Wymienniki ciepła płytowe są stosowane w wielu zastosowaniach przemysłowych. Do przenoszenia ciepła między dwoma płynami wykorzystują głównie płyty metalowe.
Ich zastosowanie szybko rośnie, gdyż przewyższają one tradycyjne wymienniki ciepła (zwykle zwiniętą rurą zawierającą jeden płyn, która przechodzi przez komorę zawierającą inny płyn) dzięki większej powierzchni styku chłodzonego płynu, co optymalizuje wymianę ciepła i znacznie zwiększa szybkość zmian temperatury.
Zamiast cewek przechodzących przez komory, w płytowym wymienniku ciepła występują dwie naprzemienne komory, zwykle cienkie, oddzielone na największych powierzchniach falistymi płytami metalowymi. Komora jest cienka, ponieważ dzięki temu większość objętości cieczy ma kontakt z płytą, co wspomaga wymianę ciepła.
Tradycyjnie tego typu płyty wymiany ciepła wytwarzano metodą tłoczenia lub konwencjonalną obróbką, taką jak głębokie tłoczenie, ale ostatnio trawienie fotochemiczne (PCE) okazało się najskuteczniejszą i najbardziej opłacalną techniką wytwarzania dostępną w tym wymagającym zastosowaniu. Obróbka elektrochemiczna (ECM) to kolejna alternatywna technologia, która umożliwia produkcję bardzo precyzyjnych części w partiach, ale proces ten wymaga bardzo wysokich początkowych nakładów inwestycyjnych, jest ograniczony do materiałów przewodzących, zużywa dużo energii, projektowanie i produkcja narzędzi jest trudna, a obrabiany przedmiot Korozja narzędzi i osprzętu zawsze była problemem.
Często obie strony płytowego wymiennika ciepła zawierają niezwykle złożone elementy, które czasami wykraczają poza możliwości tłoczenia i obróbki skrawaniem, ale można je łatwo uzyskać przy użyciu PCE. Ponadto PCE może generować elementy po obu stronach płyty jednocześnie, co pozwala zaoszczędzić znaczną ilość czasu, a proces ten można stosować do wielu różnych metali, w tym stali nierdzewnej, Inconelu 617, aluminium i tytanu.
Ze względu na pewne wrodzone cechy procesu, PCE oferuje atrakcyjną alternatywę dla tłoczenia i obróbki mechanicznej w zastosowaniach blacharskich. Wykorzystując fotorezyst i środek trawiący do precyzyjnej obróbki chemicznej wybranych obszarów, proces ten charakteryzuje się zachowaniem właściwości materiału, częściami bez zadziorów i naprężeń o czystych konturach oraz brakiem stref wpływu ciepła. Ponadto płynne medium trawiące tworzy optymalną strukturę dla płynnego medium chłodzącego stosowanego w płycie. Struktury te nie mają narożników i krawędzi podatnych na korozję.
W połączeniu z faktem, że PCE wykorzystuje łatwe do powtórzenia i tanie narzędzia cyfrowe lub szklane, technologia ta stanowi ekonomiczną, precyzyjną i szybką alternatywę produkcyjną dla tradycyjnych technik obróbki skrawaniem i tłoczenia. Oznacza to znaczne oszczędności kosztów przy produkcji prototypowych narzędzi, a w przeciwieństwie do technik tłoczenia i obróbki skrawaniem, nie występuje zużycie narzędzi ani koszty związane z ponownym cięciem stali.
Obróbka mechaniczna i tłoczenie mogą dawać dalekie od ideału rezultaty w metalu na linii cięcia, często odkształcając obrabiany materiał i pozostawiając zadziory, strefy wpływu ciepła i warstwy przetopu. Ponadto starają się oni spełnić wymagania dotyczące rozdzielczości szczegółów wymagane w przypadku mniejszych, bardziej złożonych i precyzyjnych części metalowych, takich jak płyty wymienników ciepła.
Kolejnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze procesu, jest grubość obrabianego materiału. Tradycyjne procesy często napotykają trudności w przypadku obróbki cienkich metali. Tłoczenie i wytłaczanie w wielu przypadkach są nieodpowiednie, podczas gdy cięcie laserowe i wodne prowadzi do nieproporcjonalnych i niedopuszczalnych poziomów odkształceń cieplnych i fragmentacji materiału. Podczas gdy PCE można stosować w metalach o różnych grubościach, kluczową cechą jest to, że można go stosować do cieńszych arkuszy metalu, takich jak te stosowane w płytowych wymiennikach ciepła, bez utraty płaskości, co ma kluczowe znaczenie dla integralności zespołu.
Kluczowym obszarem zastosowania płyt są ogniwa paliwowe wykonane ze stali nierdzewnej, aluminium, niklu, tytanu, miedzi i szeregu specjalistycznych stopów.
Metalowe płytki stosowane w ogniwach paliwowych mają wiele zalet w porównaniu z innymi materiałami. Są jednocześnie bardzo wytrzymałe, zapewniają doskonałą przewodność, co przekłada się na lepsze chłodzenie, mogą być wytwarzane z niezwykle cienkich warstw poprzez trawienie, co skutkuje krótszymi stosami, a także nie mają kierunkowego wykończenia powierzchni w kanale. Płyty i kanały można formować w tym samym czasie i, jak wspomniano powyżej, w metalu nie powstają żadne naprężenia cieplne, co zapewnia całkowitą płaskość.
Proces PCE gwarantuje powtarzalne tolerancje wszystkich wymiarów płytki drukowanej, w tym głębokości kanałów powietrznych i geometrii kolektora, a także umożliwia produkcję części o rygorystycznych specyfikacjach spadku ciśnienia.
Inne branże, w których wykorzystuje się blachy trawione chemicznie, to m.in. silniki liniowe, przemysł lotniczy, petrochemiczny i chemiczny. Po wytworzeniu płyty są układane w stosy i łączone metodą dyfuzji lub lutowania twardego, tworząc rdzeń wymiennika ciepła. Gotowe wymienniki ciepła mogą być nawet sześć razy mniejsze od tradycyjnych wymienników ciepła typu „płaszczowo-rurowego”, co zapewnia doskonałe korzyści w zakresie przestrzeni i masy.
Wymienniki ciepła produkowane z wykorzystaniem PCE są również bardzo wytrzymałe i wydajne, wytrzymują ciśnienie 600 barów i mogą pracować w zakresie temperatur od kriogenicznych do 900 stopni Celsjusza. Możliwe jest łączenie więcej niż dwóch strumieni procesowych w jednym urządzeniu, a wymagania dotyczące rur i zaworów są znacznie ograniczone. Reakcję i mieszanie można również zintegrować z konstrukcją płytowego wymiennika ciepła, co pozwala na ekonomiczne dodanie funkcjonalności w jednym urządzeniu.
Wymagania dotyczące efektywnego i oszczędzającego miejsce odprowadzania ciepła stawiają dziś ogromne wyzwania wielu inżynierom zajmującym się rozwojem urządzeń. Miniaturyzacja wielu komponentów w technologii elektrycznej i mikrosystemowej powoduje powstawanie tzw. gorących punktów, które wymagają optymalnego odprowadzania ciepła w celu zapewnienia długiej żywotności.
Dzięki technologii PCE 2D i 3D możliwe jest wytwarzanie mikrokanałów o określonej szerokości i głębokości w wymiennikach ciepła, co pozwala na dobór ośrodka odprowadzającego ciepło na jak najmniejszej powierzchni. Możliwości projektowania kanałów są praktycznie nieograniczone.
Ponadto, ponieważ proces trawienia inspiruje innowacyjne wzornictwo i swobodę geometryczną, przepływ turbulentny, w przeciwieństwie do przepływu laminarnego, można promować poprzez wykorzystanie falistych krawędzi i głębokości kanałów. Przepływ turbulentny w ośrodku chłodzącym oznacza, że ​​chłodziwo w kontakcie ze źródłem ciepła ulega ciągłym zmianom, co zwiększa efektywność wymiany ciepła. Takie pofałdowania i nieregularności w mikrokanalikach w wymiennikach ciepła są łatwe do wytworzenia w procesie PCE, ale nie jest to możliwe lub zbyt kosztowne przy zastosowaniu alternatywnych procesów produkcyjnych.
Firma PCE micrometal GmbH, specjalizująca się w obróbce metali, wykorzystuje konkurencyjne cenowo narzędzia optoelektroniczne do produkcji wysokiej jakości przedmiotów obrabianych z zachowaniem wysokiego stopnia powtarzalnej dokładności.
Pojedyncze płyty mikrokanalikowe można mocować (np. metodą spawania dyfuzyjnego) do różnych geometrii trójwymiarowych. Firma micrometal współpracuje z doświadczoną siecią partnerów, która daje klientom możliwość zakupu pojedynczych płyt mikrokanalikowych lub integralnych bloków wymienników ciepła z mikrokanalikami.
Substancja posiadająca właściwości metaliczne i składająca się z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych, z których przynajmniej jeden jest metalem.
Zmniejszenie wzrostu temperatury płynu na styku narzędzia z przedmiotem obrabianym podczas obróbki. Zazwyczaj w formie ciekłej, takiej jak rozpuszczalne lub chemiczne mieszanki (półsyntetyczne, syntetyczne), ale może to być również sprężone powietrze lub inne gazy. Ze względu na zdolność do pochłaniania dużych ilości ciepła woda jest powszechnie stosowana jako chłodziwo i nośnik różnych środków obróbkowych, a stosunek wody do środka zmienia się w zależności od zadania obróbki. Zobacz płyn obróbkowy; półsyntetyczny płyn obróbkowy; rozpuszczalny olejowy płyn obróbkowy; syntetyczny płyn obróbkowy.
1. Dyfuzja składnika w gazie, cieczy lub ciele stałym, która ma tendencję do ujednolicania składników.2. Atom lub cząsteczka spontanicznie przemieszcza się do nowego miejsca w materiale.
Operacja, w której prąd elektryczny przepływa pomiędzy obrabianym przedmiotem a przewodzącym narzędziem przez elektrolit. Inicjuje reakcję chemiczną, która rozpuszcza metal w obrabianym przedmiocie w kontrolowanym tempie. W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod cięcia, twardość obrabianego przedmiotu nie ma znaczenia, dzięki czemu ECM nadaje się do obróbki materiałów trudnych w obróbce. Może mieć postać szlifowania elektrochemicznego, honowania elektrochemicznego i toczenia elektrochemicznego.
Funkcjonalnie rzecz biorąc, silnik liniowy można porównać do silnika obrotowego w obrabiarce. Można go porównać do standardowego silnika obrotowego z magnesami trwałymi, przeciętego osiowo na środku, a następnie rozebranego i położonego płasko. Główną zaletą stosowania silników liniowych do napędzania ruchu osi jest eliminacja nieefektywności i różnic mechanicznych powodowanych przez systemy montażowe śrub kulowych stosowane w większości obrabiarek CNC.
Komponenty o większych odstępach w fakturze powierzchni. Należy uwzględnić wszystkie nierówności o odstępach większych niż ustawienie odcięcia przyrządu. Zobacz Przepływ; Leżenie; Chropowatość.
Dr Michael J. Hicks jest dyrektorem Centrum Badań Biznesowych i Ekonomicznych oraz profesorem ekonomii im. George’a i Francisa Ballów w Miller School of Business na Ball State University. Hicks uzyskał tytuł doktora i magistra ekonomii na University of Tennessee oraz tytuł licencjata ekonomii w Virginia Military Institute. Jest autorem dwóch książek i ponad 60 publikacji naukowych skupiających się na polityce publicznej na szczeblu stanowym i lokalnym, w tym na polityce podatkowej i wydatkowej oraz wpływie Walmartu na gospodarkę lokalną.