التبريد المائي

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 9 صور
الموسوعة الحرة

برج التبريد وتصريف المياه في محطة طاقة نووية

التبريد بالماء هو أسلوب لإزالة الحرارة من المكونات والمعدات الصناعية. غالبًا ما يكون التبريد التبخيري باستخدام الماء أكثر كفاءة من التبريد بالهواء . الماء رخيص الثمن وغير سام، إلا أنه قد يحتوي على شوائب ويسبب التآكل.

يُستخدم التبريد المائي بشكل شائع لتبريد محركات الاحتراق الداخلي للسيارات ومحطات توليد الطاقة . كما تُستخدم مبردات مائية تعتمد على نقل الحرارة بالحمل الحراري داخل بعض أجهزة الكمبيوتر الشخصية المتطورة لخفض درجة حرارة المعالجات المركزية والمكونات الأخرى بشكل أكبر مقارنةً بالتبريد الهوائي .

وتشمل الاستخدامات الأخرى تبريد زيت التشحيم في المضخات ؛ ولأغراض التبريد في المبادلات الحرارية ؛ ولتبريد المباني في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وفي المبردات .

الآلية

المزايا

الماء رخيص الثمن، وغير سام ، ومتوفر على معظم سطح الأرض. يوفر التبريد السائل موصلية حرارية أعلى من التبريد الهوائي. يتميز الماء بسعة حرارية نوعية عالية بشكل استثنائي بين السوائل الشائعة عند درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي، مما يسمح بنقل الحرارة بكفاءة عبر المسافات مع معدلات منخفضة لانتقال الكتلة. يمكن إعادة تدوير مياه التبريد من خلال نظام إعادة تدوير أو استخدامها في نظام تبريد أحادي المرور (OTC). تسمح إنثالبي تبخر الماء العالي بخيار التبريد التبخيري الفعال لإزالة الحرارة المهدرة في أبراج التبريد أو أحواض التبريد . [ 1 ] تكون أنظمة إعادة التدوير مفتوحة إذا كانت تعتمد على التبريد التبخيري، أو مغلقة إذا تمت إزالة الحرارة في مبادلات حرارية ، وبالتالي مع فقدان تبخيري ضئيل. يمكن للمبادل الحراري أو المكثف فصل مياه التبريد غير الملامسة عن السائل المراد تبريده، [ 2 ] أو يمكن لمياه التبريد الملامسة أن تصطدم مباشرة بأشياء مثل شفرات المنشار حيث يسمح اختلاف الطور بالفصل بسهولة . تؤكد اللوائح البيئية على ضرورة تقليل تركيزات النفايات في مياه التبريد غير الملامسة. [ 3 ]

العيوب

يُسرّع الماء من تآكل الأجزاء المعدنية، ويُعدّ بيئةً ملائمةً لنمو الكائنات الحية. تتراكم المعادن الذائبة في مصادر المياه الطبيعية بفعل التبخر، مُخلّفةً رواسب تُعرف باسم القشور. غالبًا ما يتطلب تبريد المياه إضافة مواد كيميائية للحدّ من التآكل وتكوّن رواسب القشور العازلة والتلوث البيولوجي. [ 4 ]

يحتوي الماء على كميات متفاوتة من الشوائب نتيجة ملامسته للغلاف الجوي والتربة والحاويات. وباعتباره موصلاً للكهرباء ومذيباً لأيونات المعادن والأكسجين، يمكن للماء أن يُسرّع تآكل الآلات التي يتم تبريدها. وتزداد سرعة تفاعلات التآكل مع ارتفاع درجة الحرارة. [ 4 ] وقد تحسّنت حماية الآلات في وجود الماء الساخن بإضافة مثبطات التآكل ، بما في ذلك الزنك والكرومات والفوسفات . [ 5 ] [ 6 ] ويُثير المركبان الأولان مخاوف بشأن سميتهما؛ [ 7 ] بينما يرتبط المركب الأخير بالتخثث . [8 ] وتُعدّ التركيزات المتبقية من المبيدات الحيوية ومثبطات التآكل مصدر قلق محتمل لأنظمة التبريد المفتوحة وأنظمة تصريف مياه التبريد المعاد تدويرها. [ 9 ] وباستثناء الآلات ذات العمر التصميمي القصير، تتطلب أنظمة إعادة التدوير المغلقة معالجة أو استبدال مياه التبريد بشكل دوري ، مما يُثير مخاوف مماثلة بشأن التخلص النهائي من مياه التبريد التي تحتوي على مواد كيميائية مستخدمة ، وذلك في ضوء افتراضات السلامة البيئية للنظام المغلق. [ 10 ]

يحدث التلوث البيولوجي لأن الماء بيئة ملائمة للعديد من أشكال الحياة. تشجع خصائص تدفق أنظمة مياه التبريد المعاد تدويرها استيطان الكائنات الحية المستقرة التي تستخدم إمدادات الغذاء والأكسجين والمغذيات المتداولة. [ 11 ] قد ترتفع درجات الحرارة إلى مستوى يدعم نمو الكائنات المحبة للحرارة ، مثل أنواع الفطريات . [ 12 ] يمكن أن يؤدي التلوث البيولوجي لأسطح التبادل الحراري إلى تقليل معدلات انتقال الحرارة في نظام التبريد، كما يمكن أن يؤدي التلوث البيولوجي لأبراج التبريد إلى تغيير توزيع التدفق لتقليل معدلات التبريد التبخيري. قد يُحدث التلوث البيولوجي أيضًا تباينًا في تركيزات الأكسجين، مما يزيد من معدلات التآكل. تُعد أنظمة التبريد المفتوحة وأنظمة إعادة التدوير المفتوحة أكثر عرضة للتلوث البيولوجي. يمكن تثبيط التلوث البيولوجي عن طريق تعديلات مؤقتة في البيئة. قد تُثبط اختلافات درجات الحرارة استيطان الكائنات المحبة للحرارة في المنشآت التي تعمل بشكل متقطع، وقد تؤدي الارتفاعات المفاجئة المتعمدة في درجات الحرارة على المدى القصير إلى قتل الكائنات الأقل تحملاً للحرارة بشكل دوري. تُستخدم المبيدات الحيوية بشكل شائع للسيطرة على التلوث البيولوجي حيثما يكون التشغيل المستدام للمنشأة مطلوبًا. [ 13 ]

يمكن إضافة الكلور على شكل هيبوكلوريت للحد من التلوث البيولوجي في أنظمة مياه التبريد، ثم يُختزل لاحقًا إلى كلوريد لتقليل سمية مياه التصريف أو مياه التبريد المُعادة إلى البيئات المائية الطبيعية. يزداد تأثير الهيبوكلوريت ضررًا على أبراج التبريد الخشبية مع ارتفاع درجة الحموضة. استُخدمت الفينولات المكلورة كمبيدات حيوية أو تم ترشيحها من الخشب المُعالج في أبراج التبريد. تقل فعالية كل من الهيبوكلوريت وخماسي كلوروفينول عند قيم حموضة أعلى من 8. [ 14 ] قد يكون من الصعب إزالة سمية المبيدات الحيوية غير المؤكسدة قبل إطلاق مياه التصريف أو مياه التبريد المُعادة إلى البيئات المائية الطبيعية. [ 15 ]

تُحافظ أنظمة التبريد على تركيزات من متعددات الفوسفات أو الفوسفونات مع الزنك والكرومات أو مركبات مشابهة للحفاظ على نظافة أسطح التبادل الحراري بدرجة كافية تسمح بتكوين طبقة من أكسيد الحديد غاما وفوسفات الزنك، مما يمنع التآكل عن طريق تخميل نقاط التفاعل الأنودية والكاثودية. [ 16 ] يؤدي ذلك إلى زيادة الملوحة وإجمالي المواد الصلبة الذائبة، وقد تُشكل مركبات الفوسفور العنصر الغذائي الأساسي المحدد لنمو الطحالب، مما يُساهم في التلوث البيولوجي لنظام التبريد أو في التخثث في البيئات المائية الطبيعية التي تستقبل مياه التصريف أو مياه التبريد. تُقلل الكرومات من التلوث البيولوجي بالإضافة إلى تثبيط التآكل الفعال في نظام مياه التبريد، ولكن السمية المتبقية في مياه التصريف أو مياه التبريد شجعت على استخدام تركيزات أقل من الكرومات واستخدام مثبطات تآكل أقل مرونة. [ 7 ] قد تحتوي مياه التصريف أيضًا على الكروم المُرشح من أبراج التبريد المصنوعة من الخشب المحفوظ بأرسينات النحاس المُكروم . [ 17 ]

تُقاس نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)، والتي تُسمى أحيانًا بالبقايا القابلة للترشيح، بكتلة البقايا المتبقية بعد تبخير حجم مُقاس من الماء المُرشّح . [ 18 ] تشير الملوحة إلى تغيرات كثافة الماء أو موصليته الكهربائية الناتجة عن المواد الذائبة. [ 19 ] يزداد احتمال تكوّن الترسبات مع ازدياد نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية. ومن المواد الصلبة الشائعة المرتبطة بتكوّن الترسبات الكالسيوم والمغنيسيوم ، سواءً على شكل كربونات أو كبريتات . تزداد معدلات التآكل مبدئيًا مع ازدياد الملوحة استجابةً لزيادة الموصلية الكهربائية، ثم تنخفض بعد بلوغها ذروتها، حيث تُقلل المستويات العالية من الملوحة من مستويات الأكسجين الذائب. [ 4 ]

تحتوي بعض المياه الجوفية على كميات ضئيلة جدًا من الأكسجين عند ضخها من الآبار، لكن معظم مصادر المياه الطبيعية تحتوي على أكسجين مذاب. وتؤدي زيادة تركيز الأكسجين إلى تسريع التآكل. [ 4 ] يقترب الأكسجين المذاب من مستويات التشبع في أبراج التبريد. وهو مفيد في مياه التصريف أو مياه أبراج التبريد التي تُعاد إلى البيئات المائية الطبيعية. [ 20 ]

يتأين الماء إلى كاتيونات الهيدرونيوم (H₃O⁺ ) وأنيونات الهيدروكسيد ( OH⁻ ) . يُقاس تركيز الهيدروجين المتأين (كماء مُبرتَن) في نظام مياه التبريد بمستوى الرقم الهيدروجيني (pH ) . [ 21 ] تؤدي قيم الرقم الهيدروجيني المنخفضة إلى زيادة معدل التآكل، بينما تُشجع قيم الرقم الهيدروجيني المرتفعة على تكوّن الترسبات. يُعدّ التذبذب بين المعادن المستخدمة في أنظمة التبريد المائي غير شائع، ولكن معدلات تآكل الألومنيوم تزداد مع قيم الرقم الهيدروجيني التي تتجاوز 9. قد يكون التآكل الجلفاني شديدًا في أنظمة المياه التي تحتوي على النحاس والألومنيوم. يمكن إضافة حمض إلى أنظمة مياه التبريد لمنع تكوّن الترسبات إذا كان انخفاض الرقم الهيدروجيني سيُعادل زيادة الملوحة والمواد الصلبة الذائبة. [ 22 ]

محطات توليد الطاقة البخارية

مركز إنديان بوينت للطاقة . يتم قتل أكثر من مليار بيضة ويرقة سمكية في نظام التبريد الخاص به كل عام. [ 23 ]
مدخل مياه التبريد لمحطة طاقة نووية

قلما تقترب تطبيقات التبريد الأخرى من كميات المياه الهائلة المطلوبة لتكثيف البخار منخفض الضغط في محطات توليد الطاقة . [ 24 ] تستخدم العديد من المنشآت، ولا سيما محطات توليد الطاقة الكهربائية، ملايين الجالونات من المياه يوميًا للتبريد. [ 25 ] قد يؤدي التبريد المائي بهذا الحجم إلى تغيير البيئات المائية الطبيعية وخلق بيئات جديدة. ويُعد التلوث الحراري للأنهار والمصبات والمياه الساحلية أحد الاعتبارات عند تحديد مواقع هذه المحطات. إن المياه التي تعود إلى البيئات المائية بدرجات حرارة أعلى من درجة حرارة المياه المحيطة بها تُغير الموائل المائية عن طريق زيادة معدلات التفاعلات الكيميائية الحيوية وتقليل قدرة الموائل على تشبع الأكسجين. في البداية، تُفضل الزيادات في درجات الحرارة تحولًا في التجمعات السكانية من الأنواع التي تتطلب تركيزًا عاليًا من الأكسجين في المياه الباردة إلى تلك التي تتمتع بمزايا زيادة معدلات الأيض في المياه الدافئة. [ 11 ]

يمكن استخدام أنظمة التبريد ذات الدورة الواحدة (OTC) في الأنهار الكبيرة جدًا أو في المواقع الساحلية ومصبات الأنهار . تقوم محطات الطاقة هذه بتصريف الحرارة المهدرة في النهر أو المياه الساحلية. وبالتالي، تعتمد أنظمة التبريد ذات الدورة الواحدة على وفرة مياه الأنهار أو مياه البحر لتلبية احتياجاتها من التبريد. تُبنى هذه المنشآت بهياكل سحب مصممة لجلب كميات كبيرة من المياه بمعدل تدفق عالٍ. تميل هذه الهياكل أيضًا إلى سحب أعداد كبيرة من الأسماك والكائنات المائية الأخرى، والتي تُقتل أو تُصاب على مصافي السحب . [ 26 ] قد تؤدي معدلات التدفق العالية إلى احتجاز الكائنات بطيئة السباحة، بما في ذلك الأسماك والروبيان ، على المصافي التي تحمي الأنابيب ذات القطر الصغير للمبادلات الحرارية من الانسداد. قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة أو اضطراب المضخة وقوى القص إلى قتل أو تعطيل الكائنات الحية الأصغر التي تمر عبر المصافي مع مياه التبريد. [ 27 ] : الفصل أ2. يستخدم أكثر من 1200 محطة طاقة ومنشأة تصنيع في الولايات المتحدة أنظمة التبريد ذات الدورة الواحدة. [ 28 ] : 4-4 تتسبب هياكل المآخذ في نفوق مليارات الأسماك والكائنات الحية الأخرى كل عام. [ 29 ] تستهلك المفترسات المائية الأكثر رشاقة الكائنات الحية العالقة على الشاشات؛ وتستوطن المفترسات والكائنات الكانسة التي تعيش في المياه الدافئة مياه التبريد المتدفقة لتتغذى على الكائنات الحية العالقة.

نصّ قانون المياه النظيفة الأمريكي على إلزام وكالة حماية البيئة الأمريكية بإصدار لوائح تنظيمية بشأن هياكل سحب مياه التبريد الصناعية. [ 30 ] وقد أصدرت الوكالة لوائح نهائية للمنشآت الجديدة في عام 2001 (معدلة في عام 2003)، [ 26 ] [ 31 ] وللمنشآت القائمة في عام 2014. [ 32 ]

أبراج التبريد

برج تبريد مارلي ذو السحب الميكانيكي

كبديلٍ لأنظمة التبريد التقليدية، يمكن استخدام مياه الأنهار المُعاد تدويرها، أو مياه السواحل ( مياه البحر )، أو مياه الآبار في أبراج التبريد الصناعية. تقوم أبراج التبريد الميكانيكية الكبيرة، سواءً ذات السحب المُستحث أو السحب القسري، في المصانع بتدوير مياه التبريد باستمرار عبر مبادلات حرارية ومعدات أخرى حيث تمتص المياه الحرارة. ثم تُطرد هذه الحرارة إلى الغلاف الجوي عن طريق تبخر جزء من الماء في أبراج التبريد، حيث يلامس الهواء الصاعد الماء المتدفق للأسفل. ويتم تعويض الماء المُتبخر في الهواء المُصرّف إلى الغلاف الجوي بمياه نهر عذبة أو مياه تبريد عذبة، إلا أن كمية المياه المفقودة أثناء التبريد التبخيري قد تؤثر على البيئة الطبيعية للكائنات المائية. ونظرًا لاستبدال الماء النقي المُتبخر بمياه تحتوي على الكربونات وأملاح ذائبة أخرى، يتم التخلص من جزء من المياه المُتداولة باستمرار كمياه تصريف لتقليل تراكم الأملاح الزائد فيها؛ وقد تُغير هذه النفايات جودة المياه المُستقبلة. [ 33 ]

محركات الاحتراق الداخلي

يمكن استخدام خليط سائل التبريد الساخن لتدفئة الهواء داخل السيارة بواسطة قلب المدفأة . كما أن غلاف الماء المحيط بالمحرك فعال للغاية في تخفيف الضوضاء الميكانيكية، مما يجعل المحرك أكثر هدوءًا.

طريقة مفتوحة

محرك بنزين عتيق مزود بمبرد تبخيري وشبكة لتحسين التبخر. يُضخ الماء إلى الأعلى ويتدفق عبر الشبكة إلى الخزان.

يعتمد نظام التبريد المائي المفتوح على التبريد التبخيري ، مما يُخفض درجة حرارة الماء المتبقي (غير المتبخر). كانت هذه الطريقة شائعة في محركات الاحتراق الداخلي القديمة إلى أن لوحظ تراكم الترسبات الكلسية نتيجةً للأملاح والمعادن الذائبة في الماء. تقوم أنظمة التبريد المفتوحة الحديثة بتصريف جزء من الماء المُعاد تدويره باستمرار لإزالة المواد الصلبة الذائبة بتراكيز منخفضة بما يكفي لمنع تكوّن الترسبات الكلسية. تستخدم بعض الأنظمة المفتوحة مياه الصنبور الرخيصة ، ولكن هذا يتطلب معدلات تصريف أعلى من الماء منزوع الأيونات أو المقطر . لا تزال أنظمة المياه المُعالجة تتطلب تصريفًا لإزالة تراكم نواتج المعالجة الكيميائية لمنع التآكل والتلوث البيولوجي. [ 34 ]

الضغط

تبلغ درجة غليان الماء المستخدم في التبريد حوالي 100 درجة مئوية عند الضغط الجوي. وقد تتطلب المحركات التي تعمل عند درجات حرارة أعلى نظام إعادة تدوير مضغوط لمنع ارتفاع درجة الحرارة. [ 35 ] غالبًا ما تعمل أنظمة تبريد السيارات الحديثة عند ضغط 15 رطل لكل بوصة مربعة (103 كيلو باسكال) لرفع درجة غليان سائل التبريد المعاد تدويره وتقليل الفاقد بالتبخر. [ 36 ]  

مضاد للتجمد

ينطوي استخدام التبريد بالماء على خطر التلف الناتج عن التجمد. تتطلب تطبيقات تبريد المحركات، بما فيها السيارات، استخدام مزيج من الماء ومضاد التجمد لخفض درجة التجمد إلى درجة حرارة يصعب الوصول إليها. كما يمنع مضاد التجمد تآكل المعادن المختلفة، ويمكنه رفع درجة الغليان، مما يسمح بنطاق أوسع لدرجات حرارة التبريد بالماء. [ 36 ] وتنبه رائحته المميزة المشغلين إلى وجود تسريبات ومشاكل في نظام التبريد، والتي قد لا تُلاحظ في نظام التبريد بالماء فقط.

إضافات أخرى

من بين الإضافات الكيميائية الأخرى الأقل شيوعًا، منتجاتٌ تُستخدم لتقليل التوتر السطحي. تهدف هذه الإضافات إلى زيادة كفاءة أنظمة تبريد السيارات. تُستخدم هذه المنتجات لتحسين تبريد أنظمة التبريد ذات الأداء الضعيف أو الصغيرة الحجم، أو في سباقات السيارات حيث قد يُشكّل وزن نظام التبريد الأكبر عائقًا.

إلكترونيات الطاقة وأجهزة الإرسال

منذ حوالي عام 1930، أصبح التبريد المائي شائعًا لأنابيب أجهزة الإرسال عالية الطاقة. ونظرًا لأن هذه الأجهزة تعمل بفولتيات عالية (حوالي 10 كيلوفولت)، فإن استخدام الماء منزوع الأيونات ضروري ويتطلب تحكمًا دقيقًا. يمكن تصميم أجهزة الإرسال الحديثة ذات الحالة الصلبة بحيث لا تحتاج حتى أجهزة الإرسال عالية الطاقة إلى التبريد المائي. مع ذلك، يُستخدم التبريد المائي أحيانًا أيضًا للثايرستورات الخاصة بصمامات نقل التيار المستمر عالي الجهد، والتي تتطلب استخدام الماء منزوع الأيونات.

صيانة التبريد السائل

حل التبريد السائل CoolIT Rack DCLC AHx

تُستخدم تقنيات التبريد السائل بشكل متزايد لإدارة الحرارة في المكونات الإلكترونية. يُعد هذا النوع من التبريد حلاً لضمان كفاءة الطاقة المثلى مع تقليل الضوضاء ومتطلبات المساحة في الوقت نفسه. وهو مفيد بشكل خاص في الحواسيب العملاقة ومراكز البيانات، حيث يسهل ويسرع صيانة الخزائن. بعد فك الخزانة، تمنع وصلات التحرير السريع المتطورة تسرب السوائل لضمان سلامة المشغلين وحماية سلامة السوائل (خلوها من الشوائب في الدوائر). كما يمكن قفل هذه الوصلات (تركيبها على اللوحة؟) للسماح بالتوصيل المخفي في المناطق التي يصعب الوصول إليها. من المهم في تكنولوجيا الإلكترونيات تحليل أنظمة التوصيل لضمان ما يلي:

  • مانع للتسرب (وصلات ذات سطح مستوٍ وفصل نظيف)
  • صغير الحجم وخفيف الوزن (مصنوع من سبائك ألومنيوم خاصة)
  • سلامة المشغل (فصل بدون انسكاب)
  • وصلات سريعة الفك مصممة لتحقيق تدفق مثالي
  • نظام توجيه التوصيل وتعويض عدم المحاذاة أثناء التوصيل على أنظمة الرفوف
  • مقاومة ممتازة للاهتزاز والتآكل
  • صُممت لتحمل عددًا كبيرًا من التوصيلات حتى في دوائر التبريد تحت الضغط المتبقي

أجهزة الكمبيوتر

وحدة معالجة الرسوميات GPU على جهاز Nvidia 1080 Ti
 يُظهر هذا الرسم المتحرك للوحة النحاسية المبردة بالماء من نوع الاصطدام بقطر 60 مم وارتفاع 10 مم مسارات التدفق ذات الخطوط الكنتورية لدرجة الحرارة، والتي تم التنبؤ بها باستخدام حزمة تحليل CFD .

غالباً ما يُضيف التبريد المائي تعقيداً وتكلفةً مقارنةً بتصميم التبريد الهوائي، إذ يتطلب مضخةً وأنابيب لنقل الماء، ومشعاً، غالباً مزوداً بمراوح، لتصريف الحرارة إلى الجو. وبحسب التطبيق، قد يُشكل التبريد المائي خطراً إضافياً، حيث يُمكن أن يُؤدي تسرب الماء من دائرة إعادة تدوير سائل التبريد إلى تآكل أو حدوث ماس كهربائي في المكونات الإلكترونية الحساسة.

تتمثل الميزة الأساسية للتبريد المائي في تبريد معالجات أجهزة الكمبيوتر في نقل الحرارة بعيدًا عن مصدرها إلى سطح تبريد ثانوي، مما يسمح باستخدام مشعات كبيرة ذات تصميم أمثل بدلًا من الزعانف الصغيرة ذات الكفاءة المنخفضة نسبيًا والمثبتة مباشرة على مصدر الحرارة. وقد استُخدم تبريد مكونات الكمبيوتر الساخنة بسوائل مختلفة منذ جهاز Cray-2 عام 1982 على الأقل، والذي استخدم سائل Fluorinert . وخلال التسعينيات، اكتسب التبريد المائي لأجهزة الكمبيوتر المنزلية شعبية تدريجية بين المتحمسين، ولكنه أصبح أكثر انتشارًا بشكل ملحوظ بعد طرح أول معالجات بترددات جيجاهرتز في أوائل الألفية الثانية. وبحلول عام 2018، كان هناك العشرات من الشركات المصنعة لمكونات ومجموعات التبريد المائي، كما أن العديد من مصنعي أجهزة الكمبيوتر يدمجون حلول التبريد المائي مسبقًا في أنظمتهم عالية الأداء.

يمكن استخدام التبريد المائي للعديد من مكونات الحاسوب، ولكنه يُستخدم عادةً لوحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU) . يتكون التبريد المائي عادةً من كتلة تبريد مائي ، ومضخة مياه ، ومبادل حراري من نوع الماء إلى الهواء. من خلال نقل حرارة الجهاز إلى مبادل حراري منفصل أكبر حجمًا باستخدام مراوح أكبر ذات سرعة أقل، يُتيح التبريد المائي تشغيلًا أكثر هدوءًا، وسرعات معالجة محسّنة ( كسر السرعة )، أو توازنًا بين الاثنين. وفي حالات أقل شيوعًا، يمكن تبريد جسور الشمال ، وجسور الجنوب ، ومحركات الأقراص الصلبة ، والذاكرة ، ووحدات تنظيم الجهد (VRMs)، وحتى وحدات التزويد بالطاقة باستخدام الماء. [ 37 ]

قد يختلف حجم المبرد الداخلي: من 40  مم بمروحتين (80  مم) إلى 140 مم بأربع مراوح (560  مم)، ويتراوح سمكه من 30  مم إلى 80  مم. يمكن تركيب مراوح المبرد على جانب واحد أو كلا الجانبين. أما المبردات الخارجية، فيمكن أن تكون أكبر بكثير من نظيراتها الداخلية، إذ لا تحتاج إلى أن تتسع داخل صندوق الحاسوب. قد تحتوي صناديق الحاسوب المتطورة على منفذين مطاطيين في الخلف لخرطومي الدخول والخروج، مما يسمح بوضع المبردات الخارجية بعيدًا عن الحاسوب.

إعداد نموذجي لتبريد مائي أحادي الكتلة تم تركيبه يدويًا في جهاز كمبيوتر في العقد الأول من القرن الحادي والعشرين باستخدام خط T

يُستخدم خط T لإزالة فقاعات الهواء المحتبسة من الماء المتداول. يتكون من وصلة على شكل حرف T وأنبوب مغلق. يعمل الأنبوب كخزان صغير يسمح لفقاعات الهواء بالمرور إليه بعد أن تُحجز في وصلة حرف T، ثم تُزال في النهاية من النظام عن طريق التنفيس. يمكن إغلاق الخط المغلق بفتحة تعبئة للسماح بتفريغ الغاز المحتبس وإضافة السائل.

كانت أنظمة التبريد المائي لأجهزة الكمبيوتر المكتبية، حتى نهاية التسعينيات، تُصنع يدويًا. وكانت تُصنع من مشعات السيارات (أو بشكل أكثر شيوعًا، قلب سخان السيارة )، ومضخات أحواض السمك ، ووحدات تبريد مائي منزلية الصنع، وأنابيب PVC وسيليكون عالية الجودة، وخزانات متنوعة (مصنوعة يدويًا باستخدام زجاجات بلاستيكية، أو باستخدام أسطوانات أكريليك أو ألواح أكريليك، وعادةً ما تكون شفافة)، أو باستخدام خط T. ومؤخرًا، بدأ عدد متزايد من الشركات بتصنيع مكونات تبريد مائي صغيرة الحجم بما يكفي لتناسب علبة الكمبيوتر. [ 38 ] وقد ساهم هذا، إلى جانب التوجه نحو معالجات ذات قدرة أعلى على تبديد الطاقة، في زيادة شعبية التبريد المائي بشكل كبير.

يستخدم بعض هواة رفع تردد التشغيل أحيانًا أنظمة التبريد بضغط البخار أو المبردات الكهروحرارية بدلًا من المبادلات الحرارية التقليدية. تتميز أنظمة التبريد المائي، التي يُبرد فيها الماء مباشرةً بواسطة ملف المبخر في نظام تغيير الطور، بقدرتها على تبريد سائل التبريد المتداول إلى ما دون درجة حرارة الهواء المحيط (وهو أمر مستحيل مع المبادلات الحرارية التقليدية)، وبالتالي توفر تبريدًا فائقًا لمكونات الحاسوب المولدة للحرارة. أما عيوب التبريد بتغيير الطور أو التبريد الكهروحراري فتتمثل في استهلاكه كمية أكبر من الكهرباء، بالإضافة إلى ضرورة إضافة مانع التجمد نظرًا لانخفاض درجة الحرارة. علاوة على ذلك، يجب استخدام مواد عازلة، عادةً ما تكون عبارة عن غلاف حول أنابيب المياه ووسادات من النيوبرين حول المكونات المراد تبريدها، وذلك لمنع التلف الناتج عن تكثف بخار الماء من الهواء على الأسطح المبردة. ومن المصادر الشائعة للحصول على أنظمة تغيير الطور المطلوبة أجهزة إزالة الرطوبة المنزلية أو مكيفات الهواء . [ 39 ]

يتمثل أحد أنظمة التبريد البديلة، الذي يسمح بتبريد المكونات إلى ما دون درجة حرارة المحيط مع الاستغناء عن استخدام مانع التجمد والأنابيب المعزولة، في وضع جهاز كهروحراري (يُشار إليه عادةً باسم "وصلة بلتييه" أو "بيلت" نسبةً إلى جان بلتييه الذي وثّق هذه الظاهرة) بين المكون المُولّد للحرارة ووحدة التبريد المائي. ولأن المنطقة الوحيدة ذات درجة الحرارة المنخفضة عن درجة حرارة المحيط تقع عند نقطة التماس مع المكون المُولّد للحرارة نفسه، فإن العزل مطلوب فقط في تلك المنطقة الموضعية. أما عيب هذا النظام فهو زيادة استهلاك الطاقة.

لتجنب تلف وصلة بلتييه نتيجة التكثف، يتطلب التركيب الصحيح تغطيتها بمادة الإيبوكسي السيليكونية. تُوضع مادة الإيبوكسي حول حواف الجهاز، مانعةً دخول الهواء أو خروجه من الداخل.

كان جهاز Power Mac G5 من Apple أول حاسوب مكتبي شائع الاستخدام مزودًا بنظام تبريد مائي قياسي (وإن كان ذلك مقتصرًا على أسرع طرازاته). وحذت Dell حذوها بتوفيرها أجهزة XPS مزودة بنظام تبريد سائل ، مستخدمةً التبريد الكهروحراري لتبريد السائل. حاليًا، أجهزة Alienware المكتبية هي الوحيدة من Dell التي توفر نظام التبريد السائل . [ 40 ]

تُعدّ أسوس أول علامة تجارية رائدة، والوحيدة حتى الآن، التي طرحت أجهزة الكمبيوتر المحمولة المبردة بالماء في الإنتاج الضخم. تتميز هذه الأجهزة بنظام تبريد هجين مدمج يعمل بالهواء والماء، ويمكن توصيلها بمبرد سائل خارجي لتوفير تبريد إضافي وطاقة كهربائية. [ 41 ] [ 42 ]

السفن والقوارب

يُعدّ الماء وسيط تبريد مثاليًا للسفن نظرًا لوجودها الدائم في بيئة مائية تحافظ عمومًا على درجة حرارة منخفضة طوال العام. ويجب تصنيع الأنظمة التي تعمل بمياه البحر من النحاس والنيكل ، أو البرونز ، أو التيتانيوم ، أو مواد مماثلة مقاومة للتآكل. وقد يتطلب استخدام المياه المحتوية على رواسب تقييد سرعة تدفقها عبر الأنابيب لتجنب التآكل عند السرعات العالية أو الانسداد الناتج عن الترسيب عند السرعات المنخفضة. [ 43 ]

تطبيقات أخرى

يستخدم النتح النباتي والتعرق الحيواني التبريد التبخيري لمنع درجات الحرارة المرتفعة من التسبب في معدلات أيض غير مستدامة .

تستخدم الرشاشات في المواقع الدفاعية الثابتة أحيانًا التبريد المائي لإطالة عمر السبطانة خلال فترات إطلاق النار السريع، إلا أن وزن الماء ونظام الضخ يقلل بشكل كبير من سهولة نقل الأسلحة المبردة بالماء. وقد استُخدمت الرشاشات المبردة بالماء على نطاق واسع من قبل كلا الجانبين خلال الحرب العالمية الأولى ؛ ومع ذلك، بحلول نهاية الحرب، بدأت تظهر في ساحة المعركة أسلحة أخف وزنًا تُضاهي قوة نيران وفعالية وموثوقية النماذج المبردة بالماء. ولذلك، لعب استخدام الأسلحة المبردة بالماء دورًا أقل بكثير في الصراعات اللاحقة.

يعتمد أحد المستشفيات في السويد على التبريد الناتج عن ذوبان الثلوج لتبريد مراكز البيانات والمعدات الطبية والحفاظ على درجة حرارة محيطة مريحة. [ 44 ]

تستخدم بعض المفاعلات النووية الماء الثقيل كمبرد. يُستخدم الماء الثقيل في المفاعلات النووية لأنه يمتص النيوترونات بشكل أقل ، مما يسمح باستخدام وقود أقل تخصيبًا. أما في نظام التبريد الرئيسي، فيُفضل استخدام الماء العادي عبر مبادل حراري، نظرًا لارتفاع تكلفة الماء الثقيل. وقد تستخدم المفاعلات التي تستخدم مواد أخرى للتهدئة (مثل الجرافيت) الماء العادي للتبريد أيضًا .

تُستخدم المياه الصناعية عالية الجودة (المنتجة بتقنية التناضح العكسي أو التقطير ) ومياه الشرب أحيانًا في المصانع التي تتطلب مياه تبريد عالية النقاء. وينتج عن إنتاج هذه المياه عالية النقاء محاليل ملحية ثانوية تحتوي على شوائب مركزة من المياه المصدرية.

في عام 2018، ابتكر باحثون من جامعة كولورادو بولدر وجامعة وايومنغ مادة تبريد إشعاعية فائقة تُعرف باسم "راديكولد"، والتي يجري تطويرها منذ عام 2017. تُساعد هذه المادة الفائقة في تبريد المياه وزيادة كفاءة توليد الطاقة، حيث تعمل على تبريد الأجسام الموجودة أسفلها عن طريق عكس أشعة الشمس، وفي الوقت نفسه تسمح للسطح بتفريغ حرارته على شكل إشعاع حراري بالأشعة تحت الحمراء. [ 45 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ^ كيمر (1979) ، ص 1–1، 1–2.
  2. ^ كيمر (1979) ، ص 38-1، 38-4، 38-7 و38-8.
  3. ↑ كينج (1995) ، ص 143، 439.
  4. 1 2 3 4 بيتز ، الصفحات 183-184.
  5. ↑ هماسيان-إتفاق، علي (2010). "تثبيط تآكل الفولاذ الكربوني في مياه التبريد". أداء المواد . 49 (3): 60-65 . doi : 10.5006/MP2010_49_3-60 .
  6. ↑ محجوب، ف.م.؛ عبد النبي، ب.أ.؛ السامديسي، ي.أ. (مارس 2010). "استخدام مثبط متعدد الأغراض للتحكم في تآكل السبائك الحديدية في أنظمة مياه التبريد". كيمياء وفيزياء المواد . 120 (1): 104-108 . doi : 10.1016/j.matchemphys.2009.10.028 . ISSN 0254-0584 . 
  7. 1 2 كيمر (1979) ، ص 38-20، 38-21.
  8. ↑ غولدمان وهورن (1983) ، ص 153، 160.
  9. ↑ بيتز ، ص 215.
  10. ↑ كروسوفسكي، أندرو (18 يناير 2021). "كيفية التخلص من مانع التجمد بشكل صحيح وآمن" . غرين ماترز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2021 .
  11. 1 2 ريد (1961) ، ص 267-268.
  12. ↑ جونز، إي بي جي؛ إيتون، آر إيه (1969). " Savoryella lignicola gen. et sp. nov. من أبراج تبريد المياه". معاملات الجمعية البريطانية لعلم الفطريات . 52 : 161-174 . doi : 10.1016/S0007-1536(69)80169-5 .
  13. ↑ بيتز ، ص 202.
  14. ↑ بيتز ، الصفحات 203-209.
  15. ↑ فيل، جون أ.؛ رايس، جيمس ك.؛ رايفيل، ماري إي إس. "استخدام المبيدات الحيوية في أبراج التبريد في صناعات الطاقة الكهربائية وتكرير البترول" (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية . تاريخ الاطلاع: 23 يونيو 2021 .
  16. ↑ بيتز ، ص 198-199.
  17. ↑ "تسرب مادة CCA من الخشب المعالج" . المركز الوطني لمعلومات المبيدات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2021 .
  18. ^ فرانسون (1975) ، ص 89-98.
  19. ^ فرانسون (1975) ، ص 99 – 100.
  20. ↑ "الأكسجين المذاب وجودة المياه" . ولاية كنتاكي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2021 .
  21. ^ فرانسون (1975) ، ص 406-407.
  22. ↑ بيتز ، الصفحات 191-194.
  23. ↑ ماكجيهان، باتريك (12 مايو 2015). "حريق يدفع إلى تجديد الدعوات لإغلاق محطة إنديان بوينت النووية" . نيويورك تايمز .
  24. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA). (1997). لمحة عن صناعة توليد الطاقة الكهربائية من الوقود الأحفوري (تقرير). واشنطن العاصمة. مؤرشف من الأصل في 5 أغسطس 2002.الوثيقة رقم EPA/310-R-97-007. صفحة 79.
  25. ↑ وكالة حماية البيئة (2010). "قائمة جزئية للمنشآت الخاضعة لقانون المياه النظيفة 316 (ب)."
  26. 1 2 وكالة حماية البيئة (2014). "مآخذ مياه التبريد".
  27. ↑ تحليل اقتصادي وفوائد للقاعدة النهائية للمنشآت القائمة في المرحلة الثانية من القسم 316(ب) (ملف PDF) (تقرير). وكالة حماية البيئة الأمريكية. 2004. EPA 821-R-04-005.
  28. ↑ وثيقة التطوير الفني للقسم 316(ب) النهائي من قاعدة المنشآت القائمة (ملف PDF) (تقرير). وكالة حماية البيئة. مايو 2014. EPA 821-R-14-002.
  29. ↑ اللوائح النهائية لتحديد متطلبات هياكل سحب مياه التبريد في المنشآت القائمة؛ صحيفة وقائع (PDF) (تقرير). وكالة حماية البيئة الأمريكية. مايو 2014. EPA 821-F-14-001. مؤرشف (PDF) من الأصل في 19 يونيو 2020. تم الاطلاع عليه في 23 نوفمبر 2015 .
  30. ↑ الولايات المتحدة. قانون المياه النظيفة، القسم 316 (ب)، 33  U.SC § 1316 .  
  31. ↑ وكالة حماية البيئة. هياكل سحب مياه التبريد. القاعدة النهائية: 18-12-2001، 66 FR 65255. تم التعديل: 19-06-2003، 68 FR 36749 .
  32. ↑ وكالة حماية البيئة الأمريكية. "النظام الوطني لإزالة تصريف الملوثات - اللوائح النهائية لوضع متطلبات هياكل سحب مياه التبريد في المنشآت القائمة وتعديل المتطلبات في منشآت المرحلة الأولى" . القاعدة النهائية. السجل الفيدرالي، 79 FR 48300. 15-08-2014.
  33. ↑ بيتشوك، ميلتون ر. (1967). النفايات المائية من مصانع البترول والبتروكيماويات ( الطبعة الأولى). جون وايلي وأولاده. LCCN 67019834 .  (انظر الفصل 2 للاطلاع على علاقات توازن المواد في برج التبريد)
  34. ↑ بيتز ، ص 192.
  35. ↑ ستورجيس، ستيف (أغسطس 2009). "مقال: حافظ على هدوئك" . مجلة النقل الثقيل بالشاحنات . تم الاطلاع عليه في 2 أبريل 2018 .
  36. 1 2 نايس، كريم (22 نوفمبر 2000). "كيف تعمل أنظمة تبريد السيارات" . HowStuffWorks . HowStuffWorks, Inc. تم الاطلاع عليه في 20 أغسطس 2012 .
  37. ↑ "مزود طاقة كولانس 1300/1700 واط مبرد بالسوائل" . Koolance.com. 22 مارس 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يناير 2018 .
  38. ↑ "المشاريع المميزة - ليكويد هاوس" . 6 مايو 2022. مؤرشف من الأصل في 6 مايو 2022. تم الاطلاع عليه في 6 مايو 2022 .
  39. ↑ "مزيل الرطوبة ومكيف الهواء" . extremeoverclocking.com. 5 أبريل 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 مارس 2018 .
  40. ↑ "أجهزة كمبيوتر Alienware المكتبية" . ديل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 نوفمبر 2009 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  41. ↑ تشانغ، فنسنت (16 أغسطس 2016). "جهاز Asus ROG GX800 هو حاسوب محمول للألعاب مُبرّد بالماء ومزود بشريحتين رسوميتين" . صحيفة ستريتس تايمز . تاريخ الاطلاع: 7 مايو 2021 .
  42. ↑ "مراجعة جهاز الكمبيوتر المحمول Asus ROG GX800VH المبرد بالماء | KitGuru" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 مايو 2021 .
  43. ↑ Thermex "صفحة الأسئلة الشائعة حول المبادلات الحرارية" 2016-12-12.
  44. ↑ "تبريد الثلج في سوندسفال" . www.lvn.se (باللغة السويدية) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أغسطس 2017 .
  45. ^ دونغليانغ تشاو. ابليت ايلي؛ ياو تشاي؛ جياتاو لو؛ ديلون كيد؛ عصابة تان؛ شياوبو يين؛ رونغوي يانغ (26 أكتوبر 2018). "التبريد تحت المحيط للمياه: نحو تطبيقات حقيقية للتبريد الإشعاعي أثناء النهار" . جول . 3 : 111 – 123. دوى : 10.1016/j.joule.2018.10.006 .

فهرس

  • دليل معالجة المياه الصناعية (  الطبعة السابعة). مختبرات بيتز. 1976.
  • فرانسون، ماري آن (1975). الطرق القياسية لفحص المياه ومياه الصرف الصحي (  الطبعة الرابعة عشرة). الجمعية الأمريكية للصحة العامة، والجمعية الأمريكية لأعمال المياه، واتحاد مراقبة تلوث المياه. رقم ISBN 0-87553-078-8.
  • جولدمان، تشارلز ر.؛ هورن، ألكسندر ج. (1983). علم البحيرات . ماكجرو هيل. ISBN 0-07-023651-8.
  • كيمر، فرانك ن. (1979). دليل نالكو للمياه . ماكجرو هيل.
  • كينغ، جيمس ج. (1995). قاموس البيئة (  الطبعة الثالثة). جون وايلي وأولاده. ISBN 0-471-11995-4.
  • ريد، جورج ك. (1961). علم البيئة في المياه الداخلية ومصبات الأنهار . فان نوستراند رينهولد.