CN113969141A - It通信设备浸没式冷却液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IT通信设备浸没式冷却液及其制备方法，它包括以下按重量份计的原料：由氢氟醚类化合物30份‑70份、卤代烃30份‑50份及醇类化合物1份‑10份混合而成的氢氟醚类共沸物；抗氧化剂0.01份‑0.5份，防腐剂0.01份‑0.5份，TiO2‑SiO2复合纳米流体母液0.1份‑5份。本发明以氢氟醚类化合物为主，通过与卤代烃、醇类等化合物混合形成共沸物，并辅以抗氧剂、防腐剂及复合纳米流体添加剂等形成冷却液组合物。添加的TiO2‑SiO2复合纳米流体采用低温氢等离子体辅助制备而成，相较于单一纳米氧化物比热容提升30％左右，导热系数也有提升，同时具有较好的绝缘性和较高的击穿电压。本发明冷却液能快速的实现热传递效果，有效地解决IT通信设备发热及散热问题。
Description
技术领域
本发明涉及的是化工领域，具体涉及一种IT通信设备浸没式冷却液及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术的快速发展，IT通讯设备的应用更加广泛，但同时也面临一系列急需解决的问题，比如由于发热导致其寿命减少、可靠性及安全降低等。IT通讯设备的散热技术主要包括间接散热冷却技术和直接冷却技术，现有的IT通讯设备主要采用的是自然冷却、风冷、管道式液体冷却等间接的散热模式，此类散热技术在一定程度上可以缓解散热问题，但是其缺点明显，传热过程复杂，存在接触热阻及对流换热热阻，热阻总和大，换热效率低，能源消耗大，且影响设备的使用寿命及安全性。此外，一些如IT通信设备使用环境恶劣、使用频率高，对其要求更加严格，间接式散热冷却技术难以满足。直接冷却技术主要采用的是浸没冷却技术，即将整个IT通信设备完全浸没在冷却介质中。根据冷却介质沸点的不同，分为相变浸没冷却和单相浸没冷却。相变浸没冷却是通过冷却介质在设备发热处蒸发为气态上升至密闭空间的上方，与上方的换热器换热重新冷却为液体完成循环；单相浸没冷却通过介质泵完成循环，实现热量的交换。浸没式直接冷却由于其冷却介质比热大，散热速度快，制冷效率远高于间接散热冷却技术。在浸没式冷却技术中，相变冷却由于是利用制冷剂沸腾时的汽化潜热带走热量，汽化潜热比比热要大很多，因此其蒸发冷却的冷却效果更为显著。
目前用于IT通信设备浸没式冷却液主要包括矿物油、硅油、天然酯油、合成酯油等，其沸点均较高，其散热的原理主要为单相浸没冷却，相对于相变冷却效果较差。因此，探索新型相变浸没冷却液用于IT通信设备的散热冷却是一项重要的工作。
综上所述，本发明设计了一种IT通信设备浸没式冷却液及其制备方法。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种IT通信设备浸没式冷却液及其制备方法，散热效果好，具有导热系数高、高比热容、低毒性、高绝缘、阻燃、惰性、材料兼容性强等特征，能快速的实现热传递效果，有效地解决通信设备发热及散热问题，提高设备寿命，降低失效风险，节约能源。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种IT通信设备浸没式冷却液，包括以下按重量份计的原料：由氢氟醚类化合物30份-70份、卤代烃30份-50份及醇类化合物1份-10份混合而成的氢氟醚类共沸物；抗氧化剂0.01份-0.5份，防腐剂0.01份-0.5份，TiO2-SiO2复合纳米流体母液0.1份-5份。
上述IT通信设备浸没式冷却液中，
所述的氢氟醚类共沸物由氢氟醚类化合物、卤代烃、醇等按不同比例混合形成不同沸点的共沸物，该共沸物沸点在60-80℃，蒸发潜热较低，易于相变，热量传递快，冷却效果好，能有效地解决发热及散热问题。同时，该共沸物具有低毒性、高绝缘、阻燃、惰性等特征，安全环保。
所述的抗氧化剂为双酚类化合物。
所述的防腐剂为咪唑类化合物，能防止IT通信设备中金属材料的腐蚀氧化。
所述的TiO2-SiO2复合纳米流体母液由水解有机硅化合物和有机钛化合物制备而成，TiO2-SiO2复合纳米流体的最佳配比为20:80。更进一步地，所述的有机硅化合物选自正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷等中的一种；有机钛化合物选自钛酸四丁酯。
所述的TiO2-SiO2复合纳米流体采用低温氢等离子体辅助水解有机硅化合物和有机钛化合物制备而成。由于所述冷却液需具有较高绝缘性，有机硅化合物和有机钛化合物的水解不能使用酸或碱作为催化剂，因此，本发明采用低温氢等离子体所产生的氢离子作为水解催化剂。
所述IT通信设备浸没式冷却液及其制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述配方配制或称量各组分；
(2)在装有搅拌装置的反应器中加入氢氟醚类化合物，保持室温20-30℃；
(3)开启搅拌，边搅拌边分别加入适当比例的卤代烃和醇类化合物，搅拌10-20分钟，形成共沸物；
(4)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入抗氧化剂、防腐剂及TiO2-SiO2复合纳米流体母液，搅拌10-20分钟，即制得冷却液。
将制得的冷却液成品液装入塑料桶中，密封保存。
步骤(4)中，所述TiO2-SiO2复合纳米流体母液的制备方法，具体步骤如下：
(a)在装有搅拌装置的三口反应器中分别加入所述醇类溶剂、醇醚类溶剂、有机硅化合物、有机钛化合物及微量去离子水；然后将低温等离子体发生装置与三口反应器中其中一个接口连接上；保持温度在30-60℃，保持温度30-60℃；
(b)开启低温等离子体装置，通入氢气，充分稳定后将该气氛导入所述三口反应器中，充分反应；
(c)待反应结束后，静置，待溶液温度为常温，用孔径不大于0.5μm的滤膜过滤，得到TiO2-SiO2复合纳米流体母液。
TiO2-SiO2复合纳米流体母液的制备方法中，步骤(a)中，所述低温等离子体装置由内径为5mm壁厚为1mm的石英反应器、外径为5mm壁厚为0.5mm的铜管作为内电极以及石英管外壁缠绕直径为0.5mm铜线纸作为外电极三部分组成。
步骤(a)中，等离子体放电电压为交流电10kV，放电频率50Hz。
步骤(a)中，通入氢气的流速为10mL/min。
步骤(c)中，所述纳米二氧化硅溶液的粒径为10-200nm。
本发明以氢氟醚类化合物为主，通过与卤代烃、醇类等化合物混合形成共沸物，并辅以抗氧剂、防腐剂及不导电TiO2-SiO2复合纳米流体等形成冷却液组合物。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明所使用氢氟醚类化合物其沸点在50℃-90℃，与卤代烃、醇类等形成的共沸物沸点在60℃-80℃，对于用于IT通信设备浸没式散热为相变式散热，散热效率高。使设备可以在极端环境下使用都保持在一个最适合工作的温度，节约能源消耗。
2、本发明冷却液材料兼容性强，对浸没在冷却液内的零部件和材料不会发生化学反应。
3、本发明使用的TiO2-SiO2复合纳米流体平均比热容达1.6-2.0kJ/(kg·K)，相较于单一纳米氧化物比热容提升30％左右。
4、本发明TiO2-SiO2复合纳米流体分散在冷却液中，由于纳米流体比表面积和比热容的增加，同时颗粒和颗粒、颗粒和液体、颗粒和壁面之间的相互作用和碰撞，增强了流体的湍流强度，使液体截面温度分布平坦，减小层流底层厚度。因此相较于未加复合纳米流体的冷却液，其比热容提升幅度增强达15-30％。
5、本发明冷却液具有高比热、低毒性、高绝缘、阻燃、惰性、材料兼容性强等特征。
附图说明
图1是本发明提供低温等离子体装置图。
1、石英反应器；2、内电极；3、外电极。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
一种IT通信设备浸没式冷却液，按重量计，包括以下组分：1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE-347)：55份；1,1-二氯乙烷：42份；乙醇：2份；苯酚：0.05份；苯并三唑：0.1份；TiO2-SiO2复合纳米流体母液0.5份
具体制备方法如下：
(1)在装有搅拌装置的反应器中加入55份1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE-347)，保持室温25℃左右。
(2)开启搅拌，边搅拌边分别加入42份1,1-二氯乙烷和2份甲醇，搅拌大约15分钟，形成共沸物。
(3)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入0.05份苯酚和0.1份苯并三唑及0.5份TiO2-SiO2复合纳米流体母液，以转速100转/分钟高速搅拌约15分钟，即制得IT通信设备浸没式冷却液；
(4)将制得的冷却液成品液装入塑料桶中，密封保存。
实施例2
一种IT通信设备浸没式冷却液，按重量计，包括以下组分：1,1,2,2-四氟乙基乙基醚：65份；1,1-二氯乙烷：32份；甲醇：2.5份；苯酚：0.05份；苯并三唑：0.1份；TiO2-SiO2复合纳米流体母液1份。
具体制备方法如下：
(1)在装有搅拌装置的反应器中加入65份1,1,2,2-四氟乙基乙基醚，保持室温25℃左右。
(2)开启搅拌，边搅拌边分别加入32份1,1-二氯乙烷和2.5份甲醇，搅拌大约15分钟，形成共沸物。
(3)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入0.05份苯酚和0.1份苯并三唑及1份TiO2-SiO2复合纳米流体母液，以转速100转/分钟高速搅拌约15分钟，即制得IT通信设备浸没式冷却液；
(4)将制得的冷却液成品液装入塑料桶中，密封保存。
实施例3
一种IT通信设备浸没式冷却液，按重量计，包括以下组分：1,1,1,2,3,3-六氟-3-甲氧基丙烷(HFE-356mec)：75份；1,1-二氯乙烷：21份；甲醇：2.8份；苯酚：0.05份；苯并三唑：0.1份；TiO2-SiO2复合纳米流体母液3份。
具体制备方法如下：
(1)在装有搅拌装置的反应器中加入75份1,1,1,2,3,3-六氟-3-甲氧基丙烷(HFE-356mec)，保持室温25℃左右。
(2)开启搅拌，边搅拌边分别加入21份1,1-二氯乙烷和2.8份甲醇，搅拌大约15分钟，形成共沸物。
(3)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入0.05份苯酚和0.1份苯并三唑及3份TiO2-SiO2复合纳米流体母液，以转速100转/分钟高速搅拌约15分钟，即制得IT通信设备浸没式冷却液；
(4)将制得的冷却液成品液装入塑料桶中，密封保存
实施例4
一种IT通信设备浸没式冷却液，按重量计，包括以下组分：甲基九氟丁醚(HFE-7100)：53份；1,2-二氯乙烯：43.5份；乙醇：2份；苯酚：0.05份；苯并三唑：0.1份；TiO2-SiO2复合纳米流体母液4.5份。
具体制备方法如下：
(1)在装有搅拌装置的反应器中加入53份甲基九氟丁醚(HFE-7100)，保持室温25℃左右。
(2)开启搅拌，边搅拌边分别加入43.5份1,2-二氯乙烯和2份乙醇，搅拌大约15分钟，形成共沸物。
(3)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入0.05份苯酚和0.1份苯并三唑及4.5份TiO2-SiO2复合纳米流体母液，以转速100转/分钟高速搅拌约15分钟，即制得IT通信设备浸没式冷却液；
(4)将制得的冷却液成品液装入塑料桶中，密封保存
实施例5(对比例)
一种IT通信设备浸没式冷却液，按重量计，包括以下组分：1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE-347)：55份；1,1-二氯乙烷：42份；甲醇：2份；苯酚：0.05份；苯并三唑：0.1份；纳米二氧化钛：2份。
具体制备方法如下：
(1)在装有搅拌装置的反应器中加入55份1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE-347)，保持室温25℃左右。
(2)开启搅拌，边搅拌边分别加入42份1,1-二氯乙烷和2份甲醇，搅拌大约15分钟，形成共沸物。
(3)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入0.05份苯酚和0.1份苯并三唑及2份纳米二氧化钛，以转速100转/分钟高速搅拌约15分钟，即制得IT通信设备浸没式冷却液；
(4)将制得的冷却液成品液装入塑料桶中，密封保存
实施例6(对比例)
一种IT通信设备浸没式冷却液，按重量计，包括以下组分：1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE-347)：55份；1,1-二氯乙烷：42份；甲醇：2份；苯酚：0.05份；苯并三唑：0.1份。
具体制备方法如下：
(1)在装有搅拌装置的反应器中加入55份1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚(HFE-347)，保持室温25℃左右。
(2)开启搅拌，边搅拌边分别加入42份1,1-二氯乙烷和2份甲醇，搅拌大约15分钟，形成共沸物。
(3)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入0.05份苯酚和0.1份苯并三唑，以转速100转/分钟高速搅拌约15分钟，即制得IT通信设备浸没式冷却液；
(4)将制得的冷却液成品液装入塑料桶中，密封保存
使用上述实施例1至实施例6制备的IT通信设备浸没式冷却液，主要测试指标对比如下：
表1
从表1可以看出，本发明制备的IT通信设备浸没式冷却液沸点均在60-80℃，有利于设备散发的热量通过浸没冷却液的相变传热。同时从实施例1-4与实施例(对比例)5-6可以看出，TiO2-SiO2复合纳米流体的加入，浸没液的导热系数和比热容均有所提高，这也利于浸没液的传热。此外，本发明对材料兼容性及绝缘等安全性好，对铜、铁、铝等金属材料，PVC、PS、PP、PE、橡胶等高分子材料,主流电子元器件均无腐蚀、起泡、脱落等现象，击穿电压高达35kV/2.5mm以上。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (13)
1.一种IT通信设备浸没式冷却液，其特征在于：包括以下按重量份计的原料：由氢氟醚类化合物30份-70份、卤代烃30份-50份及醇类化合物1份-10份混合而成的氢氟醚类共沸物；抗氧化剂0.01份-0.5份，防腐剂0.01份-0.5份，TiO2-SiO2复合纳米流体母液0.1份-5份。
2.根据权利要求1所述的一种IT通信设备浸没式冷却液，其特征在于：所述的氢氟醚类共沸物由氢氟醚类化合物、卤代烃、醇等按不同比例混合形成不同沸点的共沸物，该共沸物沸点在60-80℃。
3.根据权利要求1所述的一种IT通信设备浸没式冷却液，其特征在于：所述的抗氧化剂为双酚类化合物。
4.根据权利要求1所述的一种IT通信设备浸没式冷却液，其特征在于：所述的防腐剂为咪唑类化合物。
5.根据权利要求1所述的一种IT通信设备浸没式冷却液，其特征在于：所述的TiO2-SiO2复合纳米流体母液由水解有机硅化合物和有机钛化合物制备而成，TiO2-SiO2复合纳米流体的最佳配比为20:80。
6.根据权利要求5所述的一种IT通信设备浸没式冷却液，其特征在于：所述的有机硅化合物选自正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、二甲基二乙氧基硅烷等中的一种；有机钛化合物选自钛酸四丁酯。
7.根据权利要求1所述的一种IT通信设备浸没式冷却液，其特征在于：所述的TiO2-SiO2复合纳米流体采用低温氢等离子体辅助水解有机硅化合物和有机钛化合物制备而成。
8.根据权利要求1-7任意之一所述IT通信设备浸没式冷却液的制备方法，其特征在于，其步骤为：
(1)按上述配方配制或称量各组分；
(2)在装有搅拌装置的等离子体反应器中加入氢氟醚类化合物，保持室温20-30℃；
(3)开启搅拌，边搅拌边分别加入适当比例的卤代烃和醇类化合物，搅拌10-20分钟，形成共沸物；
(4)待上述氢氟醚类共沸物制备好后，再依次加入抗氧化剂、防腐剂及TiO2-SiO2复合纳米流体母液，搅拌10-20分钟，即制得冷却液。
9.根据权利要求8所述的IT通信设备浸没式冷却液的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述TiO2-SiO2复合纳米流体母液的制备方法，具体步骤如下：
(a)在装有搅拌装置的三口反应器中分别加入所述醇类溶剂、醇醚类溶剂、有机硅化合物、有机钛化合物及微量去离子水；然后将低温等离子体发生装置与三口反应器中其中一个接口连接上；保持温度在30-60℃，保持温度30-60℃；
(b)开启低温等离子体装置，通入氢气，充分稳定后，将该气氛导入所述三口反应器中，充分反应；
(c)待反应结束后，静置，待溶液温度为常温，用孔径不大于0.5μm的滤膜过滤，得到TiO2-SiO2复合纳米流体母液。
10.根据权利要求9所述的IT通信设备浸没式冷却液的制备方法，其特征在于：步骤(b)中，充分稳定的时间不小于10min，充分反应的时间不小于6h。
11.根据权利要求9所述的IT通信设备浸没式冷却液的制备方法，其特征在于：步骤(a)中，所述低温等离子体装置由内径为5mm壁厚为1mm的石英反应器、外径为5mm壁厚为0.5mm的铜管作为内电极以及石英管外壁缠绕直径为0.5mm铜线纸作为外电极三部分组成。
12.根据权利要求9所述的IT通信设备浸没式冷却液的制备方法，其特征在于：步骤(a)中，等离子体放电电压为交流电10kV，放电频率50Hz；通入氢气的流速为10mL/min。
13.根据权利要求11所述的IT通信设备浸没式冷却液的制备方法，其特征在于：步骤(c)中，所述纳米二氧化硅溶液的粒径为10-200nm。
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