Пластинчатые теплообменники широко применяются в промышленности и в основном используют металлические пластины для передачи тепла между двумя жидкостями.
Их использование быстро растёт, поскольку они превосходят традиционные теплообменники (обычно это спиральная трубка, содержащая одну жидкость, которая проходит через камеру, содержащую другую жидкость), так как охлаждаемая жидкость имеет большую площадь контакта, что оптимизирует теплопередачу и значительно увеличивает скорость изменения температуры.
Вместо змеевиков, проходящих через камеры, в пластинчатом теплообменнике используются две чередующиеся камеры, обычно тонкие по глубине, разделенные гофрированными металлическими пластинами на самых больших поверхностях. Тонкость камеры обеспечивает контакт большей части объема жидкости с пластиной, способствуя теплообмену.
Традиционно такие теплообменные пластины изготавливались методом штамповки или традиционной механической обработки, например, глубокой вытяжки, но в последнее время фотохимическое травление (ФХТ) доказало свою эффективность и экономичность как наиболее подходящий метод изготовления для таких сложных задач. Электрохимическая обработка (ЭХО) — еще одна альтернативная технология, позволяющая изготавливать очень точные детали партиями, но этот процесс требует очень высоких первоначальных инвестиций, ограничен использованием проводящих материалов, потребляет много энергии, проектирование и изготовление инструментов затруднительны, а коррозия заготовки, станков и приспособлений всегда была проблемой.
Часто обе стороны пластинчатого теплообменника содержат чрезвычайно сложные элементы, которые иногда выходят за рамки возможностей штамповки и механической обработки, но легко достигаются с помощью технологии PCE. Кроме того, технология PCE позволяет одновременно создавать элементы с обеих сторон пластины, что значительно экономит время, и этот процесс может применяться к различным металлам, включая нержавеющую сталь, инконель 617, алюминий и титан.
Благодаря некоторым присущим этому процессу особенностям, PCE предлагает привлекательную альтернативу штамповке и механической обработке листового металла. Использование фоторезиста и травителя для точной химической обработки выбранных участков обеспечивает сохранение свойств материала, получение деталей без заусенцев и напряжений, с чистыми контурами и без зон термического воздействия. Кроме того, жидкая среда травления создает оптимальную структуру для жидкой охлаждающей среды, используемой в пластине. Эти структуры не имеют углов и кромок, подверженных коррозии.
В сочетании с тем фактом, что технология PCE использует легко воспроизводимые и недорогие цифровые или стеклянные инструменты, она обеспечивает экономически эффективную, высокоточную и быструю альтернативу традиционным методам механической обработки и штамповки. Это означает значительную экономию средств при изготовлении прототипов инструментов, и, в отличие от штамповки и механической обработки, отсутствует износ инструмента и затраты, связанные с повторной резкой стали.
Механическая обработка и штамповка могут давать не совсем идеальные результаты на металле по линии резания, часто деформируя обрабатываемый материал и оставляя заусенцы, зоны термического воздействия и переплавленные слои. Кроме того, они стремятся обеспечить требуемую детализацию для более мелких, сложных и точных металлических деталей, таких как теплообменные пластины.
Еще одним фактором, который следует учитывать при выборе процесса, является толщина обрабатываемого материала. Традиционные процессы часто сталкиваются с трудностями при обработке тонких металлических деталей: штамповка и прессование во многих случаях непригодны, в то время как лазерная и гидроабразивная резка приводят к непропорциональному и неприемлемому уровню термической деформации и фрагментации материала соответственно. Хотя PCE можно использовать для обработки металла различной толщины, ключевым свойством является возможность работы с более тонкими металлическими листами, такими как те, которые используются в пластинчатых теплообменниках, без ущерба для плоскостности, что имеет решающее значение для целостности сборки.
Одной из ключевых областей применения пластин является использование в топливных элементах, изготовленных из нержавеющей стали, алюминия, никеля, титана, меди и ряда специальных сплавов.
Было обнаружено, что металлические пластины в топливных элементах обладают множеством преимуществ перед другими материалами. В то же время они очень прочны, обеспечивают превосходную проводимость для лучшего охлаждения, могут быть изготовлены чрезвычайно тонкими с помощью травления, что приводит к уменьшению длины пакетов, и не имеют направленной обработки поверхности внутри канала. Пластины могут быть сформированы, а каналы созданы одновременно, и, как упоминалось выше, в металле не создается термического напряжения, что обеспечивает абсолютную плоскостность.
Технология PCE обеспечивает повторяемость допусков по всем размерам клавиатуры, включая глубину воздуховодов и геометрию коллектора, и позволяет изготавливать детали с жесткими требованиями к перепаду давления.
К другим отраслям, использующим листы, полученные методом химического травления, относятся линейные двигатели, аэрокосмическая, нефтехимическая и химическая промышленность. После изготовления пластины укладываются друг на друга и свариваются диффузионной сваркой или пайкой, образуя сердцевину теплообменника. Готовые теплообменники могут быть до шести раз меньше традиционных кожухотрубных теплообменников, что обеспечивает значительные преимущества в плане занимаемого пространства и веса.
Теплообменники, изготовленные с использованием пластинчатых теплообменников, также отличаются высокой прочностью и эффективностью, способны выдерживать давление до 600 бар и работать в диапазоне температур от криогенных до 900 градусов Цельсия. Возможно объединение более двух технологических потоков в одном блоке, что значительно снижает требования к трубопроводам и клапанам. В конструкцию пластинчатого теплообменника также можно интегрировать процессы реакции и смешивания, что позволяет экономично расширить функциональность одного устройства.
Современные требования к эффективному и компактному отводу тепла представляют собой огромную проблему для многих инженеров-разработчиков. Миниатюризация многих компонентов в электротехнике и микросистемах создает так называемые тепловые точки, для обеспечения длительного срока службы которых требуется оптимальный отвод тепла.
Используя 2D и 3D PCE, можно изготавливать микроканалы с заданной шириной и глубиной в теплообменниках для выбора теплоотводящей среды на минимальной площади. Практически нет ограничений на возможные конструкции каналов.
Кроме того, поскольку процесс травления вдохновляет на инновации в дизайне и геометрическую свободу, турбулентный поток, в отличие от ламинарного, может быть стимулирован за счет использования волнистых краев и глубины каналов. Турбулентный поток в охлаждающей среде означает, что охлаждающая жидкость, контактирующая с источником тепла, постоянно меняется, что повышает эффективность теплообмена. Такие гофрированные и неровные поверхности в микроканалах теплообменников легко создаются методом PCE, но их невозможно или слишком дорого изготовить с использованием альтернативных производственных процессов.
Компания micrometal GmbH, специализирующаяся на производстве изделий из оптоэлектроники, использует доступные по цене оптоэлектронные инструменты для изготовления высококачественных заготовок с высокой степенью повторяемости точности.
Отдельные микроканальные пластины могут быть прикреплены (например, методом диффузионной сварки) к различным трехмерным геометрическим формам. Компания micrometal использует сеть опытных партнеров, которая предоставляет клиентам возможность приобретать как отдельные микроканальные пластины, так и цельные блоки микроканальных теплообменников.
Вещество, обладающее металлическими свойствами и состоящее из двух или более химических элементов, по меньшей мере один из которых является металлом.
Снижает повышение температуры жидкости на границе раздела инструмент/заготовка во время обработки. Обычно используется в жидкой форме, например, в виде растворимых веществ или химических смесей (полусинтетических, синтетических), но также может быть сжатым воздухом или другими газами. Благодаря своей способности поглощать большое количество тепла, вода широко используется в качестве охлаждающей жидкости и носителя для различных режущих составов, а соотношение воды и состава варьируется в зависимости от обрабатываемой задачи. См. также: режущая жидкость; полусинтетическая режущая жидкость; растворимая масляная режущая жидкость; синтетическая режущая жидкость.
1. Диффузия компонента в газе, жидкости или твердом теле, которая стремится к однородности компонентов. 2. Атом или молекула самопроизвольно перемещаются в новое место внутри материала.
Электрохимическая обработка (ЭХО) — это операция, при которой электрический ток протекает между заготовкой и проводящим инструментом через электролит. Она инициирует химическую реакцию, которая растворяет металл из заготовки с контролируемой скоростью. В отличие от традиционных методов резки, твердость заготовки не является определяющим фактором, что делает ЭХО подходящей для обработки труднообрабатываемых материалов. Она может применяться в виде электрохимического шлифования, электрохимического хонингования и электрохимической токарной обработки.
По своей функциональности линейный двигатель аналогичен вращательному двигателю в станке: его можно рассматривать как стандартный вращательный двигатель с постоянными магнитами, разрезанный по центру вдоль оси, затем очищенный и уложенный горизонтально. Главное преимущество использования линейных двигателей для привода осей заключается в устранении неэффективности и механических различий, вызванных системами шариковинтовых передач, используемыми в большинстве станков с ЧПУ.
Компоненты с более широким интервалом в текстуре поверхности. Включите все неровности, расположенные на большем расстоянии, чем заданное значение порогового значения прибора. См. Течение; Положение; Шероховатость.
Доктор Майкл Дж. Хикс — директор Центра деловых и экономических исследований и заслуженный профессор экономики имени Джорджа и Фрэнсиса Болла в Школе бизнеса Миллера при Университете Болл Стейт. Хикс получил степень доктора философии и магистра экономики в Университете Теннесси, а также степень бакалавра экономики в Военном институте Вирджинии. Он является автором двух книг и более 60 научных публикаций, посвященных государственной и местной политике, включая налоговую и бюджетную политику, а также влияние Walmart на местную экономику.