Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và chủ yếu sử dụng các tấm kim loại để truyền nhiệt giữa hai chất lỏng.
Việc sử dụng chúng đang tăng nhanh chóng vì chúng hoạt động hiệu quả hơn các bộ trao đổi nhiệt truyền thống (thường là một ống xoắn chứa một chất lỏng đi qua một buồng chứa chất lỏng khác) do chất lỏng được làm mát có diện tích tiếp xúc bề mặt lớn hơn, giúp tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt và làm tăng đáng kể tốc độ thay đổi nhiệt độ.
Thay vì các ống dẫn đi xuyên qua các buồng, trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, có hai buồng xen kẽ, thường có chiều sâu mỏng, được ngăn cách bởi các tấm kim loại lượn sóng ở bề mặt lớn nhất của chúng. Buồng được thiết kế mỏng vì điều này đảm bảo phần lớn thể tích chất lỏng tiếp xúc với tấm, hỗ trợ quá trình trao đổi nhiệt.
Các tấm trao đổi nhiệt như vậy theo truyền thống được chế tạo bằng phương pháp dập hoặc gia công cơ khí thông thường như dập sâu, nhưng gần đây, phương pháp khắc quang hóa (PCE) đã chứng minh là kỹ thuật chế tạo hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất hiện có cho ứng dụng đòi hỏi khắt khe này. Gia công điện hóa (ECM) là một công nghệ thay thế khác có thể sản xuất các bộ phận rất chính xác theo lô, nhưng quy trình này đòi hỏi mức đầu tư ban đầu rất cao, bị hạn chế về vật liệu dẫn điện, tiêu thụ nhiều năng lượng, thiết kế và chế tạo dụng cụ khó khăn, và sự ăn mòn phôi gia công và đồ gá luôn là một vấn đề nan giải.
Thông thường, cả hai mặt của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm đều chứa các chi tiết cực kỳ phức tạp, đôi khi vượt quá khả năng của phương pháp dập và gia công cơ khí, nhưng lại dễ dàng thực hiện được bằng phương pháp PCE. Ngoài ra, PCE có thể tạo ra các chi tiết trên cả hai mặt của tấm cùng một lúc, tiết kiệm đáng kể thời gian, và quy trình này có thể được áp dụng cho nhiều loại kim loại khác nhau, bao gồm thép không gỉ, Inconel 617, nhôm và titan.
Nhờ một số đặc điểm vốn có của quy trình, PCE mang đến một giải pháp thay thế hấp dẫn cho việc dập và gia công trong các ứng dụng kim loại tấm. Bằng cách sử dụng chất cản quang và chất ăn mòn để xử lý hóa học chính xác các khu vực được chọn, quy trình này giúp bảo toàn các đặc tính vật liệu, tạo ra các chi tiết không có gờ và ứng suất, với đường viền sạch và không có vùng ảnh hưởng nhiệt. Ngoài ra, môi trường ăn mòn dạng lỏng tạo ra cấu trúc tối ưu cho môi trường làm mát dạng lỏng được sử dụng trong tấm. Các cấu trúc này không có các góc và cạnh dễ bị ăn mòn.
Kết hợp với thực tế là PCE sử dụng các công cụ kỹ thuật số hoặc thủy tinh dễ lặp lại và có chi phí thấp, nó cung cấp một giải pháp sản xuất thay thế hiệu quả về chi phí, độ chính xác cao và nhanh chóng so với các kỹ thuật gia công truyền thống và dập khuôn. Điều này có nghĩa là tiết kiệm chi phí đáng kể khi sản xuất các công cụ nguyên mẫu, và không giống như các kỹ thuật dập khuôn và gia công, không có sự hao mòn công cụ và chi phí liên quan đến việc cắt lại thép.
Gia công cơ khí và dập khuôn có thể tạo ra kết quả không hoàn hảo trên kim loại tại đường cắt, thường làm biến dạng vật liệu được gia công và để lại các gờ, vùng ảnh hưởng nhiệt và các lớp tái kết tinh. Ngoài ra, chúng còn cố gắng đáp ứng độ phân giải chi tiết cần thiết cho các bộ phận kim loại nhỏ hơn, phức tạp hơn và chính xác hơn như các tấm trao đổi nhiệt.
Một yếu tố khác cần xem xét trong việc lựa chọn quy trình là độ dày của vật liệu cần gia công. Các quy trình truyền thống thường gặp khó khăn khi áp dụng cho gia công kim loại mỏng, dập và ép trong nhiều trường hợp không phù hợp, trong khi cắt bằng laser và cắt bằng tia nước dẫn đến mức độ biến dạng nhiệt và phân mảnh vật liệu không cân xứng và không thể chấp nhận được. Mặc dù PCE có thể được sử dụng với nhiều độ dày kim loại khác nhau, nhưng một đặc tính quan trọng là nó có thể hoạt động trên các tấm kim loại mỏng hơn, chẳng hạn như những tấm được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, mà không ảnh hưởng đến độ phẳng, điều này rất quan trọng đối với tính toàn vẹn của cụm lắp ráp.
Một lĩnh vực quan trọng mà các tấm này được sử dụng là trong các ứng dụng pin nhiên liệu được làm từ thép không gỉ, nhôm, niken, titan, đồng và một loạt các hợp kim đặc biệt.
Các tấm kim loại trong pin nhiên liệu được phát hiện có nhiều ưu điểm hơn so với các vật liệu khác. Đồng thời, chúng rất bền, có khả năng dẫn điện tuyệt vời giúp làm mát tốt hơn, có thể được chế tạo cực mỏng bằng phương pháp khắc, dẫn đến các cụm tấm ngắn hơn, và không có bề mặt định hướng bên trong kênh. Các tấm có thể được tạo hình và các kênh được tạo ra cùng một lúc, và như đã đề cập ở trên, không có ứng suất nhiệt nào được tạo ra trong kim loại, đảm bảo độ phẳng tuyệt đối.
Quy trình PCE đảm bảo dung sai lặp lại trên tất cả các kích thước của bo mạch chủ, bao gồm độ sâu đường dẫn khí và hình dạng ống dẫn, và có thể sản xuất các bộ phận đáp ứng các thông số kỹ thuật giảm áp suất nghiêm ngặt.
Các ngành công nghiệp khác sử dụng tấm kim loại được khắc bằng hóa chất bao gồm động cơ tuyến tính, hàng không vũ trụ, công nghiệp hóa dầu và hóa chất. Sau khi chế tạo, các tấm được xếp chồng lên nhau và liên kết khuếch tán hoặc hàn lại với nhau để tạo thành lõi của bộ trao đổi nhiệt. Bộ trao đổi nhiệt hoàn chỉnh có thể nhỏ hơn đến sáu lần so với bộ trao đổi nhiệt "ống và vỏ" truyền thống, mang lại lợi thế tuyệt vời về không gian và trọng lượng.
Bộ trao đổi nhiệt được sản xuất bằng PCE cũng rất bền và hiệu quả, có khả năng chịu được áp suất 600 bar đồng thời thích ứng với dải nhiệt độ từ nhiệt độ cực thấp đến 900 độ C. Có thể kết hợp hơn hai dòng quy trình vào một thiết bị và đáp ứng các yêu cầu về đường ống và van được giảm thiểu đáng kể. Phản ứng và trộn cũng có thể được tích hợp vào thiết kế bộ trao đổi nhiệt dạng tấm, giúp tăng thêm chức năng một cách tiết kiệm chi phí trong một thiết bị duy nhất.
Những yêu cầu hiện nay về tản nhiệt hiệu quả và tiết kiệm không gian đặt ra những thách thức to lớn cho nhiều kỹ sư phát triển. Việc thu nhỏ nhiều linh kiện trong công nghệ điện và vi hệ thống tạo ra các điểm nóng nhiệt, đòi hỏi khả năng tản nhiệt tối ưu để đảm bảo tuổi thọ lâu dài.
Sử dụng công nghệ PCE 2D và 3D, các kênh dẫn siêu nhỏ với chiều rộng và chiều sâu xác định có thể được chế tạo trong bộ trao đổi nhiệt để lựa chọn môi chất tản nhiệt trong diện tích nhỏ nhất. Hầu như không có giới hạn nào đối với các thiết kế kênh dẫn có thể thực hiện được.
Hơn nữa, vì quy trình khắc tạo cảm hứng cho sự đổi mới thiết kế và tự do hình học, dòng chảy rối thay vì dòng chảy tầng có thể được thúc đẩy thông qua việc sử dụng các cạnh và độ sâu kênh lượn sóng. Dòng chảy rối trong môi chất làm mát có nghĩa là chất làm mát tiếp xúc với nguồn nhiệt liên tục thay đổi, giúp trao đổi nhiệt hiệu quả hơn. Những chỗ lượn sóng và không đều như vậy trong các kênh siêu nhỏ trong bộ trao đổi nhiệt dễ dàng được tạo ra bằng phương pháp khắc ăn mòn bằng laser (PCE), nhưng không thể hoặc quá tốn kém để tạo ra bằng các quy trình sản xuất thay thế.
Công ty chuyên về vi kim loại PCE GmbH sử dụng các công cụ quang điện tử có giá cả cạnh tranh để sản xuất các chi tiết chất lượng cao với độ chính xác lặp lại cao.
Các tấm vi kênh riêng lẻ có thể được gắn (ví dụ: bằng phương pháp hàn khuếch tán) vào nhiều hình dạng 3D khác nhau. Micrometal sử dụng mạng lưới đối tác giàu kinh nghiệm, cho phép khách hàng lựa chọn mua các tấm vi kênh riêng lẻ hoặc các khối trao đổi nhiệt vi kênh tích hợp.
Một chất có tính chất kim loại và bao gồm hai hoặc nhiều nguyên tố hóa học, trong đó ít nhất một nguyên tố là kim loại.
Giảm sự tăng nhiệt độ chất lỏng tại giao diện giữa dụng cụ và phôi trong quá trình gia công. Thường ở dạng lỏng, chẳng hạn như hỗn hợp hòa tan hoặc hóa học (bán tổng hợp, tổng hợp), nhưng cũng có thể là không khí nén hoặc các loại khí khác. Do khả năng hấp thụ lượng nhiệt lớn, nước được sử dụng rộng rãi làm chất làm mát và chất mang cho các hợp chất cắt gọt khác nhau, và tỷ lệ nước so với hợp chất thay đổi tùy thuộc vào nhiệm vụ gia công. Xem thêm: chất làm mát cắt gọt; chất làm mát cắt gọt bán tổng hợp; chất làm mát cắt gọt dầu hòa tan; chất làm mát cắt gọt tổng hợp.
1. Sự khuếch tán của một thành phần trong chất khí, chất lỏng hoặc chất rắn, có xu hướng làm cho các thành phần trở nên đồng nhất. 2. Một nguyên tử hoặc phân tử tự di chuyển đến một vị trí mới trong vật liệu.
Gia công điện hóa là một quá trình trong đó dòng điện chạy giữa phôi và dụng cụ dẫn điện thông qua chất điện phân. Quá trình này khởi phát một phản ứng hóa học làm hòa tan kim loại từ phôi với tốc độ được kiểm soát. Không giống như các phương pháp cắt gọt thông thường, độ cứng của phôi không phải là yếu tố quyết định, do đó gia công điện hóa phù hợp với các vật liệu khó gia công. Gia công điện hóa bao gồm mài điện hóa, mài tinh điện hóa và tiện điện hóa.
Về mặt chức năng, tương tự như động cơ quay trong máy công cụ, động cơ tuyến tính có thể được coi là một động cơ quay nam châm vĩnh cửu tiêu chuẩn, được cắt dọc theo trục ở giữa, sau đó được bóc vỏ và đặt nằm ngang. Ưu điểm chính của việc sử dụng động cơ tuyến tính để dẫn động chuyển động trục là nó loại bỏ được những sự thiếu hiệu quả và sai lệch cơ học do hệ thống vít me bi được sử dụng trong hầu hết các máy công cụ CNC gây ra.
Các thành phần có khoảng cách rộng hơn trong kết cấu bề mặt. Bao gồm tất cả các chỗ gồ ghề có khoảng cách rộng hơn cài đặt cắt của thiết bị. Xem Dòng chảy; Nằm ngang; Độ nhám.
Tiến sĩ Michael J. Hicks là Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Kinh doanh và Kinh tế, đồng thời là Giáo sư Kinh tế danh dự George và Francis Ball tại Trường Kinh doanh Miller thuộc Đại học Ball State. Ông Hicks nhận bằng Tiến sĩ và Thạc sĩ Kinh tế từ Đại học Tennessee và bằng Cử nhân Kinh tế từ Học viện Quân sự Virginia. Ông đã viết hai cuốn sách và hơn 60 ấn phẩm học thuật tập trung vào chính sách công cấp tiểu bang và địa phương, bao gồm chính sách thuế và chi tiêu cũng như tác động của Walmart đối với nền kinh tế địa phương.