プレート式熱交換器は多くの産業用途に使用されており、主に金属プレートを使用して 2 つの流体間で熱を伝達します。
冷却される流体の接触面積が広くなるため熱伝達が最適化され、温度変化率が大幅に増加するため、従来の熱交換器（通常は、別の流体が入ったチャンバーを通過する 1 つの流体が入ったコイル状のチューブ）よりも性能が優れているため、その使用が急速に増加しています。
プレート熱交換器では、チャンバーを通過するコイルの代わりに、通常は深さが薄く、最大表面で波形の金属プレートによって区切られた 2 つのチャンバーが交互に配置されています。チャンバーが薄いのは、液体の大部分がプレートと接触し、熱交換を促進するためです。
このような熱交換プレートは、従来、スタンピングまたは深絞りなどの従来の機械加工を使用して製造されてきましたが、最近では光化学エッチング（PCE）がこの厳格な用途に利用できる最も効率的でコスト効率の高い製造技術であることが証明されています。電気化学機械加工（ECM）は、非常に精密な部品をバッチで製造できるもう1つの代替技術ですが、このプロセスには多額の先行投資が必要で、導電性材料に限定され、大量のエネルギーを消費し、ツールの設計と製造が難しく、工作機械と固定具の腐食が常に頭痛の種となっています。
多くの場合、プレート熱交換器の両面には、スタンピングや機械加工の能力を超える非常に複雑な特徴がありますが、PCE を使用すると簡単に実現できます。さらに、PCE はプレートの両面に同時に特徴を生成できるため、大幅に時間を節約でき、このプロセスはステンレス鋼、インコネル 617、アルミニウム、チタンなどのさまざまな金属に適用できます。
PCE は、プロセスの固有の特性により、板金加工におけるスタンピングと機械加工の魅力的な代替手段となります。フォトレジストとエッチング液を使用して選択した領域を正確に化学的に処理することで、材料特性が保持され、バリや応力がなく輪郭がきれいで熱影響部のない部品が得られます。さらに、流体エッチング媒体によって、プレート内で使用される流体冷却媒体に最適な構造が形成されます。これらの構造には、腐食しやすい角や端がありません。
PCE では、簡単に繰り返し使用できる低コストのデジタル ツールやガラス ツールを使用するという事実と相まって、従来の機械加工技術やスタンピングに代わる、コスト効率が高く、高精度で高速な製造方法を提供します。つまり、プロトタイプ ツールを製作する際に大幅なコスト削減が実現します。また、スタンピングや機械加工技術とは異なり、鋼の再切削に伴うツールの摩耗やコストも発生しません。
機械加工やスタンピングでは、金属の切断ラインに不完全な結果が生じる場合があり、機械加工中の材料が変形し、バリ、熱影響部、再鋳造層が残ることがよくあります。さらに、熱交換プレートなどのより小型で複雑かつ精密な金属部品に必要な詳細解像度を満たすよう努めています。
プロセスの選択で考慮すべきもう 1 つの要素は、機械加工する材料の厚さです。従来のプロセスは、薄い金属加工に適用すると困難に直面することが多く、スタンピングとスタンピングは多くの場合不適切であり、レーザー切断とウォーター カッティングでは、それぞれ不均衡なレベルの熱変形と許容できないレベルの材料の断片化が発生します。PCE はさまざまな金属の厚さで使用できますが、重要な属性は、プレート式熱交換器で使用されるような薄い金属シートでも、アセンブリの整合性に不可欠な平坦性を損なうことなく使用できることです。重要です。
プレートが使用される主な分野は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、銅、およびさまざまな特殊合金で作られた燃料電池アプリケーションです。
燃料電池の金属プレートは、他の材料に比べて多くの利点があることがわかっています。同時に、非常に強度が高く、優れた伝導性によって冷却効果を高め、エッチングを使用して非常に薄く製造できるためスタックが短くなり、チャネル内に方向性のある表面仕上げがありません。プレートの形成とチャネルの作成を同時に実行でき、前述のように金属に熱応力が生じず、完全な平坦性が保証されます。
PCE プロセスは、気道の深さやマニホールドの形状など、すべての主要なボード寸法で再現可能な許容誤差を保証し、厳しい圧力降下仕様に合わせて部品を製造できます。
化学的にエッチングされたシートを使用する他の業界には、リニアモーター、航空宇宙、石油化学、化学産業などがあります。製造後、プレートは積み重ねられ、拡散接合またはろう付けされて熱交換器のコアを形成します。完成した熱交換器は、従来の「シェルアンドチューブ」熱交換器よりも最大6倍小型化できるため、スペースと重量の面で優れた利点があります。
PCE を使用して製造される熱交換器は非常に堅牢かつ効率的で、極低温から 900 ℃ までの温度範囲に適応しながら 600 bar の圧力に耐えることができます。2 つ以上のプロセス ストリームを 1 つのユニットに組み合わせることができ、配管とバルブの要件が大幅に軽減されます。反応と混合もプレート熱交換器の設計に統合でき、コスト効率よく単一ユニットに機能を追加できます。
効率的で省スペースな放熱に対する今日の要件は、多くの開発エンジニアにとって大きな課題となっています。電気およびマイクロシステム技術における多くのコンポーネントの小型化により、いわゆる熱ホットスポットが生成され、長い耐用年数を確保するには最適な放熱が必要になります。
2D および 3D PCE を使用すると、定義された幅と深さを持つマイクロチャネルを熱交換器内に製造して、最小の領域で放熱媒体を選択できます。可能なチャネル設計にはほとんど制限がありません。
さらに、エッチング プロセスによって設計の革新と形状の自由度が促進されるため、波状のチャネル エッジと深さを使用することで、層流ではなく乱流を促進できます。冷却媒体内の乱流は、熱源と接触する冷却剤が常に変化していることを意味します。これにより、熱交換がより効率的になります。熱交換器のマイクロチャネル内のこのような波形と不規則性は、PCE によって簡単に生成できますが、代替製造プロセスを使用して生成することは不可能またはコストがかかりすぎます。
PCE スペシャリストの micrometal GmbH は、価格競争力のあるオプトエレクトロニクス ツールを使用して、高い再現性を備えた高品質のワークピースを製造しています。
個々のマイクロチャネル プレートは、さまざまな 3D ジオメトリに (拡散溶接などによって) 取り付けることができます。micrometal は経験豊富なパートナー ネットワークを使用して、顧客に個別のマイクロチャネル プレートまたは一体型マイクロチャネル熱交換器ブロックを購入するオプションを提供します。
金属特性を持ち、2 つ以上の化学元素から構成され、そのうちの少なくとも 1 つは金属である物質。
機械加工中に工具とワークピースの界面で発生する流体の温度上昇を抑えます。通常は、可溶性または化学混合物（半合成、合成）などの液体ですが、加圧空気やその他のガスにすることもできます。水は大量の熱を吸収する能力があるため、さまざまな切削化合物の冷却剤やキャリアとして広く使用されており、水と化合物の比率は機械加工タスクによって異なります。切削液、半合成切削液、可溶性油切削液、合成切削液を参照してください。
1. 気体、液体、または固体中の成分の拡散により、成分が均一化される傾向がある。2. 原子または分子が物質内の新しい場所に自発的に移動する。
電流が電解質を通じてワークピースと導電性ツールの間を流れる操作。制御された速度でワークピースから金属を溶解する化学反応を開始します。従来の切削方法とは異なり、ワークピースの硬度は考慮されないため、ECM は加工が難しい材料に適しています。電気化学的研削、電気化学的ホーニング、電気化学的旋削の形式で行われます。
リニア モーターは、工作機械の回転モーターと機能的には同じで、標準的な永久磁石回転モーターを中央で軸方向に切断し、剥がして平らにしたものと考えることができます。軸の動きを駆動するためにリニア モーターを使用する主な利点は、ほとんどの CNC 工作機械で使用されているボール スクリュー アセンブリ システムによって生じる非効率性と機械的な差異を排除できることです。
表面テクスチャ内の間隔が広いコンポーネント。機器のカットオフ設定よりも間隔が広いすべての不規則性を含めます。「フロー」、「ライイング」、「粗さ」を参照してください。
マイケル・J・ヒックス博士は、ボール州立大学ミラー経営大学院のビジネス経済研究センター所長であり、ジョージ・アンド・フランシス・ボール経済学特別教授です。ヒックス博士は、テネシー大学で経済学の博士号と修士号を、バージニア軍事大学で経済学の学士号を取得しています。ヒックス博士は、税制や支出政策、ウォルマートが地域経済に与える影響など、州および地方の公共政策に焦点を当てた2冊の著書と60冊以上の学術出版物を執筆しています。