शीतलक
शीतलक एक पदार्थ है, आमतौर पर तरल, जिसका उपयोग सिस्टम के तापमान को कम करने या नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। एक आदर्श शीतलक में उच्च तापीय क्षमता, कम चिपचिपापन, कम लागत, गैर विषैले, रासायनिक रूप से निष्क्रिय होता है और न तो शीतलन प्रणाली के क्षरण का कारण बनता है और न ही बढ़ावा देता है। कुछ अनुप्रयोगों में शीतलक को विद्युत इन्सुलेटर होने की भी आवश्यकता होती है।
जबकि "शीतलक" शब्द आमतौर पर मोटर वाहन और एचवीएसी अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, औद्योगिक प्रसंस्करण गर्मी-हस्तांतरण द्रव में एक तकनीकी शब्द है जो अक्सर उच्च तापमान के साथ-साथ कम तापमान वाले विनिर्माण अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। इस शब्द में काटने वाले तरल पदार्थ भी शामिल हैं। औद्योगिक काटने वाले द्रव को मोटे तौर पर पानी में घुलनशील शीतलक और स्वच्छ काटने वाले द्रव के रूप में वर्गीकृत किया गया है। पानी में घुलनशील शीतलक तेल में पानी का पायस है। इसमें शून्य तेल (सिंथेटिक कूलेंट) से भिन्न तेल सामग्री होती है।
यह शीतलक या तो अपने चरण को बनाए रख सकता है और तरल या गैसीय रह सकता है, या एक चरण संक्रमण से गुजर सकता है, जिससे शीतलन दक्षता में गुप्त गर्मी बढ़ जाती है। उत्तरार्द्ध, जब नीचे-परिवेश के तापमान को प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो इसे आमतौर पर रेफ्रिजरेंट के रूप में जाना जाता है।
गैसें
वायु शीतलक का एक सामान्य रूप है। एयर कूलिंग या तो संवहन वायु प्रवाह (निष्क्रिय शीतलन), या प्रशंसकों का उपयोग करके मजबूर परिसंचरण का उपयोग करता है।
हाइड्रोजन का उपयोग उच्च-प्रदर्शन गैसीय शीतलक के रूप में किया जाता है। इसकी तापीय चालकता अन्य सभी गैसों की तुलना में अधिक है, इसकी उच्च विशिष्ट ताप क्षमता, कम घनत्व और इसलिए कम चिपचिपाहट है, जो घुमावदार नुकसान के लिए अतिसंवेदनशील रोटरी मशीनों के लिए एक फायदा है। हाइड्रोजन-कूल्ड टर्बोजेनरेटर वर्तमान में बड़े बिजली संयंत्रों में सबसे आम विद्युत जनरेटर हैं।
गैस-ठंडा परमाणु रिएक्टरोंमें शीतलक के रूप में अक्रिय गैसों का उपयोग किया जाता है। हीलियम में न्यूट्रॉन कैप्चर और न्यूट्रॉन को अवशोषित करने और रेडियोधर्मी बनने की कम प्रवृत्ति होती है। कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग मैग्नॉक्स और उन्नत गैस-कूल्ड रिएक्टर में किया जाता है।
सल्फर हेक्साफ्लोराइड का उपयोग कुछ उच्च-वोल्टेज बिजली प्रणालियों (परिपथ वियोजक, स्विच, कुछ ट्रांसफार्मर, आदि) को ठंडा करने और इन्सुलेट करने के लिए किया जाता है।
भाप का उपयोग वहां किया जा सकता है जहां गैसीय रूप में उच्च विशिष्ट ताप क्षमता की आवश्यकता होती है और गर्म पानी के संक्षारक गुणों का हिसाब लगाया जाता है।
दो-चरण
कुछ शीतलक एक ही सर्किट में तरल और गैस दोनों रूपों में उपयोग किए जाते हैं, तरल पदार्थ की गैर-चरण-परिवर्तन ताप क्षमता के अलावा उबलते/संघनक चरण परिवर्तन, वाष्पीकरण की एन्थैल्पी की उच्च विशिष्ट गुप्त गर्मी का लाभ उठाते हैं।
रेफ्रिजरेंट्स शीतलक होते हैं जिनका उपयोग तरल और गैस के बीच चरण परिवर्तन से कम तापमान तक पहुंचने के लिए किया जाता है। हेलोमीथेन का अक्सर उपयोग किया जाता था, अक्सर R-12 और आर-22, अक्सर तरलीकृत प्रोपेन या अन्य हेलोएल्केन जैसे आर-134ए के साथ। बड़ी वाणिज्यिक प्रणालियों में अक्सर निर्जल अमोनियाका उपयोग किया जाता है, और शुरुआती यांत्रिक रेफ्रिजरेटर में सल्फर डाइऑक्साइड का उपयोग किया जाता था। कार्बन डाइऑक्साइड (R-744)का उपयोग कारों, आवासीय एयर कंडीशनिंग, वाणिज्यिक प्रशीतन और वेंडिंग मशीनों के लिए जलवायु नियंत्रण प्रणालियों में कार्यशील द्रव के रूप में किया जाता है। कई अन्यथा उत्कृष्ट रेफ्रिजरेंट पर्यावरणीय कारणों से समाप्त हो गए हैं (सीएफसी ओजोन परत के प्रभाव के कारण, अब उनके कई उत्तराधिकारी ग्लोबल वार्मिंग के कारण प्रतिबंधों का सामना करते हैं, उदाहरण के लिए R134a)।
वेग पाइप रेफ्रिजरेंट का एक विशेष अनुप्रयोग है।
जल का कभी-कभी इस प्रकार उपयोग किया जाता है, उदा. उबलते पानी रिएक्टर में। चरण परिवर्तन प्रभाव जानबूझकर इस्तेमाल किया जा सकता है, या हानिकारक हो सकता है।
चरण-परिवर्तन सामग्री ठोस और तरल के बीच दूसरे चरण के संक्रमण का उपयोग करती है।
तरल गैसें यहां या रेफ्रिजरेंट में गिर सकती हैं, क्योंकि उनका तापमान अक्सर वाष्पीकरण द्वारा बनाए रखा जाता है। तरल नाइट्रोजन प्रयोगशालाओं में मिलने वाला सबसे अच्छा ज्ञात उदाहरण है। चरण परिवर्तन ठंडा इंटरफ़ेस पर नहीं हो सकता है, लेकिन तरल की सतह पर, जहां संवहन या मजबूर प्रवाह द्वारा गर्मी स्थानांतरित की जाती है।
तरल पदार्थ
पानी सबसे आम शीतलक है। इसकी उच्च ताप क्षमता और कम लागत इसे एक उपयुक्त ताप-हस्तांतरण माध्यम बनाती है। यह आमतौर पर एडिटिव्स के साथ प्रयोग किया जाता है, जैसे संक्षारण अवरोधक और एंटीफ्ऱीज़र। एंटीफ्ऱीज़र, पानी में एक उपयुक्त कार्बनिक रसायन (अक्सर इथाइलीन ग्लाइकॉल, डाएइथाईलीन ग्लाइकोल, या प्रोपलीन ग्लाइकोल)का एक समाधान होता है, जिसका उपयोग तब किया जाता है जब पानी आधारित शीतलक को 0 डिग्री सेल्सियस से कम तापमान का सामना करना पड़ता है, या जब इसका क्वथनांक होता है उठाया। बीटाइन एक समान शीतलक है, इस अपवाद के साथ कि यह शुद्ध पौधों के रस से बना है, और पारिस्थितिक रूप से निपटाने के लिए जहरीला या मुश्किल नहीं है।[1]
- बहुत शुद्ध विआयनीकृत पानी, इसकी अपेक्षाकृत कम विद्युत चालकता के कारण, कुछ विद्युत उपकरणों को ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाता है, अक्सर उच्च-शक्ति ट्रांसमीटर और उच्च-शक्ति वेक्यूम - ट्यूब।
- भारी जल एक न्यूट्रॉन मॉडरेटर है जिसका उपयोग कुछ परमाणु रिएक्टरों में किया जाता है; यह उनके शीतलक के रूप में एक द्वितीयक कार्य भी करता है। हल्के पानी के रिएक्टर, उबलते पानी और दबाव वाले पानी के रिएक्टर दोनों सबसे आम प्रकार हैं, साधारण (हल्के) पानी का उपयोग करते हैं। कुछ डिज़ाइन, उदा. CANDU रिएक्टर, दोनों प्रकार का उपयोग करें; मॉडरेटर और एक पूरक शीतलक के रूप में गैर-दबावीकृत कैलेंड्रिया टैंक में भारी पानी, और प्राथमिक गर्मी हस्तांतरण द्रव के रूप में हल्का पानी।
प्रोपलीन ग्लाइकॉल (पीएजी) ऑक्सीकरण के लिए मजबूत प्रतिरोध प्रदर्शित करने वाले उच्च तापमान, तापीय रूप से स्थिर गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थ के रूप में प्रयोग किया जाता है। आधुनिक पीएजी गैर-विषैले और गैर-खतरनाक भी हो सकते हैं।[2]
कटिंग फ्लुइड एक शीतलक है जो धातु को आकार देने वाली मशीन औज़ार के लिए स्नेहक के रूप में भी काम करता है।
तेल अक्सर उन अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है जहां पानी अनुपयुक्त होता है। पानी की तुलना में उच्च क्वथनांक के साथ, कंटेनर या लूप सिस्टम के भीतर उच्च दबाव शुरू किए बिना तेल को काफी अधिक तापमान (100 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) तक उठाया जा सकता है।[3] कई तेलों में गर्मी हस्तांतरण, स्नेहन, दबाव हस्तांतरण (हाइड्रोलिक तरल पदार्थ), कभी-कभी ईंधन, या ऐसे कई कार्य एक साथ शामिल होते हैं।
- कई यांत्रिक गियर में खनिज तेल शीतलक और स्नेहक दोनों के रूप में काम करते हैं। कुछ वनस्पति तेल, उदा. अरंडी का तेल भी प्रयोग किया जाता है। उनके उच्च क्वथनांक के कारण, आवासीय अनुप्रयोगों में पोर्टेबल इलेक्ट्रिक रेडिएटर-शैली के स्पेस हीटर में खनिज तेलों का उपयोग किया जाता है, और औद्योगिक प्रक्रिया हीटिंग और कूलिंग के लिए क्लोज-लूप सिस्टम में किया जाता है। खनिज तेल का उपयोग अक्सर जलमग्न पीसी सिस्टम में किया जाता है क्योंकि यह गैर-प्रवाहकीय होता है और इसलिए यह शॉर्ट सर्किट नहीं करेगा या किसी भी हिस्से को नुकसान नहीं पहुंचाएगा।
- पॉलीफेनिल ईथर तेल उच्च तापमान स्थिरता, बहुत कम अस्थिरता, अंतर्निहित चिकनाई, और/या विकिरण प्रतिरोध की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। Perfluoropolyether तेल उनके अधिक रासायनिक रूप से निष्क्रिय संस्करण हैं।
- डाइफेनिल ईथर (73.5%) और बाइफिनाइल (26.5%) का यूटेक्टिक मिश्रण इसकी व्यापक तापमान सीमा और 400 डिग्री सेल्सियस तक स्थिरता के लिए उपयोग किया जाता है।
- पॉलीक्लोराइनेटेड बाइफिनाइल्स और पॉलीक्लोरीनेटेड टेरफेनिल्स का उपयोग गर्मी हस्तांतरण अनुप्रयोगों में किया जाता था, जो उनकी कम ज्वलनशीलता, रासायनिक प्रतिरोध, हाइड्रोफोबिसिटी और अनुकूल विद्युत गुणों के कारण इष्ट थे, लेकिन अब उनकी विषाक्तता और जैव संचय के कारण चरणबद्ध हैं।
- सिलिकॉन तेल और फ्लोरोकार्बन तेल (जैसे फ्लोरिनर्ट) ऑपरेटिंग तापमान की विस्तृत श्रृंखला के लिए पसंदीदा हैं। हालाँकि उनकी उच्च लागत उनके अनुप्रयोगों को सीमित करती है।
- ट्रांसफार्मर का तेल का उपयोग उच्च शक्ति वाले विद्युत ट्रांसफार्मरों को ठंडा करने और अतिरिक्त विद्युत इन्सुलेशन के लिए किया जाता है। आमतौर पर खनिज तेल का उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन तेल विशेष अनुप्रयोगों के लिए कार्यरत हैं। पोलिक्लोरीनेटेड बाइफिनाइल आमतौर पर पुराने उपकरणों में इस्तेमाल किया जाता था, जिससे अब संदूषण का खतरा हो सकता है।
इंजनों के शीतलक के रूप में अक्सर ईंधन का उपयोग किया जाता है। एक ठंडा ईंधन इंजन के कुछ हिस्सों पर बहता है, इसकी बेकार गर्मी को अवशोषित करता है और दहन से पहले पहले से गरम किया जाता है। मिटटी तेल (केरोसिन) और अन्य जेट ईंधन अक्सर विमानन इंजनों में इस भूमिका में काम करते हैं। तरल हाइड्रोजन का उपयोग रॉकेट इंजनों के नोजल को ठंडा करने के लिए किया जाता है।
वाटरलेस कूलेंट का उपयोग पारंपरिक पानी और एथिलीन ग्लाइकॉल कूलेंट के विकल्प के रूप में किया जाता है। पानी की तुलना में उच्च क्वथनांक (लगभग 370F) के साथ, शीतलन तकनीक उबलने का प्रतिरोध करती है। तरल जंग को भी रोकता है। [4]
फ़्रीऑन्स का अक्सर इमर्सिव कूलिंग के लिए उपयोग किया जाता था उदा। इलेक्ट्रॉनिक्स।
पिघली हुई धातुएँ और लवण
तरल फ़्यूज़िबल मिश्र धातुओं को उन अनुप्रयोगों में शीतलक के रूप में उपयोग किया जा सकता है जहाँ उच्च तापमान स्थिरता की आवश्यकता होती है, उदा। कुछ तेज ब्रीडर परमाणु रिऐक्टर। सोडियम (लीड कूल्ड फास्ट रिएक्टर में) या सोडियम-पोटेशियम मिश्र धातु NaK का अक्सर उपयोग किया जाता है; विशेष मामलों में लिथियम को नियोजित किया जा सकता है। शीतलक के रूप में उपयोग की जाने वाली एक अन्य तरल धातु सीसा है, उदाहरण के लिए। सीसा ठंडा तेजी से रिएक्टर, या एक सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु। कुछ प्रारंभिक तीव्र न्यूट्रॉन रिएक्टर ने पारा (तत्व)का उपयोग किया।
कुछ अनुप्रयोगों के लिए ऑटोमोटिव पॉपट वॉल्व के तने खोखले हो सकते हैं और गर्मी परिवहन और हस्तांतरण में सुधार के लिए सोडियम से भरे जा सकते हैं।
बहुत उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए, उदा। पिघला हुआ नमक रिएक्टर या बहुत उच्च तापमान रिएक्टर, पिघला हुआ नमक (रसायन विज्ञान) शीतलक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। संभावित संयोजनों में से एक सोडियम फ्लोराइड और सोडियम टेट्राफ्लोरोबोरेट(NaF-NaBF4) का मिश्रण है। अन्य विकल्प FLiBe और FLiNaK हैं।
तरल गैस
क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों के लिए शीतलक के में तरल गैसों का उपयोग किया जाता है, जिसमें क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, कंप्यूटर प्रोसेसर का ओवरक्लॉकिंग, सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करने वाले अनुप्रयोग, या अत्यंत संवेदनशील सेंसर और बहुत कम शोर वाले एम्पलीफायर शामिल हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड (रासायनिक सूत्र CO2 है) - तरल पदार्थ काटने के लिए शीतलक प्रतिस्थापन[5]के रूप में प्रयोग किया जाता है। CO2 कटिंग इंटरफेस पर नियंत्रित कूलिंग प्रदान कर सकता है जैसे कि कटिंग टूल और वर्कपीस परिवेश के तापमान पर आयोजित होते हैं। CO2 का उपयोग उपकरण के जीवन को बहुत बढ़ाता है, और अधिकांश सामग्रियों पर संचालन को तेजी से चलाने की अनुमति देता है। यह एक बहुत ही पर्यावरण के अनुकूल तरीका माना जाता है, खासकर जब स्नेहक के रूप में पेट्रोलियम तेलों के उपयोग की तुलना में; भाग साफ और सूखे रहते हैं जो अक्सर द्वितीयक सफाई कार्यों को समाप्त कर सकते हैं।
तरल नाइट्रोजन, जो लगभग -196 °C (77K) पर उबलता है, उपयोग में आने वाला सबसे आम और कम खर्चीला शीतलक है। तरल हवा का उपयोग कुछ हद तक किया जाता है, इसकी तरल ऑक्सीजन सामग्री के कारण जो ज्वलनशील सामग्रियों के संपर्क में होने पर आग या विस्फोट का कारण बनती है (ऑक्सीलिक्विट्स देखें)।
तरल नीयन का उपयोग करके कम तापमान तक पहुंचा जा सकता है जो लगभग -246 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। सबसे शक्तिशाली अतिचालक चुंबक के लिए उपयोग किए जाने वाले न्यूनतम तापमान पर तरल हीलियम का उपयोग किया जाता है।
-250 से -265 डिग्री सेल्सियस पर तरल हाइड्रोजन को शीतलक के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है। तरल हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में और रॉकेट इंजन नोजल और दहन कक्षों को ठंडा करने के लिए शीतलक के रूप में भी किया जाता है।
नैनोफ्लुइड्स
शीतलक का एक नया वर्ग नैनोफ्लुइड्स है जिसमें एक वाहक तरल होता है, जैसे पानी, नैनोकणों के रूप में जाने वाले छोटे नैनो-स्केल कणों से फैला हुआ। उद्देश्य-डिज़ाइन किए गए नैनोकणों जैसे। CuO, एल्यूमिना,[6] टाइटेनियम डाइऑक्साइड, कार्बन नैनोट्यूब, सिलिका, या धातु (जैसे तांबा, या चांदी के नैनोरोड्स)वाहक तरल में फैले हुए अकेले वाहक तरल की तुलना में परिणामी शीतलक की गर्मी हस्तांतरण क्षमताओं को बढ़ाते हैं।[7] वृद्धि सैद्धांतिक रूप से 350% जितनी अधिक हो सकती है। हालांकि प्रयोग उच्च तापीय चालकता में सुधार साबित नहीं कर पाए, लेकिन शीतलक के महत्वपूर्ण ताप प्रवाह में महत्वपूर्ण वृद्धि देखी गई।[8]
कुछ महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त करने योग्य हैं; उदा. 55±12 एनएम व्यास और 12.8 माइक्रोन औसत लंबाई के सिल्वर नैनोरोड्स ने 0.5 वोल्ट% पर पानी की तापीय चालकता में 68% की वृद्धि की, और 0.5 वोल्ट% सिल्वर नैनोरोड्स ने एथिलीन ग्लाइकोल आधारित शीतलक की तापीय चालकता में 98% की वृद्धि की।[9]0.1% पर एल्यूमिना नैनोपार्टिकल्स पानी के महत्वपूर्ण ऊष्मा प्रवाह को 70% तक बढ़ा सकते हैं; कण ठंडी वस्तु पर किसी न किसी झरझरा सतह का निर्माण करते हैं, जो नए बुलबुले के गठन को प्रोत्साहित करता है, और उनकी हाइड्रोफिलिक प्रकृति उन्हें दूर धकेलने में मदद करती है, भाप परत के गठन में बाधा डालती है।[10]5% से अधिक सांद्रता वाला नैनोफ्लुइड गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों की तरह काम करता है।
ठोस
कुछ अनुप्रयोगों में, शीतलक के रूप में ठोस पदार्थों का उपयोग किया जाता है। सामग्री को वाष्पीकरण के लिए उच्च ऊर्जा की आवश्यकता होती है; यह ऊर्जा तब वाष्पीकृत गैसों द्वारा दूर की जाती है। वायुमंडलीय पुनर्प्रवेश#अपक्षय और रॉकेट इंजन नोज़ल को ठंडा करने के लिए, अंतरिक्ष उड़ान में यह दृष्टिकोण सामान्य है। उसी दृष्टिकोण का उपयोग संरचनाओं की अग्नि सुरक्षा के लिए भी किया जाता है, जहां एब्लेटिव कोटिंग लागू होती है।
सूखी बर्फ और बर्फ को शीतलक के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है, जब ठंडा होने वाली संरचना के सीधे संपर्क में हो। कभी-कभी एक अतिरिक्त ताप अंतरण द्रव का उपयोग किया जाता है; बर्फ के साथ पानी और एसीटोन में सूखी बर्फ दो लोकप्रिय जोड़ियां हैं।
अपोलो/स्काईलैब ए7एल को ठंडा करने के लिए पानी की बर्फ के उर्ध्वपातन (रसायन विज्ञान) का उपयोग किया गया था।
संदर्भ
- ↑ Betaine as coolant Archived 2011-04-09 at the Wayback Machine
- ↑ Duratherm Extended Life Fluids
- ↑ Paratherm Corporation
- ↑ Sturgess, Steve (August 2009). "Column: Keep Your Cool". Heavy Duty Trucking. Retrieved April 2, 2018.
- ↑ ctemag.com
- ↑ "Noghrehabadi Bibliography". Archived from the original on November 13, 2013. Retrieved November 13, 2013.
- ↑ Wang, Xiang-Qi; Mujumdar, Arun S. (December 2008). "A review on nanofluids - part II: experiments and applications". Brazilian Journal of Chemical Engineering. 25 (4): 631–648. doi:10.1590/S0104-66322008000400002.
- ↑ scienceblog.com Archived January 5, 2010, at the Wayback Machine
- ↑ Oldenburg, Steven J.; Siekkinen, Andrew R.; Darlington, Thomas K.; Baldwin, Richard K. (9 July 2007). "Optimized Nanofluid Coolants for Spacecraft Thermal Control Systems". SAE Technical Paper Series. Vol. 1. pp. 2007–01–3128. doi:10.4271/2007-01-3128.
- ↑ mit.edu
बाहरी कड़ियाँ
