プレート熱交換器は多くの産業用途に存在し、主に金属プレートを使用して 2 つの流体間で熱を伝達します。
冷却される流体の接触表面積が大きくなり、熱伝達が最適化され、温度変化率が大幅に増加するため、従来の熱交換器（通常、ある流体を含むコイル状のチューブが別の流体を含むチャンバーを通過する）よりも優れた性能を発揮するため、その使用が急速に増加しています。
プレート熱交換器では、チャンバーを通過するコイルの代わりに、通常深さが薄い 2 つのチャンバーが交互にあり、最大表面で波形金属プレートで分離されています。チャンバーは薄いため、液体の体積の大部分がプレートと接触し、熱交換が促進されます。
このような熱交換プレートは従来、スタンピングや深絞りなどの従来の機械加工を使用して製造されてきましたが、最近、光化学エッチング (PCE) が、この厳しい用途に利用できる最も効率的でコスト効率の高い製造技術であることが証明されました。電気化学加工 (ECM) は、非常に精密な部品をバッチで製造できるもう 1 つの代替技術ですが、このプロセスは非常に高いレベルの先行投資を必要とし、導電性材料に限定され、多くのエネルギーを消費し、ツールの設計と製造が難しく、ワークピースの腐食が発生します。工作機械や設備は常に頭の痛い問題です。
多くの場合、プレート熱交換器の両面には、スタンピングや機械加工の能力を超える非常に複雑なフィーチャーが含まれていますが、PCE を使用すると簡単に実現できます。さらに、PCE はプレートの両面にフィーチャーを同時に生成できるため、時間を大幅に節約でき、このプロセスはステンレス鋼、インコネル 617、アルミニウム、チタンなどのさまざまな金属に適用できます。
プロセスの固有の特性により、PCE は板金用途におけるスタンピングおよび機械加工の魅力的な代替手段を提供します。フォトレジストとエッチング液を使用して選択した領域を正確に化学処理することで、このプロセスは材料特性が維持され、きれいな輪郭と熱影響部のないバリや応力のない部品が得られます。さらに、流体エッチング媒体は、プレートに使用される流体冷却媒体に最適な構造を作成します。これらの構造には、腐食を受けやすい角やエッジがありません。
PCE は、簡単に再現可能で低コストのデジタルまたはガラス工具を使用するという事実と組み合わせることで、従来の機械加工技術やスタンピングに代わる、費用効果が高く、高精度で高速な製造方法を提供します。これは、プロトタイプ工具を製造する際に大幅なコスト削減を意味し、スタンピングや機械加工技術とは異なり、鋼の再切断に伴う工具の摩耗やコストが発生しません。
機械加工やスタンピングでは、金属のカットラインで完璧とは言えない結果が得られる可能性があり、多くの場合、機械加工中の材料が変形して、バリ、熱影響部、再鋳造層が残ります。さらに、熱交換プレートなど、より小さく、より複雑で、より精密な金属部品に必要な詳細解像度を満たすよう努めています。
プロセスの選択で考慮すべきもう 1 つの要素は、機械加工する材料の厚さです。従来のプロセスは、薄い金属の加工に適用すると困難に直面することが多く、スタンピングやスタンピングは多くの場合不適であり、一方、レーザーと水による切断は、それぞれ不釣り合いで許​​容できないレベルの熱変形と材料の断片化を引き起こします。PCE はさまざまな金属の厚さに使用できますが、重要な特性は、プレート熱交換器で使用されるようなより薄い金属シートでも、プレート熱交換器に重要な平面度を損なうことなく加工できることです。アセンブリの完全性。重要。
プレートが使用される主な分野は、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、銅、およびさまざまな特殊合金で作られた燃料電池用途です。
燃料電池の金属プレートは、他の材料に比べて多くの利点があることがわかっています。同時に、金属プレートは非常に強度が高く、冷却効果を高めるための優れた導電性を備え、エッチングを使用して非常に薄く製造できるため、スタックが短くなり、チャネル内に方向性のある表面仕上げがありません。プレートの形成とチャネルの作成を同時に行うことができ、前述のように、金属に熱応力が発生しないため、絶対的な平坦性が保証されます。
PCE プロセスは、気道の深さやマニホールドの形状を含むすべてのキーボード寸法で再現可能な公差を保証し、厳しい圧力降下仕様に合わせて部品を製造できます。
化学エッチングされたシートを使用する他の産業には、リニアモーター、航空宇宙、石油化学および化学産業などがあります。製造後、プレートは積み重ねられ、拡散接合またはろう付けされて熱交換器のコアが作成されます。完成した熱交換器は、従来の「シェルアンドチューブ」熱交換器よりも最大 6 倍小さくすることができ、スペースと重量で優れた利点が得られます。
PCE を使用して製造された熱交換器も非常に堅牢で効率的で、極低温から摂氏 900 度までの温度範囲に適応しながら 600 bar の圧力に耐えることができます。2 つ以上のプロセス ストリームを 1 つのユニットに組み合わせることが可能で、配管やバルブに関する要件を満たすことができ、大幅に削減されます。また、反応と混合をプレート熱交換器の設計に統合することもでき、コスト効率よく単一ユニットに機能を追加できます。
効率的かつ省スペースの熱放散に対する今日の要件は、多くの開発エンジニアにとって大きな課題となっています。電気およびマイクロシステム技術における多くのコンポーネントの小型化により、いわゆる熱ホットスポットが生じ、長寿命を確保するには最適な熱放散が必要となります。
2D および 3D PCE を使用すると、最小面積で熱放散媒体を選択するために、定義された幅と深さのマイクロチャネルを熱交換器内に製造できます。可能なチャネル設計にはほとんど制限がありません。
さらに、エッチングプロセスは設計の革新と幾何学的自由度を刺激するため、波状のチャネルエッジと深さを使用することで、層流とは対照的に乱流を促進できます。冷却媒体内の乱流は、熱源と接触する冷却剤が常に変化していることを意味し、熱交換の効率が向上します。熱交換器のマイクロチャネルにおけるこのような波形や不規則性は、PCE によって簡単に製造できますが、代替の製造プロセスを使用して製造することは不可能であり、コストが法外に高くなります。
PCE 専門の micrometal GmbH は、競争力のある価格のオプトエレクトロニクス ツールを使用して、再現性の高い精度で高品質のワークピースを製造します。
個々のマイクロチャネル プレートは、さまざまな 3D 形状に (拡散溶接などで) 取り付けることができます。micrometal は、顧客に個々のマイクロチャネル プレートまたは一体型マイクロチャネル熱交換器ブロックを購入するオプションを提供する経験豊富なパートナー ネットワークを使用しています。
金属の性質を持ち、2 つ以上の化学元素から構成され、そのうちの少なくとも 1 つが金属である物質。
加工中の工具とワークピースの界面での流体の温度上昇を抑えます。通常は可溶性または化学混合物 (半合成、合成) などの液体の形ですが、加圧空気やその他のガスの場合もあります。大量の熱を吸収する能力があるため、水はさまざまな切削剤の冷却剤およびキャリアとして広く使用されており、水と化合物の比率は加工作業によって異なります。切削液を参照してください。半合成切削液。可溶性油切削液。合成切削油。
1. 気体、液体、または固体における成分の拡散。成分を均一にする傾向があります。2.原子または分子は、材料内の新しい位置に自発的に移動します。
電解質を介してワークピースと導電性ツールの間に電流が流れる操作。制御された速度でワークピースから金属を溶解する化学反応を開始します。従来の切削方法とは異なり、ワークピースの硬度は要因ではないため、ECMは加工が難しい材料に適しています。電解研削、電気化学ホーニング、電気化学旋削の形式で行われます。
機能的には工作機械の回転モーターと同じですが、リニア モーターは、標準的な永久磁石回転モーターを中心で軸方向に切断し、剥がして平らに置いたものと考えることができます。軸の動きを駆動するためにリニア モーターを使用する主な利点は、ほとんどの CNC 工作機械で使用されているボールねじアセンブリ システムによって引き起こされる非効率性や機械的差異が排除されることです。
表面テクスチャ内のより広い間隔のコンポーネント。機器のカットオフ設定よりも広い間隔のすべての不規則性が含まれます。「フロー」を参照してください。嘘をつく。粗さ。
マイケル J. ヒックス博士は、ビジネスおよび経済研究センターの所長であり、ボール州立大学ミラー ビジネス スクールのジョージおよびフランシス ボール経済学の特別教授です。テネシー大学で経済学の修士号、バージニア軍事研究所で経済学の学士号を取得しています。税金や支出政策、ウォルマートが地域経済に及ぼす影響など、州および地方の公共政策に焦点を当てた 2 冊の書籍と 60 冊を超える学術出版物を執筆しています。