Kølemidler baseret på varmeledende nanofluider

Nanofluider syntetiseret med ultralyd er effektive kølemidler og varmevekslervæsker. Varmeledende nanomaterialer øger kapaciteten til varmeoverførsel og varmeafledning betydeligt. Sonikering er veletableret til syntese og funktionalisering af varmeledende nanopartikler samt til fremstilling af stabile nanofluider med høj ydeevne til køleanvendelser.

Nanofluiders virkninger på den termohydrauliske ydeevne

Et materiales varmeledningsevne er et mål for dets evne til at lede varme. For kølemidler og varmeoverførselsvæsker (også kaldet termiske væsker eller termiske olier) ønskes en høj varmeledningsevne. Talrige nanomaterialer har fremragende varmeledende egenskaber. For at udnytte nanomaterialers overlegne varmeledningsevne anvendes såkaldte nanofluider som kølevæsker. Et nanofluid er en væske, hvor partikler i nanometerstørrelse er suspenderet i en basisvæske såsom vand, glykol eller olie, hvor de danner en kolloid opløsning. Nanofluider kan have en betydeligt højere varmeledningsevne sammenlignet med væsker uden nanopartikler eller større partikler. De dispergerede nanopartiklers materiale, størrelse, viskositet, overfladeladning og væskestabilitet påvirker nanofluidernes termiske ydeevne betydeligt. Nanofluider får hurtigt stigende betydning inden for varmeoverførsel, da de udviser en overlegen varmeoverførselsevne sammenlignet med konventionelle basisvæsker.
Ultralydsdispergering er en yderst effektiv, pålidelig og industrielt etableret teknik til fremstilling af nanofluider med høj varmeoverførselskapacitet.

Nanofluider fremstillet ved hjælp af ultralyd er effektive køle- og varmevekslervæsker. Varmeledende nanomaterialer øger varmeoverførslen og evnen til at bortlede varme betydeligt. Ultralydsbehandling er veletableret til syntese og funktionalisering af varmeledende nanopartikler samt fremstilling af stabile, højtydende nanofluider til køling.

Ultralydsbehandling gør det muligt at udnytte fordelene ved partikler i nanostørrelse, såsom

• et højt forhold mellem overfladeareal og volumen for betydeligt højere energi- og masseoverførselshastigheder
• lav masse for meget god kolloid stabilitet
• lav inerti, som minimerer erosion

Disse egenskaber, der er knyttet til nanostørrelsen, giver nanofluider deres enestående varmeledningsevne. Ultralydsdispergering er den mest effektive teknik til fremstilling af funktionaliserede nanopartikler og nanofluider.

Nanofluider fremstillet med ultralyd med overlegen varmeledningsevne

Talrige nanomaterialer – såsom CNT’er, silica, grafen, aluminium, sølv, bornitrid og mange andre – har allerede vist sig at øge varmeoverførselsvæskers varmeledningsevne. Nedenfor finder du eksempler på forskningsresultater for varmeledende nanofluider fremstillet ved ultralydsbehandling.

Fremstilling af aluminiumbaserede nanofluider med ultralyd

Buonomo et al. (2015) påviste den forbedrede varmeledningsevne hos Al2O3-nanofluider, som blev fremstillet ved ultralydsbehandling.
For at dispergere Al2O3-nanopartikler ensartet i vand anvendte forskerne ultralydsapparatet UP400S med sonde fra Hielscher. Aluminiumpartikler, der blev deagglomereret og dispergeret med ultralyd, gav en partikelstørrelse på ca. 120 nm for alle nanofluider – uafhængigt af partikelkoncentrationen. Nanofluidernes varmeledningsevne steg ved højere temperaturer sammenlignet med rent vand. Ved en Al2O3-partikelkoncentration på 0,5% og en stuetemperatur på 25°C er stigningen i varmeledningsevne kun ca. 0,57%, men ved 65°C stiger denne værdi til ca. 8%. Ved en volumenkoncentration på 4% går forbedringen fra 7,6% til 14,4%, når temperaturen stiger fra 25°C til 65°C.
[jf. Buonomo et al., 2015]

Fremstilling af bornitridbaserede nanofluider ved sonikering

Ilhan et al. (2016) undersøgte varmeledningsevnen hos nanofluider baseret på hexagonalt bornitrid (hBN). Til dette formål fremstilles en række veldispergerede, stabile nanofluider, som indeholder hBN-nanopartikler med en gennemsnitlig diameter på 70 nm, ved en totrinsmetode, der omfatter ultralydsbehandling og overfladeaktive stoffer såsom natriumdodecylsulfat (SDS) og polyvinylpyrrolidon (PVP). Det ultralydsdispergerede hBN–vand-nanofluid viser en betydelig stigning i varmeledningsevnen selv ved meget lave partikelkoncentrationer. Sonikering med ultralydsapparatet UP400S med sonde reducerede aggregaternes gennemsnitlige partikelstørrelse til intervallet 40–60 nm. Forskerne konkluderer, at store og tætte bornitridaggregater, som blev observeret i ubehandlet tør tilstand, nedbrydes ved ultralydsbehandling og tilsætning af overfladeaktive stoffer. Dette gør ultralydsdispergering til en effektiv metode til fremstilling af vandbaserede nanofluider med forskellige partikelkoncentrationer.
[jf. Ilhan et al., 2016]

“Ultralydsbehandling er den mest anvendte proces i litteraturen til at øge nanofluiders stabilitet.” [Ilhan et al., 2016] Også i industriel produktion er sonikering i dag den mest effektive, pålidelige og økonomiske teknik til at opnå nanofluider med langvarig stabilitet og enestående ydeevne.

Industrielle ultralydsapparater til fremstilling af kølemidler

Videnskabeligt dokumenteret, industrielt etableret – Ultralydsapparater fra Hielscher til fremstilling af nanofluider
Ultralydsdispergatorer med høje forskydningskræfter er pålidelige maskiner til kontinuerlig fremstilling af kølemidler og varmeoverførselsvæsker med høj ydeevne. Ultralydsdrevet blanding er kendt for sin effektivitet og pålidelighed – selv under krævende blandingsforhold.
Udstyr fra Hielscher Ultrasonics gør det muligt at fremstille ugiftige, ufarlige nanofluider, hvoraf nogle endda er af fødevarekvalitet. Samtidig er alle vores ultralydsapparater yderst effektive, pålidelige, sikre at betjene og meget robuste. De er bygget til drift 24/7, og selv vores bordmodeller og mellemstore ultralydsapparater kan producere bemærkelsesværdige volumener.
Læs mere om fremstilling af nanofluider med ultralyd, eller kontakt os med det samme for at få dybdegående rådgivning og et gratis tilbud på en ultralydsdispergator!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet:

I denne video viser vi et ultralydssystem på 2 kilowatt til inline-drift i et kabinet med mulighed for gennemskylning. Hielscher leverer ultralydsudstyr til næsten alle brancher, såsom den kemiske industri, medicinalindustrien og kosmetikindustrien samt til petrokemiske processer og ekstraktionsprocesser baseret på opløsningsmidler. Dette kabinet i rustfrit stål med mulighed for gennemskylning er konstrueret til drift i eksplosionsfarlige områder. Til dette formål kan kunden gennemskylle det tætte kabinet med kvælstof eller frisk luft for at forhindre brændbare gasser eller dampe i at trænge ind i kabinettet.