Soğutucu - Coolant
Bir soğutucu , bir sistemin sıcaklığını azaltmak veya düzenlemek için kullanılan , tipik olarak sıvı veya gaz olan bir maddedir . İdeal bir soğutma sıvısı yüksek termal kapasiteye , düşük viskoziteye sahiptir , düşük maliyetlidir, toksik değildir , kimyasal olarak inerttir ve soğutma sisteminin korozyonuna neden olmaz veya teşvik etmez . Bazı uygulamalar ayrıca soğutma sıvısının bir elektrik yalıtkanı olmasını gerektirir .
"Soğutma sıvısı" terimi otomotiv ve HVAC uygulamalarında yaygın olarak kullanılırken , endüstriyel işlemede ısı transfer sıvısı , yüksek sıcaklıkta ve düşük sıcaklıkta üretim uygulamalarında daha sık kullanılan bir teknik terimdir. Terim aynı zamanda kesme sıvılarını da kapsar . Endüstriyel kesme sıvısı, genel olarak suda çözünür soğutma sıvısı ve saf kesme sıvısı olarak sınıflandırılır. Suda çözünür soğutucu, su içinde yağ emülsiyonudur. Sıfır yağdan (sentetik soğutma sıvısı) değişen yağ içeriğine sahiptir.
Bu soğutucu ya fazını koruyabilir ve sıvı ya da gaz halinde kalabilir ya da gizli ısının soğutma verimliliğine eklenmesiyle bir faz geçişine maruz kalabilir . İkincisi, ortam sıcaklığının altına ulaşmak için kullanıldığında daha yaygın olarak soğutucu olarak bilinir .
gazlar
Hava , bir soğutucunun yaygın bir şeklidir. Hava soğutması , ya konvektif hava akımı (pasif soğutma) ya da fanlar kullanılarak cebri sirkülasyon kullanır .
Hidrojen , yüksek performanslı bir gaz halinde soğutucu olarak kullanılır. Bu ısı iletkenliği diğer gazlardan daha yüksek, yüksek olan bir spesifik ısı kapasitesine , düşük yoğunluk ve bu nedenle de düşük viskoziteye duyarlı döner makineler için bir avantaj olan, boşluğu olan kayıpları. Hidrojen soğutmalı turbo jeneratörler şu anda büyük enerji santrallerinde en yaygın elektrik jeneratörleridir.
İnert gaz olarak kullanılan soğutucuların içinde gaz soğutmalı nükleer reaktörler . Helyum düşük sahiptir eğilimi için nötronları absorbe ve radyoaktif hale . Magnox ve AGR reaktörlerinde karbondioksit kullanılmaktadır .
Kükürt heksaflorür , bazı yüksek voltajlı güç sistemlerinin ( devre kesiciler , anahtarlar , bazı transformatörler vb.) soğutulması ve yalıtılması için kullanılır .
Gaz halinde yüksek özgül ısı kapasitesinin gerekli olduğu ve sıcak suyun aşındırıcı özelliklerinin hesaba katıldığı yerlerde buhar kullanılabilir .
iki fazlı
Bazı soğutma yüksek spesifik yararlanarak, aynı devre hem de sıvı ve gaz formunda kullanılır gizli ısı / kaynatma yoğunlaştırıldığı faz değişimi , buharlaşma entalpisi sıvının olmayan faz değişim ek olarak, ısı kapasitesi .
Soğutucu akışkanlar, sıvı ve gaz arasında faz değişimi yaparak düşük sıcaklıklara ulaşmak için kullanılan soğutuculardır. Halometanlar sıklıkla, çoğunlukla R-12 ve R-22 , sıklıkla sıvılaştırılmış propan veya R-134a gibi diğer haloalkanlarla birlikte kullanıldı . Susuz amonyak , büyük ticari sistemlerde sıklıkla kullanılır ve erken mekanik buzdolaplarında kükürt dioksit kullanılmıştır. Karbondioksit (R-744), otomobiller, konut klimaları, ticari soğutma ve otomatlar için iklim kontrol sistemlerinde çalışma sıvısı olarak kullanılır. Aksi takdirde mükemmel olan pek çok soğutucu akışkan çevresel nedenlerle kullanımdan kaldırılmıştır (ozon tabakası etkilerinden dolayı CFC'ler, şimdi onların haleflerinin çoğu küresel ısınma nedeniyle kısıtlamalarla karşı karşıyadır, örneğin R134a).
Isı boruları , soğutucu akışkanların özel bir uygulamasıdır.
Su bazen bu şekilde kullanılır, örneğin kaynar su reaktörlerinde . Faz değişikliği etkisi kasıtlı olarak kullanılabilir veya zararlı olabilir.
Faz değiştiren malzemeler , katı ve sıvı arasındaki diğer faz geçişini kullanır.
Sıvı gazlar, sıcaklıkları genellikle buharlaşma yoluyla korunduğu için buraya veya soğutucu akışkanlara düşebilir. Sıvı nitrojen, laboratuvarlarda karşılaşılan en iyi bilinen örnektir. Faz değişimi, soğutulmuş arayüzde değil, ısının konvektif veya zorlanmış akışla aktarıldığı sıvının yüzeyinde meydana gelebilir.
sıvılar
Su en yaygın soğutucudur. Yüksek ısı kapasitesi ve düşük maliyeti, onu uygun bir ısı transfer ortamı yapar. Genellikle korozyon önleyici ve antifriz gibi katkı maddeleri ile birlikte kullanılır . Uygun bir organik kimyasalın (çoğunlukla etilen glikol , dietilen glikol veya propilen glikol ) su içindeki bir çözeltisi olan antifriz, su bazlı soğutucunun 0 °C'nin altındaki sıcaklıklara dayanması gerektiğinde veya kaynama noktasının olması gerektiğinde kullanılır. kabarık. Betaine , saf bitki suyundan yapılması dışında benzer bir soğutucudur ve bu nedenle toksik değildir veya ekolojik olarak atılması zor değildir.
- Nispeten düşük elektrik iletkenliği nedeniyle çok saf deiyonize su , bazı elektrikli ekipmanları, genellikle yüksek güçlü vericileri ve yüksek güçlü vakum tüplerini soğutmak için kullanılır .
- Ağır su , bazı nükleer reaktörlerde kullanılan bir nötron moderatörüdür ; ayrıca soğutucu olarak ikincil bir işlevi vardır . Işık su reaktörleri , her ikisi de kaynar su ve basınçlı su reaktörleri en yaygın tipi, sıradan (ışık) kullanmak su . Bazı tasarımlar, örneğin CANDU reaktörü , her iki türü de kullanır; basınçsız calandria tankında moderatör ve yardımcı soğutucu olarak ağır su ve birincil ısı transfer sıvısı olarak hafif su.
Polialkilen glikol (PAG), oksidasyona karşı güçlü direnç sergileyen yüksek sıcaklıkta, termal olarak kararlı ısı transfer sıvıları olarak kullanılır. Modern PAG'ler ayrıca toksik ve tehlikesiz olabilir.
Kesme sıvısı , aynı zamanda metal şekillendirme takım tezgahları için bir yağlayıcı görevi gören bir soğutucudur .
Yağlar genellikle suyun uygun olmadığı uygulamalar için kullanılır. Sudan daha yüksek kaynama noktalarına sahip olan yağlar, söz konusu kap veya döngü sistemi içinde yüksek basınç oluşturmadan önemli ölçüde daha yüksek sıcaklıklara (100 santigrat derecenin üzerinde) yükseltilebilir. Birçok yağ, ısı transferi, yağlama, basınç transferi (hidrolik sıvılar), hatta bazen yakıt veya aynı anda birkaç benzeri işlevi kapsayan kullanımlara sahiptir.
-
Mineral yağlar , birçok mekanik dişlide hem soğutucu hem de yağlayıcı görevi görür. Bazı bitkisel yağlar, örneğin hint yağı da kullanılır. Yüksek kaynama noktaları nedeniyle mineral yağlar, konut uygulamalarında taşınabilir elektrikli radyatör tarzı alan ısıtıcılarında ve endüstriyel proses ısıtma ve soğutma için kapalı devre sistemlerde kullanılmaktadır. Mineral yağ, iletken olmadığı ve bu nedenle kısa devre yapmadığı veya herhangi bir parçaya zarar vermediği için genellikle batık PC sistemlerinde kullanılır.
- Polifenil eter yağları, yüksek sıcaklık kararlılığı, çok düşük uçuculuk, doğal yağlama ve/veya radyasyon direnci gerektiren uygulamalar için uygundur. Perfloropolieter yağlar, kimyasal olarak daha inert varyantlarıdır.
- Geniş sıcaklık aralığı ve 400°C'ye kadar stabilitesi için difenil eter (%73.5) ve bifenilin (%26.5 ) ötektik bir karışımı kullanılır.
- Poliklorlu bifeniller ve poliklorlu terfeniller , düşük yanıcılıkları, kimyasal dirençleri, hidrofobikleri ve uygun elektriksel özellikleri nedeniyle tercih edilen ısı transfer uygulamalarında kullanıldı, ancak şimdi toksisiteleri ve biyobirikimleri nedeniyle aşamalı olarak kullanımdan kaldırıldı .
- Silikon yağlar ve florokarbon (gibi yağlar FLUORINERT ) kendi geniş bir aralığı için tercih edilir işletme sıcaklıklarında . Ancak yüksek maliyetleri uygulamalarını sınırlar.
- Trafo yağı , yüksek güçlü elektrik trafolarının soğutulması ve ek elektrik yalıtımı için kullanılır . Genellikle mineral yağlar kullanılır. Özel uygulamalar için silikon yağları kullanılır. Poliklorlu bifeniller, artık kontaminasyon riski taşıyabilen eski ekipmanlarda yaygın olarak kullanılıyordu.
Yakıtlar genellikle motorlar için soğutucu olarak kullanılır. Soğuk bir yakıt motorun bazı parçaları üzerinden akar, atık ısısını emer ve yanmadan önce ön ısıtmaya tabi tutulur. Gazyağı ve diğer jet yakıtları , havacılık motorlarında sıklıkla bu role hizmet eder. Sıvı hidrojen roket motorlarının memelerini soğutmak için kullanılır .
Susuz soğutma sıvısı , geleneksel su ve etilen glikol soğutma sıvılarına alternatif olarak kullanılır . Sudan daha yüksek kaynama noktalarıyla (yaklaşık 370F), soğutma teknolojisi kaynamaya karşı dirençlidir. Sıvı ayrıca korozyonu da önler .
Freonlar , örneğin elektroniklerin sürükleyici soğutması için sıklıkla kullanıldı .
Erimiş metaller ve tuzlar
Sıvı eriyebilir alaşımlar , örneğin bazı hızlı nükleer reaktörler gibi yüksek sıcaklık kararlılığının gerekli olduğu uygulamalarda soğutucu olarak kullanılabilir . Sodyum ( sodyum soğutmalı hızlı reaktörlerde ) veya sodyum- potasyum alaşımı NaK sıklıkla kullanılır; özel durumlarda lityum kullanılabilir. Bir soğutucu olarak kullanılan başka bir sıvı metal kurşun örn, kurşun hızlı reaktör soğutuldu ya da gerekli duyulan, bizmut alaşım. Bazı erken hızlı nötron reaktörleri cıva kullandı .
Belirli uygulamalar için otomotiv popet valflerinin gövdeleri içi boş olabilir ve ısı aktarımını ve transferini iyileştirmek için sodyum ile doldurulabilir.
Çok yüksek sıcaklık uygulamaları için, örneğin erimiş tuz reaktörleri veya çok yüksek sıcaklık reaktörleri için , erimiş tuzlar soğutucu olarak kullanılabilir. Olası kombinasyonlardan biri, sodyum florür ve sodyum tetrafloroborat (NaF-NaBF 4 ) karışımıdır . Diğer seçenekler FLiBe ve FLiNaK'tır .
sıvı gazlar
Sıvılaştırılmış gazlar , kriyo-elektron mikroskobu , bilgisayar işlemcilerinin hız aşırtması , süper iletkenler kullanan uygulamalar veya aşırı hassas sensörler ve çok düşük gürültülü amplifikatörler dahil olmak üzere kriyojenik uygulamalar için soğutucu olarak kullanılır .
Karbon Dioksit (kimyasal formül CO 2'dir ) - kesme sıvıları için soğutucu yerine kullanılır. CO 2 kesici alet ve işleme parçası çevre sıcaklıklarında yapılır şekilde arayüz kesme soğutma kontrol sağlayabilir. CO kullanımı 2 takım ömrünü uzatır ve çoğu malzemeler üzerinde çalışma daha hızlı çalışmasını sağlar. Bu, özellikle petrol yağlarının yağlayıcı olarak kullanılmasıyla karşılaştırıldığında çok çevre dostu bir yöntem olarak kabul edilir; parçalar temiz ve kuru kalır ve bu da genellikle ikincil temizleme işlemlerini ortadan kaldırır.
Yaklaşık -196 °C'de (77K) kaynayan sıvı nitrojen , kullanılan en yaygın ve en ucuz soğutma sıvısıdır. Sıvı hava , yanıcı maddelerle temas ettiğinde yangına veya patlamaya neden olan sıvı oksijen içeriği nedeniyle daha az kullanılır (bkz. oksilikitler ).
Daha düşük sıcaklıklara , yaklaşık -246 °C'de kaynayan sıvılaştırılmış neon kullanılarak ulaşılabilir . En güçlü süperiletken mıknatıslar için kullanılan en düşük sıcaklıklara sıvı helyum kullanılarak ulaşılır .
-250 ila -265 °C'de sıvı hidrojen de soğutucu olarak kullanılabilir. Sıvı hidrojen da hem kullanılan yakıt ve soğutmak için bir soğutucu olarak püskürtme ve yanma odalarını ve roket motorları .
Nanoakışkanlar
Yeni bir soğutucu sınıfı, su gibi bir taşıyıcı sıvıdan oluşan ve nanoparçacıklar olarak bilinen küçük nano ölçekli parçacıklarla dağılan nanoakışkanlardır . Örneğin CuO , alümina , titanyum dioksit , karbon nanotüpler , silika veya metallerin (örneğin bakır veya gümüş nano çubuklar ) amaca yönelik olarak tasarlanmış nanoparçacıkları , taşıyıcı sıvıya dağılmış olup, tek başına taşıyıcı sıvı ile karşılaştırıldığında ortaya çıkan soğutucunun ısı transfer yeteneklerini arttırır. Geliştirme teorik olarak %350 kadar yüksek olabilir. Ancak deneyler, çok yüksek termal iletkenlik iyileştirmelerini kanıtlamadı, ancak soğutucuların kritik ısı akışında önemli bir artış buldu .
Bazı önemli iyileştirmeler elde edilebilir; örneğin 55±12 nm çapında ve hacimce %0.5'te 12.8 µm ortalama uzunlukta gümüş nanoçubuklar suyun termal iletkenliğini %68 oranında artırdı ve gümüş nanoçubukların hacimce %0.5'i etilen glikol bazlı soğutucunun termal iletkenliğini %98 oranında artırdı . %0,1'lik alümina nanoparçacıkları suyun kritik ısı akışını %70'e kadar artırabilir; parçacıklar, soğutulmuş nesne üzerinde yeni kabarcıkların oluşumunu teşvik eden pürüzlü gözenekli bir yüzey oluşturur ve hidrofilik yapıları daha sonra onları uzaklaştırmaya yardımcı olarak buhar tabakasının oluşumunu engeller. % 5'ten fazla konsantrasyona sahip nanoakışkanlar, Newton olmayan akışkanlar gibi davranır .
katılar
Bazı uygulamalarda soğutucu olarak katı malzemeler kullanılır. Malzemelerin buharlaşması için yüksek enerji gerekir; bu enerji daha sonra buharlaşmış gazlar tarafından taşınır. Bu yaklaşım uzay uçuşlarında , ablatif atmosferik yeniden giriş kalkanları ve roket motoru memelerinin soğutulması için yaygındır . Aynı yaklaşım, ablatif kaplamanın uygulandığı yapıların yangından korunması için de kullanılmaktadır.
Kuru buz ve su buzu , soğutulmakta olan yapı ile doğrudan temas halindeyken soğutucu olarak da kullanılabilir. Bazen ek bir ısı transfer sıvısı kullanılır; buzlu su ve aseton içinde kuru buz iki popüler eşleşmedir.
Apollo Projesi için uzay giysisini soğutmak için su buzunun süblimasyonu kullanıldı .