Chladicí médium
Chladicí médium je tekutina, která proudí skrz zařízení, aby ho ochránila před přehřátím a přenášela teplo produkované tímto zařízením do jiného zařízení, kde se využije nebo rozptýlí. Ideální médium má velkou tepelnou kapacitu, nízkou viskozitu, je levné, chemicky inertní a nezpůsobuje ani nepodporuje korozi chladicího systému. Některé aplikace navíc vyžadují, aby bylo chladicí médium elektrickým izolantem.
Zatímco termín chladicí médium se běžně používá v automobilových, bytových a komerčních aplikacích pro regulaci teploty, v průmyslových procesech se častěji používá termín teplonosné médium, a to jak v nízkoteplotních, tak vysokoteplotních výrobních aplikacích.[1]
Chladicí médium může buď zůstávat ve stejné fázi, tedy kapalné nebo plynné, anebo může podléhat fázové přeměně, kdy se chladicí účinnost zvyšuje latentním teplem. Ve druhém případě, s cílem dosáhnout nízké teploty, je běžnějším termínem chladivo.
Obsah |
Plyny [editovat]
Častým chladicím médiem je vzduch. Vzduchové chlazení může být buď pasivní konvekcí nebo cirkulací vynucenou ventilátorem.
Dalším častým chladicím plynem je vodík. První turbogenerátor chlazený vodíkem byl uveden do provozu v roce 1937 v Daytonu společností Dayton Power & Light Co.[2] Díky vysoké tepelné vodivosti je vodík v této oblasti dodnes nejpoužívanější.
Netečné plyny se často využívají v plynem chlazených jaderných reaktorech. Nejoblíbenějším médiem je hélium díky malé tendenci pohlcovat neutrony a stávat se radioaktivní. Používá se také dusík a oxid uhličitý.
Fluorid sírový se používá pro chlazení a izolaci některých vysokonapěťových systémů (jističů, spínačů, některých transformátorů apod.).
Při požadavku na vysokou měrnou tepelnou kapacitu při plynné formě lze použít také páru, se zvážením korozivních vlastností horké vody.
Kapaliny [editovat]
Nejpoužívanějším chladicím médiem je voda. Její vysoká tepelná kapacita a nízká cena z ní činí vhodné teplonosné médium. Obvykle se do ní přidávají aditiva, například inhibitory koroze nebo nemrznoucí látky.
Nemrznoucí kapalina, roztok vhodné chemikálie (nejčastěji ethylenglykolu, diethylenglykolu nebo propylenglykolu) ve vodě, se využívá v případech, že je potřeba pracovat při teplotách pod 0 °C nebo pokud je třeba zvýšit teplotu varu. Betain je podobné chladicí médium, vyrábí se však z čisté rostlinné šťávy a proto není toxické ani problematické pro životní prostředí.[3]
V některých elektrických zařízeních, zejména při přenosu vysokých výkonů, se pro svou nízkou elektrickou vodivost používá velmi čistá deionizovaná voda.
V některých jaderných reaktorech se využívá těžká voda, kterou současně slouží i jako moderátor.
Polyalkylenglykoly čili PAG se používají jako vysokoteplotní termostabilní teplonosná média vykazující velkou odolnost vůči oxidaci. Moderní PAG mohou být i netoxické a bezpečné.[4]
Pro aplikace, kam se nehodí voda, se používají oleje. Mají vyšší teplotu varu než voda, lze je tedy ohřát na vyšší teplotu (nad 100 °C) bez nutnosti zvyšovat tlak v systému.[5]
- Minerální oleje slouží v mnoha převodovkách jako chladicí médium i mazivo. Používá se také ricinový olej. Díky vysokému bodu vadu se minerální oleje využívají v přenosných topidlech a v uzavřených průmyslových systémech pro ohřev a chlazení.
- Silikonové oleje jsou oblíbené pro širokou škálu pracovních teplot. Jejich použití však omezuje vysoká cena.
- Podobně se využívají také fluorkarbonové oleje.
- Ve výkonových elektrických transformátorech se pro chlazení a doplňkovou izolaci používá transformátorový olej.
Řezná kapalina používaná při obrábění kovů funguje jako chladicí médium a současně i jako mazivo.
Kapalné snadno tavitelné slitiny lze použít jako chladicí médium v aplikacích, kde je potřebná velká tepelná stabilita, například v množivých reaktorech. Často se používá sodík nebo slitina sodík-draslík (NaK), v některých případech také lithium. Jiným tekutým kovem pro tyto účely je olovo, například v olovem chlazených rychlých reaktorech nebo v podobě slitiny olova a vizmutu. Některé staré rychlé neutronové reaktory používaly rtuť.
Pro velmi vysoké teploty, například pro reaktory chlazené roztavenou solí nebo pro vysokoteplotní reaktory HTGR, lze použít roztavené soli. Jednou z možných kombinací je směs fluoridu sodného a NaBF4.
Pro ponorné chlazení např. elektroniky se dříve často používaly freony.
Chladiva jsou chladicí média používaná pro dosažení nízkých teplot pomocí fázové přeměny mezi kapalinou a plynem. Dříve se často využívaly halomethany, obvykle dichlordifluormethan (R-12) a chlordifluormethan (R-22), byly však kvůli vlivu na ozónovou vrstvu zakázány a nahrazeny často zkapalněným propanem nebo haloalkany jako R-134a. Ve velkých komerčních systémech se často používá také bezvodý amoniak, ve počátečním období se pro mechanické chladničky používal také oxid siřičitý. Oxid uhličitý (R-744) se používá jako pracovní tekutina v systémech pro automobily, bytové klimatizace, komerční chladicí zařízení a prodejní automaty.
Zvláštním způsobem aplikace chladiv je tepelná trubice (heatpipe).
Zkapalněné plyny se používají jako chladicí média pro kryogenní aplikace, včetně kryo-elektronové mikroskopie, přetaktovávání procesorů, supravodičové aplikace nebo extrémně citlivé senzory a zesilovače s velmi nízkým šumem. Nejběžnější a nejlevnější je kapalný dusík, který vře při -196° C (77K). Méně se využívá kapalný vzduch, protože obsah kyslíku ho činí náchylný na možnost vzniku požáru nebo výbuchu při kontaktu s hořlavými materiály. Nižších teplot lze dosáhnout pomocí zkapalněného neonu, který se vaří při -246° C. Nejnižších teplot, používaných pro nejsilnější supravodivé magnety, se dosahuje kapalným héliem.
Motory se často chladí pomocí paliva. Studené palivo teče skrz některé části motoru, pohlcuje odpadní teplo a předehřívá se před zapálením. V leteckých motorech často plní tuto roli kerosin a jiná paliva pro proudové motory. Kapalný vodík zase působí jako palivo i jako chladicí médium pro chlazení trysek a komor v raketových motorech.
Související články [editovat]
Reference [editovat]
V tomto článku byl použit překlad textu z článku Coolant na anglické Wikipedii.
- ↑ Globalspec.com
- ↑ A chronological history of electrical development from 600 B.C.
- ↑ Betaine as coolant
- ↑ Duratherm Extended Life Fluids
- ↑ Paratherm Corporation
