در حوزههای مهندسی مواد، انرژی، و محیط زیست بهینهسازی مصرف انرژی، کاهش مصرف سوختهای فسیلی، و سیستمهای انتقال و ذخیرهسازی حرارت همواره جایگاه ویژه ای داشته و دارد .در شرایط فعلی کشور در زمینه ناترازی در حوزه های گاز و برق و انواع سوختهای فسیلی ،همواره از دغدغه های بسیار بزرگی است که با راهکارهایی همچون قطعی برق وگاز و یا تعطیلی های گسترده برای صنایع و سازمانها که مشکلات اقتصادی و اجتماعی و فرهنگی و گهگاه بسته شدن کارخانجات و بیکار ی نیروهای صنایع مختلف که خود آغاز مشکلات جدید اجتماعی و فقر زور افزون قشر عظیمی را بدنبال خواهد داشت همراه بوده است . در چند سال گذشته با توجه به شعارهای سال ، توجه را معطوف به حل مشکلات اساسی بر مبنای رجوع به دانش و تخصص و نیروهای مستعد کشور و نه تعطیلی و نه اخراج نیروها و نه سیاستهای غلطی از این قبیل فرامین محول کرده است .
محصولات تولیدی ودانش بنیان شرکت صنایع پیشگامان برهان استیل که برای نخستین بار اجرایی گردیده است در راستای تحقق اهداف فوق الذکر در راستای بهینه سازی انرژی در صنایع مختلف و کوره های پالایشگاهها میباشد
در سیستمهای حرارتی و برودتی موجود، یکی از چالشهای اساسی، عدم وجود موادی است که بتوانند به طور همزمان ذخیرهسازی، کنترل انتقال، و انتشار تدریجی حرارت را انجام دهند. مواد رایج به دو دسته اصلی تقسیم میشوند:
- مواد عایق حرارتی: این مواد مانع از انتقال گرما به سمت دیگر شده و اگر حرارت وارد آنها شود، بلافاصله پس از قطع منبع حرارت، عملکردشان متوقف میشود. این مواد توانایی ذخیره انرژی حرارتی برای استفاده بلندمدت را ندارند و نمیتوانند بهینهسازی مصرف انرژی را فراهم کنند. نمونههایی از این مواد در ساخت عایقهای حرارتی معمولی به کار میروند که فقط در جلوگیری از اتلاف حرارت کاربرد دارند، اما در مواقعی که نیاز به استفاده از حرارت ذخیره شده باشد، ناکارآمد هستند.
- مواد غیرعایق یا با قابلیت انتقال مستقیم حرارت: این مواد حرارت را مستقیماً از یک سمت جذب کرده و از سمت دیگر خارج میکنند، بدون آنکه بتوانند آن را در خود ذخیره کنند. این خاصیت منجر به اتلاف انرژی و کاهش بهرهوری میشود، زیرا این مواد فقط در هنگام فعالیت مستقیم منبع حرارت قابل استفاده هستند و توانایی حفظ حرارت برای انتشار تدریجی را ندارند.
همچنین، در مواد موجود مشکلاتی نظیر پایداری حرارتی پایین، واکنشپذیری با محیط اسیدی یا شرایط دمای بالا، و فرایندهای تولید پیچیده و پرهزینه وجود دارد. این مشکلات استفاده گسترده از این مواد را در بسیاری از کاربردهای مختلف محدود کرده است. در نتیجه، صنایع گرمایشی و سرمایشی با اتلاف انرژی قابل توجهی مواجه هستند که هم هزینههای اقتصادی و هم تأثیرات زیست محیطی منفی را به همراه دارد. این محدودیتها باعث شده است که کاربران برای دستیابی به عملکرد پایدار و بهینه، نیازمند موادی باشند که ضمن عایق بودن، توانایی ذخیره و انتقال حرارت به شکل تدریجی و کنترلشده را داشته باشند. مواد موجود نه تنها نیاز به تعویض یا تعمیر مداوم دارند، بلکه نمیتوانند نیاز به صرفهجویی در انرژی و کاهش مصرف سوخت را به صورت مؤثر برطرف کنند.
مشکلات فوق را از طریق طراحی مادهای کامپوزیتی که حرارت را ذخیره کرده و به تدریج و به طور کنترلشده در محیط آزاد میکند، برطرف میکند. مواد این پودر نه تنها توانایی ذخیره و انتقال آهسته حرارت را دارند، بلکه حتی پس از قطع منبع حرارت نیز میتوانند به انتشار حرارت ادامه دهند و محیط را برای مدت زمان طولانیتری گرم یا خنک نگه دارند. با استفاده از این کامپوزیت ، کاهش مصرف انرژی حداقل 25 تا 50 درصد، افزایش بازدهی حرارتی، و حفاظت از محیط زیست از طریق کاهش استفاده از منابع تجدیدناپذیر و بهکارگیری مواد اولیه در دسترس و دوستدار محیط زیست است.
شرح وضعيت دانش پيشين و سابقه پيشرفت هايي كه در ارتباط با این گونه طرح ها وجود دارد
در حوزه مواد کامپوزیتی و سیستمهای ذخیرهسازی و انتقال حرارت، تاکنون تحقیقات و اختراعات متعددی صورت گرفته است که تلاش داشتهاند راهحلهایی برای بهبود بازدهی سیستمهای حرارتی و کاهش مصرف انرژی ارائه دهند. مواد موجود عمدتاً به دو دسته تقسیم میشوند: مواد عایق حرارتی که برای جلوگیری از انتقال حرارت و حفظ دما در یک محیط خاص به کار میروند و مواد انتقالدهنده حرارت که قابلیت هدایت و انتقال حرارت را دارند. با این حال، این مواد در ذخیرهسازی و توزیع تدریجی حرارت با محدودیتهایی مواجه هستند و نمیتوانند بهطور همزمان این دو ویژگی را ارائه دهند. مطالعات انجام شده نشان میدهد که تلاشهای گذشته عمدتاً بر بهبود یک جنبه خاص از ویژگیهای حرارتی مواد متمرکز بودهاند، مانند افزایش مقاومت حرارتی یا بهبود هدایت حرارتی. در این راستا، مواد مختلفی همچون فازهای تغییر حالتدهنده، نانو کامپوزیتها، و مواد پایه کربنی مورد بررسی و استفاده قرار گرفتهاند. هرچند این مواد توانستهاند در بهبود عملکرد سیستمهای حرارتی موثر باشند، اما اغلب مشکلاتی مانند هزینه بالا، محدودیت در تولید انبوه، و کارایی پایین در شرایط محیطی مختلف دارند.
این کامپوزیت با ترکیب فناوریهای نوین در حوزه میکروکامپوزیتها، مادهای را ارائه میدهد که به طور همزمان قابلیت ذخیرهسازی، عایق بودن، و رهاسازی تدریجی حرارت را دارد. در ادامه اختراعات ثبت شده در این حوزه مورد بررسی قرار میگیرد.
ارائه راه حل براي مشكل فني موجود همراه با شرح دقيق و کافی و یکپارچه اختراع
پودر میکروکامپوزیتی حاضر، راهحلی برای مشکلات رایج در سیستمهای حرارتی و برودتی ارائه میدهد. این ماده، علاوه بر قابلیت ذخیرهسازی حرارت در خود، توانایی رهاسازی تدریجی و کنترلشده آن را دارد، به گونهای که حتی پس از قطع منبع حرارت نیز میتواند حرارت را به آرامی و در بازه زمانی طولانی به محیط منتقل کند. این ویژگی منحصربهفرد باعث میشود که اتلاف انرژی به حداقل برسد و بهرهوری سیستمهای گرمایشی و سرمایشی افزایش یابد. پودر میکروکامپوزیتی حاضر از ترکیب چند عنصر معدنی شامل ، میکا، کربن، سیلیس، اکسید آلومینا، باندر اختصاصی،کاربید و کاتالیست تشکیل شده است. این ترکیب به دلیل انتخاب دقیق مواد اولیه و فرایند خاص تولید، خواصی منحصربهفرد از جمله ذخیرهسازی حرارت، رهاسازی تدریجی حرارت، عایق بودن، و مقاومت در برابر شرایط سخت محیطی را دارا است. بهعلاوه، این پودر میتواند بسته به نیاز، به اشکال مختلفی مانند بلوک، موزائیک، لوله، و استوانه و ….درآید که قابلیت استفاده در طیف گستردهای از سیستمها را فراهم میکند.
در این روش مایکرو پودر کامپوزیت کاربوراندوم به روش سل ژل میباشد تکنیک سل ژل روش پایین به بالا برای سنتز ترکیبات پیچیده سرامیک سرامیک به صورت همگن است اکسید سیلیکونی مورد استفاده و تبدیل مونومرها به یک محلول کلوئیدی است که شبکه یکپارچه از ذرات گسسته را بوجود میاورد و با استفاده از پودر گرافیت و نانو پودر سیلیس ،الو مینا و کاربید سیلیس در کنارکاتالیست عملیات سنتز انجام گردید بدین شکل که پس از مخلوط کردن اولیه در 60 درجه سانتیگراد میماند پس از 6 ساعت ویسکوزیته افزایش یافته و ژل تشکیل میشود .پس از خشک شدن در دمای اون 110 درجه به مدت دوساعت قرار میگیرد انالیز حرارتی ژل حاصل از دمای محیط تا 1350 درجه داخل کوره با ازمایش اشعه ایکس (XRD) نشان دهنده نفوذ رشته های الومینا و سیلیس به داخل محصول و تشکیل کامپوزیت و تشکیل کریستالهای جدید میباشد با وجود این کریستالها ماندگاری دما بمراتب بیشتر و انتقال به محیط ارامتر انجام میگیرد
پودر میکروکامپوزیتی قادر است حرارت وارد شده را در خود ذخیره کند و به تدریج و به شکل کنترلشده از سمت دیگر آزاد نماید. برخلاف مواد معمولی که یا عایق هستند یا فقط انتقال حرارت را فراهم میکنند، این پودر به طور همزمان هر دو عملکرد را ارائه میدهد. به این ترتیب، پس از قطع منبع حرارت، محصول متشکل از این پودر میتواند برای مدت زمان طولانی به توزیع حرارت ادامه دهد. خواصی همچون مقاومت در برابر اسیدها، پایداری در دمای بالا، و عایق حرارتی بودن را به نمایش میگذارد. همچنین، بسته به نوع کاربرد، امکان تغییر ترکیب یا فرآیند تولید برای دستیابی به خواص خاص (مانند افزایش ذخیرهسازی حرارت یا بهبود انتقال آن) وجود دارد.
بيان واضح و دقيق مزاياي کامپوزیت این شرکت نسبت به محصولات موجود در بازار
طرح ادعایی حاضر با فرایند تولید ساده و کاربردهای گسترده، جایگزینی مناسب برای مواد موجود در بازار است و توانسته بسیاری از محدودیتهای فنی و عملیاتی اختراعات پیشین را برطرف کند. مزایای این پودر نسبت به مطالعات پیشین به شرح زیر می باشد:
- این پودر میکروکامپوزیتی توانایی ذخیرهسازی حرارت را در خود دارد و به تدریج و به شکل کنترلشده حرارت را آزاد میکند. این ویژگی باعث میشود که حتی پس از قطع منبع حرارت، محیط به مدت طولانیتری گرم باقی بماند.
- این پودر کامپوزیت قادر است حداقل 25 تا 50 درصد کاهش مصرف انرژی را در دستگاههای حرارتی و برودتی فراهم کند. این مزیت نه تنها هزینههای انرژی را کاهش میدهد بلکه باعث صرفهجویی در منابع تجدیدناپذیر میشود.
- این پودر قابلیت شکلگیری به فرمهای مختلف (مانند بلوک، موزائیک، استوانه، یا لوله) را دارد که امکان استفاده آن را در طیف وسیعی از سیستمهای گرمایشی و سرمایشی فراهم میکند.
- مواد اولیه این پودر کاملاً معدنی و قابل دسترس هستند و فرایند تولید آن نیاز به مواد شیمیایی مضر ندارد. این محصول نه تنها برای محیط زیست بیضرر است، بلکه با کاهش مصرف سوختهای فسیلی، به کاهش تولید گازهای گلخانهای کمک میکند.
- این ماده در برابر شرایط محیطی سخت مانند اسیدها، دمای بالا، و غیره مقاوم است، در حالی که بسیاری از مواد موجود در بازار نیازمند تعویض مکرر هستند.
- امکان تغییر در ترکیب مواد و روش تولید این پودر، آن را به یک ماده سفارشیسازیشده برای کاربردهای خاص (مانند افزایش مقاومت حرارتی یا بهبود زمان ذخیرهسازی حرارت) تبدیل میکند.
این پودر در تمامی دستگاههای گازسوز، نفتی و برقی قابل نصب است و در مصارف خانگی و صنعتی مانند سیستمهای گرمایش مرکزی، صنایع پتروشیمی، و تجهیزات سرمایشی-گرمایشی کاربرد دارد