液体冷却的最佳传热流体

一旦你决定液体冷却解决方案是，你知道用什么传热流体吗?在为您的应用程序选择液冷技术时，最重要的因素之一是传热流体与冷却组件的湿表面(如液体冷却板或热交换器）或系统和您的申请。传热流体兼容性对于确保长期系统可靠性至关重要。传热流体的一些其他要求可包括高导热率和比热，低粘度，低冰点，高闪点，低腐蚀性，低毒性和热稳定性1。根据这些标准，目前液体冷却应用的最常用的冷却剂是：

• 水
• 去离子水
• 抑制乙二醇和水溶液
• 介电流液

通过选择一个兼容的热传递流体和湿材料的配对，您将最大限度地减少腐蚀的风险，并优化热性能。铜与水和乙二醇/水溶液兼容，铝与乙二醇/水溶液、电介质和油兼容。然而，当使用去离子水或其他腐蚀性流体时，一般推荐使用不锈钢，因为它比其他金属更耐腐蚀。(见表1)。大多数冷却系统兼容水或乙二醇/水解决方案，但需要特殊的管道，以兼容去离子水或介电流体，如聚α烯烃(PAO)。

表格1

材料与流体兼容性	水	乙二醇	去离子水	介电流体(氟惰性，PAO)
铜	X	X		X
铝		X		X
不锈钢	X	X	X	X

由于水的高热容量和热导率，它是液体冷却应用的最佳选择之一。它也与铜兼容，铜是流体路径使用的最佳传热材料之一。用于液体冷却的水有不同的来源。例如，自来水来自公共的水处理设施或井。使用设施或自来水的好处是它很容易获得，而且便宜。需要注意的是，设施用水或自来水很可能未经处理，因此很可能含有杂质。这些杂质可能会导致液冷回路腐蚀和/或堵塞流体通道。因此，建议使用优质的水，以减少腐蚀和优化热性能。

水腐蚀金属的能力因其化学成分的不同而有很大的不同。例如，氯化物通常存在于自来水中，具有腐蚀性。如果设备或自来水含有超过25ppm的氯化物，则不应用于液冷循环。水中的钙和镁的含量也需要考虑，因为钙和镁会在金属表面形成水垢，降低部件的热性能。(见表2)。

表2

良好水质的最低要求2
矿物	建议限制
钙	< 50 ppm
镁	< 50 ppm
总硬度	<100 ppm（5粒）
氯	<25 ppm.
硫酸	<25 ppm.

如果您确定您的设施水或自来水含有大量的矿物质、盐或其他杂质，您可以过滤水或选择购买过滤或去离子水。如果您的设施或自来水是相对纯净的，并且达到了建议的限度，通常建议您添加缓蚀剂以进行额外的保护。磷酸盐是一种有效的缓蚀剂不锈钢和大多数铝组件。它对控制pH值也很有效。然而，磷酸盐的一个缺点是，它与钙在硬水中沉淀。对于铜和黄铜，甲苯三唑是一种常用的、高效的缓蚀剂。对于铝，有机酸如2-乙基己酸或癸二酸提供保护。

去离子水是除去其离子的水，包括钠，钙，铁，铜，氯化物和溴化物。去离子方法除去有害的矿物质，盐和其他可导致腐蚀或鳞片形成的杂质。与自来水相比，大多数流体去离子水具有高电阻率。去离子水是一种优异的绝缘体，这就是为什么它用于制造电气部件，其中零件必须电隔离。然而，随着水的电阻率增加，其腐蚀性也会增加。去离子水将在约7.0的水平下pH，但在暴露于空气时会迅速成为酸性。空气中的二氧化碳将在水中溶解在水中，引入离子并呈酸性pH约为5.0。在使用几乎纯净的水时，有必要使用腐蚀抑制剂。当在再循环冷却器中使用去离子水时，需要进行特别高纯度管道。配件应镀镍，蒸发器应镍镀镍。 When using deionized water in冷却板或热交换器，建议使用不锈钢管。

最常用的两种类型的乙二醇液体冷却应用是乙二醇和水(EGW)和丙二醇和水(PGW)解决方案。乙二醇具有理想的热性能，包括高沸点，低冰点，在广泛的温度范围内的稳定性，高比热和热导率。它还具有低粘度，因此减少了泵送需求。尽管EGW比PGW具有更理想的物理性能，PGW用于可能存在毒性问题的应用。PGW通常被认为在食品或食品加工应用中是安全的，也可以在封闭空间中使用^3.．

尽管EGW的导热系数没有水那么高，但它提供了在使用或运输过程中有益的防冻保护。事实上，乙二醇是汽车防冻剂中使用的化学物质。然而,汽车乙二醇不应该用于冷却系统或热交换器，因为它含有硅酸盐基的防锈剂。这些抑制剂可以凝胶和污染，涂层热交换器的表面，降低其效率。硅酸盐也被证明会显著缩短寿命泵密封．虽然错误的抑制剂会导致突出问题，但右抑制剂可以防止腐蚀并显着延长a的寿命液体冷却循环．受抑制的二醇可以从公司如戴纳林，霍顿化学，或陶氏化学公司购买，并强烈推荐超过非受抑制的二醇。

随着溶液中乙二醇浓度的增加，换热流体的热性能降低。最好使用最低浓度的被抑制的乙二醇，以满足您的腐蚀和冷冻保护的需要。陶氏化学建议最低浓度为25-30% EGW^4.．在这个最低浓度下，乙二醇也可用作杀菌剂和杀菌剂。对于循环冷水机，30%的乙二醇溶液与单独用水相比，只会导致大约3%的热性能下降，但在-15°C(5°F)下仍能提供防腐和防冻保护。

乙二醇溶液中使用的水的质量也很重要。即使您使用的是被抑制的乙二醇，水也应该达到或超过表2中规定的限制。水中的离子会导致缓蚀剂从溶液中脱落，导致污垢和腐蚀。

虽然食品行业可能更有可能选择PGW以获得热转印，电力电子、激光和半导体工业可能更倾向于选择电介质流体而不是水。电介质流体是不导电的，因此在使用敏感电子器件时，电介质流体比水要好。全氟化碳，如3M的介质流体氟化™，是不易燃、不爆炸的，并且在大范围的操作温度下具有热稳定性。虽然去离子水也是不导电的，但氟惰性™比去离子水的腐蚀性更小，因此可能是一些应用的更好的选择。然而，水的导热系数约为0.59 W/m°C (0.341 BTU/hr ft°F)，而fluor惰™FC-77的导热系数约为0.063 W/m°C (0.036 BTU/hr ft°F)。^5.氟化™也比去离子水昂贵得多。

PAO是一种经常使用的合成碳氢化合物军队和航天其介电性能和广泛的工作温度范围的应用。例如，今天喷气式战斗机上的火控雷达是使用PAO进行液体冷却的。对于使用PAO作为传热流体的冷板和热交换器，也可提供PAO兼容的再循环制冷机。PAO的导热系数为0.14 W/m°C (0.081 BTU/hr ft°F)。因此，尽管电介质流体为电子产品提供了低风险的液体冷却，但它们的导热系数通常比水和大多数水基解决方案低得多。

水，去离子水，乙二醇/水溶液和诸如氟碳和PAO的介电流液是高性能液体冷却应用中最常使用的传热流体。选择与流体路径兼容的传热流体非常重要，提供腐蚀保护或腐蚀的最小风险，并满足您的应用的特定要求。通过正确的化学性，您的传热流体可以为液体冷却回路提供非常有效的冷却。有关液体冷却技术和用于系统中的适当工作流体的更多信息，请联系阿维德，博伊德公司热力部bob电竞在线．

¹Mohapatra, Satish C.，“用于电子冷却的液体冷却剂概述”，电子冷却，2006年5月，第22页。

²陶氏化学公司，“在传热流体解决方案中使用优质水的重要性”，www.Dow.com，1999年10月形成No.180-01396-1099QRP。

^3.陶氏化学公司“如何选择正确的传热液”，工艺加热，2008年1月，特洛伊，MI，P。52。

^4.Dow Chemical Company，“Dowtherm SR-1和Dowtherm 4000的工程和操作指南抑制了乙二醇的传热流体”，www.Dow.com，表格第180-1190-0901号，二零零一年九月，第6页。

^5.3M，“3M Fluorinert™电子液体FC-77”，www.3m.com.， 98-0212-2309-8 (HB)， 2000年5月，p. 1。