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一套典型的水冷散热系统具有以下部件：水冷块、循环液、水泵、管道和水箱或换热器。水冷块是一个内部留有水道的金属块，由铜或铝制成，与CPU接触并将吸收CPU的热量。循环液由水泵的作用在循环的管路中流动，如果液体是水，就是我们俗称的水冷系统。吸收了CPU热量的液体就会从CPU上的水冷块中流走，而新的低温的循环液将继续吸收CPU的热量。水管连接水泵、水冷块和水箱，其作用是让循环液在一个密闭的通道中循环流动而不外漏，让液冷散热系统正常工作。水箱用来存储循环液，换热器就是一个类似散热片的装置，循环液将热量传递给具有大表面积的散热片，散热片上的风扇则将流入空气的热量带走。

水冷散热与风冷散热其本质是相同的，只是水冷利用循环液将CPU的热量从水冷块中搬运到换热器上再散发出去，代替了风冷散热的均质金属或者热管，其中的换热器部分又几乎是风冷散热器的翻版。水冷散热系统大的特点有两个：均衡CPU的热量和低噪声工作。

冷却液由水、防冻剂、添加剂三部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型的冷却液。酒精型冷却液是用乙醇(俗称酒精)作防冻剂，价格便宜，流动性好，配制工艺简单，但沸点较低、易蒸发损失、冰点易升高、易燃等，现已逐渐被淘汰；甘油型冷却液沸点高、挥发性小、不易着火、、腐蚀性小，但降低冰点效果不佳、成本高、价格昂贵，用户难以接受，只有少数北欧国家仍在使用；乙二醇型冷却液是用乙二醇作防冻剂，并添加少量抗泡沫、防腐蚀等综合添加剂配制而成。由于乙二醇易溶于水，可以任意配成各种冰点的冷却液，其低冰点可达-68℃，这种冷却液具有沸点高、泡沫倾向低、粘温性能好、防腐和防垢等特点，是一种较为理想的冷却液，目前国内外发动机所使用的和市场上所出售的冷却液几乎都是这种乙二醇型冷却液。压缩机冷媒有时也被称为冷却液。

符合国家标准的冷却液，沸点通常都是超过105℃，比起水的沸点100℃，冷却液能耐受更高的温度而不沸腾（开锅），在一定程度上满足了高负荷发动机的散热冷却需要。

冷却液是水冷式发动机正常工作的工作介质。
若发动机过热，就会导致充气效率降低，发动机功率下降；使早燃、爆燃倾向加大，过早损坏零部件；恶化运动件之间的润滑，加剧其磨损等。
若发动机过冷，就会导致进入气缸的混合气品质差，使发动机功率下降，燃料消耗增加；燃烧生成物中的酸性物质腐蚀零部件；未燃的燃料冲刷和稀释运动件表面的润滑油膜，使其磨损加剧。这就要求使用者了解冷却液的性能特点，掌握冷却液的正确使用方法。
冷却液由水、防冻剂、添加剂3部分组成，按防冻剂成分不同可分为酒精型、甘油型、乙二醇型等类型冷却液。

用冷却液时，其冰点要低于环境低温度10℃左右。汽车配件市场上的冷却液种类多，“冷却液”实际上只是“防冻液”，大多使用醇和水混合后添加色素制成，其内无任何冷却液应该具有的添加剂，其沸点在90℃左右，腐蚀性较强，易导致发动机过热现象的发生。