Plaatwarmtewisselaars worden in veel industriële toepassingen gebruikt en maken hoofdzakelijk gebruik van metalen platen om warmte tussen twee vloeistoffen over te dragen.
Het gebruik ervan neemt snel toe omdat ze beter presteren dan traditionele warmtewisselaars (meestal een spiraalvormige buis met één vloeistof die door een kamer met een andere vloeistof stroomt). Dit komt doordat de te koelen vloeistof een groter contactoppervlak heeft, wat de warmteoverdracht optimaliseert en de snelheid van de temperatuurverandering aanzienlijk verhoogt.
In plaats van spiralen die door de kamers lopen, heeft een platenwarmtewisselaar twee afwisselende kamers, meestal dun, gescheiden door gegolfde metalen platen op hun breedste oppervlak. De kamer is dun, omdat dit ervoor zorgt dat het grootste deel van het vloeistofvolume in contact komt met de plaat, wat de warmteoverdracht bevordert.
Dergelijke warmtewisselaars werden traditioneel vervaardigd met behulp van stempelen of conventionele bewerkingstechnieken zoals dieptrekken, maar recent is fotochemisch etsen (PCE) de meest efficiënte en kosteneffectieve fabricagetechniek gebleken voor deze veeleisende toepassing. Elektrochemisch bewerken (ECM) is een andere alternatieve technologie waarmee zeer nauwkeurige onderdelen in batches kunnen worden geproduceerd, maar dit proces vereist een zeer hoge investering vooraf, is beperkt tot geleidende materialen, verbruikt veel energie, het ontwerp en de fabricage van gereedschappen is complex, en corrosie van de werkstukken, machinegereedschappen en opspaninrichtingen is altijd een probleem geweest.
Vaak bevatten beide zijden van een platenwarmtewisselaar extreem complexe structuren die soms niet mogelijk zijn met stempelen en bewerken, maar die met PCE (Platelet-Coating Elements) eenvoudig te realiseren zijn. Bovendien kan PCE tegelijkertijd structuren aan beide zijden van de plaat aanbrengen, wat aanzienlijke tijd bespaart, en kan het proces worden toegepast op een reeks verschillende metalen, waaronder roestvrij staal, Inconel 617, aluminium en titanium.
Door een aantal inherente eigenschappen van het proces biedt PCE een aantrekkelijk alternatief voor stempelen en bewerken in plaatmetaaltoepassingen. Door gebruik te maken van fotolak en etsmiddel om geselecteerde gebieden nauwkeurig chemisch te bewerken, behoudt het proces de materiaaleigenschappen, levert het braam- en spanningsvrije onderdelen op met strakke contouren en zonder door hitte beïnvloede zones. Bovendien creëert het vloeibare etsmedium een ​​optimale structuur voor het vloeibare koelmedium dat in de plaat wordt gebruikt. Deze structuren hebben geen hoeken en randen die gevoelig zijn voor corrosie.
In combinatie met het feit dat PCE gebruikmaakt van eenvoudig herhaalbare en goedkope digitale of glazen gereedschappen, biedt het een kosteneffectief, zeer nauwkeurig en snel productiealternatief voor traditionele bewerkingstechnieken en stempelen. Dit betekent aanzienlijke kostenbesparingen bij de productie van prototypegereedschappen, en in tegenstelling tot stempelen en bewerkingstechnieken is er geen gereedschapslijtage en zijn er geen kosten verbonden aan het opnieuw snijden van staal.
Verspanen en stempelen kunnen bij metaal op de snijlijn minder dan perfecte resultaten opleveren, waarbij het bewerkte materiaal vaak vervormt en bramen, warmte-beïnvloede zones en hergesmolten lagen achterblijven. Bovendien streven deze processen ernaar de detailresolutie te bereiken die vereist is voor kleinere, complexere en nauwkeurigere metalen onderdelen, zoals warmtewisselaarplaten.
Een andere factor om rekening mee te houden bij de proceskeuze is de dikte van het te bewerken materiaal. Traditionele processen ondervinden vaak problemen bij de bewerking van dun metaal; stempelen en persen zijn in veel gevallen ongeschikt, terwijl laser- en waterstraalsnijden respectievelijk leiden tot onevenredige en onaanvaardbare niveaus van thermische vervorming en materiaalfragmentatie. Hoewel PCE kan worden gebruikt voor diverse metaaldiktes, is een belangrijk kenmerk dat het kan werken op dunnere metalen platen, zoals die gebruikt worden in platenwarmtewisselaars, zonder de vlakheid aan te tasten, wat cruciaal is voor de integriteit van de constructie.
Een belangrijk toepassingsgebied voor platen is brandstofceltechnologie. Ze worden vervaardigd uit roestvrij staal, aluminium, nikkel, titanium, koper en diverse speciale legeringen.
Het is gebleken dat metalen platen in brandstofcellen veel voordelen bieden ten opzichte van andere materialen. Ze zijn zeer sterk, bieden een uitstekende geleidbaarheid voor betere koeling, kunnen extreem dun worden vervaardigd door middel van etsen, wat resulteert in kortere stapels, en hebben geen directionele oppervlakteafwerking binnen het kanaal. Platen kunnen tegelijkertijd worden gevormd en kanalen kunnen tegelijkertijd worden gecreëerd, en zoals hierboven vermeld, ontstaat er geen thermische spanning in het metaal, wat een absolute vlakheid garandeert.
Het PCE-proces garandeert herhaalbare toleranties op alle belangrijke afmetingen van de printplaat, inclusief de diepte van de luchtkanalen en de geometrie van het verdeelstuk, en kan onderdelen produceren die voldoen aan strenge specificaties voor drukverlies.
Andere industrieën die chemisch geëtste platen gebruiken, zijn onder andere lineaire motoren, de lucht- en ruimtevaart, de petrochemische en chemische industrie. Na de fabricage worden de platen op elkaar gestapeld en door middel van diffusie of solderen aan elkaar verbonden om de kern van de warmtewisselaar te vormen. Afgewerkte warmtewisselaars kunnen tot zes keer kleiner zijn dan traditionele "shell-and-tube" warmtewisselaars, wat aanzienlijke voordelen oplevert op het gebied van ruimte en gewicht.
Warmtewisselaars die met behulp van PCE worden geproduceerd, zijn bovendien zeer robuust en efficiënt. Ze zijn bestand tegen een druk van 600 bar en passen zich aan een temperatuurbereik aan van cryogene temperaturen tot 900 graden Celsius. Het is mogelijk om meer dan twee processtromen in één unit te combineren, waardoor de eisen aan leidingen en kleppen aanzienlijk worden verlaagd. Reactie en menging kunnen ook in het ontwerp van de platenwarmtewisselaar worden geïntegreerd, wat op een kosteneffectieve manier extra functionaliteit in één unit oplevert.
De huidige eisen voor efficiënte en ruimtebesparende warmteafvoer vormen een enorme uitdaging voor veel ontwikkelaars. De miniaturisatie van veel componenten in elektrische en microsysteemtechnologie creëert zogenaamde thermische hotspots, die optimale warmteafvoer vereisen om een ​​lange levensduur te garanderen.
Met behulp van 2D- en 3D-PCE kunnen microkanalen met gedefinieerde breedtes en diepten in warmtewisselaars worden vervaardigd, waardoor warmteafvoermedia in een zo klein mogelijk oppervlak kunnen worden geselecteerd. De mogelijke kanaalontwerpen zijn vrijwel onbeperkt.
Bovendien, omdat het etsproces innovatie in ontwerp en geometrische vrijheid stimuleert, kan turbulente stroming in plaats van laminaire stroming worden bevorderd door het gebruik van golvende kanaalranden en -diepten. Turbulente stroming in het koelmedium betekent dat de koelvloeistof die in contact staat met de warmtebron constant verandert, waardoor de warmteoverdracht efficiënter wordt. Dergelijke golvingen en onregelmatigheden in microkanalen in warmtewisselaars kunnen eenvoudig worden geproduceerd met PCE, maar zijn niet mogelijk of te kostbaar om te produceren met alternatieve fabricageprocessen.
PCE-specialist micrometal GmbH gebruikt scherp geprijsde opto-elektronische gereedschappen om hoogwaardige werkstukken te produceren met een hoge mate van herhaalbare nauwkeurigheid.
Afzonderlijke microkanaalplaten kunnen (bijvoorbeeld door middel van diffusielassen) aan diverse 3D-geometrieën worden bevestigd. Micrometal maakt gebruik van een ervaren partnernetwerk dat klanten de mogelijkheid biedt om individuele microkanaalplaten of complete microkanaal-warmtewisselaarblokken aan te schaffen.
Een stof met metaalachtige eigenschappen, bestaande uit twee of meer chemische elementen, waarvan er ten minste één een metaal is.
Het doel is om de temperatuurstijging van de vloeistof bij het gereedschap/werkstuk-contactvlak tijdens het bewerken te verminderen. Meestal is dit in vloeibare vorm, zoals oplosbare of chemische mengsels (semi-synthetisch, synthetisch), maar het kan ook perslucht of andere gassen zijn. Vanwege het vermogen om grote hoeveelheden warmte te absorberen, wordt water veel gebruikt als koelvloeistof en drager voor verschillende snijvloeistoffen. De verhouding water tot snijvloeistof varieert afhankelijk van de bewerkingstaak. Zie ook snijvloeistof; semi-synthetische snijvloeistof; oplosbare oliesnijvloeistof; synthetische snijvloeistof.
1. Diffusie van een component in een gas, vloeistof of vaste stof die ertoe leidt dat de componenten uniformer worden. 2. Een atoom of molecuul verplaatst zich spontaan naar een nieuwe locatie binnen het materiaal.
Een bewerking waarbij elektrische stroom tussen een werkstuk en een geleidend gereedschap door een elektrolyt loopt. Dit initieert een chemische reactie die metaal uit het werkstuk op een gecontroleerde manier oplost. In tegenstelling tot conventionele snijmethoden speelt de hardheid van het werkstuk geen rol, waardoor ECM geschikt is voor moeilijk te bewerken materialen. Voorbeelden zijn elektrochemisch slijpen, elektrochemisch honen en elektrochemisch draaien.
Een lineaire motor is functioneel hetzelfde als een roterende motor in een werktuigmachine. Je kunt hem zien als een standaard roterende motor met permanente magneet, die axiaal in het midden is doorgesneden, vervolgens gestript en platgelegd. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van lineaire motoren voor het aandrijven van asbewegingen is dat de inefficiënties en mechanische verschillen die worden veroorzaakt door de kogelomloopspindelsystemen die in de meeste CNC-werktuigmachines worden gebruikt, worden geëlimineerd.
Grotere tussenruimtes in de oppervlaktestructuur. Inclusief alle onregelmatigheden met een grotere tussenruimte dan de afsnij-instelling van het instrument. Zie Vloei; Liggend; Ruwheid.
Dr. Michael J. Hicks is directeur van het Center for Business and Economic Research en de George and Francis Ball Distinguished Professor of Economics aan de Miller School of Business van Ball State University. Hicks behaalde zijn doctoraat en master in economie aan de University of Tennessee en een bachelordiploma in economie aan het Virginia Military Institute. Hij is auteur van twee boeken en meer dan 60 wetenschappelijke publicaties over overheidsbeleid op staats- en lokaal niveau, waaronder belasting- en uitgavenbeleid en de impact van Walmart op lokale economieën.