शीतलक
शीतलक, सामान्यतः द्रव पदार्थ है, जिसका उपयोग प्रणाली के तापमान को कम करने या नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। आदर्श शीतलक में उच्च तापीय क्षमता, कम श्यानता, कम लागत, आविषता, 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 विद्युतरोधी होने की भी आवश्यकता होती है।
जबकि "शीतलक" शब्द सामान्यतः मोटर वाहन और एचवीएसी (तापन, संवातन तथा वातानुकूलन) अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, औद्योगिक प्रसंस्करण गर्मी-हस्तांतरण द्रव में तकनीकी शब्द है जो अधिकांशतः उच्च तापमान के साथ-साथ कम तापमान वाले विनिर्माण अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। इस शब्द में कर्तन द्रव पदार्थ भी सम्मलित हैं। औद्योगिक कर्तन द्रव को मुख्य रूप से पानी में घुलनशील शीतलक और स्वच्छ कर्तन द्रव के रूप में वर्गीकृत किया गया है। पानी में घुलनशील शीतलक तेल में पानी का पायस है। इसमें शून्य तेल (सिंथेटिक शीतलक) से भिन्न तेल पदार्थ होती है।
यह शीतलक या तो अपने चरण को बनाए रख सकता है और द्रव या गैसीय रह सकता है, या प्रावस्था संक्रमण से गुजर सकता है, जिससे शीतलन दक्षता में गुप्त ऊष्मा बढ़ जाती है। उत्तरार्द्ध, जब नीचे-कक्ष ताप को प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है, तो इसे सामान्यतः प्रशीतक के रूप में जाना जाता है।
गैसें
वायु शीतलक का एक सामान्य रूप है। वायु शीतन या तो संवहन वायु प्रवाह (निष्क्रिय शीतलन), या पंखा का उपयोग करके प्रेरक 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 ऊष्मा धारिता, कम घनत्व और इसलिए कम श्यानता है, जो वायु घर्षण नुकसान के लिए अतिसंवेदनशील घूर्णी मशीनों के लिए एक फायदा है। हाइड्रोजन-कूल्ड टर्बोजेनरेटर वर्तमान में बड़े बिजली संयंत्रों में सबसे साधारण विद्युत जनरेटर हैं।
गैस शीतलित रिऐक्टर में शीतलक के रूप में अक्रिय गैसों का उपयोग किया जाता है। हीलियम में न्यूट्रॉन को अवशोषित करने और रेडियोधर्मी बनने की कम प्रवृत्ति होती है। कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग मैग्नॉक्स और उन्नत गैस-कूल्ड प्रतिघातित्र में किया जाता है।
सल्फर हेक्साफ्लोराइड का उपयोग कुछ उच्च-वोल्टेज बिजली प्रणालियों (परिपथ वियोजक, स्विच, कुछ ट्रांसफार्मर, आदि) को शीत करने और इन्सुलेट करने के लिए किया जाता है।
भाप का उपयोग वहां किया जा सकता है जहां गैसीय रूप में उच्च विशिष्ट ऊष्मा धारिता की आवश्यकता होती है और गर्म पानी के संक्षारक गुणों का हिसाब लगाया जाता है।
दो-चरण
कुछ शीतलक एक ही परिपथ में द्रव और गैस दोनों रूपों में उपयोग किए जाते हैं, द्रव पदार्थ की गैर-प्रावस्था संक्रमण ऊष्मा धारिता के अतिरिक्त उबलते/संघनक प्रावस्था संक्रमण, वाष्पन की पूर्ण उष्मा की उच्च विशिष्ट गुप्त ऊष्मा का लाभ उठाते हैं।
प्रशीतक शीतलक होते हैं जिनका उपयोग द्रव और गैस के बीच प्रावस्था संक्रमण से कम तापमान तक पहुंचने के लिए किया जाता है। हेलोमीथेन का, अधिकांशतः R-12 और R-22, अधिकांशतः द्रवित पेट्रोलियम गैस या अन्य हेलोएल्केन जैसे R-134A के साथ उपयोग किया जाता था। बड़ी वाणिज्यिक प्रणालियों में अधिकांशतः अजल अमोनिया का उपयोग किया जाता है, और शुरुआती यांत्रिक प्रशीतक में सल्फर डाइऑक्साइड का उपयोग किया जाता था। कार्बन डाइऑक्साइड (R-744) का उपयोग कारों, आवासीय वातानुकूलन, वाणिज्यिक प्रशीतन और विक्रय मशीनों के लिए जलवायु नियंत्रण प्रणालियों में कार्यशील द्रव के रूप में किया जाता है। कई अन्यथा उत्कृष्ट प्रशीतक पर्यावरणीय कारणों से समाप्त हो गए हैं (सीएफसी ओजोन परत के प्रभाव के कारण, अब उनके कई उत्तराधिकारी भूमंडलीय ऊष्मीकरण के कारण प्रतिबंधों का सामना करते हैं, उदाहरण के लिए R134A)।
ऊष्मापाइप प्रशीतक का एक विशेष अनुप्रयोग है।
जल का कभी-कभी क्वथन जल रिऐक्टर में उपयोग किया जाता है। प्रावस्था संक्रमण प्रभाव जानबूझकर उपयोग किया जा सकता है, या हानिकारक हो सकता है।
प्रावस्था संक्रमण पदार्थ ठोस और द्रव के बीच दूसरे चरण के संक्रमण का उपयोग करती है।
द्रव गैसें यहां या प्रशीतक में गिर सकती हैं, क्योंकि उनका तापमान अधिकांशतः वाष्पीकरण द्वारा बनाए रखा जाता है। द्रव नाइट्रोजन प्रयोगशालाओं में मिलने वाला सबसे अच्छा ज्ञात उदाहरण है। प्रावस्था संक्रमण शीत अंतरापृष्ठ पर नहीं हो सकता है, लेकिन द्रव की सतह पर, जहां संवहन या प्रेरक प्रवाह द्वारा गर्मी स्थानांतरित की जाती है।
द्रव पदार्थ
पानी सबसे साधारण शीतलक है। इसकी उच्च ऊष्मा धारिता और कम लागत इसे उपयुक्त ताप-हस्तांतरण माध्यम बनाती है। यह सामान्यतः योगात्मक के साथ प्रयोग किया जाता है, जैसे संक्षारण अवरोधक और प्रतिहिम। प्रतिहिम, पानी में उपयुक्त कार्बनिक रसायन (अधिकांशतः इथाइलीन ग्लाइकॉल, डाएइथाईलीन ग्लाइकोल, या प्रोपलीन ग्लाइकोल)का 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 वृद्धि होता है। 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 शीत करने के लिए अधिकांशतः उच्च-शक्ति प्रेषित्र और उच्च-शक्ति वेक्यूम - ट्यूब उपयोग किया जाता है, ।
- भारी जल न्यूट्रॉन विमन्दक है जिसका उपयोग कुछ परमाणु प्रतिघातित्र में किया जाता है, यह उनके शीतलक के रूप में एक द्वितीयक कार्य भी करता है। हल्के पानी के प्रतिघातित्र, उबलते पानी और दबाव वाले पानी के प्रतिघातित्र दोनों सबसे साधारण प्रकार हैं, साधारण (हल्के) पानी का उपयोग करते हैं। कुछ डिज़ाइन, उदाहरण सीएएनडीयू प्रतिघातित्र, दोनों प्रकार, विमन्दक और पूरक शीतलक के रूप में गैर-दबावीकृत कैलेंड्रिया टैंक में भारी पानी, और प्राथमिक गर्मी हस्तांतरण द्रव के रूप में हल्का पानी का उपयोग करें।
प्रोपलीन ग्लाइकॉल (पीएजी) ऑक्सीकरण के लिए मजबूत प्रतिरोध प्रदर्शित करने वाले उच्च तापमान, तापीय रूप से स्थिर गर्मी हस्तांतरण द्रव पदार्थ के रूप में प्रयोग किया जाता है। आधुनिक पीएजी गैर-विषैले और गैर-खतरनाक भी हो सकते हैं।[2]
कर्तन द्रव एक शीतलक है जो धातु को आकार देने वाली मशीन औज़ार के लिए स्नेहक के रूप में भी काम करता है।
तेल अधिकांशतः उन अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है जहां पानी अनुपयुक्त होता है। पानी की तुलना में उच्च क्वथनांक के साथ, कंटेनर या लूप प्रणाली 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 द्रव पदार्थ), कभी-कभी ईंधन, या ऐसे कई कार्य एक साथ सम्मलित होते हैं।
- कई यांत्रिक गियर में खनिज तेल शीतलक और स्नेहक दोनों के रूप में काम करते हैं। कुछ वनस्पति तेल, उदाहरण अरंडी का तेल भी प्रयोग किया जाता है। उनके उच्च क्वथनांक के कारण, आवासीय अनुप्रयोगों में सुवाह्य वैद्युत रेडिएटर-शैली के कक्ष तापित्र में खनिज तेलों का उपयोग किया जाता है, और औद्योगिक प्रक्रिया हीटिंग और शीतन के लिए संवृत पाश प्रणाली में किया जाता है। खनिज तेल का उपयोग अधिकांशतः जलमग्न पीसी प्रणाली में किया जाता है क्योंकि यह गैर-प्रवाहकीय होता है और इसलिए यह लघुपथित 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। पेरफ्लुओरोपोलीथर तेल उनके अधिक रासायनिक रूप से निष्क्रिय संस्करण हैं।
- डाइफेनिल ईथर (73.5%) और बाइफिनाइल (26.5%) का गलनक्रांतिक 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) परिचालन 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 शीत करने और अतिरिक्त विद्युत रोधन के लिए किया जाता है। सामान्यतः खनिज तेल का उपयोग किया जाता है। सिलिकॉन तेल विशेष अनुप्रयोगों के लिए कार्यरत हैं। पोलिक्लोरीनेटेड बाइफिनाइल सामान्यतः पुराने उपकरणों में उपयोग किया जाता था, जिससे अब संदूषण का खतरा हो सकता है।
इंजनों के शीतलक के रूप में अधिकांशतः ईंधन का उपयोग किया जाता है। शीत ईंधन इंजन के कुछ हिस्सों पर बहता है, इसकी बेकार गर्मी को अवशोषित करता है और दहन से पहले से गरम किया जाता है। मिटटी तेल (केरोसिन) और अन्य जेट ईंधन अधिकांशतः विमानन इंजनों में इस भूमिका में काम करते हैं। द्रव हाइड्रोजन का उपयोग रॉकेट इंजन के नोजल को शीत करने के लिए किया जाता है।
आर्द्रतारहित शीतलक का उपयोग पारंपरिक पानी और एथिलीन ग्लाइकॉल शीतलक 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। द्रव संक्षारण को भी रोकता है। [4]
फ़्रीऑन्स का अधिकांशतः इमर्सिव शीतलन के लिए उपयोग किया जाता था उदाहरण इलेक्ट्रॉनिक्स है।
पिघली हुई धातुएँ और लवण
द्रव गलनीय धातु धातुओं को उन अनुप्रयोगों में शीतलक के रूप में उपयोग किया जा सकता है जहाँ उच्च तापमान स्थिरता की आवश्यकता होती है, उदाहरण कुछ तीव्र प्रजनक परमाणु रिऐक्टर है। सोडियम (लीड कूल्ड फास्ट प्रतिघातित्र में) या सोडियम-पोटेशियम मिश्र धातु NaK का अधिकांशतः उपयोग किया जाता है, विशेष मामलों में लिथियम को नियोजित किया जा सकता है। शीतलक के रूप में उपयोग की जाने वाली अन्य द्रव धातु सीसा है, उदाहरण के लिए सीसा शीत तीव्र से प्रतिघातित्र, या सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु है। कुछ प्रारंभिक तीव्र न्यूट्रॉन प्रतिघातित्र ने पारा (तत्व) का उपयोग किया।
कुछ अनुप्रयोगों के लिए स्वचालित 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, उदाहरण गतिल लवण प्रतिघातित्र या बहुत उच्च तापमान प्रतिघातित्र, गतिल लवण (रसायन विज्ञान) शीतलक के रूप में उपयोग किया जा सकता है। संभावित संयोजनों में से सोडियम फ्लोराइड और सोडियम टेट्राफ्लोरोबोरेट(NaF-NaBF4) का मिश्रण है। अन्य विकल्प FLiBe और FLiNaK हैं।
द्रव गैस
निम्नतापिकी अनुप्रयोगों के लिए शीतलक के में द्रव गैसों का उपयोग किया जाता है, जिसमें क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, कंप्यूटर प्रोसेसर का अतिवृष्टि, अतिचालक का उपयोग करने वाले अनुप्रयोग, या अत्यंत संवेदनशील सेंसर और बहुत कम रव वाले प्रवर्धक सम्मलित हैं।
कार्बन डाइऑक्साइड (रासायनिक सूत्र CO2 है) - कर्तन तरल के लिए शीतलक प्रतिस्थापन[5]के रूप में प्रयोग किया जाता है। CO2 कटिंग इंटरफेस पर नियंत्रित शीतन प्रदान कर सकता है जैसे कि कटिंग टूल और वर्कपीस कक्ष ताप पर आयोजित होते हैं। CO2 का उपयोग उपकरण के जीवन को बहुत बढ़ाता है, और अधिकांश सामग्रियों पर संचालन को तीव्र से चलाने की अनुमति देता है। यह 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 अधिकांशतः द्वितीयक सफाई कार्यों को समाप्त कर सकते हैं।
द्रव नाइट्रोजन, जो लगभग -196डिग्री सेल्सियस (77 केल्विन) पर उबलता है, उपयोग में आने वाला सबसे साधारण और कम खर्चीला शीतलक है। द्रव हवा का उपयोग कुछ हद तक किया जाता है, इसकी द्रव ऑक्सीजन पदार्थ के कारण जो ज्वलनशील सामग्रियों के संपर्क में होने पर आग या विस्फोट का कारण बनती है (ऑक्सीलिक्विट्स देखें)।
द्रव 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 द्रव हीलियम का उपयोग किया जाता है।
-250 से -265 डिग्री सेल्सियस पर द्रव हाइड्रोजन को शीतलक के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है। द्रव हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में और रॉकेट इंजन नोजल और दहन कक्षों को शीत करने के लिए शीतलक के रूप में भी किया जाता है।
नैनोफ्लुइड्स
शीतलक का नया वर्ग नैनोफ्लुइड्स है जिसमें वाहक द्रव 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 द्रव में फैले हुए अकेले वाहक द्रव की तुलना में परिणामी शीतलक की गर्मी हस्तांतरण क्षमताओं को बढ़ाते हैं।[7] वृद्धि सैद्धांतिक रूप से 350% जितनी अधिक हो सकती है। चूंकि प्रयोग उच्च तापीय चालकता में सुधार सिद्ध नहीं कर पाए, लेकिन शीतलक के महत्वपूर्ण ताप प्रवाह में महत्वपूर्ण वृद्धि देखी गई।[8]
कुछ महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त करने योग्य हैं, उदाहरण 55±12 नैनोमीटर 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 हैं।[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 जलरागी 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 द्रव पदार्थों की तरह काम करता है।
ठोस
कुछ अनुप्रयोगों में, शीतलक के रूप में ठोस पदार्थों का उपयोग किया जाता है। पदार्थ 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 शीत 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 अपादान विलेपन लागू होती है।
सूखी बर्फ और बर्फ को शीतलक के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है, जब शीत 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 A7L को शीत 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
