Kylvätska - Coolant

Ett kylvätska är ett ämne, vanligtvis vätska eller gas , som används för att minska eller reglera temperaturen i ett system. En idealisk kylvätska har hög termisk kapacitet , låg viskositet , är billig, giftfri , kemiskt inert och varken orsakar eller främjar korrosion av kylsystemet. Vissa applikationer kräver också att kylvätskan är en elektrisk isolator .

Medan termen "kylvätska" vanligen används i fordons- och HVAC -applikationer, är värmeöverföringsvätska vid industriell bearbetning en teknisk term som oftare används vid applikationer med hög temperatur och låg temperatur. Termen omfattar också skärvätskor . Industriell skärvätska har i stort sett klassificerats som vattenlösligt kylmedel och snygg skärvätska. Vattenlösligt kylmedel är olja i vatten-emulsion. Den har varierande oljeinnehåll från nollolja (syntetiskt kylmedel).

Detta kylvätska kan antingen behålla sin fas och förbli flytande eller gasformigt, eller kan genomgå en fasövergång , med latent värme som ökar kyleffektiviteten. Det senare, när det används för att uppnå under- omgivningstemperatur , är mer allmänt känt som köldmedium .

Gaser

Luft är en vanlig form av kylvätska. Luftkylning använder antingen konvektivt luftflöde (passiv kylning) eller en forcerad cirkulation med fläktar .

Väte används som ett högpresterande gasformigt kylmedel. Dess värmeledningsförmåga är högre än alla andra gaser, den har hög specifik värmekapacitet , låg densitet och därför låg viskositet , vilket är en fördel för roterande maskiner som är mottagliga för vindförluster . Vättekylda turbogeneratorer är för närvarande de vanligaste elektriska generatorerna i stora kraftverk.

Inerta gaser används som kylmedel i gaskylda kärnreaktorer . Helium har en låg tendens att absorbera neutroner och bli radioaktiva . Koldioxid används i Magnox- och AGR -reaktorer.

Svavelhexafluorid används för kylning och isolering av vissa högspänningssystem ( strömbrytare , strömbrytare , några transformatorer , etc.).

Ånga kan användas där hög specifik värmekapacitet krävs i gasform och varmvattnets frätande egenskaper redovisas.

Tvåfas

Några kylmedel används i både vätska och gas form i samma krets, dra nytta av den höga specifika latent värme kokande / kondense fasändring , den Ångbildningsvärme , förutom fluiden icke-fas-förändring värmekapacitet .

Kylmedel är kylmedel som används för att nå låga temperaturer genom att genomgå fasbyte mellan vätska och gas. Halometaner användes ofta, oftast R-12 och R-22 , ofta med flytande propan eller andra haloalkaner som R-134a . Vattenfri ammoniak används ofta i stora kommersiella system, och svaveldioxid användes i tidiga mekaniska kylskåp. Koldioxid (R-744) används som arbetsvätska i klimatkontrollsystem för bilar, luftkonditionering i bostäder, kommersiell kylning och varuautomater. Många annars utmärkta köldmedier fasas ut av miljöskäl (CFC på grund av ozonskiktseffekter, nu står många av deras efterträdare inför restriktioner på grund av global uppvärmning, t.ex. R134a).

Värmerör är en speciell tillämpning av köldmedier.

Vatten används ibland på detta sätt, t.ex. i kokande vattenreaktorer . Fasförändringseffekten kan avsiktligt användas eller vara skadlig.

Fasförändringsmaterial använder den andra fasövergången mellan fast och flytande.

Flytande gaser kan falla här eller i köldmedier, eftersom temperaturen ofta bibehålls genom avdunstning. Flytande kväve är det mest kända exemplet på laboratorier. Fasändringen kanske inte sker vid det kylda gränssnittet, utan på vätskans yta, dit värmen överförs genom konvektivt eller forcerat flöde.

Vätskor

Enhet för att mäta temperaturen till vilken kylvätskan skyddar bilen från att frysa

Vatten är den vanligaste kylvätskan. Dess höga värmekapacitet och låga kostnad gör det till ett lämpligt värmeöverföringsmedium. Det används vanligtvis med tillsatser, som korrosionshämmare och frostskyddsmedel . Frostskyddsmedel, en lösning av en lämplig organisk kemikalie (oftast etylenglykol , dietylenglykol eller propylenglykol ) i vatten, används när det vattenbaserade kylmedlet måste tåla temperaturer under 0 ° C, eller när dess kokpunkt måste vara Uppfostrad. Betain är en liknande kylvätska, med undantag för att den är tillverkad av ren växtjuice och därför inte är giftig eller svår att kasta bort ekologiskt.

Polyalkylenglykol (PAG) används som högtemperatur, termiskt stabila värmeöverföringsvätskor som uppvisar starkt oxidationsbeständighet. Moderna PAGs kan också vara giftfria och ofarliga.

Skärvätska är ett kylvätska som också fungerar som smörjmedel för metallformande verktygsmaskiner .

Oljor används ofta för applikationer där vatten är olämpligt. Med högre kokpunkter än vatten kan oljor höjas till betydligt högre temperaturer (över 100 grader Celsius) utan att det införs höga tryck i behållaren eller slingan i fråga. Många oljor har användningsområden som omfattar värmeöverföring, smörjning, trycköverföring (hydraulvätskor), ibland även bränsle, eller flera sådana funktioner samtidigt.

  • Mineraloljor fungerar både som kylmedel och smörjmedel i många mekaniska växlar. Vissa vegetabiliska oljor, t.ex. ricinolja används också. På grund av deras höga kokpunkter används mineraloljor i bärbara elektriska radiator-stilvärmare i bostadstillämpningar och i slutna system för industriell processvärme och kylning. Mineralolja används ofta i nedsänkta PC-system eftersom den är icke-ledande och därför inte kommer att kortsluta eller skada några delar.
    • Polyfenyleteroljor är lämpliga för applikationer som kräver hög temperaturstabilitet, mycket låg flyktighet, inneboende smörjighet och/eller strålningsmotstånd. Perfluorpolyeteroljor är deras mer kemiskt inerta variant.
    • En eutektisk blandning av difenyleter (73,5%) och bifenyl (26,5%) används för sitt breda temperaturintervall och stabilitet till 400 ° C.
    • Polyklorerade bifenyler och polyklorerade terfenyler användes i värmeöverföringsapplikationer, gynnade på grund av deras låga brandfarlighet, kemiska resistens, hydrofobicitet och gynnsamma elektriska egenskaper, men avvecklas nu på grund av deras toxicitet och bioackumulering .
  • Silikonoljor och fluorkoljor (som fluorinert ) är gynnade för sitt breda intervall av driftstemperaturer . Men deras höga kostnad begränsar deras tillämpningar.
  • Transformatorolja används för kylning och ytterligare elektrisk isolering av kraftfulla elektriska transformatorer . Vanligtvis används mineraloljor. Silikonoljor används för speciella tillämpningar. Polyklorerade bifenyler användes vanligen i gammal utrustning, som nu kan ha risk för kontaminering.

Bränslen används ofta som kylmedel för motorer. Ett kallt bränsle rinner över vissa delar av motorn, absorberar dess spillvärme och förvärms före förbränning. Fotogen och andra jetbränslen fungerar ofta i denna roll i flygmotorer. Flytande väte används för att kyla raketmotorns munstycken .

Vattenfritt kylvätska används som ett alternativ till konventionella kylmedel för vatten och etylenglykol. Med högre kokpunkter än vatten (cirka 370 F) motstår kyltekniken att koka över. Vätskan förhindrar också korrosion .

Freoner användes ofta för uppslukande kylning av t.ex. elektronik.

Smält metall och salter

Se även: Kärnreaktorkylmedel och termisk energilagring § Smält saltteknik

Flytande smältbara legeringar kan användas som kylmedel i applikationer där hög temperaturstabilitet krävs, t.ex. några snabbuppfödande kärnreaktorer . Natrium (i natriumkyld snabba reaktorer ) eller natrium- kaliumlegering NaK används ofta; i speciella fall kan litium användas. En annan vätska metall som används som kylmedel är bly , i t ex bly kylda snabba reaktorer , eller en bly- vismut legering. Vissa tidiga snabba neutronreaktorer använde kvicksilver .

För vissa tillämpningar stjälkarna över automotive tallriksventiler kan vara ihåligt och fyllt med natrium för att förbättra värmetransport och överföring.

För applikationer med mycket hög temperatur, t.ex. smält saltreaktorer eller reaktorer med mycket hög temperatur , kan smälta salter användas som kylmedel. En av de möjliga kombinationerna är blandningen av natriumfluorid och natriumtetrafluorborat (NaF-NaBF 4 ). Andra val är FLiBe och FLiNaK .

Flytande gaser

Kondenserade gaser används som kylmedel för kryogena tillämpningar, inklusive Cryo-elektronmikroskopi , överklockning av datorprocessorer, program som använder supraledare , eller extremt känsliga sensorer och mycket låg brusförstärkare .

Koldioxid (kemisk formel är CO 2 ) - används som kylmedelsersättning för skärvätskor. CO 2 kan ge kontrollerad kylning vid skärgränssnittet så att skärverktyget och arbetsstycket hålls vid omgivningstemperaturer. Användningen av CO 2 förlänger kraftigt verktygslivslängden, och på de flesta material kan operationen gå snabbare. Detta anses vara en mycket miljövänlig metod, särskilt jämfört med användningen av petroleumoljor som smörjmedel; delar förblir rena och torra vilket ofta kan eliminera sekundär rengöring.

Flytande kväve , som kokar vid cirka -196 ° C (77K), är det vanligaste och billigaste kylvätskan som används. Flytande luft används i mindre utsträckning på grund av dess flytande syrehalt vilket gör att den är benägen att orsaka brand eller explosioner vid kontakt med brännbara material (se oxyliquits ).

Lägre temperaturer kan uppnås med flytande neon som kokar vid cirka -246 ° C. De lägsta temperaturerna, som används för de mest kraftfulla supraledande magneterna , uppnås med flytande helium .

Flytande väte vid -250 till -265 ° C kan också användas som kylvätska. Flytande väte används också både som bränsle och som kylmedel för att kyla munstycken och förbränningskammare i raketmotorer .

Nanofluider

En ny klass av kylmedel är nanofluider som består av en bärarvätska, såsom vatten, dispergerat med små nanoskala partiklar som kallas nanopartiklar . Avsedda nanopartiklar av t.ex. CuO , aluminiumoxid , titandioxid , kolnanorör , kiseldioxid eller metaller (t.ex. koppar eller silver- nanoroder ) dispergerade i bärarvätskan förbättrar värmeöverföringsförmågan hos det resulterande kylvätskan jämfört med enbart bärarvätskan. Förbättringen kan teoretiskt vara så hög som 350%. Experimenten visade dock inte så höga värmeledningsförmåga, men fann en signifikant ökning av kylvätskornas kritiska värmeflöde .

Vissa betydande förbättringar kan uppnås; t.ex. silver nanoroder med en diameter på 55 ± 12 nm och en genomsnittlig längd på 12,8 µm vid 0,5 vol% ökade vattnets värmeledningsförmåga med 68% och 0,5 vol% silver nanoroder ökade värmeledningsförmågan hos etylenglykolbaserad kylvätska med 98%. Aluminiumoxid nanopartiklar på 0,1% kan öka det kritiska värmeflödet av vatten med så mycket som 70%; partiklarna bildar en grov porös yta på det kylda föremålet, vilket uppmuntrar till bildning av nya bubblor, och deras hydrofila natur hjälper sedan till att trycka bort dem, vilket hindrar bildandet av ånglagret. Nanofluid med koncentrationen mer än 5% fungerar som icke-newtonska vätskor .

Fasta ämnen

I vissa tillämpningar används fasta material som kylmedel. Materialen kräver hög energi för att förångas; denna energi förs sedan bort av de förångade gaserna. Detta tillvägagångssätt är vanligt i rymdflygning , för ablativa atmosfäriska återinträdesskydd och för kylning av raketmunstycken . Samma metod används också för brandskydd av konstruktioner, där ablativ beläggning appliceras.

Torris och vattenis kan också användas som kylmedel när de är i direkt kontakt med strukturen som kyls. Ibland används en extra värmeöverföringsvätska; vatten med is och torris i aceton är två populära parningar.

Sublimering av vattenis användes för att kyla rymddräkten för Project Apollo .

Referenser

externa länkar