판형 열교환기는 다양한 산업 분야에서 사용되며, 주로 금속판을 이용하여 두 유체 사이에서 열을 전달합니다.
냉각 유체의 접촉면적이 넓어 열 전달이 최적화되고 온도 변화 속도가 크게 향상되기 때문에, 냉각 유체가 기존 열교환기(일반적으로 한 유체가 담긴 코일형 튜브가 다른 유체가 담긴 챔버를 통과하는 구조)보다 성능이 뛰어나므로 사용이 빠르게 증가하고 있습니다.
판형 열교환기에서는 코일이 챔버를 통과하는 대신, 일반적으로 얇은 두께의 챔버 두 개가 가장 넓은 표면에 골이 진 금속판으로 분리되어 번갈아 배치됩니다. 챔버가 얇은 이유는 액체 부피의 대부분이 판과 접촉하여 열 교환을 용이하게 하기 위함입니다.
이러한 열교환판은 전통적으로 스탬핑이나 딥 드로잉과 같은 기존 기계 가공을 사용하여 제작되었지만, 최근에는 광화학 에칭(PCE)이 이러한 까다로운 응용 분야에 사용할 수 있는 가장 효율적이고 비용 효율적인 제조 기술로 입증되었습니다. 전기화학 가공(ECM)은 매우 정밀한 부품을 대량 생산할 수 있는 또 다른 대안 기술이지만, 이 공정은 초기 투자 비용이 매우 높고, 전도성 재료에만 적용 가능하며, 에너지 소비가 많고, 공구 설계 및 제작이 어렵고, 공작물의 부식 문제가 항상 골칫거리였습니다.
판형 열교환기의 양면에는 스탬핑이나 기계 가공으로는 구현하기 어려운 매우 복잡한 형상이 있는 경우가 많지만, PCE(압축 성형)를 사용하면 이러한 형상을 손쉽게 구현할 수 있습니다. 또한 PCE는 판의 양면에 동시에 형상을 생성할 수 있어 시간을 크게 절약할 수 있으며, 스테인리스강, 인코넬 617, 알루미늄, 티타늄 등 다양한 금속에 적용할 수 있습니다.
PCE 공정은 몇 가지 고유한 특성 덕분에 판금 가공에서 스탬핑 및 기계 가공에 매력적인 대안을 제공합니다. 포토레지스트와 에칭액을 사용하여 선택된 영역을 정밀하게 화학적으로 처리하는 이 공정은 재료의 물성을 보존하고, 버(burr)와 응력이 없으며, 윤곽이 깨끗하고 열영향부가 없는 부품을 생산합니다. 또한, 유체 에칭 매체는 판재에 사용되는 유체 냉각 매체에 최적의 구조를 제공합니다. 이러한 구조는 부식에 취약한 모서리나 가장자리가 없습니다.
PCE는 반복 제작이 용이하고 비용이 저렴한 디지털 또는 유리 툴을 사용한다는 점을 고려할 때, 기존의 기계 가공 및 스탬핑 방식에 비해 비용 효율적이고 높은 정확도와 빠른 제조 속도를 제공하는 대안입니다. 이는 시제품 툴 제작 시 상당한 비용 절감을 의미하며, 스탬핑 및 기계 가공 방식과 달리 툴 마모 및 강철 재절삭에 따른 비용이 발생하지 않습니다.
기계 가공 및 스탬핑은 절단선에서 금속에 완벽하지 못한 결과를 초래할 수 있으며, 종종 가공되는 재료가 변형되고 버, 열영향부 및 재용융층이 남게 됩니다. 또한 이러한 공정은 열교환판과 같이 더 작고 복잡하며 정밀한 금속 부품에 필요한 세부 해상도를 충족해야 합니다.
가공 공정 선택 시 고려해야 할 또 다른 요소는 가공할 재료의 두께입니다. 기존 공정은 얇은 금속 가공에 적용할 때 어려움을 겪는 경우가 많으며, 스탬핑 및 프레스 가공은 많은 경우 적합하지 않고, 레이저 가공과 워터젯 가공은 각각 과도하고 허용할 수 없는 수준의 열 변형과 재료 파쇄를 초래합니다. PCE는 다양한 두께의 금속에 사용할 수 있지만, 특히 판형 열교환기에 사용되는 것과 같은 얇은 금속 시트에서도 평탄도를 손상시키지 않고 가공할 수 있다는 점이 핵심적인 특징입니다. 평탄도는 조립체의 무결성에 매우 중요합니다.
판재가 사용되는 주요 분야는 스테인리스강, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 구리 및 다양한 특수 합금으로 만들어지는 연료 전지 응용 분야입니다.
연료 전지에 사용되는 금속판은 다른 재료에 비해 여러 가지 장점을 가지고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 금속판은 매우 강할 뿐만 아니라, 냉각 효율을 높이기 위해 우수한 전기 전도성을 제공하며, 에칭 공정을 통해 매우 얇게 제작할 수 있어 적층 길이를 단축할 수 있고, 채널 내부에 방향성 표면 처리가 되어 있지 않습니다. 또한, 판 성형과 채널 제작을 동시에 진행할 수 있으며, 앞서 언급했듯이 금속에 열 응력이 발생하지 않아 완벽한 평탄도를 보장합니다.
PCE 공정은 공기 통로 깊이 및 매니폴드 형상을 포함한 모든 키보드 치수에 대해 반복 가능한 공차를 보장하며, 엄격한 압력 강하 사양에 맞춰 부품을 제조할 수 있습니다.
화학적 에칭 처리된 판재를 사용하는 다른 산업 분야로는 선형 모터, 항공우주, 석유화학 및 화학 산업이 있습니다. 제작 후, 판재들을 쌓아 확산 접합 또는 브레이징하여 열교환기의 핵심부를 만듭니다. 완성된 열교환기는 기존의 "쉘 앤 튜브" 열교환기보다 최대 6배까지 크기가 작아 공간 및 무게 측면에서 탁월한 이점을 제공합니다.
PCE를 사용하여 생산된 열교환기는 매우 견고하고 효율적이며, 600bar의 압력을 견딜 수 있을 뿐 아니라 극저온에서 900°C에 이르는 온도 범위에도 적응할 수 있습니다. 두 개 이상의 공정 흐름을 하나의 장치로 결합할 수 있어 배관 및 밸브에 대한 요구 사항을 크게 줄일 수 있습니다. 또한 반응 및 혼합 기능을 판형 열교환기 설계에 통합하여 단일 장치에 기능을 비용 효율적으로 추가할 수 있습니다.
오늘날 효율적이고 공간 절약적인 열 방출에 대한 요구 사항은 많은 개발 엔지니어에게 엄청난 과제를 안겨줍니다. 전기 및 마이크로시스템 기술에서 많은 부품의 소형화는 소위 열 핫스팟을 생성하며, 이러한 핫스팟의 최적 열 방출은 긴 서비스 수명을 보장하는 데 필수적입니다.
2D 및 3D PCE를 사용하면 열교환기 내부에 폭과 깊이가 정해진 미세 채널을 제작하여 최소 면적에서 열 방출 매체를 선택할 수 있습니다. 가능한 채널 설계에는 거의 제한이 없습니다.
또한, 에칭 공정은 설계 혁신과 기하학적 자유를 촉진하기 때문에, 물결 모양의 채널 가장자리와 깊이를 활용하면 층류가 아닌 난류를 유도할 수 있습니다. 냉각 매체 내의 난류는 열원과 접촉하는 냉각수가 끊임없이 변화함을 의미하며, 이는 열 교환 효율을 향상시킵니다. 이러한 물결 모양과 불규칙한 형태의 열교환기 미세 채널 구조는 PCE(압전 에칭) 공정을 통해 쉽게 구현할 수 있지만, 다른 제조 공정으로는 불가능하거나 비용이 많이 드는 경우가 많습니다.
PCE 전문 기업인 micrometal GmbH는 경쟁력 있는 가격의 광전자 장비를 사용하여 높은 수준의 반복 정확도를 갖춘 고품질 가공품을 생산합니다.
개별 마이크로채널 플레이트는 확산 용접 등의 방법을 통해 다양한 3D 형상에 부착할 수 있습니다. 마이크로메탈은 풍부한 경험을 보유한 파트너 네트워크를 활용하여 고객에게 개별 마이크로채널 플레이트 또는 일체형 마이크로채널 열교환기 블록을 구매할 수 있는 옵션을 제공합니다.
금속성을 띠며 두 가지 이상의 화학 원소로 구성되고, 그중 적어도 하나는 금속인 물질.
가공 중 공구/공작물 접촉면에서의 유체 온도 상승을 줄여줍니다. 일반적으로 액체 형태이며, 용해성 또는 화학 혼합물(반합성, 합성)을 사용하지만, 가압 공기 또는 기타 가스를 사용할 수도 있습니다. 물은 열을 많이 흡수하는 능력이 있어 냉각제 및 다양한 절삭유의 운반체로 널리 사용되며, 물과 절삭유의 비율은 가공 작업에 따라 달라집니다. 절삭유, 반합성 절삭유, 수용성 오일 절삭유, 합성 절삭유를 참조하십시오.
1. 기체, 액체 또는 고체 내에서 성분이 분포되어 모든 부분에서 조성이 균일해지는 현상. 2. 원자 또는 분자가 물질 내에서 자발적으로 새로운 위치로 이동하는 현상.
전기화학적 가공(ECM)은 전해액을 통해 공작물과 전도성 공구 사이에 전류가 흐르는 공정입니다. 이 공정은 화학 반응을 일으켜 제어된 속도로 공작물에서 금속을 용해시킵니다. 기존 절삭 방식과 달리 공작물의 경도가 중요하지 않으므로 가공하기 어려운 재료에도 적합합니다. 전기화학적 가공에는 전기화학적 연삭, 전기화학적 호닝, 전기화학적 선삭 등이 있습니다.
선형 모터는 공작기계의 회전 모터와 기능적으로 동일하며, 표준 영구 자석 회전 모터를 축 방향으로 절단한 후 코팅을 벗겨 평평하게 펼친 것으로 생각할 수 있습니다. 선형 모터를 사용하여 축 운동을 구동하는 가장 큰 장점은 대부분의 CNC 공작기계에 사용되는 볼 스크류 조립 시스템으로 인한 비효율성과 기계적 차이를 제거할 수 있다는 것입니다.
표면 질감의 구성 요소 간격이 넓습니다. 기기 차단 설정보다 간격이 넓은 모든 불규칙성을 포함합니다. 흐름, 왜곡, 거칠기를 참조하십시오.
마이클 J. 힉스 박사는 볼 스테이트 대학교 밀러 경영대학원의 비즈니스 및 경제 연구 센터 소장이자 조지 앤 프랜시스 볼 석좌 경제학 교수입니다. 힉스 박사는 테네시 대학교에서 경제학 박사 및 석사 학위를, 버지니아 군사학교에서 경제학 학사 학위를 받았습니다. 그는 두 권의 저서와 60편 이상의 학술 논문을 발표했으며, 조세 및 지출 정책, 월마트가 지역 경제에 미치는 영향 등 주 및 지방 공공 정책에 중점을 두고 연구해 왔습니다.