CN107619658A - 一种常温超传热工质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种常温超传热工质及其制备方法，由主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液组成；主传热基体工质包括二氟一氯甲烷、异丁烷和***；强化传热醇溶液是由重铬酸钾晶体和氧化铍晶体分别采用三氯化钛溶液溶解再混合进行反应所得的混合晶体与尿素溶于无水乙醇而形成的；纳米铜溶液是由醋酸铜与硼氢化钾以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，在多元醇中制备而成。本发明是复合常温超传热工质，相对于单一常温热管工质，其汽化潜热是二氟一氯甲烷2倍以上；启动温差小，热源与传热装置温差高于5℃，传热装置即可启动，大幅降低热管启动温度；用本工质制成的相同结构热管，当量导热系数是普通工质的1.5～3倍，提高热管均温性和传热极限。
Description
技术领域
本发明涉及一种传热工质，具体涉及一种常温超传热工质，另外，还涉及该常温超传热工质的制备方法。
背景技术
在热管理技术领域，尤其是散热技术领域，高效传热元件可以将集中式热源发热快速传导到散热扩展面上，从而使热扩展面均温性提升，提高散热器整体换热效率，同时采用高效传热元件代替金属导热，可有效减小散热器整体重量。
当前，优异的高效传热元件当属热管无疑，利用相变传热技术原理开发的热管，其当量导热系数高达103～105W/(mK)量级，而最好的金属的当量导热系数也只有102W/(mK)量级，因此基于该优势，热管技术得到了迅速普及。虽然，目前热管在传热领域的应用获得了很好的效果，但是，散热领域对散热器性能的需求仍在不断提高，因此，热管性能的不断提高是科技研发人员持续的追求。
热管性能的优劣主要取决于热管结构、工质特性和制作工艺这三个方面。目前在热管结构和制作工艺两方面来提高热管性能的技术已经相对成熟，而采用改进工质特性的方法来提升热管性能的技术还有很大的开拓空间。现在对超传热工质的研究主要集中在高温大热流超传热领域，而在民用领域，如电子散热、工业设备热管理领域，大多集中在超传热工质的常温应用，但是，目前对于常温超传热工质的研究还相对较少。
发明内容
本发明目的之一旨在提供一种常温超传热工质，该常温超传热工质可大幅降低热管的启动温度，提高热管的均温性和传热极限。
本发明通过以下技术方案来实现上述发明目的：一种常温超传热工质，由主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液组成；
主传热基体工质包括二氟一氯甲烷、异丁烷和***；
强化传热醇溶液是由重铬酸钾晶体和氧化铍晶体分别采用三氯化钛溶液溶解再混合进行反应，所得的混合晶体与尿素溶于无水乙醇而形成的醇溶液；
纳米铜溶液是由醋酸铜与硼氢化钾以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，在多元醇中制备而成。
本发明常温超传热工质的超传热机理是：常温超传热工质中的纳米铜颗粒会提升工质的导热系数，降低由金属向工质传热的热阻，从而减小传热温差；同时常温超传热工质的中无机盐，在受热情况下，处于激发态，运动速度高于液体分子，从而会促进主体工质进行相变，大大降低工质相变的难度，降低工质相变温度，提升其相变效率，进而整体提升超传热工质的传热速度。
本发明常温超传热工质是复合常温超传热工质，相对于单一常温热管工质而言，其汽化潜热是二氟一氯甲烷汽化潜热2倍以上；启动温差小，在其工作温度范围内，热源与传热装置温差高于5℃，传热装置即可启动，可大幅降低热管的启动温度；采用本发明常温超传热工质制成的相同结构热管，其当量导热系数是普通工质当量导热系数的1.5～3倍，提高了热管的均温性和传热极限。本常温超传热工质适用于常温工况下的各种热管理领域传热装置。
本发明所述主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液的体积比是88～ 92∶3.5～4.5∶5～7。
本发明所述主传热基体工质中二氟一氯甲烷、异丁烷和***的体积比为38～ 41∶52～56∶4.5～6。
本发明所述多元醇可以是乙二醇、己二醇、一丙二醇、丁二醇、一缩二丙醇、新戊二醇或季戊四醇等。
本发明目的之二旨在提供上述常温超传热工质的制备方法。具体通过以下技术方案来实现：
(1)制备主传热基体工质：在恒温恒压密闭容器内混合二氟一氯甲烷、异丁烷和***，制得主传热基体工质；目的是提高三种物质分子表面活性，促进三种工质均匀混合，析出杂质气体，提纯混合工质，经保温保压处理的混合工质，导出到真空存储容器内存储备用。
(2)制备强化传热醇溶液：首先分别将重铬酸钾晶体加入三氯化钛饱和溶液溶解完全，将氧化铍加入三氯化钛饱和溶液溶解完全，然后再将二者混合，并搅拌均匀，静置分层，离心分离获得混合晶体(主要成分为铬酸铍、铬酸钛、氯化钾和氯化钛等)，再低温烘干混合晶体，取烘干后的混合晶体加入无水乙醇稀释，然后加入尿素，搅拌均匀，待混合晶体全部溶解，制得强化传热醇溶液；
(3)制备纳米铜溶液：首先将醋酸铜溶于多元醇溶液中，搅拌溶解均匀形成醋酸铜多元醇溶液，再将十二烷基苯磺酸钠溶解于醋酸铜多元醇溶液中；然后将次磷酸钠溶于多元醇中，搅拌溶解均匀形成次磷酸钠多元醇溶液，之后将次磷酸钠多元醇溶液加入醋酸铜多元醇溶液中，缓慢搅拌反应之后，在惰性保护气中保温，制得纳米铜溶液；
(4)制备常温热超导工质：将制得的主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液充分混合，然后保温保压，制得常温热超导工质。
本发明所述步骤(1)中，恒温恒压密闭容器内压强为4～8MPa，恒温温度是 85～95℃，恒温时间是45～50分钟。
本发明所述步骤(2)中，混合晶体低温烘干温度是40～45℃。
本发明所述步骤(3)中，在惰性保护气中保温2～2.5小时，保温温度是58～65℃。
本发明所述步骤(4)中，所述步骤(4)中，保温58～65℃，保压4～6MPa，保温保压时间2～2.5小时。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：
(1)本发明常温超传热工质是复合常温超传热工质，相对于单一常温热管工质而言，其汽化潜热是二氟一氯甲烷汽化潜热2倍以上；启动温差小，在其工作温度范围内，热源与传热装置温差高于5℃，传热装置即可启动，可大幅降低热管的启动温度。
(2)采用本发明常温超传热工质制成的相同结构热管，其当量导热系数是普通工质当量导热系数的1.5～3倍，提高常温应用工况下热管性能，增加热管传热速度，提高热管的均温性和传热极限。
(3)本发明常温超传热工质适用于常温工况下的各种热管理领域传热装置。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明传热能力测试管路图。
具体实施方式
实施例1
本发明常温超传热工质由主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液组成，主传热基体工质∶强化传热醇溶液∶纳米铜溶液＝90∶4∶6(体积比)。
主传热基体工质包括低温工质二氟一氯甲烷、异丁烷和***，体积比为 40∶55∶5。
强化传热醇溶液是由重铬酸钾晶体和氧化铍晶体分别采用三氯化钛溶液溶解再混合进行反应，所得的混合晶体与尿素溶于无水乙醇形成的醇溶液。
纳米铜溶液是由醋酸铜与硼氢化钾以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，在乙二醇中制备而成。
上述10升常温超传热工质的制备：
(1)制备主传热基体工质：低温工质二氟一氯甲烷、异丁烷和***按照 40∶55∶5的体积比，配制9升，在恒温恒压密闭容器内混合，容器内压力5MPa，恒温温度90℃，维持混合工质在恒温恒压容器内保温保压45分钟，目的是提高二氟一氯甲烷、异丁烷和***这三种物质分子表面活性，促进这三种工质均匀混合，析出杂质气体，提纯混合工质，经保温保压处理的混合工质，导出到真空存储容器内存储备用。
(2)制备强化传热醇溶液：首先分别将重铬酸钾晶体100g加入0.5L三氯化钛饱和溶液溶解完全，将氧化铍10g加入0.5L三氯化钛饱和溶液溶解完全，然后再将二者在烧杯中混合，并搅拌均匀，静置分层，离心分离获得混合晶体(主要成分为铬酸铍、铬酸钛、氯化钾和氯化钛等)，低温45℃烘干混合晶体，再取烘干后的混合晶体120g加入无水乙醇0.4L稀释，然后加入10g尿素CO(NH2)2，搅拌均匀，待混合晶体全部溶解，制得强化传热醇溶液，放入密封溶液罐储存。
(3)制备纳米铜溶液：首先将30g醋酸铜溶于0.3L乙二醇溶液中，搅拌溶解均匀形成醋酸铜乙二醇溶液，再将20g十二烷基苯磺酸钠溶解于醋酸铜乙二醇溶液中；然后将30g次磷酸钠溶于0.3L乙二醇中，搅拌溶解均匀形成次磷酸钠乙二醇溶液，之后将次磷酸钠乙二醇溶液加入醋酸铜乙二醇溶液中，缓慢搅拌反应之后，在惰性保护气(如氮气)中保温2小时，保温温度是60℃，制得纳米铜溶液；
(4)制备常温热超导工质：将制得的主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液混合，利用超声波加速融合，实现充分混合，然后保温60℃，保压5MPa，持续保温保压时间2小时，制得常温热超导工质，待常温热超导工质稳定，存入真空罐内，备用。
常温热超导工质的超传热机理是：常温超传热工质中的纳米通颗粒会提升工质的导热系数，降低由金属向工质传热的热阻，从而减小传热温差；同时常温超传热工质的中无机盐，在受热情况下，处于激发态，运动速度高于液体分子，从而会促进主体工质进行相变，大大降低工质相变的难度，降低工质相变温度，提升其相变效率，进而整体提升超传热工质的传热速度。
为了证明本发明制得的常温热超导工质具有超传热特性，取两种现有的常温传热工质与本发明常温热超导工质进行对比试验，这两种常温传热工质分别是超纯水1#、市场上采购的高效传热工质A，本发明常温热超导工质B。
如图1所示，采用如下测试方案对传热能力进行对比。测试原理：热管蒸发端1使用热水加热，热管蒸发端1具有热水进口11和热水出口12，冷凝端2使用冷水冷却，冷凝端2具有冷水进口21和冷水出口22，热水和冷水流量以及进口温度恒定，通过蒸发端和冷凝端出水温度值，推导出热管传热能力，由此可以验证相同工况下不同工质传热能力的大小，对比出不同工质传热能力的优越性。测试数据如下表：
(表1)
从表1的数据可以看出，1#工质纯净水的综合传热功率为310W左右，市场采购高效传热工质A的综合传热功率为435W左右，而本发明常温热超导工质B 的综合传热功率为740W，在同等传热条件下，B工质传热量是1#工质的2.4倍， B工质传热量是A工质的1.6倍，由此可体现本工质的优越传热特性。
实施例2
主传热基体工质∶强化传热醇溶液∶纳米铜溶液＝88∶3.5∶5(体积比)。
主传热基体工质包括低温二氟一氯甲烷、异丁烷和***，体积比为38∶52∶ 4.5。
强化传热醇溶液是由重铬酸钾晶体和氧化铍晶体分别采用三氯化钛溶液溶解再混合进行反应，所得的混合晶体与尿素溶于无水乙醇而形成的醇溶液。
纳米铜溶液是由醋酸铜与硼氢化钾以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，在己二醇中制备而成。
上述10升常温超传热工质的制备：
(1)制备主传热基体工质：低温工质二氟一氯甲烷、异丁烷和***按照38∶ 52∶4.5的体积比，配制9升，在恒温恒压密闭容器内混合容器内压力4MPa，恒温温度85℃，维持混合工质在恒温恒压容器内保温保压47分钟，经保温保压处理的混合工质，导出到真空存储容器内存储备用。
(2)制备强化传热醇溶液：首先分别将重铬酸钾晶体100g加入0.5L三氯化钛饱和溶液溶解完全，将氧化铍10g加入0.5L三氯化钛饱和溶液溶解完全，然后再将二者在烧杯中混合，并搅拌均匀，静置分层，离心分离获得混合晶体(主要成分为铬酸铍、铬酸钛、氯化钾和氯化钛等)，低温40℃烘干混合晶体，再取烘干后的混合晶体120g加入无水乙醇0.4L稀释，然后加入10g尿素CO(NH2)2，搅拌均匀，待混合晶体全部溶解，制得强化传热醇溶液，放入密封溶液罐储存；
(3)制备纳米铜溶液：首先将30g醋酸铜溶于0.3L己二醇
溶液中，搅拌溶解均匀形成醋酸铜己二醇溶液，再将20g十二烷基苯磺酸钠溶解于醋酸铜己二醇溶液中；然后将30g次磷酸钠溶于0.3L己二醇中，搅拌溶解均匀形成次磷酸钠己二醇溶液，之后将次磷酸钠己二醇溶液加入醋酸铜己二醇溶液中，缓慢搅拌反应之后，在惰性保护气中保温2小时，保温温度是58℃，制得纳米铜溶液；
(4)制备常温热超导工质：将制得的主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液混合，利用超声波加速融合，实现充分混合，然后保温60℃，保压5MPa，持续保温保压时间2小时，制得常温热超导工质，待常温热超导工质稳定，存入真空罐内，备用。
实施例3
主传热基体工质∶强化传热醇溶液∶纳米铜溶液＝92∶4.5∶7(体积比)。
主传热基体工质包括低温工质二氟一氯甲烷、异丁烷和***，体积比为41∶ 56∶6。
强化传热醇溶液是由重铬酸钾晶体和氧化铍晶体分别采用三氯化钛溶液溶解再混合进行反应后所得的混合晶体与尿素溶于无水乙醇形成的醇溶液。
纳米铜溶液是由醋酸铜与硼氢化钾以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，在丁二醇中制备而成。
上述10升常温超传热工质的制备：
(1)制备主传热基体工质：低温工质二氟一氯甲烷、异丁烷和***按照41∶ 56∶6的体积比，配制9升，在恒温恒压密闭容器内混合，容器内压力8MPa，恒温温度95℃，维持混合工质在恒温恒压容器内保温保压50分钟，经保温保压处理的混合工质，导出到真空存储容器内存储备用。
(2)制备强化传热醇溶液：首先分别将重铬酸钾晶体100g加入0.5L三氯化钛饱和溶液溶解完全，将氧化铍10g加入0.5L三氯化钛饱和溶液溶解完全，然后再将二者在烧杯中混合，并搅拌均匀，静置分层，离心分离获得混合晶体(主要成分为铬酸铍、铬酸钛、氯化钾和氯化钛等)，低温42℃烘干混合晶体，再取烘干后的混合晶体120g加入无水乙醇0.4L稀释，然后加入10g尿素CO(NH2)2，搅拌均匀，待混合晶体全部溶解，制得强化传热醇溶液，放入密封溶液罐储存；
(3)制备纳米铜溶液：首先将30g醋酸铜溶于0.3L丁二醇溶液中，搅拌溶解均匀形成醋酸铜丁二醇溶液，再将20g十二烷基苯磺酸钠溶解于醋酸铜丁二醇溶液中；然后将30g次磷酸钠溶于0.3L丁二醇中，搅拌溶解均匀形成次磷酸钠丁二醇溶液，之后将次磷酸钠丁二醇溶液加入醋酸铜丁二醇溶液中，缓慢搅拌反应之后，在惰性保护气中保温2.5小时，保温温度是65℃，制得纳米铜溶液；
(4)制备常温热超导工质：将制得的主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液混合，利用超声波加速融合，实现充分混合，然后保温60℃，保压5MPa，持续保温保压时间2小时，制得常温热超导工质，待常温热超导工质稳定，存入真空罐内，备用。
在其它实施例中，多元醇还可以是一丙二醇、一缩二丙醇、新戊二醇或季戊四醇等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种常温超传热工质，其特征在于：它由主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液组成；
所述主传热基体工质包括二氟一氯甲烷、异丁烷和***；
所述强化传热醇溶液是由重铬酸钾晶体和氧化铍晶体分别采用三氯化钛溶液溶解再混合进行反应，所得的混合晶体与尿素溶于无水乙醇而形成的醇溶液；
所述纳米铜溶液是由醋酸铜与硼氢化钾以十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，在多元醇中制备而成。
2.根据权利要求1所述的常温超传热工质，其特征在于：所述主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液的体积比是88～92：3.5～4.5：5～7。
3.根据权利要求2所述的常温超传热工质，其特征在于：所述主传热基体工质中二氟一氯甲烷、异丁烷和***的体积比为38～41:52～56:4.5～6。
4.根据权利要求3所述的常温超传热工质，其特征在于：所述多元醇是乙二醇、己二醇、一丙二醇、丁二醇、一缩二丙醇、新戊二醇或季戊四醇。
5.一种权利要求1～4任一项所述常温超传热工质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备主传热基体工质：在恒温恒压密闭容器内混合二氟一氯甲烷、异丁烷和***，制得主传热基体工质；
(2)制备强化传热醇溶液：首先分别将重铬酸钾晶体加入三氯化钛饱和溶液溶解完全，将氧化铍加入三氯化钛饱和溶液溶解完全，然后再将二者混合，并搅拌均匀，静置分层，离心分离获得混合晶体，再低温烘干混合晶体，取烘干后的混合晶体加入无水乙醇稀释，然后加入尿素，搅拌均匀，待混合晶体全部溶解，制得强化传热醇溶液；
(3)制备纳米铜溶液：首先将醋酸铜溶于多元醇溶液中，搅拌溶解均匀形成醋酸铜多元醇溶液，再将十二烷基苯磺酸钠溶解于醋酸铜多元醇溶液中；然后将次磷酸钠溶于多元醇中，搅拌溶解均匀形成次磷酸钠多元醇溶液，之后将次磷酸钠多元醇溶液加入醋酸铜多元醇溶液中，缓慢搅拌反应之后，在惰性保护气中保温，制得纳米铜溶液；
(4)制备常温热超导工质：将制得的主传热基体工质、强化传热醇溶液和纳米铜溶液充分混合，然后保温保压，制得常温热超导工质。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，恒温恒压密闭容器内压强为4～8MPa，恒温温度是85～95℃，恒温时间是45～50分钟。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，混合晶体低温烘干温度是40～45℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在惰性保护气中保温2～2.5小时，保温温度是58～65℃。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，保温58～65℃，保压4～6MPa，保温保压时间2～2.5小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180123 |