سائل التبريد

سائل التبريد مادة، عادةً ما تكون سائلة، تُستخدم لخفض درجة حرارة النظام أو تنظيمها. يتميز سائل التبريد المثالي بسعة حرارية عالية ، ولزوجة منخفضة ، وتكلفة زهيدة، كما أنه غير سام وخامل كيميائيًا ، ولا يُسبب تآكل نظام التبريد أو يُسرّعه. تتطلب بعض التطبيقات أيضًا أن يكون سائل التبريد عازلًا كهربائيًا .

بينما يُستخدم مصطلح "المبرد" بشكل شائع في تطبيقات السيارات وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء ، فإن مصطلح "سائل نقل الحرارة" هو المصطلح التقني الأكثر استخدامًا في العمليات الصناعية، سواء في تطبيقات التصنيع ذات درجات الحرارة العالية أو المنخفضة. ويشمل هذا المصطلح أيضًا سوائل القطع . تُصنف سوائل القطع الصناعية عمومًا إلى نوعين: مبرد قابل للذوبان في الماء، وسائل قطع نقي. المبرد القابل للذوبان في الماء عبارة عن مستحلب زيت في الماء، ويختلف محتواه من الزيت، بدءًا من الصفر (المبرد الاصطناعي).

يمكن لهذا المبرد أن يحافظ على حالته، سائلاً كان أو غازياً، أو أن يخضع لتحول طوري ، حيث تساهم الحرارة الكامنة في زيادة كفاءة التبريد. ويُعرف هذا الأخير، عند استخدامه للوصول إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة المحيط ، باسم المُبرِّد .

يقوم خزان سائل التبريد بتجميع فائض سائل التبريد في نظام التبريد. ^{[ 1 ]}

يُعد الهواء شكلاً شائعاً من أشكال التبريد. ويستخدم التبريد الهوائي إما تدفق الهواء بالحمل الحراري (التبريد السلبي) أو الدوران القسري باستخدام المراوح .

يُستخدم الهيدروجين كمبرد غازي عالي الأداء. يتميز بموصلية حرارية أعلى من جميع الغازات الأخرى، وسعة حرارية نوعية عالية ، وكثافة منخفضة ، وبالتالي لزوجة منخفضة ، مما يُعد ميزةً للآلات الدوارة المعرضة لفقدان الطاقة بسبب مقاومة الهواء . تُعد التوربينات والمولدات المبردة بالهيدروجين حاليًا أكثر أنواع المولدات الكهربائية شيوعًا في محطات الطاقة الكبيرة.

تُستخدم الغازات الخاملة كمبردات في المفاعلات النووية المبردة بالغاز . يتميز الهيليوم بانخفاض ميله لامتصاص النيوترونات والتحول إلى غاز مشع . أما ثاني أكسيد الكربون فيُستخدم في مفاعلات ماغنوكس ومفاعلات AGR .

يستخدم سداسي فلوريد الكبريت لتبريد وعزل بعض أنظمة الطاقة ذات الجهد العالي ( قواطع الدائرة ، والمفاتيح ، وبعض المحولات ، وما إلى ذلك).

يمكن استخدام البخار حيثما تكون هناك حاجة إلى سعة حرارية نوعية عالية في شكل غازي، ويتم مراعاة الخصائص المسببة للتآكل للماء الساخن.

تُستخدم بعض المبردات في كل من الشكل السائل والغازي في نفس الدائرة، مستفيدة من الحرارة الكامنة النوعية العالية لتغير طور الغليان/التكثيف ، ومحتوى التبخر ، بالإضافة إلى السعة الحرارية للسائل غير المتغير الطور .

المبردات هي مواد تبريد تُستخدم للوصول إلى درجات حرارة منخفضة عن طريق التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية. كانت الهالوميثانات شائعة الاستخدام، وخاصةً R-12 و R-22 ، وغالبًا ما تُستخدم مع البروبان المسال أو هالو ألكانات أخرى مثل R-134a . يُستخدم الأمونيا اللامائي بكثرة في الأنظمة التجارية الكبيرة، بينما استُخدم ثاني أكسيد الكبريت في الثلاجات الميكانيكية القديمة. يُستخدم ثاني أكسيد الكربون (R-744) كسائل تشغيل في أنظمة التحكم بالمناخ للسيارات، وأجهزة تكييف الهواء المنزلية، والتبريد التجاري، وآلات البيع. يتم التخلص التدريجي من العديد من المبردات الممتازة لأسباب بيئية (مثل مركبات الكلوروفلوروكربون بسبب تأثيرها على طبقة الأوزون، والآن يواجه العديد من بدائلها قيودًا بسبب الاحتباس الحراري، مثل R-134a).

تُعد الأنابيب الحرارية تطبيقًا خاصًا للمبردات.

يُستخدم الماء أحيانًا بهذه الطريقة، كما في مفاعلات الماء المغلي . ويمكن استخدام تأثير تغير الحالة عمدًا، أو قد يكون ضارًا.

تستخدم مواد تغيير الطور عملية الانتقال الطوري الأخرى بين الحالة الصلبة والسائلة.

قد تسقط الغازات السائلة هنا، أو في المبردات، حيث تُحافظ على درجة حرارتها غالبًا عن طريق التبخر. يُعد النيتروجين السائل المثال الأكثر شيوعًا في المختبرات. قد لا يحدث تغير الطور عند السطح الفاصل المبرد، بل على سطح السائل، حيث تنتقل الحرارة عن طريق الحمل الحراري أو التدفق القسري.

يُعدّ الماء أكثر سوائل التبريد شيوعًا. فسعته الحرارية العالية وتكلفته المنخفضة تجعله وسيطًا مناسبًا لنقل الحرارة. ويُستخدم عادةً مع إضافات، مثل مثبطات التآكل ومضادات التجمد . مضاد التجمد، وهو محلول من مادة كيميائية عضوية مناسبة (غالبًا إيثيلين جليكول ، أو ثنائي إيثيلين جليكول ، أو بروبيلين جليكول ) في الماء، يُستخدم عندما يتعين على سائل التبريد المائي تحمّل درجات حرارة أقل من 0  درجة مئوية، أو عندما يلزم رفع درجة غليانه. البيتايين سائل تبريد مشابه، باستثناء أنه مصنوع من عصارة نباتية نقية، وهو غير سام وسهل التخلص منه بطريقة صديقة للبيئة. ^{[ 2 ]}

• يُستخدم الماء منزوع الأيونات عالي النقاء ، نظرًا لانخفاض موصليته الكهربائية نسبيًا، لتبريد بعض المعدات الكهربائية، وغالبًا ما تكون أجهزة إرسال عالية الطاقة وأنابيب تفريغ عالية الطاقة .
• الماء الثقيل هو مُعدِّل للنيوترونات يُستخدم في بعض المفاعلات النووية ، كما أنه يؤدي وظيفة ثانوية كمبرد لها . أما مفاعلات الماء الخفيف ، بنوعيها الأكثر شيوعًا: مفاعلات الماء المغلي ومفاعلات الماء المضغوط ، فتستخدم الماء العادي (الخفيف) . بعض التصاميم، مثل مفاعل كاندو ، تستخدم كلا النوعين؛ الماء الثقيل في خزان الكالاندريا غير المضغوط كمُعدِّل ومبرد إضافي، والماء الخفيف كسائل نقل الحرارة الأساسي.

يُستخدم بولي ألكيلين جليكول (PAG) كسوائل لنقل الحرارة في درجات الحرارة العالية، ويتميز بثباته الحراري ومقاومته العالية للأكسدة. كما أن أنواع PAG الحديثة قد تكون غير سامة وغير خطرة. ^{[ 3 ]}

سائل التبريد هو سائل تبريد يعمل أيضاً كمادة تشحيم لأدوات آلات تشكيل المعادن .

تُستخدم الزيوت غالبًا في التطبيقات التي لا يُناسبها الماء. وبفضل ارتفاع درجة غليانها مقارنةً بالماء، يُمكن رفع درجة حرارة الزيوت إلى مستويات أعلى بكثير (أكثر من 100 درجة مئوية) دون إحداث ضغوط عالية داخل الحاوية أو نظام الدائرة المعني. ^{[ 4 ]} تُستخدم العديد من الزيوت في مجالات نقل الحرارة، والتشحيم، ونقل الضغط (السوائل الهيدروليكية)، وأحيانًا حتى كوقود، أو في عدة وظائف من هذا القبيل في آن واحد.

• تُستخدم الزيوت المعدنية كمبردات ومواد تشحيم في العديد من التروس الميكانيكية. كما تُستخدم بعض الزيوت النباتية، مثل زيت الخروع . ونظرًا لارتفاع درجة غليانها، تُستخدم الزيوت المعدنية في سخانات الفضاء الكهربائية المحمولة التي تعمل بنظام المشعات في المنازل، وفي أنظمة الدوائر المغلقة لتسخين وتبريد العمليات الصناعية. كما يُستخدم الزيت المعدني غالبًا في أنظمة الحواسيب المغمورة لأنه غير موصل للكهرباء، وبالتالي لا يُسبب ماسًا كهربائيًا أو تلفًا لأي من أجزائها.
  • تُعدّ زيوت بولي فينيل الإيثر مناسبة للتطبيقات التي تتطلب ثباتًا حراريًا عاليًا، وتقلبًا منخفضًا جدًا، وخصائص تشحيم ذاتية، و/أو مقاومة للإشعاع. أما زيوت بيرفلوروبولي إيثر فهي النوع الأكثر خمولًا كيميائيًا منها.
  • يتم استخدام خليط يوتكتيكي من ثنائي فينيل الإيثر (73.5٪) وثنائي الفينيل (26.5٪) نظرًا لنطاق درجة حرارته الواسع واستقراره حتى 400  درجة مئوية.
  • تم استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور وثلاثي الفينيل متعدد الكلور في تطبيقات نقل الحرارة، وقد تم تفضيلها نظرًا لانخفاض قابليتها للاشتعال ومقاومتها الكيميائية وكرهها للماء وخصائصها الكهربائية المواتية، ولكن يتم الآن التخلص منها تدريجيًا بسبب سميتها وتراكمها الحيوي .
• تُفضّل زيوت السيليكون وزيوت الفلوروكربون (مثل فلورينرت ) لنطاق درجات حرارة التشغيل الواسع الذي تتمتع به . ومع ذلك، فإن تكلفتها العالية تحدّ من استخداماتها.
• يُستخدم زيت المحولات لتبريد المحولات الكهربائية عالية القدرة وعزلها كهربائيًا بشكل إضافي . وتُستخدم الزيوت المعدنية عادةً، بينما تُستخدم زيوت السيليكون في تطبيقات خاصة. وكانت ثنائيات الفينيل متعددة الكلور شائعة الاستخدام في المعدات القديمة، والتي قد تُشكل الآن خطر التلوث.

تُستخدم أنواع الوقود بشكل متكرر كمبردات للمحركات. يتدفق الوقود البارد فوق أجزاء من المحرك، فيمتص حرارته المهدرة ويُسخن مسبقًا قبل الاحتراق. ويُستخدم الكيروسين وأنواع أخرى من وقود الطائرات النفاثة لهذا الغرض في محركات الطائرات. كما يُستخدم الهيدروجين السائل لتبريد فوهات محركات الصواريخ .

يُستخدم سائل التبريد الخالي من الماء كبديل لسوائل التبريد التقليدية المصنوعة من الماء والإيثيلين جليكول. وبفضل درجة غليانه الأعلى من الماء (حوالي 370 درجة فهرنهايت)، تقاوم تقنية التبريد هذه فوران السائل. كما يمنع هذا السائل التآكل . ^{[ 5 ]}

كانت مركبات الفريون تُستخدم بشكل متكرر للتبريد الغامر للأجهزة الإلكترونية على سبيل المثال.

في بعض التطبيقات، تُستخدم مواد صلبة كمبردات. تتطلب هذه المواد طاقة عالية للتبخر، ثم تحمل الغازات المتبخرة هذه الطاقة. يُعد هذا الأسلوب شائعًا في رحلات الفضاء ، حيث يُستخدم في دروع إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي المقاومة للتآكل ، وفي تبريد فوهات محركات الصواريخ . كما يُستخدم الأسلوب نفسه في حماية المنشآت من الحرائق، حيث تُطبّق طبقات مقاومة للتآكل.

يمكن استخدام الثلج الجاف والثلج المائي كمبردات عند ملامستهما المباشرة للهيكل المراد تبريده. وفي بعض الأحيان، يُستخدم سائل ناقل للحرارة إضافي؛ ويُعدّ الماء مع الثلج والثلج الجاف في الأسيتون من أكثر التركيبات شيوعًا.

استُخدم التسامي لجليد الماء لتبريد بدلة الفضاء لمشروع أبولو .

تعتمد معظم الحيوانات ذوات الدم الحار على مواد تبريد للحفاظ على درجة حرارة جسم ثابتة. ومن أكثرها شيوعاً ما يوجد في الثدييات حيث يفرز الجسم ماءً مالحاً يتبخر بسرعة . ^{[ 12 ]}

• تعريف كلمة " مبرد" في قاموس ويكشنري