Οι εναλλάκτες θερμότητας με πλάκες υπάρχουν σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές και χρησιμοποιούν κυρίως μεταλλικές πλάκες για τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ δύο ρευστών.
Η χρήση τους αυξάνεται ραγδαία επειδή ξεπερνούν σε απόδοση τους παραδοσιακούς εναλλάκτες θερμότητας (συνήθως έναν σπειροειδή σωλήνα που περιέχει ένα ρευστό που διέρχεται από έναν θάλαμο που περιέχει ένα άλλο ρευστό) επειδή το ρευστό που ψύχεται έχει μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής, η οποία βελτιστοποιεί τη μεταφορά θερμότητας και αυξάνει σημαντικά τον ρυθμό αλλαγής της θερμοκρασίας.
Αντί για πηνία που διέρχονται από τους θαλάμους, σε έναν εναλλάκτη θερμότητας με πλάκες, υπάρχουν δύο εναλλασσόμενοι θάλαμοι, συνήθως λεπτοί σε βάθος, που χωρίζονται από κυματοειδείς μεταλλικές πλάκες στις μεγαλύτερες επιφάνειές τους. Ο θάλαμος είναι λεπτός, καθώς αυτό διασφαλίζει ότι το μεγαλύτερο μέρος του όγκου του υγρού έρχεται σε επαφή με την πλάκα, βοηθώντας την ανταλλαγή θερμότητας.
Τέτοιες πλάκες ανταλλαγής θερμότητας κατασκευάζονταν παραδοσιακά με σφράγιση ή συμβατική κατεργασία όπως η βαθιά κοπή, αλλά πρόσφατα η φωτοχημική χάραξη (PCE) έχει αποδειχθεί η πιο αποτελεσματική και οικονομικά αποδοτική τεχνική κατασκευής που διατίθεται για αυτήν την απαιτητική εφαρμογή. Η ηλεκτροχημική κατεργασία (ECM) είναι μια άλλη εναλλακτική τεχνολογία που μπορεί να κατασκευάσει πολύ ακριβή εξαρτήματα σε παρτίδες, αλλά αυτή η διαδικασία απαιτεί πολύ υψηλό επίπεδο αρχικής επένδυσης, περιορίζεται σε αγώγιμα υλικά, καταναλώνει πολλή ενέργεια, ο σχεδιασμός και η κατασκευή εργαλείων είναι δύσκολος και το τεμάχιο εργασίας. Η διάβρωση των εργαλειομηχανών και των εξαρτημάτων ήταν πάντα ένας πονοκέφαλος.
Συχνά, και οι δύο πλευρές ενός πλακοειδούς εναλλάκτη θερμότητας περιέχουν εξαιρετικά πολύπλοκα χαρακτηριστικά που μερικές φορές υπερβαίνουν τις δυνατότητες της σφράγισης και της μηχανικής κατεργασίας, αλλά επιτυγχάνονται εύκολα χρησιμοποιώντας PCE. Επιπλέον, το PCE μπορεί να δημιουργήσει χαρακτηριστικά και στις δύο πλευρές της πλάκας ταυτόχρονα, εξοικονομώντας σημαντικό χρόνο, και η διαδικασία μπορεί να εφαρμοστεί σε μια σειρά από διαφορετικά μέταλλα, όπως ανοξείδωτο χάλυβα, Inconel 617, αλουμίνιο και τιτάνιο.
Λόγω ορισμένων εγγενών χαρακτηριστικών της διαδικασίας, η PCE προσφέρει μια ελκυστική εναλλακτική λύση για την σφράγιση και την κατεργασία σε εφαρμογές λαμαρίνας. Χρησιμοποιώντας φωτοευαίσθητο υλικό και χάραξη για την ακριβή χημική επεξεργασία επιλεγμένων περιοχών, η διαδικασία διαθέτει διατηρημένες ιδιότητες υλικού, μέρη χωρίς γρέζια και τάσεις με καθαρά περιγράμματα και χωρίς ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα. Επιπλέον, το μέσο χάραξης με ρευστό δημιουργεί μια βέλτιστη δομή για το μέσο ψύξης ρευστού που χρησιμοποιείται στην πλάκα. Αυτές οι δομές δεν έχουν γωνίες και άκρες ευαίσθητες στη διάβρωση.
Σε συνδυασμό με το γεγονός ότι η PCE χρησιμοποιεί εύκολα επαναλήψιμα και χαμηλού κόστους ψηφιακά ή γυάλινα εργαλεία, παρέχει μια οικονομικά αποδοτική, υψηλής ακρίβειας και γρήγορης κατασκευής εναλλακτική λύση στις παραδοσιακές τεχνικές κατεργασίας και σφράγισης. Αυτό σημαίνει σημαντική εξοικονόμηση κόστους κατά την παραγωγή πρωτότυπων εργαλείων και, σε αντίθεση με τις τεχνικές σφράγισης και κατεργασίας, δεν υπάρχει φθορά εργαλείων και κόστος που να σχετίζεται με την επανακοπή χάλυβα.
Η μηχανική κατεργασία και η σφράγιση μπορούν να παράγουν λιγότερο από τέλεια αποτελέσματα σε μέταλλο στη γραμμή κοπής, συχνά παραμορφώνοντας το υλικό που κατεργάζεται και αφήνοντας γρέζια, ζώνες που επηρεάζονται από τη θερμότητα και ανακατασκευασμένα στρώματα. Επιπλέον, προσπαθούν να επιτύχουν την ανάλυση λεπτομέρειας που απαιτείται για μικρότερα, πιο σύνθετα και πιο ακριβή μεταλλικά μέρη, όπως πλάκες ανταλλαγής θερμότητας.
Ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά την επιλογή της διαδικασίας είναι το πάχος του υλικού που πρόκειται να κατεργαστεί. Οι παραδοσιακές διαδικασίες συχνά αντιμετωπίζουν δυσκολίες όταν εφαρμόζονται στην επεξεργασία λεπτών μετάλλων, η σφράγιση και η σφράγιση είναι σε πολλές περιπτώσεις ακατάλληλες, ενώ η κοπή με λέιζερ και το νερό οδηγούν σε δυσανάλογα και απαράδεκτα επίπεδα θερμικής παραμόρφωσης και κατακερματισμού υλικού, αντίστοιχα. Ενώ το PCE μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια ποικιλία πάχους μετάλλου, ένα βασικό χαρακτηριστικό είναι ότι μπορεί να λειτουργήσει σε λεπτότερα μεταλλικά φύλλα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε εναλλάκτες θερμότητας πλάκας, χωρίς να διακυβεύεται η επιπεδότητα, η οποία είναι κρίσιμη για την ακεραιότητα της συναρμολόγησης.
Ένας βασικός τομέας όπου χρησιμοποιούνται πλάκες είναι σε εφαρμογές κυψελών καυσίμου από ανοξείδωτο χάλυβα, αλουμίνιο, νικέλιο, τιτάνιο, χαλκό και μια σειρά από ειδικά κράματα.
Έχει διαπιστωθεί ότι οι μεταλλικές πλάκες στις κυψέλες καυσίμου έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα υλικά. Ταυτόχρονα, είναι πολύ ανθεκτικές, προσφέρουν εξαιρετική αγωγιμότητα για καλύτερη ψύξη, μπορούν να κατασκευαστούν εξαιρετικά λεπτές με χάραξη, με αποτέλεσμα μικρότερες στοίβες και δεν έχουν κατευθυντικό φινίρισμα επιφάνειας μέσα στο κανάλι. Οι πλάκες μπορούν να σχηματιστούν και να δημιουργηθούν κανάλια ταυτόχρονα και, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, δεν δημιουργείται θερμική καταπόνηση στο μέταλλο, εξασφαλίζοντας απόλυτη επιπεδότητα.
Η διαδικασία PCE εξασφαλίζει επαναλήψιμες ανοχές σε όλες τις διαστάσεις της πλακέτας πληκτρολογίου, συμπεριλαμβανομένου του βάθους των αεραγωγών και της γεωμετρίας της πολλαπλής εισαγωγής, και μπορεί να κατασκευάσει εξαρτήματα με αυστηρές προδιαγραφές πτώσης πίεσης.
Άλλες βιομηχανίες που χρησιμοποιούν χημικά χαραγμένα φύλλα περιλαμβάνουν γραμμικούς κινητήρες, αεροδιαστημική, πετροχημική και χημική βιομηχανία. Μετά την κατασκευή, οι πλάκες στοιβάζονται και συγκολλούνται με διάχυση ή συγκολλούνται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν τον πυρήνα του εναλλάκτη θερμότητας. Οι τελικοί εναλλάκτες θερμότητας μπορούν να είναι έως και έξι φορές μικρότεροι από τους παραδοσιακούς εναλλάκτες θερμότητας "κελύφους και σωλήνων", παρέχοντας εξαιρετικά πλεονεκτήματα χώρου και βάρους.
Οι εναλλάκτες θερμότητας που παράγονται με χρήση PCE είναι επίσης πολύ στιβαροί και αποδοτικοί, ικανοί να αντέχουν πίεση 600 bar, ενώ παράλληλα προσαρμόζονται σε ένα εύρος θερμοκρασιών από κρυογονική έως 900 βαθμούς Κελσίου. Είναι δυνατό να συνδυαστούν περισσότερες από δύο ροές διεργασιών σε μία μονάδα και να καλυφθούν οι απαιτήσεις για σωληνώσεις και βαλβίδες μειώνονται σημαντικά. Η αντίδραση και η ανάμειξη μπορούν επίσης να ενσωματωθούν στον σχεδιασμό του εναλλάκτη θερμότητας πλάκας, προσθέτοντας λειτουργικότητα σε μία μόνο μονάδα με οικονομικό τρόπο.
Οι σημερινές απαιτήσεις για αποτελεσματική και εξοικονόμηση χώρου απαγωγή θερμότητας παρουσιάζουν τεράστιες προκλήσεις για πολλούς μηχανικούς ανάπτυξης. Η σμίκρυνση πολλών εξαρτημάτων στην ηλεκτρική τεχνολογία και την τεχνολογία μικροσυστημάτων δημιουργεί τα λεγόμενα θερμικά θερμά σημεία, τα οποία απαιτούν βέλτιστη απαγωγή θερμότητας για να εξασφαλιστεί μεγάλη διάρκεια ζωής.
Χρησιμοποιώντας δισδιάστατη και τρισδιάστατη PCE, μπορούν να κατασκευαστούν μικροκανάλια με καθορισμένα πλάτη και βάθη σε εναλλάκτες θερμότητας για την επιλογή μέσων απαγωγής θερμότητας στη μικρότερη δυνατή περιοχή. Δεν υπάρχει σχεδόν κανένα όριο στα πιθανά σχέδια καναλιών.
Επιπλέον, δεδομένου ότι η διαδικασία χάραξης εμπνέει καινοτομία στο σχεδιασμό και γεωμετρική ελευθερία, η τυρβώδης ροή, σε αντίθεση με τη στρωτή ροή, μπορεί να προωθηθεί μέσω της χρήσης κυματιστών άκρων και βάθους καναλιών. Η τυρβώδης ροή στο ψυκτικό μέσο σημαίνει ότι το ψυκτικό μέσο που έρχεται σε επαφή με την πηγή θερμότητας αλλάζει συνεχώς, γεγονός που καθιστά την ανταλλαγή θερμότητας πιο αποτελεσματική. Τέτοιες αυλακώσεις και ανωμαλίες στα μικροκανάλια στους εναλλάκτες θερμότητας παράγονται εύκολα από την PCE, αλλά δεν είναι δυνατή ή οικονομικά απαγορευτική η παραγωγή τους χρησιμοποιώντας εναλλακτικές διαδικασίες κατασκευής.
Η PCE specializing Micrometal GmbH χρησιμοποιεί οπτοηλεκτρονικά εργαλεία σε ανταγωνιστικές τιμές για την παραγωγή τεμαχίων υψηλής ποιότητας με υψηλό βαθμό επαναλήψιμης ακρίβειας.
Οι μεμονωμένες πλάκες μικροκαναλιών μπορούν να συνδεθούν (π.χ., με συγκόλληση διάχυσης) σε διάφορες τρισδιάστατες γεωμετρίες. Η Micrometal χρησιμοποιεί ένα έμπειρο δίκτυο συνεργατών που δίνει στους πελάτες την επιλογή να αγοράσουν μεμονωμένες πλάκες μικροκαναλιών ή ενσωματωμένα μπλοκ εναλλάκτη θερμότητας μικροκαναλιών.
Μια ουσία που έχει μεταλλικές ιδιότητες και αποτελείται από δύο ή περισσότερα χημικά στοιχεία, εκ των οποίων τουλάχιστον το ένα είναι μέταλλο.
Μειώστε τις αυξήσεις της θερμοκρασίας του ρευστού στη διεπαφή εργαλείου/τεμαχίου εργασίας κατά τη διάρκεια της κατεργασίας. Συνήθως σε υγρή μορφή, όπως διαλυτά ή χημικά μείγματα (ημισυνθετικά, συνθετικά), αλλά μπορεί επίσης να είναι πεπιεσμένος αέρας ή άλλα αέρια. Λόγω της ικανότητάς του να απορροφά μεγάλες ποσότητες θερμότητας, το νερό χρησιμοποιείται ευρέως ως ψυκτικό μέσο και φορέας για διάφορες ενώσεις κοπής και η αναλογία νερού προς ένωση ποικίλλει ανάλογα με την εργασία κατεργασίας. Βλέπε ρευστό κοπής· ημισυνθετικό ρευστό κοπής· διαλυτό ρευστό κοπής λαδιού· συνθετικό ρευστό κοπής.
1. Διάχυση ενός συστατικού σε αέριο, υγρό ή στερεό που τείνει να κάνει τα συστατικά ομοιόμορφα. 2. Ένα άτομο ή μόριο μετακινείται αυθόρμητα σε μια νέα θέση μέσα στο υλικό.
Μια λειτουργία κατά την οποία ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ ενός τεμαχίου εργασίας και ενός αγώγιμου εργαλείου μέσω ενός ηλεκτρολύτη. Ξεκινά μια χημική αντίδραση που διαλύει μέταλλο από το τεμάχιο εργασίας με ελεγχόμενο ρυθμό. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους κοπής, η σκληρότητα του τεμαχίου εργασίας δεν αποτελεί παράγοντα, καθιστώντας την ECM κατάλληλη για υλικά που είναι δύσκολο να κατεργαστούν. Με τη μορφή ηλεκτροχημικής λείανσης, ηλεκτροχημικής λείανσης και ηλεκτροχημικής τόρνευσης.
Λειτουργικά ο ίδιος με έναν περιστροφικό κινητήρα σε μια εργαλειομηχανή, ένας γραμμικός κινητήρας μπορεί να θεωρηθεί ως ένας τυπικός περιστροφικός κινητήρας μόνιμου μαγνήτη, ο οποίος κόβεται αξονικά στο κέντρο, στη συνέχεια απογυμνώνεται και τοποθετείται επίπεδα. Το κύριο πλεονέκτημα της χρήσης γραμμικών κινητήρων για την κίνηση του άξονα είναι ότι εξαλείφει τις ανεπάρκειες και τις μηχανικές διαφορές που προκαλούνται από τα συστήματα συναρμολόγησης με σφαιρικές βίδες που χρησιμοποιούνται στις περισσότερες εργαλειομηχανές CNC.
Στοιχεία με μεγαλύτερη απόσταση στην υφή της επιφάνειας. Συμπεριλάβετε όλες τις ανωμαλίες με μεγαλύτερη απόσταση από τη ρύθμιση αποκοπής του οργάνου. Δείτε Ροή, Στάση, Τραχύτητα.
Ο Δρ. Michael J. Hicks είναι Διευθυντής του Κέντρου Επιχειρηματικής και Οικονομικής Έρευνας και Διακεκριμένος Καθηγητής Οικονομικών με την έδρα George and Francis Ball στη Σχολή Διοίκησης Επιχειρήσεων Miller του Πανεπιστημίου Ball State. Ο Hicks έλαβε το διδακτορικό του και το μεταπτυχιακό του στα Οικονομικά από το Πανεπιστήμιο του Τενεσί και πτυχίο στα Οικονομικά από το Στρατιωτικό Ινστιτούτο της Βιρτζίνια. Έχει συγγράψει δύο βιβλία και περισσότερες από 60 επιστημονικές δημοσιεύσεις που επικεντρώνονται στην κρατική και τοπική δημόσια πολιτική, συμπεριλαμβανομένης της φορολογικής και της πολιτικής δαπανών και του αντίκτυπου της Walmart στις τοπικές οικονομίες.