CN102033037A

CN102033037A - 冷却液的质量控制方法

Info

Publication number: CN102033037A
Application number: CN 200910057963
Authority: CN
Inventors: 黄永勤; 薛建顺; 张旭; 袁华; 朱文杰; 陈玉军
Original assignee: Wuxi Jiangnan Computing Technology Institute
Current assignee: Wuxi Jiangnan Computing Technology Institute
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2011-04-27

Abstract

一种冷却液的质量控制方法，包括：提取出一定量的冷却液作为试样，所述冷却液选用的是添加有金属缓蚀剂的蒸馏水；检测所述试样中的参数数值，所述参数包括pH值、总硬度、细菌总数、金属离子浓度、卤素离子浓度和电导率中的至少一项；将所述检测得到参数数值与预设的参考指标作对比，当所述参数数值超出所述参考指标的范围时，采取更换冷却液的措施。本发明通过对液冷系统的冷却液进行检测，可以对运行中的冷却液进行实时监控，能将不符合质量要求的冷却液予以更换，确保冷却液的质量及其冷却效果，抑制冷却液的结垢倾向和腐蚀倾向，保护冷却系统中各设备的正常使用。

Description

冷却液的质量控制方法

技术领域

本发明涉及冷却液的质量控制方法。

背景技术

随着超大规模集成电路的应用，计算机的处理能力越来越强，由此导致计算机芯片的功耗随之增大，例如现有的大型计算机器件的功耗已可增大到160W，热流密度可达到100W/cm²。

设计出高效的冷却系统，以获取更大的冷却能力，也越来越迫在眉睫。液冷系统是被广泛应用的一种冷却系统，为解决高热流密度元器件的散热问题，液冷系统设计得可靠先进与否，直接关系到整个计算机系统的成败。

常见的液冷系统是由冷却液、泵、冷却液机组、阀门、管道、冷板(换热器)等组成，冷却液经泵驱动，经过冷却液机组冷却，流经过滤器，进入计算机主机下面的管道，流经各冷板，冷板内冷却液吸收发热器件产生的热量，然后汇入管道，再由泵吸回，形成闭路循环冷却回路。在上述技术中，所述冷却回路中各设备材料主要有防锈铝制冷板，少量黄铜阀门、弯头及黄铜镀镍的管路接头，不锈钢的主管道、阀门及进出水管，PU管及聚四氟乙烯、α-氰基丙烯脂或橡胶质的密封材料。

所述冷却液在不断循环使用过程中，由于水温、流速的变化，水的蒸发损失，各种无机和有机物质的浓缩，灰尘杂质的进入，特别是冷却液与那些设备长期接触后产生化学反应等多种因素的综合作用，会产生严重的沉积物附着、设备表面结垢或腐蚀和微生物的大量滋生，会破坏循环冷却设备及其工艺性能。为保持缓蚀、阻垢的持续效果，需保持冷却液中的各参数的含量在一定范围内，以确保冷却效果的有效性。因而如何控制冷却液的质量状况就显得至关重要。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种冷却液的质量控制方法，可始终保持对冷却液的质量状况的控制，对运行中的冷却液进行实时监控。

为解决上述问题，本发明提供一种冷却液的质量控制方法，所述冷却液应用于包括泵、冷却液机组、阀门、管道和冷板组成的液冷系统中，所述方法包括：

提取出一定量的冷却液作为试样，所述冷却液选用的是添加有金属缓蚀剂的蒸馏水；

检测所述试样中的参数数值，所述参数包括PH值、总硬度、细菌总数、金属离子浓度、卤素离子浓度和电导率中的至少一项；

将所述检测得到参数数值与预设的参考指标作对比，当所述参数数值超出所述参考指标的范围时，采取更换冷却液的措施。

可选地，所述冷却液的质量控制方法还包括验证所述冷却液中的金属缓蚀剂的有效性，在所述金属缓蚀剂失效的情况下，采取添加金属缓蚀剂的措施。

可选地，所述验证所述冷却液中的金属缓蚀剂的有效性是通过试件腐蚀速率测试实现的，具体包括：若试件在已使用一定时间的冷却液中腐蚀前后的重量变化量小于试件在纯水中重量变化量的50％，判断所述冷却液中的金属缓蚀剂仍有效；反之，若试件在已使用一定时间的冷却液中腐蚀前后的重量变化量大于或等于所述试件在纯水中重量变化量的50％，判断所述冷却液中的金属缓蚀剂已失效，需补加金属缓蚀剂，补加量为原始浓度的50％。

可选地，所述蒸馏水的电阻率为1兆欧·厘米至20兆欧·厘米，纯度至少大于99.9999％。

可选地，所述金属缓蚀剂包括铜缓蚀剂和铝缓蚀剂中的至少一种。

可选地，所述铜缓蚀剂包括苯丙三氮啖，在所述冷却液中，所述铜缓蚀剂与所述蒸馏水的配比为0.8∶1000。

可选地，所述铝缓蚀剂包括吐温-20，在所述冷却液中，所述铝缓蚀剂与所述蒸馏水的配比为0.8∶1000。

可选地，所述参考指标具体包括：PH值，4至8；总硬度，小于100毫克每升；细菌总数，每毫升样品中含有的细菌群落总数小于500；总铁，小于5毫克每升；铜离子，小于0.01毫克每升；铝离子，相邻二次检测的浓度差值小于0.5毫克每升；氯离子，小于2毫克每升；电导率，小于100微西门子/每厘米。

可选地，所述参考指标是通过腐蚀加速实验结合实际观测实验得到的。

可选地，所述更换冷却液的措施包括边排出原有的冷却液边加入新的冷却液，直至将原有的冷却液全部替换为新的冷却液。

可选地，每次排出原有的冷却液和加入新的冷却液的容量低于总循环液体量的一设定比例。

可选地，所述设定比例为10％至20％。

与现有技术相比，上述技术方案通过对液冷系统的冷却液进行检测，并且将检测结果与预设的参考指标作对比，在所述参数数值超出所述参考指标的范围的情况下，采取更换冷却液的措施，可以对运行中的冷却液进行实时监控，并将不符合质量要求的冷却液予以更换，确保冷却液的质量及其冷却效果，抑制冷却液的结垢倾向和腐蚀倾向，保护冷却系统中各设备。

附图说明

图1是本发明冷却液的质量控制方法实施方式的流程示意图；

图2是本发明冷却液的质量控制方法在验证冷却液中金属缓蚀剂有效性流程示意图。

具体实施方式

从背景技术可知，本发明的发明人发现在现有冷却技术中，冷却液在不断循环使用过程中，由于多种因素的综合作用，会产生严重的沉积物附着、设备表面结垢或腐蚀和微生物的大量滋生，会破坏循环冷却设备及其工艺性能。

本发明的发明人创造性地发现，在冷却液中添加有具有防腐蚀作用的金属缓蚀剂，并通过对冷却液进行实时监控，并在检测出冷却液中的参数数值不符合预设的参考指标的情况下，采取更换新的冷却液的措施，解决现有技术中出现的问题。

下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。

基于上述考虑，在具体实施方式的以下内容中，提供一种应用于液冷系统的冷却液的质量控制方法。所述液冷系统包括泵、冷却液机组、阀门、管道和冷板等设备，用于对发热装置(例如为大型计算机的主机)进行散热。如图1所示，所述控制方法包括如下步骤：

S101，从液冷系统中提取出一定量的冷却液作为试样，所述冷却液选用的是添加有金属缓蚀剂的蒸馏水；

S102，检测所述试样中的参数数值，所述参数包括PH值、总硬度、细菌总数、金属离子浓度、卤素离子浓度和电导率中的至少一项；

S103，将所述检测得到参数数值与预设的参考指标作对比，据以判断出冷却液的质量状况；

S104，根据所述判断结果，在所述参数数值超出所述参考指标的范围的情况下，采取更换冷却液的措施。

下面对上述步骤进行详细说明。

首先执行步骤S101，从液冷系统中提取出一定量的冷却液作为试样，所述冷却液选用的是添加有金属缓蚀剂的蒸馏水。

在一较佳实施例中，液冷系统是由冷却液、泵、冷却液机组、阀门、管道、冷板(换热器)等组成，冷却液经泵驱动，经过冷却液机组冷却，流经过滤器，进入计算机主机下面的管道，流经各冷板，冷板内冷却液吸收发热器件产生的热量，然后汇入管道，再由泵吸回，形成闭路循环冷却回路。所述冷却回路中各设备材料主要有防锈铝制冷板，少量黄铜阀门、弯头及黄铜镀镍的管路接头，不锈钢的主管道、钢阀门及进出水管，PU管及聚四氟乙烯、α-氰基丙烯脂或橡胶质的密封材料。

应用于电子设备的冷却液种类繁多，选择冷却液时，下列因素必须加以考虑：冷却液的热传递能力；冷却液的冰点和粘度；冷却液沸点和分解温度；冷却液的绝缘性能；冷却液腐蚀性；冷却液的可燃性、毒性、费用等。因此，在一较佳实施例中，综合上述各因素，我们选取了水作为冷却液。具体来讲，选取的是电阻率为1兆欧·厘米(MΩ·cm)，纯度为99.99999％的蒸馏水作为冷却液原水。另外，为使所述冷却液的凝固点温度要低于纯水的冰点温度(0℃)，还在水中加入了乙二醇，可以降低所述添加有乙二醇的冷却水的凝固点，达到-10摄氏度左右。

再有，特别地，在一较佳实施例中，为防止冷却液在循环冷却过程中对其中的金属设备(例如防锈铝制冷板，黄铜阀门、弯头及黄铜镀镍的管路接头，不锈钢的主管道、不锈钢阀门等)产生的腐蚀，本发明创造性地在冷却液中添加了针对铝金属和铜金属的铝缓蚀剂和铜缓蚀剂，所述铝缓蚀剂中包括吐温-20，而所述铜缓蚀剂包括苯丙三氮啖。所述冷却液中添加的缓蚀剂和铜缓蚀剂的比例为：1000(水)∶0.8(铝缓蚀剂)∶0.8(铜缓蚀剂)。铝缓蚀剂和铜缓蚀剂应首先分别配置成一定比例的浓缩液，在使用时再以一定的比例添加到冷却液中。配置好的铝、铜缓蚀剂浓缩液应分别储存于不同的棕色玻璃瓶中，并保存在阴凉处，常温下，保存期为三个月。铝、铜缓蚀剂在水中的适宜使用温度为5摄氏度至50摄氏度。

还有，在所述冷却液中还可添加其他配料，例如消泡剂(乙醇或乳化硅油等)。

在实际应用中，每次从液冷系统中提取冷却液的容量大致为500毫升至1000毫升，例如为800毫升。

接着执行步骤S102，检测所述试样中的参数数值，所述参数包括PH值、总硬度、细菌总数、金属离子浓度、卤素离子浓度和电导率中的至少一项。

在一较佳实施例中，所述参数具体包括：PH值、总硬度、细菌总数、总铁浓度、铜离子浓度、铝离子浓度、氯离子浓度和电导率。

具体地，PH值的测量仪器为酸度计，总硬度的检测常用EDTA络合滴定法，检测所述冷却液中的铜、铁、铝、氯各离子浓度的方法主要有分光光度法、原子吸收分光光度法、离子色谱法方法、电感偶合等离子体发光谱法，电导率的测量仪器为电导仪。

接着执行步骤S103，将所述检测得到参数数值与预设的参考指标作对比，据以判断出冷却液的质量状况。

下表1显示了本发明冷却液的质量控制方法中所预设的参考指标明细表，需要指出的是，在不同的液冷系统中，根据不同的要求，下表所列参考指标的参数项目及其对应的指标范围均可以作变化，在此仅为举例说明。

将所述检测得到参数数值与预设的参考指标作对比，若所述检测得到参数数值落在所述参考指标的范围内时，则说明所述冷却液的质量状况为良好；若所述检测得到参数数值超出所述参考指标的范围时，则说明所述冷却液的质量状况为差劣。

在一较佳实施例中，上述参考指标是通过腐蚀加速实验结合实际观测实验得出的。

以冷板为例，验证冷板腐蚀寿命最直观的方法就是通过一段时间的动态腐蚀加速实验，然后观测检测冷板的实际腐蚀情况，来推断出冷板的寿命。以PH值为4的冷却水加缓蚀剂的冷板加速腐蚀实验为例，所述实验主要是观察PH值在为4时所造成的腐蚀情况，检验即使PH值为4运行，冷板能否持久运行而不漏水。结果显示：冷却液中的碱金属离子对金属和合金的腐蚀速度并没有明显的影响，但电势较正的金属离子，如Cu²⁺、Fe²⁺、Ni²⁺，由于二次析出效应的结果，会导致严重的点蚀，加速铝的腐蚀。且阳离子电位越正，点蚀越严重。实验证明，铜离子在冷却液中的浓度在0.003mg/L时，就会引起铝的点蚀；当铜离子浓度大于0.05mg/L时，铜会在铝表面沉析出，从而导致严重的点蚀。随着PH值为4实验的进行，铜离子和铁离子浓度会逐渐增加，所以铜离子浓度和铁离子浓度对冷板加速腐蚀实验可以一起来做。另外，以氯离子浓度为2mg/L水加缓蚀剂的冷板加速腐蚀实验为例，冷却液中阴离子在增加金属腐蚀速度方面的顺序是：NO₃ ^-＜CH₃COO^-＜SO₄ ^2-＜ClO^4-；冷却液中的Cl^-、Br^-、I^-等卤素离子，由于这些离子的半径小，穿透性强，很容易破坏不锈钢和铝的钝化膜增加腐蚀反应的速度，同时引起金属的局部腐蚀(点蚀、缝隙腐蚀)。在这里，主要考虑是控制Cl^-离子的浓度。PH值为4实验也兼顾了SO₄ ^2-腐蚀作用。进行氯离子为2mg/L实验主要是观察氯离子浓度为2mg/L所造成的腐蚀情况。

所述实际观测实验具体包括在液冷系统中放置一可供观察的与所述冷板相同材质的试件，维护人员每周观察所述试件的表面情况。另外，维护人员每周观察冷却液的色度，如发现冷却液浑浊，需更换冷却液。再有，为实时检测冷板的腐蚀情况，根据检测情况和结果，解剖试件，观察流道腐蚀情况。另外还有，每半年更换一次滤芯，观察更换下来的滤芯腐蚀情况。

接着执行步骤S104，根据所述判断结果，在所述参数数值超出所述参考指标范围的情况下，采取更换冷却液的措施。

在一较佳实施例中，当所述检测得到参数数值超出所述参考指标的范围时，则可判断出所述冷却液的质量状况为差劣，需要重新更换冷却液。所述更换冷却液的措施包括边排出原有的冷却液边加入新的冷却液，直至将原有的冷却液全部替换为新的冷却液。在实际操作时，每次排出原有的冷却液和加入新的冷却液的容量低于总循环液体量的10％至20％。

另外，在一较佳实施例中，为防止冷却液在循环冷却过程中对其中的金属设备产生的腐蚀，本发明创造性地在冷却液中添加了针对铝金属和铜金属的铝缓蚀剂和铜缓蚀剂。因此，本发明所提供的冷却液的质量控制方法还包括验证所述冷却液中的金属缓蚀剂的有效性的步骤。

如图2所示，验证所述冷却液中的金属缓蚀剂的有效性的步骤具体包括：

S201，提供多份试件，所述试件的材料为铝、铝合金、铜或铜合金；

S202，将所述多份试件分别浸润于已使用过的冷却液中和纯水中，在一定的温度下，持续腐蚀反应一段时间；

S203，取出各试件，用蒸馏水反复清选，并称量，计算出每份试件的重量变化量，分别得到试件在冷却液中腐蚀前后的重量变化量和在纯水中腐蚀前后的重量变化量；

S204，将所述试件在冷却液中腐蚀前后的重量变化量与所述在纯水中腐蚀前后的重量变化量进行对比，以判断所述冷却液的有效性，并在判断所述冷却液失效的情况下，采取更换冷却液的措施。

下面结合实例对上述步骤进行详细说明。

首先执行步骤S201，提供多份试件，所述试件的材料为铝、铝合金、铜或铜合金。在一较佳实施例中，提供与铝制冷板构造一致的六份试件，将所述六份试件分为包括第一组和第二组的二组，每一组包括三份试件。另外，所述六份试件需预先称重，以确保它们的重量都相同。

接着执行步骤S202，将所述多份试件分别浸润于已使用过的冷却液中和纯水中，在一定的温度下，持续腐蚀反应一段时间。在一较佳实施例中，提供六份试液，其中三份为已使用过的冷却液，另三份为纯水。具体来讲，用非金属丝线将已称量的第一组的试件悬挂于盖有橡胶塞(有小气孔)的500毫升广口瓶中(装有400毫升的冷却液)，将第二组的试件悬挂于盖有橡胶塞(有小气孔)的500毫升广口瓶中(装有400毫升的纯水)，其中每一份试件均须完全浸润于试液中；将装有试件和试液的广口瓶置于恒温水浴中，控制温度为50±1摄氏度，腐蚀反应时间为5×24＝120小时。

接着执行步骤S203，取出各试件，用蒸馏水反复清选，并称量，计算出每份试件的重量变化量，分别得到试件在冷却液中腐蚀前后的重量变化量和在纯水中腐蚀前后的重量变化量。在一较佳实施例中，至腐蚀反应时间后，从六个广口瓶内的试液中分别取出六份试件，用蒸馏水反复清选，并将所述六份试件分别浸入无水乙醇中5分钟左右，取出，晾干，称量，并计算每份试件的重量变化量。

具体地，在一较佳实施例中，得到第一组中三份试件在冷却液中腐蚀前后的重量变化量，舍弃明显偏离其它二个数据的一份试件的数据，以数值比较接近的二份试件的数据的平均值作为试件在所述冷却液中腐蚀前后重量变化的数据，在此，称为第一数据；同理，得到第二组中三份试件在纯水中腐蚀前后的重量变化量，舍弃明显偏离其它二个数据的一份试件的数据，以数值比较接近的二份试件的数据的平均值作为试件在所述纯水中腐蚀前后重量变化的数据，称为第二数据。

接着执行步骤S204，将所述在冷却液中腐蚀前后的重量变化量与所述在纯水中腐蚀前后的重量变化量进行对比，以判断所述冷却液的有效性，并在判断所述冷却液失效的情况下，采取更换冷却液的措施。在一较佳实施例中，将步骤S203得到的作为试件在所述冷却液中腐蚀前后重量变化的第一数据与作为试件在所述纯水中腐蚀前后重量变化的第二数据进行对比，若试件在已使用一定时间的冷却液中腐蚀前后的重量变化量小于试件在纯水中重量变化量的50％，判断所述冷却液中的金属缓蚀剂仍有效，可以继续使用所述冷却液；反之，若试件在已使用一定时间的冷却液中腐蚀前后的重量变化量大于或等于所述试件在纯水中重量变化量的50％，判断所述冷却液中的金属缓蚀剂已失效，需补加金属缓蚀剂(例如为铝缓蚀剂)，补加量为原始浓度的50％，具体操作上，即采取更换冷却液的措施。

上述技术方案通过对液冷系统的冷却液进行检测，并且将检测结果与预设的参考指标作对比，在所述参数数值超出所述参考指标范围的情况下，采取更换冷却液的措施，可以对运行中的冷却液进行实时监控，并将不符合质量要求的冷却液予以更换，确保冷却液的质量及其冷却效果。

另外，通过对冷却液中金属缓蚀剂的检验，以判断金属缓蚀剂的有效性，并在判断出金属缓蚀剂失效的情况下，采取更换金属缓蚀剂的措施，抑制冷却液的结垢倾向和腐蚀倾向，保护冷却系统中各设备的正常使用。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种冷却液的质量控制方法，所述冷却液应用于包括泵、冷却液机组、阀门、管道和冷板的液冷系统中，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，还包括验证所述冷却液中的金属缓蚀剂的有效性，在所述金属缓蚀剂失效的情况下，采取添加金属缓蚀剂的措施。

3.根据权利要求2所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述验证所述冷却液中的金属缓蚀剂的有效性是通过试件腐蚀速率测试实现的，具体包括：若试件在已使用一定时间的冷却液中腐蚀前后的重量变化量小于试件在纯水中重量变化量的50％，判断所述冷却液中的金属缓蚀剂仍有效；反之，若试件在已使用一定时间的冷却液中腐蚀前后的重量变化量大于或等于所述试件在纯水中重量变化量的50％，判断所述冷却液中的金属缓蚀剂已失效，需补加金属缓蚀剂，补加量为原始浓度的50％。

4.根据权利要求1所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述蒸馏水的电阻率为1兆欧·厘米至20兆欧·厘米，纯度至少大于99.9999％。

5.根据权利要求1或3所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述金属缓蚀剂包括铜缓蚀剂和铝缓蚀剂中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述铜缓蚀剂包括苯丙三氮啖，在所述冷却液中，所述铜缓蚀剂与所述蒸馏水的配比为0.8∶1000。

7.根据权利要求5所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述铝缓蚀剂包括吐温-20，在所述冷却液中，所述铝缓蚀剂与所述蒸馏水的配比为0.8∶1000。

8.根据权利要求1所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述参考指标具体包括：

PH值，4至8；

总硬度，小于100毫克每升；

细菌总数，每毫升样品中含有的细菌群落总数小于500；

总铁，小于5毫克每升；

铜离子，小于0.01毫克每升；

铝离子，相邻二次检测的浓度差值小于0.5毫克每升；

氯离子，小于2毫克每升；

电导率，小于100微西门子/每厘米。

9.根据权利要求1所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述参考指标是通过腐蚀加速实验结合实际观测实验得到的。

10.根据权利要求1所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述更换冷却液的措施包括边排出原有的冷却液边加入新的冷却液，直至将原有的冷却液全部替换为新的冷却液。

11.根据权利要求10所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，每次排出原有的冷却液和加入新的冷却液的容量低于总循环液体量的一设定比例。

12.根据权利要求11所述的冷却液的质量控制方法，其特征在于，所述设定比例为10％至20％。