냉각수
Coolant냉각수는 시스템의 온도를 낮추거나 조절하는 데 사용되는 물질, 일반적으로 액체 또는 가스입니다.이상적인 냉각수는 높은 열용량과 낮은 점도를 가지며 저비용, 무독성, 화학적으로 비활성이며 냉각 시스템의 부식을 유발하거나 촉진하지 않습니다.일부 용도에서는 냉각수가 전기 절연체여야 합니다.
"냉각제"라는 용어는 자동차 및 HVAC 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 반면, 산업용 프로세싱 열전달 유체는 고온 및 저온 제조 분야에서 더 자주 사용되는 기술 용어입니다.이 용어는 절단액도 포함합니다.산업용 절삭액은 수용성 냉각수 및 깔끔한 절삭액으로 크게 분류되어 왔습니다.수용성 냉각수는 물 에멀전 중의 기름이다.제로 오일(합성 냉각수)의 오일 함량이 다양합니다.
이 냉각수는 상 상태를 유지하면서 액체나 기체를 유지하거나 상전이를 통해 잠열이 냉각 효율을 높일 수 있습니다.후자는 주변 온도보다 낮은 온도에 도달하기 위해 사용될 때 일반적으로 냉매로 알려져 있습니다.
가스
공기는 냉각수의 일반적인 형태입니다.공기 냉각은 대류 기류(패시브 냉각) 또는 팬을 사용한 강제 순환 중 하나를 사용합니다.
수소는 고성능 가스 냉각제로 사용된다.열전도율이 다른 모든 가스보다 높고 비열용량이 높고 밀도가 낮으며 점도가 낮기 때문에 윈디지 손실의 영향을 받기 쉬운 회전 기계에 유리합니다.수소 냉각 터보 발전기는 현재 대형 발전소에서 가장 일반적인 전기 발전기입니다.
불활성 가스는 가스 냉각 원자로에서 냉각제로 사용된다.헬륨은 중성자를 흡수하여 방사능이 되는 경향이 낮다.이산화탄소는 마그녹스와 AGR 원자로에 사용된다.
육불화황은 일부 고전압 전력 시스템(회로 차단기, 스위치, 일부 변압기 등)의 냉각 및 절연에 사용됩니다.
증기는 기체 형태의 높은 비열 용량이 필요하고 온수의 부식 특성을 고려할 때 사용할 수 있습니다.
2상
일부 냉각제는 동일한 회로에서 액체 및 가스 형태로 사용되며, 비등/응축 상변화의 높은 잠열, 기화의 엔탈피 및 유체의 비상변화 열 용량을 활용합니다.
냉매는 액체와 기체 사이에서 상변화를 일으켜 저온에 도달하는 데 사용되는 냉매입니다.할로메탄은 주로 R-12와 R-22와 액화 프로판 또는 R-134a와 같은 다른 할로알칸과 함께 사용되었습니다.무수 암모니아는 대형 상업 시스템에 자주 사용되었고 이산화황은 초기 기계식 냉장고에 사용되었습니다.이산화탄소(R-744)는 자동차, 가정용 에어컨, 상업용 냉동 및 자판기용 온도 조절 시스템에서 작동 유체로 사용됩니다.그 외의 우수한 냉매의 대부분은 환경상의 이유로 단계적으로 폐기되고 있습니다(오존층의 영향으로 인해 CFC는 현재 대부분의 후속 냉매는 지구 온난화로 인해 제약을 받고 있습니다(예: R134a).
히트 파이프는 냉매의 특수 용도입니다.
물은 때때로 비등수형 원자로와 같은 방식으로 사용된다.상변화 효과는 의도적으로 사용하거나 유해할 수 있습니다.
상변화 재료는 고체와 액체 사이의 다른 상 전이를 사용합니다.
액체 가스는 증발에 의해 온도가 유지되기 때문에 여기 또는 냉매로 떨어질 수 있습니다.액체 질소는 실험실에서 볼 수 있는 가장 잘 알려진 예입니다.상변화는 냉각된 계면에서 발생하는 것이 아니라 대류 또는 강제 흐름에 의해 열이 전달되는 액체 표면에서 발생할 수 있습니다.
액체
물은 가장 일반적인 냉각수입니다.높은 열용량과 낮은 비용으로 인해 적합한 열 전달 매체입니다.일반적으로 부식 방지제 및 부동액과 같은 첨가제와 함께 사용됩니다.부동액은 물에 있는 적절한 유기 화학 물질(주로 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜)의 용액으로, 수성 냉각수가 0°C 미만의 온도를 견뎌야 하거나 끓는점을 높여야 할 때 사용됩니다.베타인은 순수한 식물즙으로 만들어졌기 때문에 독성이 없거나 생태학적으로 [1]폐기하기 어려운 것을 제외하고는 유사한 냉각제이다.
- 전기 전도율이 상대적으로 낮기 때문에 매우 순수한 탈이온수는 일부 전기 기기(종종 고출력 송신기 및 고출력 진공관)를 냉각하는 데 사용됩니다.
- 중수는 일부 원자로에서 사용되는 중성자 감속재이다. 중수는 냉각수로서 이차적인 기능도 가지고 있다.비등수형 원자로와 가압수형 원자로 모두 일반(경수형)수를 사용한다.CANDU 원자로와 같은 일부 설계에서는 두 가지 유형을 모두 사용한다. 즉, 비가압 칼란드리아 탱크의 중수는 감속재 및 보조 냉각수로, 경수는 1차 열전달 유체로 사용한다.
폴리알킬렌글리콜(PAG)은 내산화성이 강한 고온 열안정 열전달액으로 사용됩니다.최신 PAG는 무독성 및 [2]무해성일 수도 있습니다.
절삭액은 금속 성형 공작 기계의 윤활유 역할도 하는 냉각수입니다.
물이 적절하지 않은 용도에 오일이 자주 사용됩니다.끓는점이 물보다 높으면 해당 [3]용기 또는 루프 시스템 내에 고압을 도입하지 않고도 오일을 상당히 높은 온도(섭씨 100도 이상)로 올릴 수 있습니다.많은 오일은 열 전달, 윤활, 압력 전달(유압 유체), 때로는 균일한 연료 또는 여러 가지 기능을 동시에 포함합니다.
- 미네랄 오일은 많은 기계 기어에서 냉각제이자 윤활제 역할을 합니다.일부 식물성 오일(예: 피마자 오일)도 사용됩니다.미네랄 오일은 비등점이 높기 때문에 가정용 휴대용 전기 라디에이터식 난방기 및 산업 공정 난방 및 냉방용 폐쇄 루프 시스템에 사용됩니다.미네랄 오일은 비전도성이기 때문에 단락이나 부품 파손이 발생하지 않기 때문에 물에 잠긴 PC 시스템에 많이 사용됩니다.
- 실리콘 오일과 플루오로카본 오일(불소 등)은 작동 온도의 범위가 넓기 때문에 선호됩니다.그러나 높은 비용으로 인해 응용 프로그램이 제한됩니다.
- 변압기 오일은 고출력 변압기의 냉각 및 추가 전기 절연에 사용됩니다.미네랄 오일이 주로 사용됩니다.실리콘 오일은 특수 용도에 사용됩니다.폴리염소화 비페닐은 오래된 장비에서 일반적으로 사용되었으며, 현재는 오염의 위험이 있습니다.
연료는 엔진의 냉각제로 자주 사용됩니다.차가운 연료가 엔진의 일부 부분 위로 흘러나와 폐열을 흡수하고 연소 전에 예열됩니다.등유와 기타 제트 연료는 항공 엔진에서 이러한 역할을 하는 경우가 많습니다.액체 수소는 로켓 엔진의 노즐을 식히기 위해 사용된다.
무수 냉각수는 기존 물 및 에틸렌 글리콜 냉각제 대신 사용됩니다.끓는점이 물보다 높으면(약 370F), 냉각 기술은 끓어 넘치지 않습니다.이 액체는 부식도 방지합니다.[4]
프레온은 전자제품 등의 몰입 냉각에 자주 사용되었습니다.
용융금속 및 소금
액체 용융합금은 일부 고속 증식 원자로와 같이 고온 안정성이 요구되는 애플리케이션에서 냉각제로 사용할 수 있다.나트륨(나트륨 냉각 고속 원자로 내) 또는 나트륨-칼륨 합금 NaK가 자주 사용된다. 특별한 경우 리튬을 사용할 수 있다.냉각수로 사용되는 또 다른 액체 금속은 납, 예를 들어 납 냉각 고속로 또는 납-비스무트 합금이다.몇몇 초기 고속 중성자 원자로는 수은을 사용했다.
특정 용도에서는 차량용 포핏 밸브의 스템이 중공이고 나트륨으로 채워져 열 전달 및 전달을 개선할 수 있습니다.
용융염 원자로 또는 고온 원자로와 같은 매우 높은 온도 애플리케이션의 경우 용융염을 냉각제로 사용할 수 있다.가능한 조합 중 하나는 플루오르화나트륨과 테트라플루오로바산나트륨(NaF-NaBF4)의 혼합입니다.다른 선택지는 FLiBe와 FLiNaK입니다.
액체가스
액화 가스는 극저온 전자 현미경 검사, 컴퓨터 프로세서의 오버클럭, 초전도체 또는 매우 민감한 센서와 매우 저소음 증폭기를 포함한 극저온 애플리케이션의 냉각제로 사용됩니다.
이산화탄소(화학식은 CO2) - 절삭유체의 냉각수 대체재로[5] 사용됩니다.CO는2 절삭 공구와 공작물이 주변 온도로 유지되도록 절삭 인터페이스에서 제어된 냉각을 제공할 수 있습니다.CO를 사용하면2 공구 수명을 크게 연장할 수 있으며, 대부분의 재료에서 작업 속도를 높일 수 있습니다.이 방법은 특히 석유 오일을 윤활제로 사용하는 것과 비교할 때 매우 친환경적인 방법으로 간주됩니다. 부품은 깨끗하고 건조한 상태로 유지되므로 종종 2차 세척 작업을 제거할 수 있습니다.
약 -196°C(77K)에서 끓는 액체 질소는 가장 흔하고 가장 저렴한 냉각수입니다.액체 공기는 가연성 물질과 접촉할 때 화재나 폭발을 일으키기 쉬운 액체 산소 함량 때문에 덜 사용됩니다(옥시 액체 참조).
낮은 온도에는 약 -246°C에서 끓는 액화 네온을 사용할 수 있습니다.가장 강력한 초전도 자석에 사용되는 최저 온도는 액체 헬륨을 사용하여 도달합니다.
-250 ~ -265 °C의 액체 수소를 냉각제로 사용할 수도 있습니다.액체 수소는 또한 연료와 로켓 엔진의 노즐과 연소실을 냉각하기 위한 냉각제로도 사용됩니다.
나노유체
새로운 종류의 냉각제는 나노 액체로 나노 입자로 알려진 작은 나노 크기의 입자와 함께 물과 같은 운반체로 이루어진 액체이다.예를 들어 특정 목적에 맞게 설계된 나노 입자.CuO, 알루미나,[6] 이산화티타늄, 카본 나노튜브, 실리카 또는 캐리어 액체에 분산된 금속(예: 구리 또는 은 나노로드)은 캐리어 액체에 [7]비해 결과적으로 발생하는 냉각수의 열 전달 능력을 향상시킵니다.이론적으로는 350%까지 향상할 수 있습니다.그러나 실험 결과 높은 열 전도율 향상은 입증되지 않았지만 냉각제의 [8]임계 열 플럭스가 크게 증가한 것으로 나타났습니다.
예를 들어 0.5볼륨에서 직경 55±12nm, 평균 길이 12.8µm의 은나노로드 등 몇 가지 중요한 개선이 가능하다.%는 물의 열전도율을 68%, 0.5볼륨 증가시켰다.에틸렌글리콜 기반 냉각수의 열전도율을 98%[9] 향상시킨 은나노로드 비율.0.1%의 알루미나 나노 입자는 물의 임계 열량을 70%까지 증가시킬 수 있으며, 이 입자는 냉각된 물체에 거친 다공질 표면을 형성하여 새로운 기포의 형성을 촉진하고 친수성 성질이 이들을 밀어내 증기층 [10]형성을 방해한다.농도가 5% 이상인 나노유체는 비뉴턴성 유체처럼 작용한다.
솔리드
일부 용도에서는 고체 물질이 냉매로 사용됩니다.이 물질은 기화하기 위해 높은 에너지를 필요로 합니다. 그러면 이 에너지는 기화된 가스에 의해 운반됩니다.이 접근법은 우주 비행, 대기권 재진입 차폐 및 로켓 엔진 노즐 냉각에 흔히 사용된다.또한 동일한 접근방식이 구조물의 방화에도 사용되며, 여기에는 애블러티브 코팅이 적용된다.
드라이아이스와 워터아이스는 냉각 중인 구조물에 직접 접촉할 경우 냉각제로도 사용될 수 있습니다.때로는 추가적인 열 전달 유체가 사용되기도 합니다. 아세톤에 얼음이 있는 물과 드라이아이스가 인기 있는 두 가지 조합입니다.
얼음의 승화는 아폴로 프로젝트의 우주복을 식히기 위해 사용되었다.
레퍼런스
- ^ 2011-04-09년 웨이백 기계에 냉각수로 베타인 보관
- ^ 듀라텀 연장 라이프 유체
- ^ 파라뎀
- ^ 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 2010년 1월 5일 Wayback Machine에서 아카이브 완료
- ^ 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
외부 링크
