プリント回路熱交換器の動作原理

印刷回路熱交換器 PCHEs （ 超小型拡散結合プレート熱交換器 ） は、極限条件用に設計されています。従来のシェルアンドチューブユニットとは異なり、 PCHE は薄い金属板に複雑なマイクロチャネルパターンを化学的にエッチングし、それらを積み重ね拡散結合して固体のモノリシックブロックにすることで構築されます。

印刷回路熱交換器の動作原理 （PCHE):

PCHE は、拡散溶接された金属板を介して熱流から冷流への熱エネルギーを伝達します。各プレートには両面にエッチングされたチャネルがあり、流体はプレートの反対側のこれらのチャネルを通過します。熱い流体がそのチャネルを流れるにつれて、熱はプレート壁を通って隣接する冷たい流体チャネルに伝導され、流体温度を上昇 （ または低下 ） します。エンジニアは、通常、流路を配置して、一方の流体が他方の流体に逆流して流れ、流路に沿った温度勾配を最大化し、効率を向上させます。重要なことに、エッチングされたチャネルはしばしば小さな波形や湾曲を含み、適度な流量でも乱流を誘導し、対流熱伝達係数を劇的に増加させる （ しばしば 3，000 〜 7，000 W / m2 · K ） 。

例えば、典型的な PCHE チャネルパターンは、熱い （ 赤色 ） と冷たい （ 青色 ） 流体を各プレートの巻線マイクロチャネル経路を通過させます。この複雑な化学的にエッチングされたジオメトリは、流れを混合し、交換器全体で高い温度差を維持します。

プレートチャネルは、アプリケーションごとにカスタム設計 （ 2 D または 3 D パターン ） できるため、エンジニアはプロセスニーズに合わせて熱長さと圧力降落を最適化できます。実際、 PCHE の動作原理は、小さなエッチングチャネルを介して流体間の表面接触を最大化し、薄板を通じた固体伝導を処理することです。

PCHE の建設 · 設計

PCHE 熱交換機薄い金属板 （ 一般にステンレス鋼または高ニッケル合金 ） から構築され、過酷な条件に耐えます。各プレートは精密な光化学エッチングを受け、マイクロチャネルを作成します。エッチング後、プレートは熱 / 冷の交互構成で積み重ねられ、高圧、高温拡散接合炉に置かれます。これらの条件 （ 典型的には金属の融点の 70 〜 95% ） では、金属表面は原子レベルで溶接し、溶接のない固体ブロックを作り出す。以下の図は、組立後の内部 PCHE 構造の概略図を示しています。

プレートパック （ 内側のドットブロック ） は、ホットサイドシェルとコールドサイドシェルの間に挟まれた PCHE のコアを形成します。入口と出口のマニホールドは、それぞれのチャネル回路に流体を供給するためにこのブロックに溶接されます。コア全体が拡散結合されているため、アクティブ通路にはガスケットやろう付け継ぎ目がありません。この全溶接構造は、 PCHE の並外れた耐圧性を説明します。拡散結合 PCHE コアは、 1000bar を超える圧力と広い温度変動に耐える。

各プレートのエッチングパターンをカスタマイズすることで、メーカーは非対称フロー配置、マルチパスサイクル、または 2 相フローセクションを作成できます。例えば、プロセスのニーズに応じて、 1 つのプレートは熱いガスをジグザグ経路を通過させ、マッチングプレートは液体をまっすぐ流すことができます。この柔軟性により、圧力降に対する熱交換を微調整できます。

パフォーマンスハイライト

PCHEs は設計によりいくつかの利点があります。

· 優れた熱効率：

高密度のマイクロチャネルネットワークにより、 PCHEs は 95 〜 98% の有効性を達成できる。ほぼすべての熱は流体間で伝達され、典型的なシェルとチューブユニットをはるかに上回ります。この高効率は、エネルギー損失を削減する非常に小さな温度アプローチを意味します。

· 超小型サイズ：

各プレートに多くの小さなチャネルをエッチングすることで、 PCHEs は巨大な熱伝達表面積を小さな容積に詰め込みます。実際、 PCHEs は、同等のシェルとチューブ交換器よりも 80 〜 90% 少ないスペースを占めることができます。この「熱伝達領域が詰まった固体コア」は、スペースと重量がプレミアムな場所に最適です。

· 極端な圧力 / 温度能力：

拡散ボンドコアにはフローガスケットやジョイントがないため、過酷な条件に耐えることができます。PCHEs は、低温流体 （ — 196 °C 以下 ） と超臨界流体 （ 850 °C 以下 ） を日常的に処理します。1000bar を超える圧力を達成でき、水素燃料システム、先進的な原子炉、高圧圧縮機に使用できます。

· 機械的耐久性：

ガスケットやろう付け継手を排除することで、コアの漏れ経路が本質的になくなります。この全溶接設計は、振動や熱サイクルによる疲労に耐えます。拡散結合は完全な金属強度と耐食性を維持するため、 PCHEs は攻撃的な流体 （ 酸、アンモニアなど ） を確実に処理します。他の交換器が失敗する。

· 設計の柔軟性 ：

高度なエッチングにより、チャネルは複雑なパターンに従う。PCHEs は、逆流、クロスフロー、または複数のパスで構築でき、熱伝達と圧力降下のバランスを取ることができます。オーダーメイドの段ボールプロファイルはさらに混合をブーストします。すべてのプリント回路熱交換器は、それぞれの流体ペアに優れた性能をもたらし、その任務に合わせてカスタム設計されています。

PCHE の規模を説明するために、当社の製品仕様を以下から検討します。上海の熱伝達. PCHE コアを提供しています ：

これらの値は、 PCHE の並外れた熱容量と堅牢性を反映しています。

当社のプリント回路熱交換器の応用

PCHE の動作原理は、最も厳しい熱伝達タスクに適しています。典型的なアプリケーションは ：

· 液化天然ガス （ LNG ） 処理： PCHEs は、 LNG 液化および再ガス化中の低温および高圧に対応します。FSRU 上の燃料ガスの蒸発とキャリア上の沸騰ガス回収に使用されます。

· 原子力 & 核発電所: 高度な反応器や超臨界 CO2 サイクルでは、 PCHEs はコンパクトな蒸気発生器または廃熱回収器として機能します。850 °C と 1000 bar に耐えられるため、原子炉冷却液や高温熱回収に最適です。

· 化学石油化学： 精製や化学プラントではスペースがタイトです。PCHEs は高圧反応器 （ 水素化など ） や露点制御で効率的に熱交換を行うが、耐食性合金は過酷な化学物質と接触させる。

· 水素燃料 & 炭素回収： PCHEs は、燃料供給前に水素を予冷し （ 急速充填ステーションに不可欠 ） 、 CCS システムで熱を回収します。精度と効率は、省エネとともにシステムパフォーマンスを向上させます。

全体として、エッチングされたマイクロチャネル、拡散結合、および逆電流の動作原理は、 PCHEs に効率、コンパクト性、および強度のユニークな組み合わせを与えます。これらの特性により、熱回収を改善し、エネルギー使用を削減できます。SHPHE の最新の研究では、 PCHE は高い効率により、従来の設計と比較してポンプ出力を約 30% 削減できることが示されています。

上海熱伝達装置 Co. 、プレート熱交換器および完全な熱伝達システムの設計、製造、設置、およびサービスを専門としています。

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