Mikä on magneettinen neste

Kaikissa kiertävissä lämmönsiirtosilmukoissa on pumppu mekaanisine tiivisteineen, laakereineen, akseleineen ja kulutuspinnoineen, joista tulee ajan myötä huoltopäänsärkyä. Nämä elementit ovat yleensä ensimmäinen syy vuodoihin ja saastumiseen syövyttävissä kemiallisissa järjestelmissä. Uusi idea ehdottaa täysin erilaista lähestymistapaa: anna nesteen itse reagoida magneettikenttään ja luopua tavallisesta pumppauslaitteistosta.

Ferrofluidi – neste, joka sisältää suspendoituneita magneettisia nanohiukkasia – voidaan työntää PTFE-lämmönvaihtimen läpi ulkoisen pyörivän magneettikentän avulla. Mikään juoksupyörä ei kosketa nesteeseen. Järjestelmä ei riko sinettejä. Prosessivirtaan ei kosketa liikkuvia mekaanisia osia. Tämä tarjoaa täysin tiiviin lämpökiertosilmukan, joka kestää erinomaisesti sekä vuotoa että korroosiota.

Magneettinen nestelämmönsiirto PTFE-vaihdin ilman liikkuvia osia on hyvin kokeellinen, mutta mahdollisesti vallankumouksellinen polku lämpökäsittelyssä ja vaarallisten nesteiden hallinnassa.

Ferrofluidin perusteet
Ferrofluidi on nanomittakaavan magneettisten hiukkasten stabiili kolloidinen suspensio, joka on levinnyt kantajanesteeseen.

Magneettiset hiukkaset ovat yleensä:

Rautaoksidin nanohiukkaset

Magnetiittiin perustuvat materiaalit

Pintastabiloidut magneettikolloidit

Kantoaineneste voi olla:

Vesi

Öljy, synteettinen

Fluoratut liuottimet

Erikoisdielektriset nesteet

Pinta-aktiiviset aineet estävät agglomeroitumista ja laskeutumista, joten nanohiukkaset jäävät kellumaan.

Magneettikentän vaikutuksesta neste käyttäytyy magneettisesti herkän nesteen tavoin ja säilyttää kuitenkin nesteen ominaisuudet.

Tämä omituinen käyttäytyminen antaa ulkoisten magneettijärjestelmien ohjata nesteen liikettä ilman mekaanista kosketusta.

Kuinka magneettinen nestepumppu toimii?
Ehdotetun PTFE-vaihdinjärjestelmän ferroneste sisältyy kokonaan suljettuun kiertopiiriin.

Ulkoinen pyörivä magneettikokoonpano luo liikkuvan magneettikentän PTFE-putken ulkopuolelle.

Tämä magneettinen konfiguraatio on verrattavissa harjattoman sähkömoottorin staattoriin.

Magneettiset voimat vaikuttavat ferrofluidissa oleviin suspendoituneisiin nanopartikkeleihin magneettikentän pyöriessä. Nesteeseen kohdistuu suunnattu veto. Se alkaa kiertää vaihtimen putkien läpi.

A:n sisällä olevat magneetit voivat saada nesteen kääntymään ilman tyypillistä juoksupyörää tai akselitiivistettä.

Ainoastaan ​​PTFE-putken sisäseinämät ja PTFE-putkiin liittyvät nestepiirin komponentit kastuvat.

Miksi PTFE houkuttelee ferrofluidijärjestelmiä?
PTFE:n ominaisuudet tukevat useita magneettisen nesteen kiertokonsepteja.

Ne ovat:

Ylivoimainen kemikaalinkestävyys

Sähköeristys

Ei-{0}}reaktiiviset pinnat

Korroosionkestävyys

Alhainen likaantumisalttius

PTFE:n ei--metalliset, kemiallisesti inertit ominaisuudet mahdollistavat vihamielisten nesteiden täydellisen eristämisen ulkoisista mekaanisista järjestelmistä.

Tämä avaa mahdollisuuksia:

Hermeettiset lämpösilmukat

Ei mahdollisuutta vuotaa

Vähentynyt saastumismahdollisuus

Minimaalinen korroosioreitti

PTFE-rajoituksen ja magneettisesti ohjatun kierron yhdistelmä on erityisen mielenkiintoinen ratkaisu erittäin vaarallisiin prosessiolosuhteisiin.

Mekaanisten tiivisteiden ja laakereiden hävittäminen
Perinteiset pumput ovat edelleen yksi kemiallisten käsittelyjärjestelmien vioittumisalttiimmista{0}}osista.

Yleisiä ongelmia ovat:

Tiivisteiden vuoto

Laakereiden kuluminen

Akselin korroosio

Voitelun epäonnistuminen

Tärinän aiheuttamat vauriot

Kavitaatio

Nämä ongelmat tulevat erityisen merkittäviksi, kun käsitellään:

Myrkylliset aineet

Radioaktiiviset nesteet

Ultra{0}}puhtaat nesteet

Syövyttävät hapot,

Korkeat{0}}erikoisnesteet

Täysin magneettisesti ohjattu kiertosilmukka voi kaikki yhdessä poistaa useita näistä vikatiloista.

Nesteen raja on paljon yksinkertaisempi, koska siinä ei ole pyörivää kastunutta laitteistoa.

Lupaus hermeettisesti suljetuista lämpösilmukoista
Yksi houkuttelevimmista ominaisuuksista magneettisen nesteen lämmönsiirron PTFE-vaihtimen ilman liikkuvia osia teknologian on täydellinen hermeettinen eristys.

Koska verenkiertovoima kohdistuu ulkoisesti,

Ei pyöriviä akseleita säiliön sisällä

Dynaamisia tiivisteitä ei tarvita

Ei tarvetta tiivistysholkkiin

Mikään ulkoinen voitelujärjestelmä ei ole kosketuksissa prosessinesteeseen

Tämä arkkitehtuuri edustaa erittäin vahvaa estettä vuotoja vastaan.

Pelkästään tämä ominaisuus voisi oikeuttaa tekniikan jopa myrkyllisten nesteiden suorituskykyrajoitusten kanssa.

Nolla{0}}vuotojärjestelmien mahdolliset sovellukset
Magneettisten nesteiden kierto on vielä kokeiluvaiheessa, mutta saattaa joskus olla erikoistunut teollisiin käyttötarkoituksiin.

Radioaktiivisen nesteen hallinta
Ydin- ja radiokemialliset järjestelmät vaativat korkeaa suojausvarmuutta.

"Jos kierto olisi suljettu, ympäristöpäästöjen riski olisi pienempi."

Erittäin myrkyllisten kemikaalien käsittely
Vaarallisia tai erittäin reaktiivisia aineita sisältävissä prosesseissa voi olla etua poistaa tavanomaiset tiivisteen rikkoutumisreitit.

Puolijohde- ja erittäin puhtaat järjestelmät
Vähemmän hiukkasten tuotantoa ja kontaminaatioriskiä erittäin{0}}puhtaissa sovelluksissa.

Avaruus ja etäjärjestelmät
On myös mahdollista hyödyntää alennettua mekaanista monimutkaisuutta järjestelmissä, jotka vaativat pitkän käyttöiän vähäisellä huollolla.

Lämpötehoon liittyvät ongelmat
Itse ferronesteen tulee pysyä termisesti toimivana ja silti olla magneettisesti herkkä.

Tämä johtaa tiettyihin teknisiin ongelmiin.

Kantoainenesteen valinta
Kantajanesteen tulee tarjota:

Riittävä lämpökapasiteetti

Kemiallinen yhteensopivuus

Viskositeettistabiilisuus

Nanohiukkasten pitkäaikainen-suspensio

Ferronesteen on myös oltava kemiallisesti yhteensopiva PTFE-letkun ja prosessipuolen lämpökoskettimien kanssa.

Nanohiukkasten stabiilisuus
Pitkien käyttöjaksojen aikana hiukkasten agglomeroituminen tai sedimentaatio voi vähentyä:

Magneettinen vaste

Pumpun tehokkuus

Lämmönsiirron johdonmukaisuus

Kolloidisen käyttäytymisen stabiilius on edelleen tärkeä tutkimusalue.

Nykyiset tekniset rajoitukset
Tämä järjestelmä on konseptiltaan tyylikäs, mutta siinä on nykyään suuria teknisiä vaikeuksia.

Rajoitettu virtaus- ja painekapasiteetti 2.
Magneettiset voimat ovat edelleen melko lieviä verrattuna tavallisiin mekaanisiin pumppuihin.

Nykyiset järjestelmät rajoittuvat siis yleensä seuraaviin:

Matalat virtausnopeudet

Toiminta alhaisella paineella

Pienen halkaisijan putki

Kompaktit kiertosilmukat.

Suuret teollisuuslämmönvaihdintehtävät ovat edelleen nykyaikaisten kykyjen ulkopuolella.

Häviöt magneettikytkimestä
Magneettinen voimansiirto laskee hyvin nopeasti etäisyyden myötä.

Kytkentäteho on heikentynyt voimakkaasti seuraavista syistä:

PTFE-putken seinämän paksuus

Ilmareiät

Tukeva infrastruktuuri

Ei-magneettiset välikemateriaalit

Tämä rajoittaa käytännön voimaa, jota voidaan käyttää nesteen liikkumiseen.

Energiatehokkuuden haasteita
Sähköenergian kustannukset pyörivien magneettikenttien tuottamiseksi.

Järjestelmän kokonaistehokkuus riippuu suuresti:

Magneettinen kytkentävakio

Ferronesteen viskositeetti

Piirin geometria

Lämpövuodot

Tällä hetkellä perinteiset pumput ovat yleensä energiatehokkaampia useimpiin teollisuuden virtaustarpeisiin.

Materiaalien yhteensopivuusongelmat
Ferronesteen kemian on oltava yhteensopiva:

PTFE letku

Nestemäinen kantoaine

Nanohiukkasten stabilointiaineet

Käyttöympäristöt (lämpö)

Kolloidisen suspension epävakaus voi heikentää suorituskykyä pitkällä aikavälillä.

Miksi tekniikka on edelleen merkityksellistä
Tutkimus on edelleen erittäin tärkeä, vaikka rajoituksia on tällä hetkellä, sillä jotkin sovellukset tarvitsevat suojauksen luotettavuutta tehokkuuden sijaan.

Mekaaniset tiivisteet voivat tarjota turvallisuusetuja erittäin vaarallisia nesteitä käsitteleville järjestelmille, joita ei voida saavuttaa perinteisillä pumpuilla.

Joissakin tapauksissa pienemmän huollon ja vuotojen ehkäisyn hyöty voi olla tärkeämpää kuin pienentynyt pumppausteho.

Tekniikka sopii myös suurempiin teollisiin trendeihin:

Yksinkertaistetut laitearkkitehtuurit

Itseohjautuvat-järjestelmät

Säästöjä ylläpidossa

Suljetun prosessin moduulit

Pitkäaikainen käyttö

Ohjeita tulevaa tutkimusta varten
Magneettisen nesteen pumppauskonsepteja kehitetään edelleen useilla nykyisillä tutkimusaloilla.

Näitä ovat mm.

Vahvemmat magneettikenttäkonfiguraatiot

Nanohiukkasten edistynyt stabiilisuus

Optimoidut PTFE-putken järjestelyt

Hybridimagnetohydrodynaamiset järjestelmät

Pienitehoinen-magnetoelektroninen asema

Ultra{0}}vähän huoltoa vaativien-teollisten järjestelmien merkityksen kasvaessa kiinnostus kiertoteknologioihin, joissa ei ole liikkuvia osia, tulee varmasti kehittymään.

Johtopäätös
Magneettisen nesteen lämmönsiirto PTFE-lämmönvaihdin ilman liikkuvia osia -teknologia tarjoaa futuristisen konseptin täysin suljetuille lämpökiertojärjestelmille, joita ohjaavat vain ulkoiset magneettikentät. Nämä laitteet voisivat tarjota ennennäkemättömän suojauksen luotettavuuden vaarallisille ja erittäin puhtaille nesteille kierrättämällä ferronesteitä PTFE-vaihtimien läpi ilman juoksupyöriä, tiivisteitä tai sisäisiä liikkuvia vaihteita.

Vaikka olemassa oleva tekniikka rajoittuu suhteellisen vaatimattomiin virtaus- ja painesovelluksiin, ajatus itsessään on erittäin houkutteleva. Kemiallisesti inertti PTFE-letku ja magneettisesti reagoivat nesteet mahdollistavat vuotamattomien -korroosionkestävien- lämpösilmukoiden luomisen ja huoltotarve on huomattavasti pienempi.

Magneettisten nesteiden pumppaus on vielä uusi ja pitkälle erikoistunut ala, mutta silti se on tyylikäs vastaus yhteen teollisen käsittelyn vanhimmista ongelmista: haitallisten nesteiden turvalliseen siirtämiseen. Joten loppujen lopuksi tulevaisuuden pumpussa ei ehkä ole lainkaan liikkuvia osia.