Wymienniki ciepła płytowe są stosowane w wielu zastosowaniach przemysłowych. Do przenoszenia ciepła między dwoma płynami wykorzystują głównie płyty metalowe.
Ich zastosowanie szybko rośnie, ponieważ przewyższają one tradycyjne wymienniki ciepła (zwykle zwiniętą rurą zawierającą jeden płyn, który przechodzi przez komorę zawierającą inny płyn), gdyż chłodzony płyn ma większą powierzchnię styku, co optymalizuje wymianę ciepła i znacznie zwiększa szybkość zmian temperatury.
Zamiast cewek przechodzących przez komory, w płytowym wymienniku ciepła znajdują się dwie naprzemienne komory, zwykle cienkie, oddzielone na największych powierzchniach falistymi płytami metalowymi. Komora jest cienka, ponieważ dzięki temu większość objętości cieczy styka się z płytą, co wspomaga wymianę ciepła.
Tradycyjnie takie płyty wymiany ciepła wytwarzano metodą tłoczenia lub konwencjonalną obróbką, taką jak głębokie tłoczenie, ale ostatnio trawienie fotochemiczne (PCE) okazało się najskuteczniejszą i najbardziej ekonomiczną techniką wytwarzania dostępną w tym wymagającym zastosowaniu. Obróbka elektrochemiczna (ECM) to kolejna alternatywna technologia, która umożliwia wytwarzanie bardzo precyzyjnych części w partiach, ale proces ten wymaga bardzo wysokich początkowych nakładów inwestycyjnych, jest ograniczony do materiałów przewodzących, zużywa dużo energii, projektowanie i wytwarzanie narzędzi jest trudne, a obrabiany przedmiot Korozja narzędzi i osprzętu maszynowego zawsze była problemem.
Często obie strony płytowego wymiennika ciepła zawierają niezwykle złożone elementy, których uzyskanie wykracza poza możliwości tłoczenia i obróbki mechanicznej, ale można je łatwo uzyskać przy użyciu PCE. Ponadto PCE może generować elementy po obu stronach płyty jednocześnie, co pozwala zaoszczędzić znaczną ilość czasu. Proces ten można stosować do wielu różnych metali, w tym stali nierdzewnej, stopu Inconel 617, aluminium i tytanu.
Ze względu na pewne wrodzone cechy procesu PCE oferuje atrakcyjną alternatywę dla tłoczenia i obróbki mechanicznej blach. Wykorzystując fotorezyst i środek trawiący do precyzyjnej obróbki chemicznej wybranych obszarów, proces ten charakteryzuje się zachowaniem właściwości materiału, częściami bez zadziorów i naprężeń o czystych konturach oraz bez stref wpływu ciepła. Ponadto płynne medium trawiące tworzy optymalną strukturę dla płynnego medium chłodzącego stosowanego w płycie. Struktury te nie mają narożników ani krawędzi podatnych na korozję.
W połączeniu z faktem, że PCE wykorzystuje łatwe do powtarzania i tanie narzędzia cyfrowe lub szklane, stanowi to ekonomiczną, precyzyjną i szybką alternatywę produkcyjną dla tradycyjnych technik obróbki skrawaniem i tłoczenia. Oznacza to znaczne oszczędności kosztów przy produkcji prototypowych narzędzi, a w przeciwieństwie do technik tłoczenia i obróbki skrawaniem, nie występuje zużycie narzędzi ani koszty związane z ponownym cięciem stali.
Obróbka mechaniczna i tłoczenie mogą dawać dalekie od ideału rezultaty w metalu na linii cięcia, często odkształcając obrabiany materiał i pozostawiając zadziory, strefy wpływu ciepła i warstwy przetopione. Ponadto dążą oni do spełnienia rozdzielczości szczegółów wymaganej w przypadku mniejszych, bardziej złożonych i precyzyjnych części metalowych, takich jak płyty wymienników ciepła.
Kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze procesu, jest grubość obrabianego materiału. Tradycyjne procesy często napotykają trudności w przypadku obróbki cienkich blach. W wielu przypadkach tłoczenie i wytłaczanie są nieodpowiednie, natomiast cięcie laserowe i wodne prowadzi do nieproporcjonalnie dużych i niedopuszczalnych poziomów odkształceń cieplnych i fragmentacji materiału. Podczas gdy PCE można stosować w metalach o różnych grubościach, kluczową cechą jest to, że można nim obrabiać cieńsze arkusze metalu, takie jak te stosowane w płytowych wymiennikach ciepła, bez utraty płaskości, co ma kluczowe znaczenie dla integralności zespołu.
Kluczowym obszarem zastosowania płyt są ogniwa paliwowe wykonane ze stali nierdzewnej, aluminium, niklu, tytanu, miedzi i szeregu specjalistycznych stopów.
Metalowe płytki stosowane w ogniwach paliwowych wykazują wiele zalet w porównaniu z innymi materiałami. Są jednocześnie bardzo wytrzymałe, zapewniają doskonałą przewodność, co przekłada się na lepsze chłodzenie, można je wytwarzać z niezwykle cienkich warstw metodą trawienia, co pozwala na tworzenie krótszych stosów, a także nie mają kierunkowego wykończenia powierzchni w kanale. Płyty i kanały można formować w tym samym czasie, a jak wspomniano powyżej, w metalu nie powstają żadne naprężenia cieplne, co zapewnia absolutną płaskość.
Proces PCE gwarantuje powtarzalne tolerancje wszystkich wymiarów płyty głównej, w tym głębokości kanału powietrznego i geometrii kolektora, a także umożliwia produkcję części spełniających rygorystyczne specyfikacje dotyczące spadku ciśnienia.
Inne gałęzie przemysłu, w których wykorzystuje się blachy trawione chemicznie, to m.in. silniki liniowe, przemysł lotniczy, petrochemiczny i chemiczny. Po wytworzeniu płyty są układane w stosy i łączone dyfuzyjnie lub lutowane, tworząc rdzeń wymiennika ciepła. Gotowe wymienniki ciepła mogą być nawet sześć razy mniejsze od tradycyjnych wymienników ciepła typu „płaszcz i rura”, co zapewnia doskonałe korzyści w zakresie przestrzeni i masy.
Wymienniki ciepła produkowane z wykorzystaniem PCE są również bardzo wytrzymałe i wydajne, wytrzymują ciśnienie 600 barów, a jednocześnie są dostosowane do zakresu temperatur od kriogenicznych do 900 stopni Celsjusza. Możliwe jest łączenie więcej niż dwóch strumieni procesowych w jednym urządzeniu, a wymagania dotyczące rur i zaworów zostają znacznie ograniczone. Reakcję i mieszanie można również zintegrować z konstrukcją płytowego wymiennika ciepła, co pozwala na ekonomiczne dodanie funkcjonalności w jednym urządzeniu.
Dzisiejsze wymagania dotyczące wydajnego i oszczędzającego miejsce odprowadzania ciepła stawiają ogromne wyzwania wielu inżynierom zajmującym się rozwojem urządzeń. Miniaturyzacja wielu komponentów w technologii elektrycznej i mikrosystemowej powoduje powstawanie tzw. gorących punktów, które wymagają optymalnego odprowadzania ciepła w celu zapewnienia długiej żywotności.
Dzięki zastosowaniu technologii PCE 2D i 3D możliwe jest tworzenie mikrokanałów o zdefiniowanej szerokości i głębokości w wymiennikach ciepła, co pozwala na dobór ośrodka rozpraszającego ciepło na jak najmniejszej powierzchni. Możliwości projektowania kanałów są praktycznie nieograniczone.
Ponadto, ponieważ proces trawienia inspiruje innowacyjne projektowanie i swobodę geometryczną, przepływ turbulentny, w przeciwieństwie do przepływu laminarnego, można promować poprzez zastosowanie falistych krawędzi i głębokości kanałów. Przepływ turbulentny w ośrodku chłodzącym oznacza, że ​​chłodziwo w kontakcie ze źródłem ciepła stale się zmienia, co zwiększa efektywność wymiany ciepła. Takie pofałdowania i nieregularności w mikrokanalikach w wymiennikach ciepła są łatwe do wytworzenia przez PCE, ale nie da się ich uzyskać przy użyciu alternatywnych procesów produkcyjnych lub jest to zbyt kosztowne.
Firma PCE micrometal GmbH, specjalizująca się w obróbce metali, wykorzystuje konkurencyjne cenowo narzędzia optoelektroniczne do produkcji wysokiej jakości detali o wysokim stopniu powtarzalnej dokładności.
Pojedyncze płyty mikrokanalikowe można mocować (np. metodą spawania dyfuzyjnego) do różnych geometrii 3D. Firma micrometal współpracuje z doświadczoną siecią partnerów, która daje klientom możliwość zakupu pojedynczych płyt mikrokanalikowych lub integralnych bloków wymienników ciepła z mikrokanalikami.
Substancja posiadająca właściwości metaliczne i składająca się z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych, z których przynajmniej jeden jest metalem.
Zmniejsza wzrost temperatury płynu na styku narzędzia/przedmiotu obrabianego podczas obróbki. Zwykle występuje w postaci ciekłej, takiej jak mieszaniny rozpuszczalne lub chemiczne (półsyntetyczne, syntetyczne), ale może to być również sprężone powietrze lub inne gazy. Ze względu na zdolność do pochłaniania dużych ilości ciepła, woda jest powszechnie stosowana jako chłodziwo i nośnik różnych środków obróbkowych, a stosunek wody do środka zmienia się w zależności od zadania obróbkowego. Zobacz płyn obróbkowy; półsyntetyczny płyn obróbkowy; rozpuszczalny olejowy płyn obróbkowy; syntetyczny płyn obróbkowy.
1. Dyfuzja składnika w gazie, cieczy lub ciele stałym, która powoduje ujednolicenie składników. 2. Atom lub cząsteczka spontanicznie przemieszcza się w nowe miejsce w materiale.
Operacja, w której prąd elektryczny przepływa między obrabianym przedmiotem a przewodzącym narzędziem przez elektrolit. Rozpoczyna się reakcja chemiczna, która rozpuszcza metal w obrabianym przedmiocie w kontrolowanym tempie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod cięcia, twardość obrabianego przedmiotu nie ma znaczenia, dzięki czemu ECM nadaje się do obróbki materiałów trudnych w obróbce. Obróbka elektrochemiczna może mieć postać szlifowania elektrochemicznego, honowania elektrochemicznego i toczenia elektrochemicznego.
Pod względem funkcjonalnym silnik liniowy można porównać do silnika obrotowego w obrabiarce, natomiast można go traktować jako standardowy silnik obrotowy z magnesami trwałymi, przecięty osiowo na środku, a następnie rozebrany i rozłożony na płasko. Główną zaletą stosowania silników liniowych do napędzania ruchu osi jest eliminacja nieefektywnych rozwiązań i różnic mechanicznych, które występują w systemach montażowych ze śrubami kulowymi stosowanych w większości obrabiarek CNC.
Komponenty o większych odstępach w fakturze powierzchni. Należy uwzględnić wszystkie nierówności o odstępach większych niż ustawienie odcięcia przyrządu. Zobacz Przepływ; Leżenie; Chropowatość.
Dr Michael J. Hicks jest dyrektorem Centrum Badań Biznesowych i Ekonomicznych oraz profesorem ekonomii im. George’a i Francisa Ball w Miller School of Business na Ball State University. Hicks uzyskał tytuł doktora i magistra ekonomii na University of Tennessee oraz tytuł licencjata ekonomii w Virginia Military Institute. Jest autorem dwóch książek i ponad 60 publikacji naukowych poświęconych polityce publicznej na szczeblu stanowym i lokalnym, w tym polityce podatkowej i wydatkowej oraz wpływowi sieci Walmart na lokalne gospodarki.