Кіріспе

Жүйенің температурасын төмендету немесе реттеу үшін қолданылатын зат. Салқындатқыш – жүйенің температурасын төмендету немесе реттеу үшін қолданылатын, әдетте сұйық зат. Идеал салқындатқыш жоғары жылу сыйымдылығына, төмен тұтқырлыққа, төмен бағаға, уытты емес, химиялық тұрақты болуы керек және салқындату жүйесінің коррозиясын тудырмауы немесе күшейтмеуі тиіс. Кейбір жағдайларда салқындатқыш электр оқшаулағышы болуы да қажет. "Салқындатқыш" термині көбінесе автомобиль және жылумен жабдықтау (HVAC) жүйелерінде қолданылса, өнеркәсіптік өңдеуде жылу тасымалдау сұйықтығы термині жоғары және төмен температурадағы өндіріс процестерінде жиі қолданылады. Бұл термин кесу сұйықтықтарын да қамтиды. Өнеркәсіптік кесу сұйықтықтары суға ерігіш салқындатқыштар және таза кесу сұйықтықтары болып жіктеледі. Суға ерігіш салқындатқыш – су эмульсиясындағы май. Оның майлылығы жоқтан (синтетикалық салқындатқыш) бастап өзгереді. Бұл салқындатқыш өзінің күйін сақтап, сұйық немесе газ күйінде қалуы мүмкін, немесе күйін өзгертуі мүмкін, яғни жасырын жылу салқындату тиімділігін арттырады. Соңғысы, қоршаған орта температурасынан төмен температураға жету үшін қолданылса, көбінесе тоңазытқыш деп аталады.

Газдар

Ауа – суыту сұйығының кең таралған түрі. Ауамен салқындату конвективті ауа ағынымен (пассивті салқындату) немесе желдеткіштер арқылы күшпен айналым жасау арқылы жүзеге асырылады. Сутек – жоғары тиімді газ тәрізді суытқыш ретінде қолданылады. Оның жылу өткізгіштігі басқа барлық газдардан жоғары, сондай-ақ жоғары меншікті жылу сыйымдылығы, төмен тығыздығы және осыған байланысты төмен тұтқырлығы бар, бұл желден болатын шығындарға осал роторлық машиналар үшін тиімді. Сутекпен салқындатылған турбогенераторлар қазіргі уақытта ірі электр станцияларындағы ең көп қолданылатын электр генераторлары болып табылады. Инерт газдар газды салқындату жүйесіндегі ядролық реакторларда суытқыш ретінде пайдаланылады. Гелийдің нейтрондарды сіңіріп, радиоактивтенуге бейімділігі төмен. Көмірқышқыл газы Magnox және AGR реакторларында қолданылады. Күкірт гексафториді кейбір жоғары кернеулі электр жүйелерін (автоматты ажыратқыштар, коммутаторлар, кейбір трансформаторлар және т.б.) салқындату және оқшаулау үшін қолданылады. Бу, газ күйінде жоғары меншікті жылу сыйымдылығы қажет болғанда және ыстық судың коррозиялық қасиеттері ескерілгенде қолданылуы мүмкін.

Екі фазалы

Кейбір салқындатқыштар бір контурда сұйық және газ түрінде қолданылады, қайнау/конденсация фазалық өзгеруінің жоғары меншікті жасырын жылуын, булану энтальпиясын, сондай-ақ сұйықтықтың фазалық өзгерусіз жылу сыйымдылығын пайдаланады. Тоңазытқыш – сұйық пен газ арасындағы фазалық ауысу арқылы төмен температураға жету үшін қолданылатын салқындатқыш. Галометандар жиі қолданылды, көбінесе R 12 және R 22, көбінесе сұйытылған пропанмен немесе R 134a сияқты басқа галоалкандармен бірге. Сусыз аммиак ірі коммерциялық жүйелерде жиі қолданылады, ал күкірт диоксиді ерте механикалық тоңазытқыштарда қолданылды. Көмірқышқыл газы (R 744) автомобильдердегі климатты бақылау жүйелерінде, тұрғын үйлердегі ауа кондиционерлерінде, коммерциялық тоңазытқыштарда және сауда автоматтарында жұмыс сұйықтығы ретінде қолданылады. Көптеген өте жақсы тоңазытқыштар қоршаған ортаға зиян келтіретін себептермен қолданудан шығарылды (ХФҚ озон қабатына тигізетін әсерінен, қазір олардың көптеген ізбасарлары жаһандық жылынуға байланысты шектеулерге тап болып отыр, мысалы R134a). Жылу құбырлары – тоңазытқыштардың ерекше қолданылуы. Су кейде осылай қолданылады, мысалы, қайнаған су реакторларында. Фазалық өзгеру әсері қасақана пайдаланылуы мүмкін немесе зиянды болуы мүмкін. Фазалық ауысу материалдары қатты және сұйық арасындағы басқа фазалық ауысуды пайдаланады. Сұйық газдар осы санатқа немесе тоңазытқыштарға жатуы мүмкін, себебі олардың температурасы көбінесе булану арқылы сақталады. Сұйық азот – зертханаларда ең көп кездесетін мысал. Фазалық өзгеру салқындатылған бетте емес, сұйықтың бетінде жүруі мүмкін, онда жылу конвекциялық немесе күшпен жүзеге асырылатын ағын арқылы беріледі.

Сұйықтықтар

Су - ең көп таралған салқындатқыш. Оның жоғары жылу сыйымдылығы және төмен құны оны жылу беру ортасына айналдырады. Ол әдетте коррозияға қарсы ингибиторлар және антифриз сияқты қоспалармен қолданылады. Антифриз – судағы органикалық химиялық заттың (көбінесе этиленгликоль, диэтиленгликоль немесе пропиленгликоль) ерітіндісі, суға негізделген салқындатқыштың 0°C төмен температураға төтеп беруі немесе қайнау температурасын көтеруі қажет болғанда қолданылады. Бетаин – ұқсас салқындатқыш, бірақ ол таза өсімдік шырынынан жасалады және уытты емес, экологиялық тұрғыдан жоюы қиын емес. Өте таза деионизацияланған су, салыстырмалы түрде төмен электр өткізгіштігіне байланысты, кейбір электр жабдықтарын, әсіресе жоғары қуатты берілістерді және жоғары қуатты вакуумдық құбырларды салқындату үшін қолданылады. Ауыр су – кейбір ядролық реакторларда қолданылатын нейтрондық модератор, сонымен қатар салқындатқыш ретінде де қолданылады. Жеңіл су реакторлары, қайнаған су және қысымды су реакторлары – ең көп таралған түрі, қарапайым (жеңіл) суды пайдаланады. Кейбір конструкциялар, мысалы, CANDU реакторы, екі түрін де қолданады: ауыр су – қысымсыз каландралық резервуарда модератор және қосымша салқындатқыш ретінде, ал жеңіл су – негізгі жылу беру сұйықтығы ретінде. Полиалкиленгликоль (PAG) – жоғары температуралы, термиялық тұрақты, тотығуға төзімді жылу беру сұйықтығы ретінде қолданылады. Қазіргі заманғы PAG-тар уытты да, қауіпті де емес болуы мүмкін. Кесу сұйығы – металл өңдеу станоктарында майлау ретінде де қолданылатын салқындатқыш. Майлар суға жарамсыз жағдайларда жиі қолданылады. Судан жоғары қайнау нүктесі бар майларды ыдыс немесе жүйеде жоғары қысым тудырмай, айтарлықтай жоғары температураға (100 градустан жоғары) көтеруге болады. Көптеген майлар жылу беру, майлау, қысым беру (гидравликалық сұйықтықтар), кейде тіпті отын сияқты бірнеше функцияларды бірдей атқарады. Минералды майлар көптеген механикалық берілістерде салқындатқыш және майлаушы ретінде қолданылады. Кейбір өсімдік майлары, мысалы, касторовый май да қолданылады. Жоғары қайнау нүктелеріне байланысты минералды майлар тұрғын үйлерде электр радиаторлы портативті жылытқыштарда және өндірістік процестерді жылыту мен салқындату үшін жабық циклдік жүйелерде қолданылады. Минералды май компьютер жүйелерін суға батыру үшін жиі қолданылады, себебі ол өткізгіш емес, сондықтан қысқа тұйықталуға немесе бөлшектердің зақымдануына себеп болмайды. Полифенил эфир майлары жоғары температуралық тұрақтылықты, өте төмен ұшқыштылықты, табиғи майлану қасиеттерін және/немесе сәулеленуге төзімділікті қажет ететін қолданыстарға жарамды. Перфторполиэфир майлары олардың химиялық инерт нұсқасы болып табылады. Дифенил эфирі (73,5%) мен бифенил (26,5%) эвтектикалық қоспасы кең температуралық диапазоны мен 400°C-қа дейінгі тұрақтылығы үшін қолданылады. Полихлорланған бифенилдер мен полихлорланған терфенилдер жылу беру қолданыстарында пайдаланылды, себебі олардың төмен тұтанатылығы, химиялық төзімділігі, гидрофобтылығы және қолайлы электрлік қасиеттері болды, бірақ қазір олардың уыттылығы мен биожинақталуына байланысты қолданудан алынып тасталды. Силикон майлары мен фторкарбонат майлары (фторландырғыш сияқты) кең жұмыс температурасы үшін жақсы көрінеді. Дегенмен, олардың жоғары құны қолданылуын шектейді. Трансформатор майы жоғары қуатты электр трансформаторларын салқындату және қосымша электр оқшаулау үшін қолданылады. Әдетте минералды майлар қолданылады. Силикон майлары арнайы мақсаттарда қолданылады. Полихлорланған бифенилдерді ескі жабдықтарда жиі қолданған, олар қазір ластану қаупін тудыруы мүмкін. Отын қозғалтқыштарды салқындату үшін жиі қолданылады. Суық отын қозғалтқыштың кейбір бөліктерінен ағып өтеді, оның ысыраптық жылуын сіңіріп, жану алдында қыздырылады. Керосин және басқа реактивтік отындар авиациялық қозғалтқыштарда осы рөлді жиі атқарады. Сұйық сутек ракеталық қозғалтқыштардың соплоларын салқындату үшін қолданылады. Сусыз салқындатқыш су және этиленгликоль салқындатқыштарына балама ретінде қолданылады. Судан жоғары қайнау температурасы (шамамен 370°F) бар салқындату технологиясы қайнауға қарсы тұрады. Сұйықтық тотығудың алдын алады. Фреондар электрониканы, мысалы, суға батыру арқылы салқындату үшін жиі қолданылды.

Балқытылған металдар мен тұздары

Сұйық балқымалы қорытпалар жоғары температуралық тұрақтылық қажет болатын қолданыстарда, мысалы, кейбір жылдам көбейгіш ядролық реакторларда салқындатқыш ретінде қолданылуы мүмкін. Натрий (натриймен салқындатылатын жылдам реакторларда) немесе натрий-калий қорытпасы NaK жиі қолданылады; ерекше жағдайларда литий қолданылуы мүмкін. Салқындатқыш ретінде қолданылатын тағы бір сұйық металл – қорғасын, мысалы, қорғасынмен салқындатылатын жылдам реакторларда немесе қорғасын-бисмут қорытпасында. Кейбір ерте жылдам нейтронды реакторларда сынап пайдаланылды. Белгілі бір қолданыстар үшін автомобильдік тақта клапандарының сабақтары ішкі қуыс болуы және жылу тасымалдау мен беруді жақсарту үшін натриймен толтырылуы мүмкін. Өте жоғары температурадағы қолданыстар үшін, мысалы, балқытылған тұз реакторлары немесе өте жоғары температуралық реакторлар үшін балқытылған тұздарды салқындатқыш ретінде қолдануға болады. Мүмкін болатын комбинациялардың бірі – натрий фториді мен натрий тетрафторбораттың (NaF NaBF4) қоспасы. Басқа таңдаулар – FLiBe және FLiNaK.

Сұйық газдар

Сұйытылған газдар криогендік қолданбаларда, соның ішінде криоэлектрондық микроскопияда, компьютер процессорларын үдемелі соғу, суперөткізгіштерді қолдануда немесе өте сезімтал сенсорларды және өте төмен шулы күшейткіштерді пайдалануда салқындатқыш ретінде қолданылады. Көмірқышқыл газы (химиялық формуласы CO2) кесу сұйықтықтарын алмастыратын салқындатқыш ретінде қолданылады. CO2 кесу бетінде бақыланатын салқындатуды қамтамасыз етеді, соның арқасында кесу құралы мен жұмыс дайындамасы бөлме температурасында сақталады. CO2 қолдану құралдың қызмет ету мерзімін ұзартады және көптеген материалдарда процесті жылдамдатуға мүмкіндік береді. Бұл әдіс, әсіресе мұнай майларын майлау үшін пайдаланумен салыстырғанда, экологиялық тұрақты болып саналады; бөлшектер таза және құрғақ күйде қалады, бұл көбінесе қосымша тазалау қажеттілігін жояды. 196 °C (77K) температурада қайнайтын сұйық азот – ең көп қолданылатын және ең арзан салқындатқыш. Сұйық ауа, құрамындағы сұйық оттегінің болуына байланысты, азырақ қолданылады, себебі ол жанғыш заттармен жанасқанда өрт немесе жарылыс тудыруы мүмкін (оксиликвиттерге қараңыз). 246 °C шамасында қайнайтын сұйық неонды пайдалану арқылы төмен температураға жетуге болады. Ең қуатты суперөткізгіш магниттер үшін қолданылатын ең төмен температураға сұйық гелийді пайдалану арқылы қол жеткізіледі. 250–265 °C температурадағы сұйық сутек де салқындатқыш ретінде қолданылуы мүмкін. Сұйық сутек отын ретінде де, сондай-ақ ракеталық қозғалтқыштардың соплолары мен жану камераларын салқындату үшін салқындатқыш ретінде де қолданылады.

Нано сұйықтықтар

Жаңа буын салқындатқыштар – нанотірістер, олар су сияқты тасымалдаушы сұйықтықта нанобөлшектер деп аталатын ұсақ наноөлшемді бөлшектердің таралуымен құралады. Мысалы, CuO, алюминий, титан диоксиді, көміртекті нанотұмыршақтар, кремний қышқылы немесе металдар (мысалы, мыс немесе күміс нанотабандар) сияқты, тасымалдаушы сұйықтыққа шашыратылған арнайы жасалған нанобөлшектер, нәтижедегі салқындатқыштың жылу беру қабілетін тасымалдаушы сұйықтықпен салыстырғанда арттырады. Теориялық тұрғыдан алғанда, бұл арттыру 350%-ға дейін жете алады. Дегенмен, тәжірибелер мұндай жоғары жылу өткізгіштігінің жақсаруын көрсетпеді, бірақ салқындатқыштардың критикалық жылу ағынының айтарлықтай өскенін анықтады. Маңызды жақсартуларға қол жеткізуге болады; мысалы, 55±12 нм диаметрлі және 12,8 мкм орташа ұзындығы бар күміс нанотабандардың 0,5 об.% мөлшері судың жылу өткізгіштігін 68%-ға, ал 0,5 об.% күміс нанотабандар этиленгликоль негізіндегі салқындатқыштың жылу өткізгіштігін 98%-ға арттырды. 0,1% алюминий нанобөлшектері судың критикалық жылу ағынын 70%-ға дейін арттыра алады; бөлшектер салқындатылатын бетте кедір-бұдырлы, тесікті бет қалыптастырады, бұл жаңа көпіршіктердің пайда болуына көмектеседі, ал олардың гидрофильді қасиеттері оларды ығыстырып, бу қабатының пайда болуына кедергі келтіреді. 5%-дан жоғары концентрациядағы нанотірістер Ньютон емес сұйықтықтар сияқты әрекет етеді.

Қатты заттар

Кейбір қолданыстарда қатты материалдар салқындатқыш ретінде пайдаланылады. Бұл материалдардың булануына жоғары энергия қажет, және осы энергия буланып кеткен газдармен бірге кетіп қалады. Бұл тәсіл ғарышқа ұшу кезінде, атмосфераға қайта кіру қалқандары мен ракеталық қозғалтқыштардың соплоларын салқындату үшін жиі қолданылады. Сонымен қатар, бұл әдіс құрылыстарды өрттен қорғау үшін де қолданылады, онда абляциялық жабын қолданылады. Құрық мұз бен су мұзы салқындатылатын конструкциямен тікелей жанасқанда салқындатқыш ретінде де қолданылуы мүмкін. Кейде қосымша жылу алмасу сұйықтығы қолданылады; мұзбен су және ацетонмен құрық мұз екі танымал комбинация болып табылады. Су мұзының сублимациясы "Аполлон" жобасының ғарыш костюмін салқындату үшін пайдаланылды.