[發明專利]氧化鋁的膠態分散體

有效

• 申請號: 201080059903.7
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102782079A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 奧利維爾·龐斯萊特;萊昂內爾·邦尼奧;丹尼爾·蓋特;弗朗索瓦·塔迪夫
• 申請（專利權）人: 原子能和替代能源委員會
• 主分類號: C09K5/10
• 分類號: C09K5/10;C01F7/02;G21C15/28
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 武晨燕;張穎玲

技術領域

本發明涉及一種熱交換流體及其應用。

背景技術

熱交換流體旨在冷卻承受溫度的許多設備，該溫度對于設備的良好運行來說太高。

例如，它們用于冷卻微處理器，車載電子板(onboard?electronics)或熱發動機或電發動機。

它們也用于核反應堆的冷卻。

水是已知作為熱交換流體的最好流體之一。

然而，在其中可添加添加劑(如乙二醇或丙二醇)，以防止它在過低的溫度凝固。

然而，無論預期在哪減重，事實上能夠使用少量的熱交換流體(水，水+乙二醇)以達到相同、甚至更優良的熱交換性能具有極大的優勢。

因此，增加熱交換流體的熱導率是必要的。最近研究表明，向熱交換流體中添加納米顆粒顯著地增加了熱交換流體的熱導率。這些新的熱交換流體被稱為納米流體(CHOI(s.)-Enhancing?Thermal?Conductivity?of?Fluids?with?Nanoparticles(提高具有納米顆粒的流體的熱導率)，The?American?Society?of?Mechanical?Engineers(美國機械工程師協會)，New?York(紐約)，Vol.231/MD?Vol.66：99-105，Nov.1995.，或YU(W.)，FRANCE(D.)，ROUTBORT(J.)和CHOI(S.)，Review?and?Comparison?of?Nanofluid?Thermal?Conductivity?and?Heat?Transfer?Enhancements(納米流體熱導率與熱交換提高的回顧與比較)，Heat?Transfer?Engineering(熱交換工程)，Vol.29，p.432-460(2008)，或DAS(S.)CHOI(S.)，YU(W.)和PRADEEP(T.)Nanofluids：Science?and?Technology.(納米流體：科學與技術)，J.Wiley(2008))。

因此，人們對流體中加入各種類型的納米顆粒以提高其熱性能進行了廣泛的研究，目前看來，所使用的納米材料并不必須在本質上是由良好導熱材料如金屬組成，且對于熱性能顯著較低的材料，例如粘土或氧化物：埃洛石(halloysite)、鋰皂石(laponite)、硅石(SiO₂)、氧化鋅(ZnO)或氧化鋁(Al₂O₃)也能得到可觀的性能，這些材料是工業產品。參數如魯棒性(robustness)也即在使用時間內納米流體的穩定性，以及整體的能量平衡也即熱導率的增加與流體粘度增加之間的折衷可被評價。

相比之下，在層流中，當增加的粘度小于增加的熱導率5倍時，認為整體的能量平衡是正向的。

這是因為粘度的極大增加導致需要增加泵送單元的功率，這就抵消了全部或大部分通過增加熱導率所獲得的效果。

更特別地，由于氧化鋁(γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃)及其水合衍生物(Al(OH)₃，、AlOOH)的工業有用性、極低的毒性以及可獲得具有許多形狀的納米顆粒的可行性，故此進行了特別地研究，并且對以氧化物類型的材料來說其熱導率良好(對于α-Al₂O₃，40m^-1K^-1)。

對于水合形式的氧化鋁，熱導率要低得多。

氧化鋁顆粒的形狀和尺寸對水的熱導率的影響特別是由Timofeeva等人在“Particle?shape?effects?on?thermophysical?properties?of?alumina?nanofluids”(顆粒形狀影響氧化鋁納米流體的熱物理性能)，Journal?ofApplied?Physics(應用物理雜志)，106，014304(2009)中進行了研究。

該論文的結論是：與條狀、板狀或柱狀的氧化鋁相比，片狀的氧化鋁顆粒導致包含氧化鋁的熱交換流體的熱導率的增加最低，此外，仍然同具有條狀、板狀或柱狀的化學性質等同的氧化鋁相比，片狀的氧化鋁是導致包含氧化鋁的熱交換流體粘度增加最大的氧化鋁。

因此，在熱交換流體中可用作添加劑的氧化鋁顆粒中，那些具有片狀的，也就是說最小尺寸為厚度的那些，也就是最不太適合的那些，這是因為熱交換流體中具有相等重量百分比時，這些氧化鋁表現出最弱的增加流體熱導率能力，但另一方面，大大增加了流體的粘度。