Kokie yra PTFE šildytuvo su grafeno{0}}patobulinta termine sąsaja naudojimo pranašumai?

PTFE panardinamajame šildytuve nichromo viela yra izoliuota nuo skysčio paties polimero apvalkalu, kuris yra šilumos izoliatorius. Šiluma neturi laiko tolygiai pasklisti išilgai vielos, kol ji nepraeina per sieną. Problemą galima sumažinti tarp ritės ir apvalkalo įterpus šnabždantį-ploną grafeno sluoksnį – medžiagą, kuri geriau nei bet kas kitas praleidžia šilumą. Šis naujas dizaino patobulinimas, grafeno šiluminės sąsajos PTFE šildytuvas, išsprendžia paslėptą įprasto šildytuvo konstrukcijos kliūtį ir žymiai padidina našumą.

Standartiniai PTFE šildytuvai Vidinė šiluminė kliūtis
Tradiciniame PTFE šildytuve varžos vielos ritė yra arba įterpta tiesiai į PTFE, arba atskirta trumpu oro tarpu. Oras yra prastas šilumos laidininkas (apie 0,026 W/m·K) ir net mikroskopiniai tarpai sukels lokalių karštų dėmių, kai vielos temperatūra gerokai viršija priimtiną vidutinę. Kadangi paties PTFE šilumos laidumas yra ribotas (apie 0,25 W/m·K), šiluma sunkiai sklinda vidiniu apvalkalo paviršiumi. Dėl to viela veikia šiltesnė nei turi esant tam tikram vatų tankiui, pagreitinant vielos oksidaciją ir PTFE senėjimą.

Kaip grafenas pagerina šiluminę sąsają
Konstruojant šildytuvą, vidinės varžos vielos ritė apvyniojama lanksčiu aukštos -temperatūros silikoniniu kilimėliu, užpildytu grafeno nanoplotelėmis. Grafeno -patobulinta šiluminės sąsajos medžiaga (TIM) įterpiama tarp ritės ir vidinės PTFE apvalkalo sienelės. Trinkelė atlieka du labai svarbius dalykus:

Mikroskopinių oro tarpų užpildymas Suderinamas silikonas prilimpa prie vielos paviršiaus, pašalina įstrigusį orą ir pašalina šiluminio kontakto varžą.

Šoninis šilumos pasklidimas: grafeno plokštuminis šilumos laidumas yra labai didelis (iki 5000 W/mK), kuris gali transportuoti šilumą į šonus išilgai sąsajos sluoksnio nuo karščiausių vielos vietų.

Grafenas veikia kaip mažas greitkelis, skirtas šilumai sklisti į šildytuvo šerdį. Karštosios vietos susidaro dėl nedidelių vielos žingsnio ar vietinio vatų tankio skirtumų, ir šios karštosios vietos greitai pasklinda didesniame apvalkalo sienos plote. Tai lemia žymiai homogeniškesnį temperatūros profilį viduje.

Pagrindiniai grafeno šiluminės sąsajos privalumai
1. Sumažinkite laido temperatūrą esant tokiam pat galios tankiui
TIM užtikrina tolygesnį šilumos perdavimą, todėl tam tikram įėjimui maksimali temperatūra ant nichromo laido yra daug žemesnė. Aušintuve esantis laidas patiria mažiau oksidacijos ir šiluminio ciklo įtempių. Tai tiesiogiai pailgina šildytuvo tarnavimo laiką - dažnai 1,5–2 kartus, palyginti su tradiciniais oro tarpais{5}}.

2. Mažesnis plotas, didesnis leistinas vatų tankis
Šildytuvas veikia esant didesniam vatų tankiui, tačiau dėl tolygesnio vidinio temperatūros pasiskirstymo galima išlaikyti tą pačią maksimalią laido temperatūrą. Sudėtingoms reikmėms, pvz., didelio srauto korozinių skysčių linijoms ar kompaktiškoms talpykloms, grafeno šiluminės sąsajos PTFE šildytuvas gali būti aprūpintas 15–25 % didesniu vatų tankiu, neviršijant 110 laipsnių PTFE apvalkalo paviršiaus temperatūros ribos. Tai leidžia fiziškai mažesniam šildytuvui pasiūlyti tą pačią šilumos galią, atlaisvinant kritinę proceso sritį.

3. Sumažėjusi vietinio PTFE degradacijos rizika
Tradiciniuose šildytuvuose karštosios spiralės vietos gali per trumpą laiką pakelti aplinkinio PTFE sienelės temperatūrą virš 110 laipsnių, net jei tūrinis apvalkalo paviršius yra vėsesnis. Tai galiausiai sukelia vietinį minkštumą, šliaužimą arba dielektrinį kolapsą. Grafenas TIM paskirsto šilumą į šonus prieš patekdamas į PTFE, pašalindamas šias ypatingas mikro{3}}karštąsias vietas. Polimeras patiria tolygesnę šiluminę apkrovą, leidžiančią ilgiau išlaikyti jo mechanines ir elektrines savybes.

Inžineriniai iššūkiai ir sprendimai
Pagrindinis sunkumas gaminant grafeno -patobulintą TIM PTFE šildytuvams yra tas, kad medžiaga turi atlaikyti aukštą vidinę darbo temperatūrą (prie vielos paviršiaus artėja prie 200–250 laipsnių), ir PTFE sukepinimo procesą, kuris gali būti net 360–380 laipsnių. Silikoninė matrica turi būti pakeista aukštai -temperatūrai stabilia rišikliu, pvz., fluoropolimero arba poliimido pagrindo kompozitu, kuris nesuges sukepinimo metu.

TIM taip pat turi būti elektra izoliuojantis, kad būtų išvengta trumpojo sujungimo tarp gretimų varžos laido vijų arba tarp varžos laido ir įžeminto apvalkalo. Grafenas praleidžia elektrą, bet jei paskleisite jį mažomis koncentracijomis (dažniausiai 5–10 masės procentų) izoliacinėje polimerinėje matricoje, nesilaikysite elektros laidumo perkoliacijos slenksčio. Gautas kompozitas su dideliu šilumos laidumu išlaiko dielektrinį stiprumą virš 5 kV/mm.

Paraiškos ateičiai.
Ankstyvas grafeno{0}}patobulintų sąsajų diegimas vyksta tose pramonės šakose, kuriose tinkamumo laikas, kompaktiškumas ir priešiškos cheminės sąlygos atitinka:

Puslaidininkiniai šlapio apdorojimo kubilai su tiksliu temperatūros valdymu ir mažu grindų plotu.

Didelio grynumo farmaciniai reaktoriai, kuriuose šildymo pakeitimas yra brangus ir atima daug laiko.

Didelio vatų tankio galvanizavimo linijoms reikalingi greiti įkaitinimo{0}}ciklai.

Artėjant grafeno{0}}įkrautų TIM gamybos procedūroms, numatoma, kad kainos priemoka sumažės, todėl ši technologija taps prieinama įvairesniam pramoninio šildymo pritaikymui.

Išvada
Grafenu sustiprinta sąsaja gali išspręsti vidinę šilumos perdavimo problemą-netolygiai skleidžiant šilumą iš varžos laido-, kad PTFE šildytuvas būtų stipresnis, greitesnis ir patvaresnis iš vidaus. Grafeno šiluminės sąsajos PTFE šildytuvas užtikrina vėsesnį laido veikimą, geresnį leistiną vatų tankį esant mažesniam plotui ir mažesnį lokalizuotą PTFE gedimą. Apvalkalo viduje šildymo technologijų ateitis kuriama nanoskalėje, kur šnabždesio{4}}plona nuostabios medžiagos danga tyliai keičia šiaip brandžią gaminio kategoriją.