최고의액체냉각용열전달유체

냉각시스템용일반유체소개

액체냉각을결정하면어떤열전달유체를사용할지알고있습니까?응용분야에대한액체냉각기술을선택할때가장중요한요소중하나는냉각구성요소(예:액체냉판또는열교환기)또는시스템및응용분야의습식표면과열전달유체의호환성입니다。열전달유체호환성은장기적인시스템신뢰성을보장하는데매우중요합니다。열전달유체에대한다른요구사항에는높은열전도도및특정열,낮은점도,낮은동결점,높은인화점,낮은부식도,낮은독성및열안정성1이포함될수있습니다。이러한기준에따라오늘날액체냉각응용제품에가장일반적으로사용되는냉각수는다음과같습니다。

• 물
• 탈염수
• 방청글리콜및수용액
• 유전체유체

호환가능한열전달유체및습식소재를잘매치하여선택하면부식위험을최소화하고열성능을최적화할수있습니다。구리는물및글리콜/수용액과호환되며알루미늄은글리콜/수용용액,유전체유체및오일과호환됩니다。그러나,탈염수또는기타부식성유체를사용한다면스테인리스강의내식성이다른금속보다우수하므로스테인리스강이일반적으로권장됩니다(표1참조)。대부분의냉각시스템은물또는글리콜/수용액과호환되지만,탈염수또는폴리알파올레핀(PAO)등의유전체유체와의호환성을위해서는특수배관작업이필요합니다。

표1

소재및유체호환성	물	글리콜	탈염수	유전체유체(Fluorinert PAO)
구리	Ⅹ	Ⅹ		Ⅹ
알루미늄		Ⅹ		Ⅹ
스테인리스강	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ

물

물은높은열용량과열전도성으로인해액체냉각응용분야에서사용하기에가장적합한소재입니다。또한유,체경로에서사용하기에가장적합한열전달소재인구리와도호환됩니다。액체냉각용물은여러가지공급원에서나옵니다。예를들어,수돗물은공공용수처리시설이나우물에서얻을수있습니다。공공시설용수나수돗물을사용하면언제나이를확보할수있고비용이저렴하다는이점이있습니다。공공시설용수나수돗물에대해주의해야할점은,처리를거치지않았기때문에불순물을포함할가능성이있다는것입니다。이러한불순물로인해액체냉각루프및/또는유체경로가부식될수있습니다。따라서부식을최소화하고열성능을최적화하려면양질의물을사용하는것이좋습니다。

물의금속부식성은포함된화학성분에따라상당히달라질수있습니다。예를들어,염화물(氯)은수돗물에서일반적으로발견되며부식성일수있습니다。염화물이25 ppm이상인액체냉각루프에는시설또는수돗물을사용해서는안됩니다。칼슘과마그네슘은금속표면에스케일을형성하고부품의열성능을감소할수있으므로물의칼슘과마그네슘수준도고려해야합니다(표2참조)。

표2

양질의물을위한최소요건2
미네랄	권장한계치
칼슘	< 50 ppm
마그네슘	< 50 ppm
총경도	< 100 ppm(5그레인)
염화물	< 25 ppm
황산염	< 25 ppm

공공시설용수나수돗물에미네랄,소금또는기타불순물이많이포함되어있다고판단된다면,용수를여과하거나정수또는탈염수를구매할수있습니다。공공시설용수또는수돗물이비교적순수하고권장한계치를충족하더라도,안전성을확보하기위해일반적으로부식억제제를추가하는것이좋습니다。인산염은스테인리스스틸및대부분의알루미늄부품에효과적인부식억제제입니다。pH值조절에효과적이기도합니다。그러나,인산염의한가지단점은경수에서는칼슘과함께침전된다는것입니다。구리및황동의경우에는톨릴트리아졸이일반적이고매우효과적인부식억제제입니다。알루미늄의경우,2 -에틸헥사노익산또는세바식산과같은유기산이보호기능을제공합니다。

탈염수

탈이온화물은나트륨,칼슘,철,구리,염화물및브로마이드를포함하여이온을제거한물입니다。탈이온화공정은부식또는스케일형성을일으킬수있는유해한미네랄,염및기타불순물을제거합니다。수돗물과대부분의유체에비해탈이온된물은높은저항성을갖는다。탈이온화된물은부품이전기적으로분리되어야하는전기부품의제조에사용되는이유입니다우수한절연체입니다。그러나물의저항성이높아짐에따라부식성도증가합니다。탈이온된물은약7.0에서pH를하지만공기에노출되면빠르게산성산이됩니다。공기중의이산화탄소는물에녹아이온을도입하고약5.0의산성pH를제공합니다。사실상순수한물을사용할때부식억제제사용이필요합니다。재순환냉각기에서탈이온된물을사용할때는특수고순도배관이필요합니다。피팅은니켈도금되어야하며증발기는니켈용기가있어야합니다。냉장판또는열교환기에서탈온화된물을사용할때는스테인리스스틸튜브를사용하는것이좋습니다。

방청글리콜및수용액

액체냉각응용분야에가장일반적으로사용되는두가지유형의글리콜은에틸렌글리콜과물(EGW)및프로필렌글리콜및물(产气井)솔루션입니다。에틸렌글리콜은높은비등점,낮은동결점,광범위한온도에대한안정성,높은특정열및열전도도를포함하여바람직한열특성을갖는다。또한점도가낮기때문에펌핑요구사항이줄어듭니다。EGW는产气井보다더바람직한물리적특성을가지고있지만,产气井는독성이우려될수있는응용분야에서사용됩니다。产气井는일반적으로식품또는식품가공응용분야에서사용하기에안전하다고인식되며밀폐된공간에서도사용할수있습니다^3.。

EGW의열전도도는물만큼높지않지만사용또는운송중에유용할수있는동결방지기능을제공합니다。사실에,틸렌글리콜은자동차부동액에사용되는화학물질이다。그러나,자동차글리콜은규산염기반녹억제제를함유하고있기때문에냉각시스템이나열교환기에서사용해서는안된다。이러한억제제는젤과파울,열교환기표면을코팅하고효율성을감소시킬수있습니다。또한규산염은펌프씰의수명을크게줄이는것으로나타났습니다。잘못된억제제는심각한문제를일으킬수있지만올바른억제제는부식을방지하고액체냉각루프수명을크게연장할수있습니다。억제된글리콜은Dynalene,휴튼화학회사또는다우화학회사와같은회사에서구입할수있으며비억제글리콜보다적극권장됩니다。

용액내글리콜농도가증가하면열전달유체의열성능이감소합니다。부식및동결방지요건을충족하기위해서는최저농도의방청글리콜을사용하는것이가장좋습니다。陶氏化学은최소농도의25 - 30% EGW⁴을권장합니다。이러한최소농도에서에틸렌글리콜은살균제및살진균제로서작용하기도합니다。재순환냉각기의경우,30%의에틸렌글리콜용액은물만사용했을때보다열성능이약3%감소하며,부식을방지하고,동결방지율을-15°C(5°F)로떨어트립니다。

글리콜용액에사용된물의수질또한중요합니다。방청글리콜을사용하더라도물은표2에지정된한계치를충족또는초과해야합니다。물내이온은억제제가용액에서떨어지게하여오염과부식을유발할수있습니다。

유전체유체(电介质)

식품산업은열전달을위해EGW를통해产气井를선택할가능성이더높지만전력전자장치,레이저및반도체산업물위에유전체유체를선택할가능성이더큽니다。유전체유체는전도성이없으므로민감한전자장치로작업할때물보다선호됩니다。3 m의유전체유체플루오리너트™와같은불불불탄소는광범위한작동온도에서불연성,비폭발성및열면에서안정적입니다。탈이온화된물은또한비전도적이지만,불소성™탈수보다부식성이적기때문에일부응용분야에더나은선택이될수있습니다。그러나물,은약0.59 W / m°C(0.341英热单位/小时英尺°F)의열전도도를가지며,불소™fc - 77는약0.063 W / m°C(0.036英热单位/小时英尺°F)의열전도도를갖는다。⁵플루오리너트™또한탈이온화된물보다훨씬더비쌉합니다。

PAO는군사및항공응용분야에서자주사용되는합성탄화수소로,유전체특성과광범위한작동온도에대한응용분야입니다。,예를들어오늘날의제트전투기의화재제어레이더는PAO를사용하여냉각된액체입니다。PAO를열전달유체로사용하는콜드플레이트및열교환기를테스트하기위해PAO호환재순환냉각기도사용할수있습니다。PAO는0.14 W / m°C (0.081 BTU / hr英尺°F)의열전도도를갖는다。따라서유전체유체는전자제품에대한저위험액체냉각을제공하지만일반적으로물과대부분의수성솔루션보다열전도도율이훨씬낮습니다。

물,탈이온화된물,글리콜/물용액및불소탄소및PAO와같은유전체유체는고성능액체냉각응용분야에서가장일반적으로사용되는열전달유체입니다。유체경로와호환되는열전달유체를선택하고부식방지또는부식위험이최소화되며응용프로그램의특정요구사항을충족하는것이중요합니다。올바른화학작용을통해열전달유체는액체냉각루프에매우효과적인냉각을제공할수있습니다。액체냉각기술과시스템에사용할적절한작동유체에대한자세한내용은보이드코퍼레이션의열부문Aavid에문의하십시오。

¹사티시c모하파트라(Mohapatra Satish c)、“전자공학냉각용유체냉각제에관한개요(电子冷却液体冷却剂的概述),“ElectronicsCooling, 2006년월,22页。

²陶氏化学公司,”열전달유체솔루션내乐动游戏厅수질의중요성(使用高质量的水的重要性在传热流体解决方案),“www.Dow.com,形成no.180 - 01396 - 1099 - qrp, 1999년10월。

^3.陶氏化学公司,”올바른열전달유체를乐动游戏厅찾는방법(如何选择正确的传热流体)”,加热过程,2008년월,特洛伊,MI, 52页。

⁴陶氏化学公司,“다우섬SR-1및다乐动游戏厅우섬4000방청에틸렌글리콜기반열전달유체에대한엔지니어링및작업안내서(工程和操作指南热传导SR-1和热传导4000抑制乙烯二元醇传热流体)”,www.Dow.com,양식번호:180-1190-0901 AMS 2001년월,p。6。

⁵3 m,“3 m Fluorinert™전자유체fc - 77”,www.3M.com98-0212-2309-8 (HB) 2000년월,p。1。