Ποιο είναι το δυναμικό της μεταφοράς θερμότητας με βάση το μαγνητικό υγρό-για εναλλάκτες PTFE, που εξαλείφουν τα κινούμενα μέρη;

Όλοι οι βρόχοι μεταφοράς θερμότητας που κυκλοφορούν έχουν μια αντλία με τις μηχανικές στεγανοποιήσεις, τα ρουλεμάν, τους άξονες και τις επιφάνειες φθοράς που γίνονται πονοκέφαλοι συντήρησης με την πάροδο του χρόνου. Αυτά τα στοιχεία είναι γενικά η πρώτη αιτία διαρροών και μόλυνσης σε διαβρωτικά χημικά συστήματα. Μια νέα ιδέα προτείνει μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση: αφήστε το ίδιο το ρευστό να αντιδράσει σε ένα μαγνητικό πεδίο και να απαλλαγεί από τη συνηθισμένη συσκευή άντλησης.

Ένα σιδηρορευστό - ένα υγρό που περιέχει αιωρούμενα μαγνητικά νανοσωματίδια - μπορεί να ωθηθεί μέσω ενός εναλλάκτη θερμότητας PTFE μέσω ενός εξωτερικού περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Καμία πτερωτή δεν αγγίζει το υγρό. Το σύστημα δεν σπάει κανένα σφράγισμα. Δεν υπάρχουν κινούμενα μηχανικά μέρη που να αγγίζουν το ρεύμα διεργασίας. Αυτό παρέχει έναν πλήρως σφραγισμένο βρόχο θερμικής κυκλοφορίας που έχει εξαιρετική αντοχή τόσο στη διαρροή όσο και στη διάβρωση.

Η τεχνολογία εναλλάκτη PTFE μεταφοράς θερμότητας μαγνητικού ρευστού χωρίς κινούμενα μέρη είναι μια πολύ πειραματική, αλλά δυνητικά επαναστατική, διαδρομή στη θερμική επεξεργασία και τη διαχείριση επικίνδυνων ρευστών.

Βασικά σιδηρορευστών
Ένα σιδηρορευστό είναι ένα σταθερό κολλοειδές εναιώρημα μαγνητικών σωματιδίων νανοκλίμακας που απλώνονται σε ένα υγρό φορέα.

Τα μαγνητικά σωματίδια είναι συνήθως:

Νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου

Υλικά με βάση τον μαγνητίτη

Επιφανειακά σταθεροποιημένα μαγνητικά κολλοειδή

Το φέρον υγρό μπορεί να είναι:

Νερό

Λάδι, συνθετικό

Φθοριωμένοι διαλύτες

Ειδικά διηλεκτρικά υγρά

Τα επιφανειοδραστικά αποτρέπουν τη συσσωμάτωση και την καθίζηση, έτσι τα νανοσωματίδια παραμένουν να επιπλέουν.

Υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου το υγρό συμπεριφέρεται σαν ένα μαγνητικά ευαίσθητο ρευστό και ωστόσο διατηρεί τις ιδιότητες ενός ρευστού.

Αυτή η περίεργη συμπεριφορά επιτρέπει στα εξωτερικά μαγνητικά συστήματα να ελέγχουν την κίνηση του ρευστού χωρίς μηχανικό άγγιγμα.

Πώς λειτουργεί η άντληση μαγνητικού υγρού;
Το σιδηρορευστό στο προτεινόμενο σύστημα εναλλάκτη PTFE περιέχεται πλήρως σε έναν κλειστό βρόχο κυκλοφορίας.

Ένα εξωτερικό περιστρεφόμενο μαγνητικό συγκρότημα δημιουργεί ένα κινούμενο μαγνητικό πεδίο έξω από το σωλήνα PTFE.

Αυτή η μαγνητική διαμόρφωση είναι συγκρίσιμη με τον στάτορα ενός ηλεκτροκινητήρα χωρίς ψήκτρες.

Οι μαγνητικές δυνάμεις δρουν στα αιωρούμενα νανοσωματίδια στο σιδηρορευστό όταν το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται. Το υγρό υπόκειται σε κατευθυνόμενη οπισθέλκουσα. Αρχίζει να κυκλοφορεί μέσα από τους σωλήνες του εναλλάκτη.

Οι μαγνήτες στο εσωτερικό του α μπορεί να προκαλέσουν περιστροφή του υγρού, χωρίς να απαιτείται τυπική πτερωτή ή στεγανοποίηση άξονα.

Μόνο τα εσωτερικά τοιχώματα του σωλήνα PTFE και τα εξαρτήματα του κυκλώματος υγρού που σχετίζονται με τους σωλήνες PTFE διαβρέχονται.

Γιατί το PTFE είναι ελκυστικό για συστήματα Ferrofluid
Αρκετές έννοιες κυκλοφορίας μαγνητικού υγρού υποστηρίζονται από τις ιδιότητες του PTFE.

Αυτοί είναι:

Ανώτερη χημική αντοχή

Ηλεκτρική μόνωση

Επιφάνειες που δεν αντιδρούν-

Αντοχή στη διάβρωση

Χαμηλή ρύπανση

Οι μη-μη μεταλλικές, χημικά αδρανείς ιδιότητες του PTFE επιτρέπουν την πλήρη απομόνωση των εχθρικών ρευστών από εξωτερικά μηχανικά συστήματα.

Αυτό ανοίγει τις δυνατότητες:

Ερμητικοί θερμικοί βρόχοι

Δεν υπάρχει περίπτωση διαρροής

Μειωμένη πιθανότητα μόλυνσης

Ελάχιστες διαδρομές διάβρωσης

Ο συνδυασμός περιορισμού PTFE και μαγνητικής κυκλοφορίας είναι μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα λύση για πολύ επικίνδυνες συνθήκες διεργασίας.

Απόρριψη μηχανικών στεγανοποιήσεων και ρουλεμάν
Οι συμβατικές αντλίες εξακολουθούν να είναι ένα από τα-επιρρεπή εξαρτήματα των συστημάτων χημικής επεξεργασίας.

Τα κοινά ζητήματα περιλαμβάνουν:

Διαρροή σφραγίδων

Φθορά των ρουλεμάν

Διάβρωση άξονα

Αστοχία λίπανσης

Ζημιά από κραδασμούς

Σπηλαίωση

Αυτά τα προβλήματα γίνονται ιδιαίτερα σημαντικά κατά το χειρισμό:

Δηλητηριώδεις ουσίες

Ραδιενεργά υγρά

Εξαιρετικά-καθαρά υγρά

Διαβρωτικά Οξέα,

Ειδικά υγρά υψηλού{0}}κόστους

Ένας πλήρως μαγνητικός οδηγούμενος βρόχος κυκλοφορίας μπορεί να είναι σε θέση να αφαιρέσει όλοι μαζί αρκετές από αυτές τις καταστάσεις αστοχίας.

Το όριο του υγρού είναι πολύ απλούστερο αφού δεν υπάρχει περιστρεφόμενο υγρό υλικό.

Η υπόσχεση των ερμητικά σφραγισμένων θερμικών βρόχων
Ένα από τα πιο ελκυστικά χαρακτηριστικά της τεχνολογίας εναλλάκτη PTFE μεταφοράς θερμότητας μαγνητικού ρευστού χωρίς κινούμενα μέρη είναι η δυνατότητα ολικής ερμητικής απομόνωσης.

Επειδή η κυκλοφορική δύναμη εφαρμόζεται εξωτερικά,

Χωρίς περιστρεφόμενους άξονες μέσα στο δοχείο

Δεν χρειάζονται δυναμικές σφραγίδες

Δεν χρειάζονται αδένες συσκευασίας

Δεν υπάρχουν εξωτερικά συστήματα λίπανσης σε επαφή με το υγρό διεργασίας

Αυτή η αρχιτεκτονική αντιπροσωπεύει ένα πολύ ισχυρό φράγμα κατά της διαρροής.

Αυτό το χαρακτηριστικό από μόνο του θα μπορούσε να δικαιολογήσει την τεχνολογία ακόμη και με περιορισμούς απόδοσης για τοξικά υγρά.

Πιθανές εφαρμογές μηδενικών-συστημάτων διαρροής
Η κυκλοφορία των μαγνητικών ρευστών βρίσκεται ακόμα σε πειραματικό στάδιο, αλλά μπορεί κάποια μέρα να έχει εξειδικευμένες βιομηχανικές χρήσεις.

Διαχείριση Ραδιενεργών Υγρών
Τα πυρηνικά και ραδιοχημικά συστήματα απαιτούν υψηλή αξιοπιστία περιορισμού.

«Αν είχατε κλειστό κύκλο κυκλοφορίας, θα υπήρχε μικρότερος κίνδυνος περιβαλλοντικής απελευθέρωσης».

Χειρισμός εξαιρετικά τοξικών χημικών ουσιών
Μπορεί να είναι πλεονέκτημα η εξάλειψη των συνηθισμένων διαδρομών αστοχίας στεγανοποίησης σε διαδικασίες που περιέχουν επικίνδυνες ή εξαιρετικά αντιδραστικές ουσίες.

Συστήματα ημιαγωγών και υψηλής καθαρότητας
Μειωμένη παραγωγή σωματιδίων και κίνδυνος μόλυνσης σε εξαιρετικά-καθαρές εφαρμογές.

Space & Remote Systems
Υπάρχει επίσης η δυνατότητα χρήσης της μειωμένης μηχανικής πολυπλοκότητας για συστήματα που απαιτούν μεγάλη διάρκεια ζωής με μικρή συντήρηση.

Θέματα Θερμικής Απόδοσης
Το ίδιο το σιδηρορευστό πρέπει να παραμείνει θερμικά λειτουργικό και να εξακολουθεί να αποκρίνεται μαγνητικά.

Αυτό οδηγεί σε ορισμένα ζητήματα μηχανικής.

Επιλογή Υγρού Φορέα
Το φέρον υγρό πρέπει να παρέχει:

Επαρκής θερμική ικανότητα

Χημική συμβατότητα

Σταθερότητα ιξώδους

Μακροπρόθεσμη-εναιώρηση νανοσωματιδίων

Το ferrofluid πρέπει επίσης να είναι χημικά συμβατό με τη σωλήνωση PTFE και τυχόν θερμικές επαφές στην πλευρά της διαδικασίας.

Σταθερότητα Νανοσωματιδίων
Σε μεγάλες περιόδους λειτουργίας, η συσσωμάτωση ή η καθίζηση των σωματιδίων μπορεί να μειωθεί:

Μαγνητική απόκριση

Απόδοση αντλίας

Συνέπεια μετάδοσης θερμότητας

Η σταθερότητα της κολλοειδούς συμπεριφοράς εξακολουθεί να είναι μια σημαντική περιοχή μελέτης.

Υφιστάμενοι Τεχνικοί Περιορισμοί
Αυτό το σύστημα είναι κομψό σε σύλληψη, αλλά έχει μεγάλες μηχανικές δυσκολίες σήμερα.

Περιορισμένη ικανότητα ροής και πίεσης 2.
Οι μαγνητικές δυνάμεις είναι ακόμα αρκετά ήπιες σε σύγκριση με τις συνηθισμένες μηχανικές αντλίες.

Έτσι, τα τρέχοντα συστήματα περιορίζονται γενικά σε:

Χαμηλοί ρυθμοί ροής

Λειτουργία σε χαμηλή πίεση

Σωλήνας μικρής διαμέτρου

Συμπαγείς βρόχοι κυκλοφορίας.

Οι μεγάλοι βιομηχανικοί εναλλάκτες θερμότητας εξακολουθούν να υπερβαίνουν τις σύγχρονες δυνατότητες.

Απώλειες από Μαγνητική Ζεύξη
Η μεταφορά μαγνητικής δύναμης πέφτει πολύ γρήγορα με την απόσταση.

Η απόδοση σύζευξης μειώνεται σημαντικά λόγω:

Πάχος τοιχώματος σωλήνα PTFE

Τρύπες αέρα

Υποστηρικτικές υποδομές

Μη μαγνητικά διαχωριστικά υλικά

Αυτό περιορίζει την πρακτική δύναμη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση του ρευστού.

Προκλήσεις για την ενεργειακή απόδοση
Κόστος ηλεκτρικής ενέργειας για τη δημιουργία περιστρεφόμενων μαγνητικών πεδίων.

Η συνολική απόδοση του συστήματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από:

Σταθερά μαγνητικής σύζευξης

Ιξώδες σιδηρορευστού

Γεωμετρία του κυκλώματος

Διαρροές θερμότητας

Επί του παρόντος, οι παραδοσιακές αντλίες είναι γενικά πιο ενεργειακά αποδοτικές για τις περισσότερες ανάγκες βιομηχανικής ροής.

Προβλήματα συμβατότητας υλικών
Η χημεία των σιδηρορευστών πρέπει να είναι συμβατή με:

Σωλήνωση PTFE

Υγρό φορέα

Σταθεροποιητές για νανοσωματίδια

Λειτουργικά περιβάλλοντα (θερμικά)

Οποιαδήποτε αστάθεια στο κολλοειδές εναιώρημα μπορεί να επιδεινώσει την απόδοση μακροπρόθεσμα.

Γιατί η τεχνολογία παραμένει σχετική
Η έρευνα εξακολουθεί να είναι πολύ σημαντική, παρόλο που υπάρχουν περιορισμοί αυτή τη στιγμή, καθώς ορισμένες εφαρμογές χρειάζονται αξιοπιστία περιορισμού και όχι αποτελεσματικότητας.

Οι μηχανικές στεγανοποιήσεις μπορούν να προσφέρουν οφέλη ασφαλείας για συστήματα που χειρίζονται πολύ επικίνδυνα υγρά που δεν μπορούν να επιτευχθούν με συμβατικές αντλίες.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, το όφελος της λιγότερης συντήρησης και πρόληψης διαρροών μπορεί να είναι πιο σημαντικό από τη μειωμένη απόδοση άντλησης.

Η τεχνολογία ευθυγραμμίζεται επίσης με μεγαλύτερες βιομηχανικές τάσεις για:

Απλοποιημένες αρχιτεκτονικές εξοπλισμού

Συστήματα αυτόνομης-οδήγησης

Εξοικονόμηση συντήρησης

Ενότητες κλεισίματος διαδικασίας

Παρατεταμένη χρήση

Οδηγίες για Μελλοντική Έρευνα
Οι έννοιες της άντλησης μαγνητικών ρευστών εξακολουθούν να προωθούνται από πολλά τρέχοντα ερευνητικά πεδία.

Αυτά περιλαμβάνουν?

Ισχυρότερες διαμορφώσεις μαγνητικού πεδίου

Προηγμένη σταθερότητα νανοσωματιδίων

Βελτιστοποιημένες διατάξεις σωλήνα PTFE

Υβριδικά μαγνητοϋδροδυναμικά συστήματα

Μαγνητοηλεκτρονικός δίσκος χαμηλής-ισχύς

Με την αυξανόμενη σημασία των βιομηχανικών συστημάτων εξαιρετικά{0}}χαμηλής-συντήρησης, το ενδιαφέρον για τεχνολογίες κυκλοφορίας χωρίς κινούμενα μέρη θα συνεχίσει σίγουρα να αναπτύσσεται.

Σύναψη
Η τεχνολογία εναλλάκτη θερμότητας PTFE μεταφοράς θερμότητας μαγνητικού ρευστού χωρίς κινούμενα μέρη παρέχει μια φουτουριστική ιδέα για πλήρως σφραγισμένα συστήματα θερμικής κυκλοφορίας που κινούνται μόνο από εξωτερικά μαγνητικά πεδία. Αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν να παρέχουν πρωτοφανή αξιοπιστία συγκράτησης για επικίνδυνα και υψηλής{1}καθαρότητας υγρά, κυκλώνοντας σιδηρορευστά μέσω εναλλάκτη PTFE χωρίς πτερωτές, στεγανοποιήσεις ή εσωτερικό κινούμενο εργαλείο.

Αν και η υπάρχουσα τεχνολογία περιορίζεται σε εφαρμογές σχετικά μέτριας ροής και πίεσης, η ίδια η έννοια είναι πολύ ελκυστική. Οι χημικά αδρανείς σωλήνες PTFE και τα μαγνητικά απόκριση υγρά επιτρέπουν τη δημιουργία στεγανών-αντεκτριβών- θερμικών βρόχων με δραστικά μειωμένες απαιτήσεις συντήρησης.

Η άντληση μαγνητικών ρευστών είναι ένας ακόμα νέος και εξαιρετικά εξειδικευμένος τομέας, ωστόσο αποτελεί μια κομψή απάντηση σε ένα από τα παλαιότερα ζητήματα της βιομηχανικής επεξεργασίας: τη μεταφορά επιβλαβών υγρών με ασφάλεια. Έτσι τελικά, η αντλία του μέλλοντος μπορεί να μην έχει καθόλου κινούμενα μέρη.