[发明专利]一种单相浸没式冷却介质、冷却系统和冷却方法

说明书

本发明提供了一种单相浸没式冷却介质、冷却系统和冷却方法，其中单相浸没式冷却介质包括由氟碳化合物类物质组成的下层液冷剂以及由硅油类物质组成的上层隔绝层。由下层液冷剂起到传热作用，发热部件浸没于下层液冷剂中进行冷却，由于下层液冷剂由氟碳化合物类物质组成，主要成分为六氟丙烯三聚体，相比较于传统氟化合物液冷剂，具有流动性好、GWP值低的优点，但易挥发、易氧化降解；而组成冷却介质的上层隔绝层的作用主要是避免下层液冷剂挥发与氧化降解，有效地降低了冷却介质的损耗率，降低了该冷却介质的使用成本。

【技术领域】

本发明属于液冷技术领域，具体涉及单相浸没式冷却技术。

【背景技术】

在人工智能和5G时代，随着数据中心的规模越来越大，部署的机架越来越密集，对服务器负载的要求越加苛刻，传统的空气冷却技术不能满足数据中心的制冷要求。为解决这个问题，许多企业在其数据中心开始采用浸没式液体冷却技术。

浸没式液冷，是一种典型的直接接触型液冷，它是将发热的电子元件浸没在冷媒(冷却液)中，依靠液体热交换带走热量。浸没式液冷由于发热元件与冷媒全方位直接接触，散热效率相比于传统的散热方式：风冷和水冷，它的散热效率更高，而相对于冷板或喷淋液冷，它的噪音更低。

目前浸没式液冷系统主要分为单相系统和两相系统，单相系统冷却介质不发生相变，通过流动循环带走发热部件的热量；两相系统冷却介质在换热过程中吸收发热部件产生的热量，从液态转变为气态，从而带走热量，然后由冷凝器冷凝回流，循环往复。两相系统由于在冷却过程中涉及相变，对冷却介质的要求较高，目前应用来说具有相对较高的使用成本。并且由于冷却过程中需要蒸发冷凝，整个冷却系统的密封性必须较好，否则冷却介质损失过多，进一步增加了应用成本。另外，还有相关报道指出可能会发生冷却介质造成电子元器件损坏的情况。

因此，成本更低、操作更简单、对设备要求不高的单相浸没式液冷系统作为未来数据中心主流的冷却系统正在不断发展。过去浸没式冷却液主要有矿物油、煤油、硅油等惰性液体来进行导热，但是这些物质的流动性较差，散热效果不佳，且矿物油、煤油等均易燃，一旦设备产生火花则容易发生燃烧爆炸。目前主流采用氟碳化合物，主要是氟烷烃和全氟聚醚类化合物作为冷却剂，具有低毒性、高化学稳定性、优异的介电性等优点。但该类化合物GWP值较高，温室效应严重，最终难免面临淘汰的结局。因此获得一种流动性较好、对电子元器件相容性好、对环境友好、高效散热的用于集成芯片电路板冷却用的冷却液十分重要。

专利CN113717699A公开了一种组合物、含硅液冷剂及其制备方法以及浸没冷却系统，该技术方案使用了以全氟聚醚类物质为主，添加流动促进剂、三氟丙基甲基硅油、六氟丙烯三聚体共同组成含硅液冷剂，该配方在一定程度上能够解决全氟聚醚作为冷却剂流动性差的问题，但不能规避高GWP值物质对环境带来的影响。

专利CN109072054A公开了使用六氟丙烯三聚体作为液冷传热流体的技术方案，六氟丙烯三聚体具有低GWP值、低粘度等优点，能够解决上述问题，但是由于其沸点较低，在使用过程中损耗率较高，存在使用成本过高的问题。

综上所述，目前单相浸没式冷却介质主要存在的问题在于冷却介质散热性、环境友好性、应用成本间的矛盾。使用氟烷烃和全氟聚醚类化合物，虽然具有较高的沸点，损耗率低，但一般粘度较大，不易循环带走发热元件产生的热量，且温室效应严重。而使用低沸点氟碳化合物，虽然流动性好，散热性能优异，但是应用过程中损耗率高，需要不断补充冷却介质导致应用成本较高。

【发明内容】

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种单相浸没式冷却介质，可以有效解决传统冷却介质存在的流动性不佳、GWP值高、使用损耗高的缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

首先，本发明提供了一种单相浸没式冷却介质，包括由氟碳化合物类物质组成的下层液冷剂以及由硅油类物质组成的上层隔绝层。