Kühlmittel
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Kühlmittel sind gasförmige, flüssige oder feste Stoffe oder Stoffgemische die zum Abtransport von Wärme eingesetzt werden. Der Oberbegriff Wärmeträger umfasst neben Kühlmittel auch Heizmittel (Heizmedium) bzw. Kälteträger; die Zuordnung ist nicht immer eindeutig und wird nach Anwendungszweck bzw. Temperaturbereich getroffen. In technologischen Prozessen wird vorwiegend Wasser, Luft oder Thermalöl als Kühlmittel bzw. Wärmeträger verwendet. Die ökonomisch sinnvoll überbrückbaren Temperaturdifferenzen zwischen Umgebung und Kühlmittel betragen bei Luftkühlung ca. 40 Kelvin, bei Wasserkühlung ca. 10 Kelvin.
Kühlmittel-Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur lassen sich nur durch mit geeigneten Kältemitteln betriebenen Kälteprozesse, auch Linksprozesse genannt, erreichen. Mit Kältemischungen lassen sich umgebungsunabhängige Kühlmittel-Temperaturen von bis zu unter -50 °C erreichen. Mit Trockeneis sogar bis zu -100°C (zusammen mit Ether).
Je nach Anwendung kommen aber auch andere Stoffe, wie flüssige Metalle (Natrium), Salzlösungen, oder verflüssigte Gase (Wasserstoff, Helium) zum Einsatz.
Bei der spanenden Metallbearbeitung werden Kühlschmierstoffe eingesetzt, die eine zu starke Erhitzung des Werkzeuges durch die Reibung verhindern.
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[Bearbeiten] Kühlflüssigkeiten
Kühlflüssigkeiten können in zwei Kategorien eingeteilt werden:
- einfaches Abkühlen eines anderen Stoffes (mittels Übergießen) aufgrund natürlicher Temperaturdifferenz (Beispiele: Dusche im Strandbad, der Körper hat 37 Grad Celsius, das Wasser hat 20 Grad Celsius. Oder das Abschrecken von heißem Metall in einem Wasser- oder Ölbad).
- Trennung der Stoff-Kreisläufe durch feste Wandung zwischen Kühlflüssigkeit und dem zu kühlenden Fluid (Gas, Flüssigkeit). Beispiel: Auto-Kühlmittelumlauf. Luft durchströmt den metallischen, mit gewellten Lamellen in der Oberfläche vergrößerten Kühler. Hier ist jedoch zunächst Gas (die Umgebungsluft) das Kühlmedium. Die so herabgekühlte umlaufende Flüssigkeit (Wasser- Glykol-Gemisch) kühlt per Pumpen-Umlauf nun die heißen metallischen Komponenten des Motorinneren herunter, zuvorderst den Zylinderkopf.
[Bearbeiten] Kühlwasser
Das Kühlwasser zirkuliert in einem Kühlkreislauf und dient dem Transport von Wärmeenergie durch Konvektion. Man spricht von Wasserkühlung.
Sehr bekannte Anwendungen sind die Kühlung innerhalb von thermodynamischen Kreisprozessen innerhalb zur Gewinnung von mechanischer Energie in Kraftwerken oder Verbrennungsmotoren. Kühlwasser gibt es in vielen verschiedenen Zusammensetzungen, je nach Einsatzort und -gebiet. Verschmutzungen von Anlagen durch Bestandteile des Kühlwassers oder das Wachstum von Mikrorganismen werden Fouling genannt.
Bei offenen Kühlwasserkreisläufen lassen sich durch die Verdunstungskälte und intensivere Durchmischung von zu kühlendem Wasser und der kühlenden Luft auch niedrigere Temperaturen erreichen. Hierbei wird das Wasser über einen Kühlturm geleitet. Ein besonders intensiver Wärmeaustauch auf kleinem Volumen kann durch Wärmerohre (Heat-Pipes) erreicht werden.
In Fahrzeugmotoren wird dem Kühlwasser Frostschutzmittel zugesetzt, um ein Einfrieren im Winter zu verhindern.
[Bearbeiten] Flüssige Metalle
In Kernreaktoren wird teilweise Natrium oder NaK-78 (eutektisches Gemisch aus 22 % Natrium und 78 % Kalium) im Kühlmittelkreislauf eingesetzt. Das Kühlmittel hat gute Wärmeübertragungseigenschaften und einen großen nutzbaren Temperaturbereich. Natrium schmilzt schon bei 98 °C, siedet aber erst bei 883 °C. NaK-78 schmilzt bei -12,6 °C und siedet bei 785 °C.
