المشعاع

المبرد عبارة عن مبادل حراري يُستخدم لنقل الطاقة الحرارية من وسط إلى آخر لأغراض التبريد والتدفئة. وتُصنع معظم المبردات للعمل في السيارات والمباني والأجهزة الإلكترونية .

يُعدّ المشعات مصدرًا للحرارة لبيئتها المحيطة، سواءً كان ذلك لتدفئة البيئة أو لتبريد السائل أو سائل التبريد المُزوّد ​​لها، كما هو الحال في تبريد محركات السيارات وأبراج التبريد الجافة لأنظمة التكييف والتهوية . وعلى الرغم من اسمها، فإنّ معظم المشعات تنقل الجزء الأكبر من حرارتها عبر الحمل الحراري بدلاً من الإشعاع الحراري .

يُعدّ نظام التدفئة الروماني ( الهيبوكاوست) مثالًا مبكرًا على نوع من أنواع المشعات المستخدمة في تدفئة المباني. يُنسب اختراع مشع التدفئة عادةً إلى فرانز سان غالي ، رجل الأعمال الروسي المولود في بروسيا والذي كان يعيش في سانت بطرسبرغ ، حوالي عام 1855، ^{[ 1 ] [ 2 ]} بعد حصوله على براءة اختراع لمشع في عام 1857، ^{[ 3 ]} إلا أن الاسكتلندي دنكان كاميرون كان قد اكتشف تصميمًا مشابهًا في عام 1845 باستخدام البخار الساخن ونظام مائي مغلق، وذلك أثناء دراسته الجامعية. ^{[ 4 ]}

تنتقل الحرارة من المشع عبر آليتين: الإشعاع الحراري والحمل الحراري في الهواء أو السائل المتدفق. لا يُعد التوصيل الحراري عادةً مصدرًا رئيسيًا لانتقال الحرارة في المشعات. بل قد ينقل المشع الحرارة عن طريق تغير الحالة ، كما في تجفيف الجوارب. عمليًا، يُشير مصطلح "المشع" إلى أي جهاز من الأجهزة التي يدور فيها سائل عبر أنابيب مكشوفة (غالبًا مزودة بزعانف أو وسائل أخرى لزيادة مساحة السطح). أما مصطلح " الناقل الحراري " فيُشير إلى فئة من الأجهزة التي لا يكون فيها مصدر الحرارة مكشوفًا بشكل مباشر.

لزيادة مساحة السطح المتاحة لتبادل الحرارة مع المحيط، يحتوي المبرد على زعانف متعددة تتصل بالأنبوب الذي يحمل السائل الذي يُضخ عبره. ينقل الهواء (أو أي سائل خارجي آخر) الحرارة من الزعانف عند ملامسته لها. إذا كان تدفق الهواء مسدودًا بالأوساخ أو بسبب تلف الزعانف، فإن ذلك الجزء من المبرد يصبح غير فعال في نقل الحرارة.

Radiators are commonly used to heat buildings on the European continent. In a radiative central heating system, hot water or sometimes steam is generated in a central boiler and circulated by pumps through radiators within the building, where this heat is transferred to the surroundings.

In some countries, portable radiators are common to heat a single room, as a safer alternative to space heater and fan heater.

Radiators are used in dry cooling towers and closed-loop cooling towers for cooling buildings using liquid-cooled chillers for heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) while keeping the chiller coolant isolated from the surroundings.

Radiators are used for cooling internal combustion engines, mainly in automobiles but also in piston-engined aircraft, railway locomotives, motorcycles, stationary generating plants and other places where heat engines are used (watercrafts, having an unlimited supply of a relatively cool water outside, usually use the liquid-liquid heat exchangers instead).

To cool down the heat engine, a coolant is passed through the engine block, where it absorbs heat from the engine. The hot coolant is then fed into the inlet tank of the radiator (located either on the top of the radiator, or along one side), from which it is distributed across the radiator core through tubes to another tank on the opposite end of the radiator. As the coolant passes through the radiator tubes on its way to the opposite tank, it transfers much of its heat to the tubes which, in turn, transfer the heat to the fins that are lodged between each row of tubes. The fins then release the heat to the ambient air. Fins are used to greatly increase the contact surface of the tubes to the air, thus increasing the exchange efficiency. The cooled liquid is fed back to the engine, and the cycle repeats. Normally, the radiator does not reduce the temperature of the coolant back to ambient air temperature, but it is still sufficiently cooled to keep the engine from overheating.

عادةً ما يكون سائل التبريد هذا مائيًا، مع إضافة الجليكولات لمنع التجمد ومواد أخرى للحد من التآكل والتلف والتجويف . ومع ذلك، قد يكون سائل التبريد زيتًا أيضًا. استخدمت المحركات الأولى أنابيب حرارية لتدوير سائل التبريد؛ أما اليوم، فتستخدم جميع المحركات تقريبًا، باستثناء أصغرها ، مضخات . ^{[ 5 ]}

حتى ثمانينيات القرن العشرين، كانت هياكل مشعات التبريد تُصنع غالبًا من النحاس (للزعانف) والنحاس الأصفر (للأنابيب والمجمعات والصفائح الجانبية، بينما كانت الخزانات تُصنع أيضًا من النحاس الأصفر أو البلاستيك ، وغالبًا من البولي أميد ). ابتداءً من سبعينيات القرن العشرين، ازداد استخدام الألومنيوم ، حتى بات يُهيمن على غالبية تطبيقات مشعات التبريد في المركبات. وتتمثل الحوافز الرئيسية لاستخدام الألومنيوم في انخفاض الوزن والتكلفة.

نظرًا لأن الهواء يتميز بسعة حرارية وكثافة أقل من سوائل التبريد، فإنه يتطلب تدفقًا حجميًا كبيرًا نسبيًا (مقارنةً بسائل التبريد) عبر قلب المبرد لامتصاص الحرارة منه. غالبًا ما تحتوي المبردات على مروحة أو أكثر لدفع الهواء عبرها. ولتوفير استهلاك الطاقة للمراوح في المركبات، تُوضع المبردات عادةً خلف الشبكة الأمامية. ويمكن للهواء المضغوط أن يوفر جزءًا من تدفق هواء التبريد اللازم أو كله عندما تبقى درجة حرارة سائل التبريد أقل من الحد الأقصى المصمم له، وتبقى المروحة متوقفة عن العمل.

مع تصغير حجم الأجهزة الإلكترونية، تزداد صعوبة مشكلة تبديد الحرارة الزائدة . تُستخدم مشتتات حرارية صغيرة لنقل الحرارة من المكونات الإلكترونية إلى تيار هواء بارد. لا تستخدم المشتتات الحرارية الماء، بل تنقل الحرارة من مصدرها. تحتوي المشتتات الحرارية عالية الأداء على النحاس لتحسين التوصيل الحراري. تنتقل الحرارة إلى الهواء عن طريق التوصيل والحمل الحراري؛ بينما تنتقل نسبة ضئيلة منها بالإشعاع نظرًا لانخفاض درجة حرارة أشباه الموصلات مقارنةً بمحيطها.

تُستخدم المشعات أيضًا في حلقات التبريد السائل لطرد الحرارة.

تُعدّ المشعات من مكونات بعض المركبات الفضائية. تعمل هذه المشعات عن طريق إشعاع الطاقة الحرارية على شكل ضوء (عادةً ما يكون تحت الأحمر نظرًا لدرجات الحرارة التي تعمل عندها المركبات الفضائية)، لأنه في فراغ الفضاء لا يمكن للحمل الحراري ولا التوصيل الحراري نقل الحرارة. في محطة الفضاء الدولية ، يمكن رؤية هذه المشعات بوضوح على شكل ألواح بيضاء كبيرة مثبتة على الهيكل الرئيسي . وتوجد هذه المشعات في المركبات المأهولة وغير المأهولة على حد سواء. ^{[ 6 ]}

• تقليل الحرارة
• موزع الحرارة
• أنبوب حراري
• مضخة حرارية
• رادياتوري - معكرونة صغيرة مكتنزة على شكل مشعات