Energieffektivisering Subsea

Transporterer varme med magnetiske væsker

I november 2014 var SINTEF Energi vertskap for besøkende forskere fra Doshisha University i Japan. Hvorfor? For å diskutere vår felles interesse i magnetiske væsker, hvordan de kan utnyttes for effektiv varmetransport, og hvordan de kan bli pumpet rundt i rør uten bruk av noen bevegelige deler. Hvordan er dette mulig?

La oss ta det fra begynnelsen.

Ferrofluid
Illustration: Et ferrofluid formet av en magnet. (From Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ferrofluid_Magnet_under_glass_edit.jpg)

Nanofluid: ufattelig små partikler

Hvis du tilsetter nanopartikler i en væske, får du det som kalles et nanofluid. Disse partiklene har en størrelse på rundt 10 nanometer. Dette er ufattelig smått.

I løpet av et sekund eller to har lengden på håret vokst omtrent like mye som størrelsen på én slik partikkel.

For å illustrere: Hvis du legger ti tusen slike på en linje, så har du omtrent tykkelsen på et hårstrå. I løpet av et sekund eller to har lengden på håret vokst omtrent like mye som størrelsen på én slik partikkel. På grunn av den ekstremt lille størrelsen vil de aldri falle til bunnen, men heller flyte rundt i væsken på ubestemt tid. Det er kjent at dette vil øke den termiske konduktiviteten til væsken, noe som kan være veldig nyttig.

En skisse av en temomagnetisk pumpe som bruker en elektro-magnet. (Karl Yngve Lervåg)
En skisse av en temomagnetisk pumpe som bruker en elektro-magnet. (Karl Yngve Lervåg)

Hvis vi tilsetter magnetiske partikler får vi en spesiell type nanofluid kalt ferrofluid, som kan manipuleres av magnetiske felt på fascinerende vis (Video). Dette ble faktisk oppfunnet av NASA som en måte å flytte væske på i vektløse miljø. Disse væskenes evne til å bli påvirket av magnetfelt er avhengig av temperatur, og dette fører til en mulighet til å lage noe som kalles en termomagnetisk pumpe.

Denne pumpen kan tvinge væsken til å strømme i et rør fra kaldt til varmt, uten å bruke noen bevegelige deler, som en vanlig pumpe må. Dette kan tenkes på som naturlig konveksjon, bare med magnetfelt i stedet for gravitasjonsfelt.

Assistant Professor Yuhiro Iwamoto holder en presentasjon om magnetiske væsker, mens SINTEF-forskere Halvor Lund og Ingrid Snustad følger nøye med. (Foto: Karl Yngve Lervåg)
Assistant Professor Yuhiro Iwamoto holder en presentasjon om magnetiske væsker, mens SINTEF-forskere Halvor Lund og Ingrid Snustad følger nøye med. (Foto: Karl Yngve Lervåg)

SINTEF Energi er interessert i å undersøke dette, siden den forbedrede evnen til å lede varme, sammen med termomagnetisk pumping, kan tenkes brukt til å lage pålitelige, kompakte og effektive kjølesystemer.

Kjøling av romfartøy?

Disse kan brukes der hvor vedlikehold er vanskelig, komplisert og dyrt, og hvor vekt/volum er en betydelig faktor. Dette kan bl.a. være utstyr i ugjestmilde miljø som offshore/subsea. Vi kan til og med se potensielle anvendelser innen kjøling av romfartøy, siden det mest populære vedlikeholdsfrie («passive») kjølesystemet, naturlig konveksjon, ikke kan fungere i vektløse miljøer.

I det nåværende prosjektet forsøker forskere hos SINTEF Energi å få en bedre forståelse av potensialet og begrensningene til et slikt kjølesystem, ved hjelp av matematisk modellering. Slike modeller bør sammenliknes med eksperimenter for å forsikre at de stemmer godt nok med virkeligheten.

Livlige diskusjoner om magnetiske fluider
Livlige diskusjoner om magnetiske fluider, med Eskil Aursand, Halvor Lund, Yuhiro Iwamoto, and Magnus Aashammer Gjennestad (Foto: Karl Yngve Lervåg)

Her kommer våre venner fra Japan inn. I tillegg til å bedrive imponerende modellering selv, utfører de også eksperimenter som kan brukes til å sjekke og forbedre våre modeller. I sammenheng med et besøk hos SINTEF og NTNU igjennom KIFEE-samarbeidet, kom Professor Hiroshi Yamaguchi and Assistant Professor Yuhiro Iwamoto innom vårt team for å utveksle ideer rundt temaet magnetiske væsker.

Håpet er å bringe termomagnetiske kjøleløsninger fra grunnleggende forskning til markedet

Håpet er å bringe termomagnetiske kjøleløsninger fra grunnleggende forskning til markedet, og interesserte selskap er velkommen til å bli med.


Les mere om SINTEFS kompetanse på Ferro- og Nanofluider


 

1 comment on “Transporterer varme med magnetiske væsker

  1. rart at det går

Legg inn en kommentar