熱伝達流体と接液材料との適合する組み合わせを選択することで、腐食のリスクを最小限に抑え、熱性能を最適化することができます。

銅は、水およびグリコール／水溶液と互換性があります。

アルミニウムはグリコール／水溶液、誘電性流体、油と互換性があります。

ステンレス鋼は、他の金属に比べて耐食性が優れているため、脱イオン水やその他の腐食性流体に適しています。

ほとんどの冷却システムは水またはグリコール／水溶液と互換性がありますが、脱イオン水またはポリアルファオレフィン（PAO）のような誘電性流体用の特殊な配管が必要です。

施設用水または水道水

液体冷却用の水は、さまざまなソースから供給されます。例えば、水道水は公営の水処理施設や井戸から供給されます。施設または水道水を使用する利点は、入手しやすく安価であることです。施設の水または水道水について注意すべき重要な点は、未処理で不純物を含んでいる可能性が高いということです。不純物は、液体冷却ループの腐食および／または流体チャネルの詰まりを引き起こす可能性があります。したがって、腐食を最小限に抑え、熱性能を最適化するために、良質の水を使用することをお勧めします。

水の腐食の可能性

水が金属を腐食させる能力は、その化学組成によって大きく異なります。腐食性塩化物は、水道水によく見られます。施設または水道水は、25 ppmを超える塩化物が含まれている場合は、液体冷却ループで使用しないでください。

水中のカルシウムとマグネシウムのレベルも考慮する必要があります。カルシウムとマグネシウムは、金属表面にスケールを形成し、部品の熱性能を低下させる可能性があります。

脱イオン水またはろ過水

施設の水または水道水にミネラル、塩分、その他の不純物が大量に含まれている場合は、水をろ過するか、ろ過水または脱イオン水を購入することができます。

腐食防止剤：リン酸塩、トリルトリアゾール、有機酸

施設や水道水が比較的純度が高く、推奨限度値を満たしていても、追加の保護のために腐食防止剤を使用することをお勧めします。リン酸塩は、ステンレス鋼およびほとんどのアルミニウムコンポーネントに効果的な腐食防止剤です。pH コントロールにも効果的です。リン酸塩の欠点の一つは、硬水中のカルシウムで沈殿することです。銅および真鍮の場合、トリルトリアゾールは一般的で非常に効果的な腐食防止剤です。アルミニウムの場合、2-エチルヘキサン酸やセバシン酸などの有機酸が保護効果を発揮します。

脱イオン水の腐食性

しかし、水の抵抗率が上昇すると、腐食性も上昇します。脱イオン水はおよそpH 7.0 ですが、空気に触れるとすぐに酸性になります。空気中の二酸化炭素は水に溶け、イオンを導入し、pH を5.0 に下げます。実質的に純粋な水を使用する場合、腐食防止剤が必要です。循環式チラーまたはCDU で脱イオン水を使用する場合、特別な高純度の配管が必要です。継手はニッケルメッキ、蒸発器はニッケルろう付けとするべきです。冷却プレートまたは熱交換器で脱イオン水を使用する場合、ステンレス鋼製チューブが推奨されます。

液体冷却システムの脱イオン水のメリット

水道水は、ほとんどの液冷用途のニーズを満たします。しかし、脱イオン（DI）水には化学的および電気的特性があるため、液体回路にマイクロチャネルが含まれている場合や、敏感な電子機器が関係する場合には、冷却に最適な選択肢となります。

脱イオン水のイオン濃度は極めて低く、重要な性能特性に影響します。第1 に、冷却効率とシステム運用性能を低下させる、冷却剤の流れを妨げる鉱物の堆積物を除去します。第2 に、循環する冷却剤からの静電荷の蓄積によるアーク放電のリスクを排除します。アーク放電は、冷却される機器の敏感な制御電子機器を損傷する可能性があります。脱イオン水にイオンが含まれないことで、両方の問題が解消されます。

液体冷却システムで脱イオン水を使用する方法

脱イオン水を必要とする用途は、次のような業界で見られます。

• 医療機器
• 実験機器
• 医薬品製造および食品加工
• 化粧品
• 半導体製造
• レーザー、めっき、化学、その他の工業加工

脱イオン水を使用する際は注意してください。イオンが含まれていないため、この冷却剤は腐食性が高くなります。「普遍溶媒」と呼ばれる脱イオン水は、既知の中でも最も攻撃性の高い溶媒の1 つです。それは、接触するものはすべて、程度の差はあれ溶解します。したがって、冷却ループ内のすべての材料は耐食性でなければなりません。

銅の脱イオン水との非互換性

銅やその他の多くの一般的な材料は、脱イオン水と互換性がなく、脱イオン水を汚染します。脱イオン水を使用してシステムを設計する場合は、ステンレス鋼やニッケルなどの脱イオン水対応材料を必ず指定してください。

脱イオン水用のステンレス製接液経路

熱交換器または冷却プレートでは、ステンレス鋼の流路を推奨します。DI 対応の 循環式チラー には、ニッケルろう付けエバポレーター、ステンレス鋼製ポンプヘッド、ニッケルめっきフィッティングが含まれている必要があります。最後に、脱イオン水の純度を維持するには、脱イオンカートリッジを含める必要があります。すべての消耗品と同様に、DI カートリッジは定期的に交換する必要があります。

要約すると、多くのタイプの機器や用途には、脱イオン水冷却システムが必要です。これらのシステムは、適切に設計および保守されていれば、長年にわたって信頼性の高い冷却と漏れのない動作を提供できます。

液体冷却における腐食抑制剤入りグリコール水溶液

液体冷却用途に最も一般的に使用される2種類のグリコールは、エチレングリコールと水（EGW）溶液、およびプロピレングリコールと水（PGW）溶液です。

エチレングリコールおよび水

エチレングリコールは、高い沸点、低い凝固点、広い温度範囲にわたる安定性、高い比熱および熱伝導率など、望ましい熱特性を有しています。また、粘度が低いため、ポンプ要件が軽減されます。EGW の熱伝導率は水ほど高くありませんが、使用中や輸送中に有益な凍結保護を提供します。

プロピレングリコールおよび水

EGW はPGW よりも望ましい物理特性を有していますが、毒性が懸念される用途にはプロピレングリコール／水が使用されます。PGW は、食品や食品加工用途での使用が安全であると一般的に認識されており、密閉された空間でも使用できます。

自動車用エチレングリコールおよび水

エチレングリコールは、自動車の不凍液に使用されます。ただし、自動車用グリコールにはケイ酸塩ベースの防錆剤が含まれているため、冷却システムや熱交換器には使用しないでください。これらの防錆剤はゲル化して付着し、熱交換器の表面をコーティングしてその効率を低下させる可能性があります。ケイ酸塩は、ポンプシールの寿命を大幅に短縮することも示されています。

グリコールおよび水溶液に適した防錆剤の選択

誤った阻害剤は重大な問題を引き起こす可能性がありますが、適切な阻害剤は腐食を防ぎ、液体冷却ループの寿命を大幅に延ばすことができます。抑制剤入りグリコールは、専門の流体製造会社から購入でき、抑制剤なしグリコールよりも強く推奨されます。

グリコール濃度

溶液中のグリコール濃度が増加すると、熱伝達流体の熱性能は低下します。腐食防止および凍結防止のニーズを満たすために必要な、可能な限り低い濃度の阻害剤入りグリコールを使用してください。Dow Chemical は、EGW4 の最低濃度を25～30％ とすることを推奨しています。この最小濃度では、エチレングリコールは殺菌剤および防カビ剤としても機能します。循環式チラーでは、30% エチレングリコール溶液は、水のみを使用した場合に比べて熱性能が約3% 低下するだけですが、腐食防止に加え、-15°C（5°F）までの凍結防止も提供します。

グリコール溶液中の水質

グリコール溶液に使用する水の品質も重要です。水は、抑制グリコールを使用している場合でも、推奨ミネラル制限表に指定されている制限値以上でなければなりません。水中のイオンは、抑制剤が溶液から析出し、汚れや腐食の原因となります。

液体冷却剤にグリコールを加える

熱交換器は、冷却剤とシステムの冷媒ガスとの間で熱を伝達します。冷媒の温度は、熱が流れ、冷却剤の温度が効果的に設定値に戻るためには、冷却剤の温度よりも低くなければなりません。

冷媒の温度は通常、熱が流れるように冷却剤の温度よりも5°C～10°C 低くなっています。その結果、温度設定値が10°C（48°F）未満の場合、冷媒の温度は水の氷点に近いか、氷点以下になる可能性があります。冷却剤が凍結すると、蒸発器が閉塞し、水の流れが妨げられる可能性があります。水は凍結すると膨張し、蒸発器に永久的な損傷を与える可能性があります。

熱伝達流体としてのパーフルオロカーボン

3M の誘電性流体Fluorinert™ などのパーフルオロカーボンは、不燃性、非爆発性で、幅広い動作温度範囲にわたって熱的に安定しています。脱イオン水も非導電性ですが、Fluorinert™ は脱イオン水よりも腐食性が低いため、用途によってはより適している場合があります。しかしながら、水の熱伝導率は約0.59 W/m°C（0.341 BTU/hr ft °F）であるのに対し、Fluorinert™ FC-77 の熱伝導率は約0.063 W/m°C（0.036 BTU/hr ft °F）に過ぎません。Fluorinert™ は、脱イオン水よりもはるかに高価です。

ポリアルファオレフィン液体冷却

PAO は、その誘電特性と幅広い動作温度のために、防衛および航空宇宙用途で頻繁に使用される合成炭化水素です。例えば、今日のジェット戦闘機の火管制レーダーは、PAO を使用して液体冷却されています。イートンは、最終用途にPAO を使用する冷却プレートと熱交換器をテストするためのPAO 互換循環式チラーを提供しています。PAO の熱伝導率は0.14 W/m°C（0.081 BTU/hr ft °F）です。誘電性流体は電子機器に低リスクの液体冷却を提供しますが、一般的に水やほとんどの水ベースのソリューションよりもはるかに低い熱伝導率を持っています。

熱伝達流体の選択

水、脱イオン水、グリコール／水溶液、フルオロカーボンやPAO などの誘電性流体は、高性能の液冷用途で最もよく使用される熱伝達流体です。流体経路と互換性があり、腐食防止性があるか腐食のリスクが最小限で、用途固有の要件を満たす熱伝達流体を選択することが重要です。適切な化学的性質があれば、熱伝達流体は液体冷却ループに効果的な冷却を提供することができます。

液体冷却技術およびシステムで使用する適切な作動流体の詳細については、当社にお問い合わせください。