液冷冷却液种类有哪些?

作者:兰洋科技    浏览量:5602    时间:2023年02月03日    标签: 冷却液 导热液 单相液冷 液冷数据中心

无论是单相还是相变式浸没液冷,其核心制冷要素是将带电状态下的完整服务器或其组件浸没在冷却液中,因此充当换热介质的冷却液必须是导热能力强但不导电(或具有足够低导电性)的介电液体,这样的介电液体通常不溶(或难溶)于水及其它离子性介质,可最大限度保障其绝缘性不被轻易破坏。同时,其本身在气味、毒性、降解难易、可维护性等方面特性对环境和操作人员应尽可能友好。基于以上考虑,目前在浸没液冷领域应用讨论最广泛的冷却液主要分为碳氢及有机硅化合物类和碳氟化合物类。

液冷冷却液种类有哪些?

液冷冷却液种类

1.碳氢及有机硅类冷却液

碳氢化合物(Hydrocarbon)冷却液和有机硅类冷却液一样,常温下呈黏稠状,因此这一类被业内统称为“油类冷却液”,在数据中心液冷应用之前,工业上常用作变压器冷却剂。它们普遍具有沸点高不易挥发、不腐蚀金属、环境友好、毒性低等共性,且成本较低;但由于具有闪点,油类冷却剂使用中有可燃助燃风险。常见的油类冷却液可以分为天然矿物油、合成油、有机硅油3大类。

天然矿物油从石油中蒸馏而来,并可能经过深度氢化处理,成本较低,在室外变压器冷却场景中应用悠久。但在使用中难以避免烃类分子的分解氧化,会造成酸性增强和污染物产生,影响冷却液特性甚至导致被冷却器件的腐蚀。合成油是在人工合成的烷烃类或酯类化合物的基础上加入添加剂制成的,常见冷却剂类型有聚α烯烃(Poly Alpha Olefins,PAO)、天然气合成油(Gas to Liquid Base Oil,GTL)、合成酯等。合成油的生成工艺更加精细,杂质含量、抗氧化性、材料兼容性与矿物油相比有较大改善,但是作为碳氢类通病的闪点问题依然存在。有机硅油主要依赖人工合成,可以设计出高闪点的产品,但其闪点同样与粘度正相关,可燃风险降低的同时导致了流动困难,设计时需协调好两者之间平衡。另外,硅油还可能发生水解和氧化沉积影响接触性能等问题。

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2.碳氟类冷却液

碳氟化合物(Fluorocarbon)是将碳氢化合物中所含的一部分或全部氢换为氟而得到的一类有机化合物,普遍具有良好的综合传热性能,可以实现无闪点不可燃。同时,由于C-F键能较大,碳氟化合物惰性较强,不易与其它物质反应,是良好的兼容材料。根据碳氟化合物的组成成分和结构不同,可再分为氯氟烃(Chlorofluorocarbons,CFC)、氢代氯氟烃(Hydrochlorofluorocarbon,HCFC)、氢氟烃(Hydrofluorocarbon,HFC)、全氟碳化合物(Perfluorocarbon,PFC)、氢氟醚(Hydrofluoroether,HFE)等种类。

其中,CFC和HCFC问世较早,是20世纪广泛被应用的制冷剂,但因为对大气环境尤其是臭氧层的破坏性,这两类已在《蒙特利尔议定书》中被认定为禁止使用的制冷剂。HFC最常见的应用是家用冰箱和空调中的R410A制冷剂,其没有臭氧层破坏作用,但会带来温室效应。PFC包含全氟烷烃(Perflroroalkane)、全氟胺(Perfluoroamine)、全氟聚醚(Perfluoropolyethers,PFPE)等类型,在沸点和介电常数方面的特性较为适合半导体设备冷却场景,其应用历史可以追溯到半个世纪前的大型机时代,和HFC一样在导致温室效应方面的缺陷较大。HFE的温室效应影响较小,对臭氧层无破坏,但通常具有较高的介电常数,和PCB微带线或连接件直接接触时对信号传输影响较大。

面向愈发严格的环境保护要求,氟化学公司正致力于研究开发超低温室效应碳氟化合物(Ultra Low GWP),争取对环境友好的同时兼顾商用需求、适宜的生产成本和稳定工艺,3M、科慕、霍尼韦尔等企业均有所涉猎。

液冷冷却液种类有哪些?

3.液冷冷却液应用场景差异

对于单相浸没液冷,碳氢及有机硅类化合物和碳氟类化合物均可作为冷却液,为确保冷却液在升温状态下始终处于液相状态,减少挥发,必须选择有较高沸点的液体介质。同时,在使用中需尽可能选择粘度值低的冷却液,以增加流动性和减少对泵的压力,形成良好的系统内循环。而相变浸没式液冷通常会选用较低沸点、适宜沸程的碳氟冷却液,以便于吸热汽化和散热液化循环。因大多数碳氢和有机硅化合物具有闪点,均可燃或易燃,所以通常不用于相变浸没式液冷系统,仅用于单相应用。

实际浸没液冷系统设计确定冷却液时的考虑因素包括:热物理性能、长期稳定和清洁度、材料兼容性、对传输信号影响、易燃性或可燃性、安全性、环境影响、可维护程度,以及一次投入及后期运行的总体成本等,后续章节将就其中的重点问题进一步剖析。

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