プレート式熱交換器は多くの産業用途で用いられており、主に金属板を用いて2つの流体間で熱を伝達する。
冷却される流体の表面積接触面積が大きいため、熱伝達が最適化され、温度変化率が大幅に向上し、従来の熱交換器（通常は一方の流体が入ったコイル状のチューブがもう一方の流体が入ったチャンバーを通過する構造）よりも優れた性能を発揮するため、その使用は急速に拡大しています。
プレート式熱交換器では、チャンバー内をコイルが通っているのではなく、通常は薄い2つのチャンバーが交互に配置され、それらの最大表面積は波状の金属板で隔てられています。チャンバーが薄いのは、液体の大部分がプレートと接触するようにすることで、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、プレス加工や深絞りなどの従来型の機械加工で製造されてきましたが、近年では光化学エッチング（PCE）が、この厳しい用途に利用できる最も効率的で費用対効果の高い製造技術であることが証明されています。電気化学加工（ECM）は、非常に精密な部品をバッチで製造できる別の代替技術ですが、このプロセスには非常に高いレベルの初期投資が必要で、導電性材料に限定され、多くのエネルギーを消費し、ツールの設計と製造が難しく、工作物も腐食します。工作機械や治具の腐食は常に頭痛の種でした。
プレート式熱交換器の両面には、プレス加工や機械加工では対応できないほど複雑な形状が含まれていることがよくありますが、PCEを使用すれば容易に実現できます。さらに、PCEはプレートの両面に同時に形状を生成できるため、大幅な時間短縮が可能であり、ステンレス鋼、インコネル617、アルミニウム、チタンなど、さまざまな金属に適用できます。
PCEは、そのプロセス固有の特性により、板金加工におけるプレス加工や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用いて選択された領域を精密に化学処理することで、材料特性が維持され、バリや応力のない、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は、プレート内で使用される流体冷却媒体に最適な構造を作り出します。これらの構造には、腐食しやすい角や縁がありません。
PCEは、再現性が高く低コストなデジタルツールまたはガラスツールを使用するため、従来の機械加工技術やプレス加工に代わる、費用対効果が高く、高精度で高速な製造方法を提供します。これは、試作品ツールの製造において大幅なコスト削減につながることを意味し、プレス加工や機械加工とは異なり、工具の摩耗や鋼材の再切削に伴うコストが発生しません。
機械加工やプレス加工では、切断線において金属に必ずしも完璧な結果が得られず、加工対象の材料が変形し、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。
加工方法の選択において考慮すべきもう 1 つの要素は、加工する材料の厚さです。従来の加工方法は、薄い金属の加工に適用すると困難に直面することが多く、プレス加工やプレス加工は多くの場合不向きであり、レーザー加工やウォータージェット加工は、それぞれ不均衡で許容できないレベルの熱変形や材料の破砕を引き起こします。PCE はさまざまな厚さの金属に使用できますが、重要な特性は、プレート式熱交換器などに使用される薄い金属板にも、アセンブリの完全性にとって重要な平面度を損なうことなく加工できることです。
プレートが使用される主要な分野の一つは燃料電池用途であり、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、銅、および各種特殊合金で作られています。
燃料電池に使用される金属板は、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。金属板は非常に強度が高く、優れた電気伝導性により冷却性能が向上し、エッチングによって極めて薄く加工できるためスタックを短くすることができ、チャネル内に方向性のある表面仕上げがありません。また、プレートの成形とチャネルの形成を同時に行うことができ、前述のように金属に熱応力が発生しないため、完全な平坦性が確保されます。
PCEプロセスは、エアウェイの深さやマニホールドの形状など、すべての主要基板寸法において再現性の高い公差を保証し、厳しい圧力損失仕様を満たす部品を製造することができます。
化学エッチングシートを使用するその他の産業には、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、プレートを積み重ねて拡散接合またはろう付けして、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」式熱交換器よりも最大6倍小さくすることができ、優れたスペースと重量のメリットを提供します。
PCEを使用して製造された熱交換器は、非常に堅牢で効率的であり、極低温から摂氏900度までの温度範囲に対応しながら、600バール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可能で、配管やバルブに関する要件を大幅に削減できます。反応と混合もプレート式熱交換器の設計に統合できるため、単一ユニットでコスト効率よく機能を追加できます。
今日、効率的かつ省スペースな放熱に対する要求は、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は、いわゆる熱ホットスポットを生み出し、長寿命を確保するためには最適な放熱が必要となります。
2Dおよび3D PCEを使用することで、熱交換器内に定義された幅と深さを持つマイクロチャネルを作製し、最小限の面積で放熱媒体を選択することができます。可能なチャネル設計にはほぼ制限がありません。
さらに、エッチングプロセスは設計の革新と幾何学的自由度を高めるため、波状のチャネルエッジと深さを用いることで、層流ではなく乱流を促進することができます。冷却媒体中の乱流は、熱源と接触している冷却液が常に変化することを意味し、熱交換効率を高めます。熱交換器のマイクロチャネルにおけるこのような波状構造や不規則性は、PCEによって容易に生成できますが、他の製造プロセスでは生成不可能またはコストがかかりすぎます。
PCE（光電子加工）のスペシャリストであるmicrometal GmbHは、価格競争力のある光電子ツールを用いて、高い再現精度で高品質な加工部品を製造しています。
個々のマイクロチャネルプレートは、（例えば拡散溶接によって）様々な3D形状に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活用し、お客様が個々のマイクロチャネルプレートまたは一体型のマイクロチャネル熱交換器ブロックを購入できるオプションを提供しています。
金属的性質を有し、2種類以上の化学元素から構成され、少なくとも1種類は金属である物質。
切削加工中に工具と工作物の界面で流体温度の上昇を抑制します。通常は液体状で、溶解性または化学混合物（半合成、合成）ですが、加圧空気やその他のガスの場合もあります。水は大量の熱を吸収する能力があるため、さまざまな切削油の冷却剤およびキャリアとして広く使用されており、水と切削油の比率は加工作業によって異なります。切削油、半合成切削油、可溶性油切削油、合成切削油を参照してください。
1. 気体、液体、または固体中の成分の分布で、組成がすべての部分で均一になる傾向があること。2. 原子または分子が物質内で自発的に新しい場所に移動すること。
電解液を通して工作物と導電性工具の間を電流が流れる加工方法。制御された速度で工作物から金属を溶解する化学反応が開始されます。従来の切削方法とは異なり、工作物の硬度は影響しないため、ECMは難削材に適しています。電気化学研削、電気化学ホーニング、電気化学旋削の形態があります。
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、表面を剥がして平らにしたものと考えることができます。リニアモーターを使用して軸の動きを駆動する主な利点は、ほとんどのCNC工作機械で使用されているボールねじアセンブリシステムによって引き起こされる非効率性や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の広い構成要素。計測器のカットオフ設定よりも間隔の広いすべての不規則性を含みます。フロー、ライ、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・ビジネススクールのビジネス・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・ボール記念経済学特別教授を務めています。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ました。著書2冊と60以上の学術論文を執筆しており、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ています。