Пластинчатые теплообменники применяются во многих промышленных областях и в основном используют металлические пластины для передачи тепла между двумя жидкостями.
Их использование быстро растет, поскольку они превосходят традиционные теплообменники (обычно спиральную трубку, содержащую одну жидкость, проходящую через камеру, содержащую другую жидкость), поскольку 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 небольшой глубины, разделенные гофрированными металлическими пластинами на их самых больших поверхностях. Камера тонкая, поскольку это обеспечивает контакт большей части объема жидкости с пластиной, что способствует теплообмену.
Такие теплообменные пластины традиционно изготавливались с помощью штамповки или традиционной механической обработки, такой как глубокая вытяжка, но недавно фотохимическое травление (PCE) оказалось наиболее эффективным и экономичным методом изготовления, доступным для этого жесткого применения. Электрохимическая обработка (ECM) — еще одна альтернативная технология, которая позволяет изготавливать очень точные детали партиями, но этот процесс требует очень высокого уровня первоначальных инвестиций, ограничен проводящими материалами, потребляет много энергии, проектирование и изготовление инструментов сложны, а заготовка... Коррозия станков и приспособлений всегда была головной болью.
Часто обе стороны пластинчатого теплообменника содержат чрезвычайно сложные элементы, которые иногда выходят за рамки возможностей штамповки и обработки на станке, но легко достигаются с помощью PCE. Кроме того, PCE может одновременно создавать элементы на обеих сторонах пластины, что значительно экономит время, и этот процесс можно применять к различным металлам, включая нержавеющую сталь, Inconel 617, алюминий и титан.
Благодаря некоторым внутренним характеристикам процесса PCE предлагает привлекательную альтернативу штамповке и обработке листового металла. Благодаря использованию фоторезиста и травителя для точной химической обработки выбранных областей процесс 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 краев, подверженных коррозии.
В сочетании с тем фактом, что PCE использует легко воспроизводимые и недорогие цифровые или стеклянные инструменты, это обеспечивает экономически эффективную, высокоточную и быструю производственную альтернативу традиционным методам обработки и штамповки. Это означает значительную экономию средств при производстве прототипов инструментов, и в отличие от методов штамповки и обработки, не происходит износа инструмента и затрат, связанных с повторной резкой стали.
Обработка и штамповка могут давать неидеальные результаты на металле по линии реза, часто деформируя обрабатываемый материал и оставляя заусенцы, зоны термического воздействия и перелитые слои. Кроме того, они стремятся обеспечить разрешение деталей, необходимое для более мелких, сложных и точных металлических деталей, таких как теплообменные пластины.
Другим фактором, который следует учитывать при выборе процесса, является толщина обрабатываемого материала. Традиционные процессы часто сталкиваются с трудностями при обработке тонкого металла, штамповка и тиснение во многих случаях непригодны, в то время как лазерная и гидроабразивная резка приводят к непропорциональным и неприемлемым уровням термической деформации и фрагментации материала соответственно. Хотя PCE можно использовать для металлов различной толщины, ключевым свойством является то, что он может работать с более тонкими металлическими листами, например, используемыми в пластинчатых теплообменниках, не нарушая плоскостности, которая имеет решающее значение для целостности сборки. важно.
Ключевой областью использования пластин являются топливные элементы, изготовленные из нержавеющей стали, алюминия, никеля, титана, меди и ряда специальных сплавов.
Было обнаружено, что металлические пластины в топливных элементах имеют много преимуществ по сравнению с другими материалами. В то же время они очень прочные, обеспечивают превосходную электропроводность для лучшего охлаждения, могут быть изготовлены чрезвычайно тонкими с помощью травления, что приводит к более коротким стопкам, и не имеют направленной отделки поверхности внутри канала. Пластины можно формировать и создавать каналы одновременно, и, как упоминалось выше, в металле не создается термического напряжения, что обеспечивает абсолютную плоскостность.
Процесс PCE обеспечивает повторяемость допусков по всем основным размерам платы, включая глубину воздуховода и геометрию коллектора, и позволяет изготавливать детали с жесткими требованиями к перепаду давления.
Другие отрасли, в которых используются химически протравленные листы, включают линейные двигатели, аэрокосмическую, нефтехимическую и химическую промышленность. После изготовления пластины укладываются друг на друга и диффузионно свариваются или спаиваются, образуя сердцевину теплообменника. Готовые теплообменники могут быть в шесть раз меньше традиционных «кожухотрубчатых» теплообменников, что обеспечивает отличные преимущества в плане пространства и веса.
Теплообменники, изготовленные с использованием PCE, также очень прочные и эффективные, они способны выдерживать давление 600 бар и адаптироваться к диапазону температур от криогеники до 900 градусов по Цельсию. Можно объединить более двух технологических потоков в один блок и удовлетворить требования к трубопроводам и клапанам, что значительно сокращается. Реакция и смешивание также могут быть интегрированы в конструкцию пластинчатого теплообменника, что экономически эффективно добавляет функциональность в одном блоке.
Сегодняшние требования к эффективному и компактному рассеиванию тепла представляют собой сложную задачу для многих инженеров-разработчиков. Миниатюризация многих компонентов в электротехнической и микросистемной технике создает так называемые тепловые горячие точки, требующие оптимального рассеивания тепла для обеспечения длительного срока службы.
Используя 2D и 3D PCE, можно изготавливать микроканалы с заданной шириной и глубиной в теплообменниках для выбора среды рассеивания тепла на минимальной площади. Практически нет ограничений на возможные конструкции каналов.
Кроме того, поскольку процесс травления вдохновляет на инновационные разработки и геометрическую свободу, турбулентный поток в отличие от ламинарного потока может быть создан за счет использования волнистых краев и глубин каналов. Турбулентный поток в охлаждающей среде означает, что охлаждающая жидкость, контактирующая с источником тепла, постоянно меняется, что делает теплообмен более эффективным. Такие гофры и неровности в микроканалах теплообменников легко создаются с помощью PCE, но их невозможно или слишком дорого производить с использованием альтернативных производственных процессов.
Компания PCE, специализирующаяся на производстве микрометаллов, использует конкурентоспособные по цене оптоэлектронные инструменты для производства высококачественных деталей с высокой степенью повторяемости и точности.
Отдельные микроканальные пластины могут быть прикреплены (например, с помощью диффузионной сварки) к различным трехмерным геометриям. Micrometal использует опытную партнерскую сеть, которая дает клиентам возможность приобретать отдельные микроканальные пластины или интегральные блоки микроканальных теплообменников.
Вещество, обладающее металлическими свойствами и состоящее из двух или более химических элементов, по крайней мере один из которых является металлом.
Уменьшает повышение температуры жидкости на границе раздела инструмент/заготовка во время обработки. Обычно в жидкой форме, например, растворимые или химические смеси (полусинтетические, синтетические), 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 смазочно-охлаждающих жидкостей, а соотношение воды и смеси меняется в зависимости от задачи обработки. См. смазочно-охлаждающая жидкость; полусинтетическая смазочно-охлаждающая жидкость; растворимая масляная смазочно-охлаждающая жидкость; синтетическая смазочно-охлаждающая жидкость.
1. Распределение компонента в газе, жидкости или твердом теле, которое стремится сделать состав однородным во всех частях. 2. Атом или молекула самопроизвольно перемещается в новое место внутри материала.
Операция, при которой электрический ток протекает между заготовкой и токопроводящим инструментом через электролит. Инициирует химическую реакцию, которая растворяет металл из заготовки с контролируемой скоростью. В отличие от обычных методов резки, твердость заготовки не является определяющим фактором, что делает ЭХО подходящим для труднообрабатываемых материалов. В форме электрохимического шлифования, электрохимического хонингования и электрохимического точения.
Функционально линейный двигатель аналогичен роторному двигателю в станке, его можно представить как стандартный роторный двигатель с постоянными магнитами, разрезанный по оси в центре, затем зачищенный и уложенный на ровную поверхность. Главное преимущество использования линейных двигателей для перемещения по оси заключается в том, что он устраняет неэффективность и механические различия, вызванные системами шарико-винтовой сборки, используемыми в большинстве станков с ЧПУ.
Более широко расположенные компоненты в текстуре поверхности. Включают все неровности, расположенные дальше, чем настройка отсечки прибора. См. Поток; Наклонение; Шероховатость.
Доктор Майкл Дж. Хикс — директор Центра деловых и экономических исследований, а также почетный профессор экономики имени Джорджа и Фрэнсиса Болла в Школе бизнеса Миллера при Университете штата Болл. Хикс получил степень доктора философии и магистра экономики в Университете Теннесси и степень бакалавра экономики в Военном институте Вирджинии. Он является автором двух книг и более 60 научных публикаций, посвященных государственной политике на уровне штатов и на местном уровне, включая политику налогообложения и расходов, а также влияние Walmart на местную экономику.