完全浸沒式和主體浸沒式等傳熱技術近期成為關注熱點。這些技術通過增大傳熱面積、實現變沸點相變傳熱，有效提升了熱管理系統的傳熱效率和均溫性。浸沒式熱管換熱器在新能源汽車、AI 大模型、數據中心等多個領域具有廣闊的應用前景。

浙江銀輪機械股份有限公司副總工程師陸國棟對常用冷媒進行了深入分析，包括其基本物性對比、環保與安全性能以及介電能力。通過對比不同冷媒的臨界溫度、臨界壓力、飽和蒸氣壓等參數，揭示了不同冷媒在熱管理系統中的適用性。陸國棟強調，冷媒選擇需綜合考慮環保性、安全性和介電性能，以確保熱管理系統的穩定運行。

陸國棟｜浙江銀輪機械股份有限公司副總工程師

以下為演講內容整理：

新能源汽車冷媒選型核心指標解析

冷媒選擇需綜合評估熱力學性能、環保性與安全性三大指標。當前主流冷媒 R134a 因 GWP 值（全球變暖潛能值）高達 1430，正逐步退出移動制冷領域；替代方案中 R1234yf 飽和蒸氣壓與 R134a 接近（80 ℃時 2.94MPa）且 GWP＜1，但制冷效率略低；

圖源：演講嘉賓素材

R290 雖具 339kJ/kg 的高汽化潛熱，卻因 A3 類可燃性及 30% 高于 R134a 的工作壓力，在車載功率元件冷卻中風險顯著；R744（二氧化碳）環保優勢突出，但其 7.38MPa 臨界壓力導致系統密封成本激增。

相比之下，低壓冷媒 R1233zd 在 80 ℃飽和蒸氣壓僅 1.38MPa，臨界溫度 104.2 ℃完美適配功率元件 100 ℃ ± 10 ℃工作溫區，且 A1 安全等級（低毒不可燃）更符合車載要求。介電性能測試進一步揭示：R744 超臨界狀態介電強度達 20-30kV/mm，R290 液態介電強度顯著高于氣態，而水分雜質會導致冷媒介電強度驟降 50% 以上（如含水 0.01% 的 R134a 擊穿電壓下降 60%），這對密封工藝提出嚴苛要求。

傳熱鏈熱阻實驗與浸沒技術驗證

傳統熱管理方案存在多重熱阻疊加缺陷：接觸式液冷需經功率元件→導熱硅脂→液冷板（一次換熱）→管路→ chiller（二次換熱）→冷凝器（三次換熱）→大氣，單相浸沒液冷雖減少環節但仍需二次換熱。

為驗證熱端熱阻核心癥結，實驗采用 20kW 熱管換熱器在 5/7/15m/s 三檔風速下對比三種方案：接觸式（0 面浸沒）最大傳熱量僅 5.59kW，響應時間＞4 分 30 秒，壁溫差高達 59 ℃，熱阻分析顯示功率元件壁溫比冷媒液溫高 50-75 ℃；局部浸沒（4 面）傳熱能力提升至 14.8kW，響應時間縮短至 60 秒內，壁溫差降至 18 ℃，接觸熱阻占比下降 80%；主體浸沒（5 面）更實現 20kW 傳熱量、20 秒內響應及＜6 ℃壁溫差，壁溫均勻度偏差＜2%。

關鍵數據表明：接觸式換熱中加熱塊 t2 點溫度達液溫 +275 ℃，而五面浸沒時冷媒 11 秒內啟動相變沸騰（接觸式需 260 秒）；顯熱 / 潛熱對比進一步揭示防凍液顯熱僅 16.8-21kJ/kg（5-6 ℃溫升），R134a 相變潛熱 216kJ/kg 則相當于防凍液溫升 66.7 ℃，二者相差 66 倍。

四級浸沒技術產業化路徑與實踐

基于浸沒面積差異形成四級解決方案：局部浸沒（1 面）針對帶封裝碳化硅模塊，消除接觸熱阻同時兼容現有封裝結構；部分浸沒（4 面）適配方形功率元件，傳熱能力較接觸式提升 2.6 倍；主體浸沒（5 面）滿足高均溫芯片需求，實現＜6 ℃壁溫差及 40% 減重；完全浸沒（6 面）專用于無封裝裸芯，同步消除封裝熱阻。

技術突破：將功率元件直接置入熱管內部，打破熱管熱源外接傳熱的傳統限制；完全消除接觸熱阻；從熱端到冷端只有一個換熱器，中間過程為重力熱管原理，零能耗，效率遠高于已知所有材料的傳熱能力。

技術挑戰與行業展望

當前面臨三大瓶頸：R290 在熱泵系統普及需攻克 A3 類可燃性風險；真空度維持＜10 Pa 要求氦檢漏率＜5 × 10 Pa · m /s；主體浸沒方案較傳統液冷板成本高 35%。未來研發聚焦沸點動態可調冷媒、人形機器人關節電機用＜50mm 緊湊型換熱器、以及光儲充一體化設備浸沒式熱管理系統。隨著低空經濟與 AI 算力需求爆發，該技術將在高功率密度散熱領域持續釋放變革潛力。

（以上內容來自于浙江銀輪機械股份有限公司副總工程師陸國棟于 2025 年 6 月 18 日在 2025 第三屆新能源汽車熱管理論壇上發表的《新能源汽車熱管理中傳熱鏈熱端熱阻分析及解決方案》主題演講。）