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Wärme-/Kühl-Management

Kühlmittel für Flüssigkeits-Kühlsysteme

15. Dezember 2014, 14:41 Uhr | Von Harald Adelmann

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Kühlflüssigkeit beeinflusst Materialauswahl

Eine Kühlflüssigkeit könnte im einfachsten Fall Leitungswasser sein. Oft werden jedoch Wassergemische mit Zusatzstoffen (Inhibitoren und Korrosionsschutzmittel) oder auch deionisiertes Wasser oder Öle als Kühlmittel eingesetzt. Nicht jedes Kühlmittel bzw. Kühlflüssigkeit ist geeignet für jeden Kühlerwerkstoff. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, das Material des Kühlers mit der Kühlflüssigkeit abzustimmen.

Würde man normales Brauchwasser für einen Flüssigkeitskühler mit Aluminium-Kanälen verwenden, hätte man wahrscheinlich nach absehbarer Zeit ein Leck im System. Der Grund hierfür sind mögliche gelöste Stoffe – z.B. im Wasser enthaltene Chlor-Verbindungen. Übermäßige Chloride in einem Kühlmittel wie Wasser können die Korrosion erheblich beschleunigen. Außerdem würden sich vorzugsweise an den Engstellen der Kühlkanäle Kalkablagerungen bilden. Durch die im Brauchwasser enthaltenen Partikel können vor allem beim Einsatz von Mikrokanälen die Kanalstrukturen rasch blockiert werden, was zu einer erheblichen Einschränkung der Kühlleistung führt. Die Tabelle zeigt die Kombinationsmöglichkeiten von Kühlerwerkstoffen mit den am häufigsten eingesetzten Kühlflüssigkeiten.

Wirtschaftlichkeit als Bewertungs-Kenngröße

Betrachtet man das Thema Werkstoffe im Zusammenhang mit der Kühlung aus anderen Blickwinkeln, nämlich der Wärmeleitfähigkeit, dem Gewicht und letztendlich damit auch der Wirtschaftlichkeit, so wird man schnell feststellen, dass Aluminium der optimale Werkstoff für das Grundmaterial eines Kühlers ist. Das ideale Kühlmittel wäre Wasser, das aber auf Grund seiner Eigenschaften zu Korrosionsproblemen führt.

Als Hersteller von Hochleistungskühlsystemen empfiehlt DAU in diesem Fall den Einsatz von Glykolen als Korrosionsschutzmittel, das zudem auch noch den Vorteil des Frostschutzes bietet. Typische Vertreter dieser sogenannten mehrwertigen Alkohole sind das Ethylenglykol und das Propylenglykol. Ethylenglykol hat im Vergleich die besseren Wärmeübertragungseigenschaften und ist deutlich billiger als Propylenglykol. Nachteilig ist jedoch sein gesundheitsschädliches Potenzial. Zu beachten ist auch, dass Glykol alleine ohne Zusatzstoffe (Inhibitoren) nicht verwendet werden darf. Zudem muss die Konzentration des Gemisches mindestens 20 % Glykol aufweisen, da geringere Konzentrationen durch mikrobiologische Aktivitäten zusätzlich Korrosion hervorrufen können.

Ein oft eingesetztes Produkt zur Beimischung im Wasser, das die genannten Anforderungen erfüllt, wäre zum Beispiel Antifrogen N. Das typische Mischungsverhältnis ist 40 zu 60. Allerdings wird durch die Beimischung von Zusatzstoffen im Wasser auch die Wärmetransportleistung beeinflusst. Genauere Angaben hierzu findet man im „Leitfaden – Flüssigkeitskühlung“ unter www/dau-at.com/leitfaden/fluessigkeitskuehlung.

Das Thema Korrosion hat bei der Planung von Flüssigkeitskühlern eine herausragende Bedeutung. Da es zahlreiche Ursachen (mit kleinerer oder größerer Wirkung) von Korrosionserscheinungen im Kühlkreislauf gibt, soll hier auf die wichtigsten hingewiesen werden. Insbesondere bei der Materialauswahl im Zusammenwirken mit dem gesamten Kühlkreislauf ist darauf zu achten, dass es nicht zu Problemen durch elektrochemische Verbindungen kommt.