Principio di funzionamento degli scambiatori di calore a circuito stampato (PCHE)

Circuiti stampati scambiatori di calore (PCHE) sono scambiatori di calore a piastre ultracompatti a diffusione, progettati per condizioni estreme. A differenza delle convenzionali unità a guscio e tubo, un PCHE è costruito incisando chimicamente intricati modelli di microcanali su lastre metalliche sottili e poi impilarli e li legare per diffusione in un blocco solido e monolitico.

Principio di funzionamento degli scambiatori di calore a circuito stampato (Il PCH):

PCHE trasferisce l'energia termica da una corrente calda a una corrente fredda attraverso lastre metalliche saldatate a diffusione. Ogni piastra ha canali incisi su entrambe le facce, e i fluidi passano attraverso questi canali sui lati opposti della piastra. Mentre il fluido caldo scorre attraverso i suoi canali, il calore conduce attraverso la parete della piastra ai canali del fluido freddo adiacenti, aumentando (o abbassando) le temperature del fluido. Gli ingegneri in genere organizzano i percorsi di flusso in modo che un fluido scorra contro-corrente all 'altro, massimizzando il gradiente di temperatura lungo il flusso e aumentando l'efficienza. In modo cruciale, i canali incisi spesso includono piccole ondulazioni o curvature che inducono turbolenze anche a velocità di flusso moderate, che aumentano drasticamente i coefficienti di trasferimento di calore convectiva (spesso 3.000 - 7.000 W / m2 · K).

Ad esempio, un tipico modello di canale PCHE forza fluidi caldi (rosso) e freddi (blu) attraverso percorsi di microcanali avvolti su ciascuna piastra. Questa complessa geometria, incisa chimicamente, mescola il flusso e mantiene un 'alta differenza di temperatura in tutto lo scambiatore.

Poiché i canali della piastra possono essere progettati su misura (modelli 2D o 3D) per ogni applicazione, gli ingegneri possono ottimizzare la lunghezza termica e la caduta di pressione per le esigenze del processo. In effetti, il principio di funzionamento di un PCHE è quello di massimizzare il contatto superficiale tra i fluidi tramite piccoli canali incisi e quindi lasciare che la conduzione solida attraverso la piastra sottile finisca il lavoro.

Costruzione e progettazione del PCHE

scambiatore di calore PCHESono costruiti da lastre metalliche sottili (comunemente acciaio inossidabile o leghe ad alto contenuto di nichel) per resistere a condizioni difficili. Ogni piastra subisce un 'incisione fotochimica precisa per creare i suoi microcanali. Una volta incise, le lastre vengono impilati in configurazione alternata calda / fredda e collocate in un forno ad alta pressione ad alta temperatura. In queste condizioni (tipicamente 70 - 95% del punto di fusione del metallo), le superfici del metallo saldatura insieme a livello atomico, creando un solido, blocco senza saldatura. La figura qui sotto mostra uno schematico della struttura interna del PCHE dopo l'assemblaggio:

Il pacchetto di piastre (blocco a punti all ' interno) forma il nucleo del PCHE, incastonato tra un guscio lato caldo e un guscio lato freddo. I collettori di ingresso e di uscita sono saldati a questo blocco per alimentare i fluidi nei rispettivi circuiti di canale. Poiché l'intero nucleo è legato a diffusione, non ci sono guarnizioni o giunzioni di brasatura nei passaggi attivi. Questa costruzione interamente saldatata spiega l'eccezionale tolleranza alla pressione del PCHE. I nuclei di PCHE con legame di diffusione sopravvivono abitualmente a pressioni superiori a 1.000 bar e a ampi oscillazioni di temperatura.

Personalizzando il modello di incisione su ciascuna piastra, i produttori possono creare dispositivi di flusso asimmetrico, cicli multipassaggio o persino sezioni di flusso a due fasi. Ad esempio, una piastra potrebbe instradare il gas caldo attraverso un percorso a zigzag, mentre la piastra di accoppiamento consente un flusso di liquido dritto attraverso, a seconda delle esigenze del processo. Questa flessibilità consente ai progettisti di mettere a punto lo scambio di calore contro la caduta di pressione.

Performance Highlights

I PCHEs offrono diversi vantaggi chiave a causa del loro design.

· Eccellente efficienza termica:

La densa rete di microcanali permette ai PCHE di raggiungere un 'efficacia del 95 - 98%. Quasi tutto il calore viene trasferito tra i fluidi, superando di gran lunga le tipiche unità a guscio e tubo. Questa elevata efficienza significa un approccio di temperatura molto ridotta, riducendo le perdite di energia.

Dimensioni ultracompatte:

Incorporando molti piccoli canali in ciascuna piastra, i PCHEs impregnano un 'enorme superficie di trasferimento di calore in un piccolo volume. Infatti, i PCHE possono occupare 80 - 90% meno spazio rispetto a uno scambiatore shell-and - tube comparabile. Questo "core solido con area di trasferimento di calore " li rende ideali dove spazio e peso sono al primo livello.

· Capacità di pressione / temperatura estrema:

Il nucleo legato a diffusione non ha guarnizioni di flusso o giunzioni, quindi può sopportare condizioni brutali. I PCHEs gestiscono abitualmente fluidi criogenici (fino a -196 ° C) e flussi supercritici (fino a 850 ° C). Pressioni superiori a 1.000 bar sono raggiungibili, consentendo ai PCHE di essere utilizzati nei sistemi di combustibile a idrogeno, nei reattori avanzati e nei compressori ad alta pressione.

· Durabilità meccanica:

L'eliminazione delle guarnizioni e delle giunzioni di brasatura significa essenzialmente nessun percorso di perdita nel nucleo. Questo design completamente saldatato resiste all 'affaticamento causato dalle vibrazioni e dal ciclo termale. Il legame a diffusione conserva la piena resistenza del metallo e la resistenza alla corrosione, quindi i PCHE gestiscono in modo affidabile fluidi aggressivi (acidi, ammoniaca, ecc.) Dove gli altri scambiatori falliscono.

· Flessibilità di design:

L'incisione avanzata significa che i canali possono seguire modelli complessi. I PCHEs possono essere costruiti con contro-flusso, cross-flow o passaggi multipli per bilanciare il trasferimento di calore e la caduta di pressione. Profili corrugati su misura aumentano ulteriormente la mescolazione. Ogni scambiatore di calore a circuito stampato è progettato su misura per il suo compito, offrendo prestazioni superiori per ogni coppia di fluidi.

Per illustrare la scala di un PCHE, consideri le nostre specifiche di prodotto daTrasferimento di calore Shanghai. Offriamo core PCHE con:

Questi valori riflettono la straordinaria capacità termica e la robustezza di un PCHE.

Applicazioni dei nostri scambiatori di calore a circuito stampato

Il principio di funzionamento di PCHE lo rende adatto per le attività di trasferimento di calore più esigenti. Le applicazioni tipiche includono:

· Trasformazione del gas naturale liquefatto (GNL): I PCHEs gestiscono temperature criogeniche e alte pressioni durante la liquefazione e la regasificazione del GNL. Sono utilizzati per la vaporizzazione del gas combustibile su FSRU e il recupero del gas di ebollizione sui vettori.

nucleare &generazione di energia elettrica: Nei reattori avanzati e nei cicli di CO2 supercritici, i PCHEs servono come generatori di vapore compatti o recuperatori di calore di scarto. La loro capacità di sostenere 850 ° C e 1000 bar li rende ideali per il raffreddamento del reattore o per il recupero del calore ad alta temperatura.

· chimicoe petrochimici: Lo spazio è ristretto nelle raffinazioni e negli impianti chimici. I PCHEs scambiano calore in modo efficiente nei reattori ad alta pressione (ad es. idrogenazione) e nel controllo del punto di rugiada, mentre le leghe resistenti alla corrosione consentono loro di entrare in contatto con sostanze chimiche aggressive.

· Carburante idrogeno e cattura del carbonio: I PCHEs pre-reddano l'idrogeno prima di rifornirsi (critico per le stazioni di rifornimento rapido) e recuperano il calore nei sistemi CCS. La loro precisione ed efficienza aiutano a migliorare le prestazioni del sistema, risparmiando energia.

Nel complesso, il principio di funzionamento - microcanali incisi, legame di diffusione e flusso a contracorrente - dà ai PCHE una combinazione unica di efficienza, compattezza e resistenza. Queste qualità consentono loro di migliorare il recupero del calore e di ridurre il consumo energetico. Gli ultimi studi di SHPHE dimostrano che i PCHE possono ridurre la potenza di pompaggio del ~ 30% rispetto ai progetti tradizionali, grazie alla loro elevata efficacia.

Shanghai trasferimento di calore attrezzature Co., Ltd., Ltd. è specializzata nella progettazione, produzione, installazione e manutenzione di scambiatori di calore a piastre e sistemi di trasferimento di calore completi.

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