷达系统。
65.下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
66.实施例1
67.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
68.六氟丙烯二聚体49％，全氟己烷49％和1,3
‑
二氯六氟丙烷2％。
69.实施例2
70.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
71.六氟丙烯二聚体48％，全氟己烷48％和1,3
‑
二氯六氟丙烷4％。
72.实施例3
73.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
74.六氟丙烯二聚体47％，全氟己烷47％和1,3
‑
二氯六氟丙烷6％。
75.实施例4
76.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
77.六氟丙烯二聚体46％，全氟己烷46％和1,3
‑
二氯六氟丙烷8％。
78.实施例5
79.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
80.六氟丙烯二聚体45％，全氟己烷45％和1,3
‑
二氯六氟丙烷10％。
81.实施例6
82.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
83.六氟丙烯二聚体49.5％，全氟己烷49.5％和1,3
‑
二氯六氟丙烷1％。
84.实施例7
85.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
86.六氟丙烯二聚体49％，全氟己烷47％和1,3
‑
二氯六氟丙烷4％。
87.实施例8
88.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
89.六氟丙烯二聚体49％，全氟己烷45％和1,3
‑
二氯六氟丙烷6％。
90.实施例9
91.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
92.六氟丙烯二聚体47％，全氟己烷49％和1,3
‑
二氯六氟丙烷4％。
93.实施例10
94.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
95.六氟丙烯二聚体45％，全氟己烷49％和1,3
‑
二氯六氟丙烷6％。
96.实施例11
97.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
98.六氟丙烯二聚体87％，全氟己烷9％和1,3
‑
二氯六氟丙烷4％。
99.实施例12
100.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
101.六氟丙烯二聚体70％，全氟己烷26％和1,3
‑
二氯六氟丙烷4％。
102.实施例13
103.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
104.六氟丙烯二聚体9％，全氟己烷87％和1,3
‑
二氯六氟丙烷4％。
105.实施例14
106.本实施例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
107.六氟丙烯二聚体26％，全氟己烷70％和1,3
‑
二氯六氟丙烷4％。
108.实施例1
‑
14提供的冷却介质的制备方法包括以下步骤：
109.将六氟丙烯二聚体、全氟己烷和1,3
‑
二氯六氟丙烷在25℃、100kpa下混合，得到冷却介质。
110.实施例15
‑
28
111.实施例15
‑
28分别提供了一种计算机服务器冷却系统，分别包含实施例1
‑
14提供的冷却介质。
112.该计算机服务器冷却系统包括盛装有冷却介质的机箱壳体、发热元器件、泵、流道、散热装置和泄压阀，具体结构如图1所示。
113.发热元器件2浸没于机箱壳体1内的冷却介质中，发热元器件2将热量传递给冷却介质后，冷却介质经泵3流入流道4内，同时与散热装置5进行换热后再次流回机箱壳体1内。泄压阀6用于对机箱壳体1内进行排气泄压，防止机箱壳体1因内部温度升高而压力过大。
114.对比例1
115.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
116.六氟丙烯二聚体50％和全氟己烷50％。
117.本对比例提供的冷却介质的制备方法，包括以下步骤：
118.将六氟丙烯二聚体和全氟己烷在25℃、100kpa下混合，得到冷却介质。
119.对比例2
120.本对比例提供一种冷却介质，为六氟丙烯二聚体。
121.对比例3
122.本对比例提供一种冷却介质，为全氟己烷。
123.对比例4
124.本对比例提供一种冷却介质，为1,3
‑
二氯六氟丙烷。
125.对比例5
126.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
127.六氟丙烯二聚体44％，全氟己烷44％和1,3
‑
二氯六氟丙烷12％。
128.本对比例提供的冷却介质的制备方法与实施例1
‑
14的制备方法相同。
129.对比例6
130.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
131.六氟丙烯二聚体49％，全氟己烷50.5％和1,3
‑
二氯六氟丙烷0.5％。
132.本对比例提供的冷却介质的制备方法与实施例1
‑
14的制备方法相同。
133.对比例7
134.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
135.六氟丙烯二聚体45％，全氟己烷45％和1,2
‑
二氯五氟丙烷10％。
136.本对比例提供的冷却介质的制备方法与实施例1
‑
14的制备方法相同。
137.对比例8
138.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
139.六氟丙烯二聚体45％，全氟己烷45％和全氟戊烷10％。
140.本对比例提供的冷却介质的制备方法与实施例1
‑
14的制备方法相同。
141.对比例9
142.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
143.六氟丙烯二聚体45％，全氟己烷45％和1,1,1,3,3
‑
五氟丁烷10％。
144.本对比例提供的冷却介质的制备方法与实施例1
‑
14的制备方法相同。
145.对比例10
146.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
147.六氟丙烯三聚体((z)t
‑
1)30％、六氟丙烯二聚体((z)d
‑
1)10％，全氟戊烷28％和全氟三丙胺32％。
148.本对比例提供的冷却的制备方法包括以下步骤：
149.将六氟丙烯三聚体、六氟丙烯二聚体、全氟戊烷和全氟三丙胺在25℃、100kpa下混合，得到冷却介质。
150.对比例11
151.本对比例提供一种冷却介质，包括以下质量分数的组分：
152.六氟丙烯三聚体((z)t
‑
1)32％、六氟丙烯二聚体((z)d
‑
1)20％，全氟戊烷20％和全氟三戊胺28％。
153.本对比例提供的冷却的制备方法包括以下步骤：
154.将六氟丙烯三聚体、六氟丙烯二聚体、全氟戊烷和全氟三戊胺在25℃、100kpa下混合，得到冷却介质。
155.对比例12
‑
22
156.对比例12
‑
22分别提供了一种冷却系统，分别包含对比例1
‑
11提供的冷却介质。
157.对比例12
‑
22提供的冷却系统的具体结构，除了冷却介质采用对比例1
‑
11提供的冷却介质，其余与实施例15
‑
28相同。
158.为了验证上述各实施例和对比例的技术效果，特设以下实验例。
159.实验例1
160.对实施例1
‑
14和对比例1
‑
11提供的冷却介质的性能进行检测，具体结果见表1
‑
表3。其中，动力粘度检测依据gb/t1632；蒸发潜热检测依据gb/t22232
‑
2008；比热容检测依据nb/sh/t0632
‑
2014；橡胶兼容性检测依据sh/t0436，金属兼容性检测依据sh/t0085。
161.表1
[0162][0163][0164]
从表1中数据可以看出，在六氟丙烯二聚体和全氟己烷中添加少量1,3
‑
二氯六氟丙烷后，冷却介质粘度有显著性改变，同时冷却介质的比热容、蒸发潜热等热工性能不会发
生明显改变；当1,3
‑
二氯六氟丙烷用量低于1％时，冷却介质粘度改变不明显；当1,3
‑
二氯六氟丙烷添加量高于10％时，冷却介质的比热容、蒸发潜热等热工性能会发生不可容忍的改变；当添加1,2
‑
二氯五氟丙烷、全氟戊烷、1,1,1,3,3
‑
五氟丁烷、全氟三丙胺与1,3
‑
二氯六氟丙烷结构或沸点近似的上述物质时，冷却介质粘度均明显偏高，蒸发潜热等热性能也无优势。
[0165]
表2
[0166][0167]
[0168]
从表2中数据可以看出，在六氟丙烯二聚体和全氟己烷中添加适量的1,3
‑
二氯六氟丙烷后，冷却介质与橡胶材料的兼容性仍保持良好。
[0169]
表3
[0170][0171]
从表3中数据可以看出，在六氟丙烯二聚体和全氟己烷中添加适量的1,3
‑
二氯六氟丙烷后，冷却介质与金属材料的兼容性仍保持良好。
[0172]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。