เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นมีอยู่ในงานอุตสาหกรรมหลายประเภทและใช้แผ่นโลหะเป็นหลักในการถ่ายเทความร้อนระหว่างของเหลวสองชนิด
การใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีประสิทธิภาพดีกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบดั้งเดิม (โดยปกติจะเป็นท่อขดภายในมีของเหลวชนิดหนึ่งที่ไหลผ่านห้องที่มีของเหลวอีกชนิดหนึ่งอยู่) เนื่องจากของเหลวที่ถูกทำให้เย็นลงมีพื้นที่สัมผัสที่มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและเพิ่มอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้อย่างมาก
แทนที่จะให้ขดลวดผ่านห้อง ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น จะมีห้องสลับกันสองห้อง โดยปกติจะมีความลึกบาง คั่นด้วยแผ่นโลหะลูกฟูกที่พื้นผิวที่ใหญ่ที่สุด ห้องนี้มีขนาดบาง เพื่อให้มั่นใจว่าของเหลวส่วนใหญ่จะสัมผัสกับแผ่น จึงช่วยในการแลกเปลี่ยนความร้อน
แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าวได้รับการประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้การปั๊มหรือการตัดเฉือนแบบธรรมดา เช่น การดึงลึก แต่เมื่อไม่นานมานี้ การกัดด้วยแสงเคมี (PCE) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเทคนิคการผลิตที่มีประสิทธิภาพและคุ้มต้นทุนที่สุดสำหรับการใช้งานที่เข้มงวดนี้ การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้าเคมี (ECM) เป็นเทคโนโลยีทางเลือกอีกทางหนึ่งที่สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำมากเป็นชุดๆ แต่กระบวนการนี้ต้องใช้การลงทุนล่วงหน้าในระดับสูงมาก จำกัดเฉพาะวัสดุที่มีสภาพเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ใช้พลังงานมาก การออกแบบและผลิตเครื่องมือนั้นยาก และการกัดกร่อนของชิ้นงานของเครื่องมือเครื่องจักรและอุปกรณ์ต่างๆ มักจะเป็นปัญหาปวดหัวอยู่เสมอ
บ่อยครั้งที่ทั้งสองด้านของแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อนมีคุณลักษณะที่ซับซ้อนอย่างมาก ซึ่งบางครั้งเกินความสามารถในการปั๊มและการตัดเฉือน แต่สามารถทำได้อย่างง่ายดายโดยใช้ PCE นอกจากนี้ PCE ยังสามารถสร้างคุณลักษณะบนทั้งสองด้านของแผ่นได้พร้อมกัน ช่วยประหยัดเวลาได้อย่างมาก และกระบวนการนี้สามารถนำไปใช้กับโลหะต่าง ๆ ได้มากมาย รวมถึงสแตนเลส อินโคเนล 617 อะลูมิเนียม และไททาเนียม
เนื่องจากลักษณะเฉพาะบางประการของกระบวนการ PCE จึงเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการปั๊มและการตัดเฉือนในงานแผ่นโลหะ โดยใช้สารโฟโตเรซิสต์และสารกัดกร่อนในการประมวลผลพื้นที่ที่เลือกอย่างแม่นยำทางเคมี กระบวนการนี้จึงมีคุณสมบัติของวัสดุที่คงอยู่ ชิ้นส่วนที่ไม่มีเสี้ยนและความเครียด พร้อมรูปทรงที่สะอาด และไม่มีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน นอกจากนี้ ตัวกลางการกัดกร่อนของไหลยังสร้างโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดสำหรับตัวกลางระบายความร้อนของไหลที่ใช้ในแผ่น โครงสร้างเหล่านี้ไม่มีมุมและขอบที่จะเกิดการกัดกร่อนได้
เมื่อรวมกับข้อเท็จจริงที่ว่า PCE ใช้เครื่องมือดิจิทัลหรือแก้วที่ทำซ้ำได้ง่ายและมีต้นทุนต่ำ จึงทำให้เป็นทางเลือกในการผลิตที่มีประสิทธิภาพด้านต้นทุน ความแม่นยำสูง และรวดเร็วสำหรับเทคนิคการตัดเฉือนและการปั๊มแบบดั้งเดิม ซึ่งหมายความว่าสามารถประหยัดต้นทุนได้อย่างมากเมื่อผลิตเครื่องมือต้นแบบ และไม่เหมือนกับเทคนิคการปั๊มและการตัดเฉือน การตัดเหล็กใหม่จะไม่ทำให้เครื่องมือสึกหรอหรือมีค่าใช้จ่ายใดๆ เลย
การตัดเฉือนและการปั๊มอาจสร้างผลลัพธ์ที่ไม่สมบูรณ์แบบบนโลหะที่แนวตัด ซึ่งมักจะทำให้วัสดุที่ถูกกลึงเสียรูปและทิ้งรอยเสี้ยน บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และชั้นหล่อใหม่ นอกจากนี้ ยังพยายามให้ตรงตามความละเอียดรายละเอียดที่จำเป็นสำหรับชิ้นส่วนโลหะที่มีขนาดเล็ก ซับซ้อนกว่า และแม่นยำกว่า เช่น แผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน
ปัจจัยอีกประการหนึ่งที่ต้องพิจารณาในการเลือกกระบวนการคือความหนาของวัสดุที่จะกลึง กระบวนการแบบดั้งเดิมมักจะพบกับความยากลำบากเมื่อนำไปใช้กับการแปรรูปโลหะบาง การปั๊มและการปั๊มมักไม่เหมาะสม ในขณะที่การตัดด้วยเลเซอร์และน้ำจะทำให้เกิดการเสียรูปเนื่องจากความร้อนและการแตกของวัสดุที่ไม่สมส่วนและไม่สามารถยอมรับได้ตามลำดับ แม้ว่าจะสามารถใช้ PCE กับโลหะที่มีความหนาหลากหลายได้ แต่คุณลักษณะหลักคือสามารถใช้กับแผ่นโลหะที่บางกว่าได้ เช่น แผ่นโลหะที่ใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น โดยไม่กระทบต่อความเรียบ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญต่อความสมบูรณ์ของชุดประกอบ
พื้นที่สำคัญที่มีการใช้แผ่นโลหะคือในแอปพลิเคชันเซลล์เชื้อเพลิงที่ทำจากสแตนเลส อะลูมิเนียม นิกเกิล ไททาเนียม ทองแดง และโลหะผสมพิเศษหลายชนิด
จากการศึกษาพบว่าแผ่นโลหะในเซลล์เชื้อเพลิงมีข้อได้เปรียบเหนือวัสดุอื่น ๆ หลายประการ ในขณะเดียวกัน แผ่นโลหะเหล่านี้ยังแข็งแรงมาก ให้สภาพนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยมเพื่อการระบายความร้อนที่ดีขึ้น สามารถผลิตให้บางมากได้โดยใช้การกัดกร่อน ส่งผลให้จำนวนแผ่นโลหะเรียงกันสั้นลง และไม่มีพื้นผิวสำเร็จแบบมีทิศทางภายในช่องโลหะ สามารถสร้างแผ่นโลหะและสร้างช่องโลหะได้ในเวลาเดียวกัน และดังที่กล่าวไว้ข้างต้น โลหะจะไม่เกิดความเครียดจากความร้อน จึงรับประกันความเรียบเสมอกันอย่างแน่นอน
กระบวนการ PCE รับประกันความคลาดเคลื่อนที่ทำซ้ำได้บนทุกมิติของแผงปุ่มหลัก รวมทั้งความลึกของทางเดินอากาศและรูปทรงของท่อร่วม และสามารถผลิตชิ้นส่วนให้ตรงตามข้อกำหนดการลดแรงดันที่เข้มงวดได้
อุตสาหกรรมอื่นๆ ที่ใช้แผ่นที่ผ่านกระบวนการกัดด้วยสารเคมี ได้แก่ มอเตอร์เชิงเส้น อวกาศ ปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมเคมี หลังจากการผลิต แผ่นต่างๆ จะถูกวางซ้อนกันและเชื่อมติดกันด้วยวิธีการแพร่กระจายหรือบัดกรีเพื่อสร้างแกนกลางของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เสร็จสมบูรณ์แล้วอาจมีขนาดเล็กกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ “เปลือกและท่อ” ​​แบบดั้งเดิมถึง 6 เท่า ทำให้ได้ข้อได้เปรียบด้านพื้นที่และน้ำหนักที่ยอดเยี่ยม
ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ผลิตโดยใช้ PCE นั้นยังแข็งแรงและมีประสิทธิภาพสูงมาก โดยสามารถทนต่อแรงดัน 600 บาร์ในขณะที่สามารถปรับให้เข้ากับช่วงอุณหภูมิตั้งแต่อุณหภูมิต่ำมากไปจนถึง 900 องศาเซลเซียสได้ นอกจากนี้ยังสามารถรวมกระแสกระบวนการมากกว่าสองกระแสเข้าเป็นหน่วยเดียวและตอบสนองความต้องการด้านท่อและวาล์วได้อย่างมาก ปฏิกิริยาและการผสมยังสามารถรวมเข้าในการออกแบบตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นได้อีกด้วย ซึ่งช่วยเพิ่มฟังก์ชันการทำงานในหน่วยเดียวได้อย่างคุ้มต้นทุน
ความต้องการการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพและประหยัดพื้นที่ในปัจจุบันสร้างความท้าทายมหาศาลให้กับวิศวกรพัฒนาหลายๆ คน การทำให้ส่วนประกอบต่างๆ มีขนาดเล็กลงในเทคโนโลยีไฟฟ้าและไมโครซิสเต็มทำให้เกิดจุดร้อนทางความร้อน ซึ่งต้องมีการกระจายความร้อนอย่างเหมาะสมเพื่อให้มั่นใจถึงอายุการใช้งานที่ยาวนาน
การใช้ PCE แบบ 2 มิติและ 3 มิติ สามารถสร้างไมโครแชนเนลที่มีความกว้างและความลึกที่กำหนดไว้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อเลือกสื่อการระบายความร้อนในพื้นที่ที่เล็กที่สุดได้ โดยแทบไม่มีข้อจำกัดใดๆ ในการออกแบบช่องที่เป็นไปได้
นอกจากนี้ เนื่องจากกระบวนการแกะสลักเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดนวัตกรรมการออกแบบและอิสระทางเรขาคณิต จึงสามารถส่งเสริมการไหลแบบปั่นป่วนซึ่งตรงข้ามกับการไหลแบบลามินาร์ได้โดยใช้ขอบและความลึกของช่องแบบคลื่น การไหลแบบปั่นป่วนในตัวกลางทำความเย็นหมายความว่าสารทำความเย็นที่สัมผัสกับแหล่งความร้อนจะเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ซึ่งทำให้การแลกเปลี่ยนความร้อนมีประสิทธิภาพมากขึ้น รอยย่นและความไม่เรียบดังกล่าวในไมโครแชนเนลในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถผลิตขึ้นได้ง่ายด้วย PCE แต่ไม่สามารถผลิตได้หรือมีต้นทุนสูงเกินไปหากใช้กระบวนการผลิตแบบอื่น
บริษัทผู้เชี่ยวชาญด้าน PCE บริษัท micrometal GmbH ใช้เครื่องมือออปโตอิเล็กทรอนิกส์ราคาแข่งขันได้เพื่อผลิตชิ้นงานคุณภาพสูงด้วยความแม่นยำในการทำซ้ำในระดับสูง
สามารถติดแผ่นไมโครแชนแนลแต่ละแผ่นเข้ากับรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติต่างๆ ได้ (เช่น โดยการเชื่อมแบบแพร่กระจาย) Micrometal ใช้เครือข่ายพันธมิตรที่มีประสบการณ์ซึ่งช่วยให้ลูกค้ามีตัวเลือกในการซื้อแผ่นไมโครแชนแนลแต่ละแผ่นหรือบล็อกตัวแลกเปลี่ยนความร้อนไมโครแชนแนลที่รวมเป็นชิ้นเดียว
สารที่มีคุณสมบัติเป็นโลหะและประกอบด้วยธาตุทางเคมี 2 ชนิดขึ้นไป โดยอย่างน้อย 1 ชนิดเป็นโลหะ
ลดอุณหภูมิของของเหลวที่เพิ่มขึ้นที่ส่วนต่อประสานเครื่องมือ/ชิ้นงานในระหว่างการตัดเฉือน โดยปกติจะอยู่ในรูปของเหลว เช่น ส่วนผสมที่ละลายน้ำได้หรือทางเคมี (กึ่งสังเคราะห์ สังเคราะห์) แต่ยังอาจเป็นอากาศที่มีแรงดันหรือก๊าซอื่นๆ ได้ด้วย เนื่องจากความสามารถในการดูดซับความร้อนในปริมาณมาก น้ำจึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารหล่อเย็นและตัวพาสำหรับสารประกอบการตัดต่างๆ และอัตราส่วนของน้ำต่อสารประกอบจะแตกต่างกันไปตามงานการตัดเฉือน ดูของเหลวตัด; ของเหลวตัดกึ่งสังเคราะห์; ของเหลวตัดแบบน้ำมันละลายน้ำได้; ของเหลวตัดสังเคราะห์
1. การแพร่กระจายของส่วนประกอบในก๊าซ ของเหลว หรือของแข็ง ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้ส่วนประกอบมีความสม่ำเสมอ 2. อะตอมหรือโมเลกุลเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งใหม่ภายในวัสดุโดยอัตโนมัติ
การดำเนินการที่กระแสไฟฟ้าไหลระหว่างชิ้นงานและเครื่องมือนำไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรไลต์ เริ่มต้นปฏิกิริยาเคมีที่ละลายโลหะจากชิ้นงานด้วยอัตราที่ควบคุมได้ ไม่เหมือนวิธีการตัดแบบเดิม ความแข็งของชิ้นงานไม่ใช่ปัจจัย ทำให้ ECM เหมาะสำหรับวัสดุที่ตัดได้ยาก ในรูปแบบของการเจียรด้วยไฟฟ้าเคมี การลับด้วยไฟฟ้าเคมี และการกลึงด้วยไฟฟ้าเคมี
มอเตอร์เชิงเส้นมีหน้าที่คล้ายคลึงกับมอเตอร์โรเตอรี่ในเครื่องมือกล โดยสามารถคิดได้ว่าเป็นมอเตอร์โรเตอรี่แม่เหล็กถาวรแบบมาตรฐาน ซึ่งจะตัดตามแนวแกนตรงกลาง จากนั้นจึงลอกออกแล้ววางให้แบน ข้อได้เปรียบหลักของการใช้มอเตอร์เชิงเส้นในการขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของแกนก็คือ ช่วยขจัดความไม่มีประสิทธิภาพและความแตกต่างทางกลไกที่เกิดจากระบบประกอบสกรูบอลที่ใช้ในเครื่องมือกล CNC ส่วนใหญ่
ส่วนประกอบที่มีระยะห่างกว้างกว่าในพื้นผิว รวมถึงความไม่สม่ำเสมอทั้งหมดที่เว้นระยะห่างกว้างกว่าการตั้งค่าจุดตัดของเครื่องมือ ดู การไหล การนอน ความหยาบ
ดร. ไมเคิล เจ. ฮิกส์เป็นผู้อำนวยการศูนย์วิจัยธุรกิจและเศรษฐกิจและศาสตราจารย์เกียรติคุณด้านเศรษฐศาสตร์ George and Francis Ball ที่ Miller School of Business ของมหาวิทยาลัย Ball State ฮิกส์ได้รับปริญญาเอกและปริญญาโทสาขาเศรษฐศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทนเนสซีและปริญญาตรีสาขาเศรษฐศาสตร์จาก Virginia Military Institute เขาเป็นผู้แต่งหนังสือ 2 เล่มและผลงานวิชาการมากกว่า 60 ชิ้นที่มุ่งเน้นไปที่นโยบายสาธารณะของรัฐและท้องถิ่น รวมถึงนโยบายภาษีและการใช้จ่าย และผลกระทบของ Walmart ต่อเศรษฐกิจในท้องถิ่น