Förstudie på Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen (avslutat)

Syfte och mål
APR Technologies AB utvecklar en miniatyriserad Knudsen-kryokompressor som fungerar utan rörliga delar och drivs av termisk energi. Grafenbaserade filmer undersöks som kritiska delar där extrem termisk prestanda behövs tillsammans med en kontrollerad permeabilitet.
Första målet med detta projekt var att ta fram ett lämpligt material, grafen i form av HOPG (Highly ordered pyrolytic graphite) och karakterisera dess termiska och gaspermeabla egenskaper i provuppställning. Andra målet var att integrera grafenmaterialet med kompressorns andra nyckelmaterial.

 

Effekter och resultat
Projektet som var en förstudie identifierade ett antal materialval, underleverantörer, lämplig konstruktion/design av system baserat på testresultat och simuleringar, samt möjliga bearbetningsmetoder för ingående delar. Det framkom en del nya svårigheter men samtidigt verifierades även möjligheterna till att använda grafenbaserade filmer som en kritisk del i tillämpningen.

 

I utvecklingsarbetet av en kryokompressor utan rörliga delar har en testuppställning för kompressorcellsutvecklingen byggts och uppdaterats. SHT har tagit fram grafenbaserade filmer utefter kravställning från APR och dessa har utvärderats både på Chalmers och hos APR. Anpassningen av grafenmaterialet så att den kritiska kombinationen av värmeledning och permeabilitet kan uppnås har visat sig möjlig genom att försök med mikroperforerade grafenbaserade filmer gav fungerande resultat.

 

De termiska egenskaper för filmerna validerades på Chalmers, men utvärdering i APRs kompressorcell visar att värmeledningsförmågan för en 20-40μm tjock film inte är tillräcklig när den sitter monterad tillsammans med bland annat aerogelkomposit. Nya simuleringar och referensmätningar gjorda med bearbetad aluminium som värmeledare visar att vi kommer behöva tjockare grafenbaserade filmer, och nästa steg är att utvärdera sådana.
Integration av grafenfilm och aerogelkomposit har visat sig fungera så vi kommer kunna fortsätta arbetet med dessa typer av material, ett nytt problem vi stött på är dock aerogelkompositens begränsade tålighet mot höga temperaturer varför vi nu även tittar på aerogelkompositer med rätt egenskaper, som även tål högre temperaturer.

 

Projektet som var en förstudie identifierade svårigheter och verifierade möjligheterna, och fortsätter i en genomförandefas tack vare vidare finansiering från Vinnova, som pågår till sista november 2016.

Abstract in english

Preliminary study of miniaturized cryocooler based on graphene

In this project thermal management experts at APR Technologies AB were cooperating with the Bionano Systems Laboratory at Chalmers University of Technology and SHT Smart High-Tech, developer of nanobased materials and processes for thermal management.

This project was a pilot study on the development of a cryocooler based on graphene. The project has continued as a research and development project during the following SIO Grafen call in 2015.

APR Technologies are developing a miniaturized Knudsen cryocompressor that works without movable parts and runs with thermal energy. Graphene based films are examined on critical parts where extreme thermal performance is needed together with permeability control.

The first goal of the project was to find a suitable material, graphene as HOPG (Highly ordered pyrolytic graphite), and to characterize the thermal and the gas permeable properties. The second goal was to integrate the graphene material with the other key materials of the compressor.

Utlysning:
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2014

Projektpartners: APR Technologies AB, Chalmers Bionano Systems Laboratory, SHT Smart High-Tech

Projektledare: Peter Nilsson, APR Technologies AB

E-mail: peter.nilsson@aprtec.com

Bidrag: 810 000 kr

Projektets löptid: 2014 – 2015

Relaterade projekt:
Miniatyriserad kryokylare baserad på grafen (avslutat)

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: