Wirkungsgrad eines Printed Circuit Wärmetauschers

Printed Circuit Wärmetauscher sind ultra-kompakt,Diffusion-Bonded Plate Wärmetauscher für extreme Bedingungen entwickelt. Sie verwenden geätzte Mikrokanalplatten, die in einem monolithischen Block gestapelt sind, wodurch sehr hohe Wärmeübertragungskoeffizienten und fast Gegenstrombetrieb möglich sind. Diese Konstruktionsmerkmale bieten eine außergewöhnliche thermische Wirksamkeit von 95 - 98% unter idealen Bedingungen. Das bedeutet, dass ahoher Druck PHE Das Wasser kann fast die gesamte verfügbare Wärme zwischen heißen und kalten Strömen übertragen, wobei nur ein sehr geringer "annäherischer" Temperaturunterschied übrig bleibt.

Schematik eines Printed Circuit Wärmetauschers (PCHE) Dünne Metallplatten mit geätzten Mikrokanälen (das „Platte Pack") werden diffusionsverbundet in einen festen Block zwischen heißen und kalten Seitenhülle.

Die hohe Effizienz von PCHEs resultiert aus ihrem extrem hohen Flächen-to - Volumen-Verhältnis und ihren entwickelten Durchflusswegen. Jede Platte enthält komplexe, gewundene Mikrokanäle (oft nur Hunderte von Mikrometern breit), die die Flüssigkeiten in lange, turbulente Wege zwingen. Diese Turbulenzen erhöhen den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten (oft 3000 - 7000 W / m2 · K) weit über das hinaus, was in typischen Shell-and - Tube-Einheiten möglich ist. Unterdessen maximiert die Anordnung der Ströme in einer echten Gegenstromkonfiguration den Temperaturunterschied entlang des Austachters und steigert die Effizienz weiter. Da die Platten in einem Block diffusionsgebunden sind, gibt es keine Dichtungslecks oder gelötete Verbindungen, um den Wärmewiderstand hinzuzufügen - der gesamte Plattenstapel fungiert als ein kontinuierlicher Metallleiter. Dadurch kann nahezu die gesamte Wärmeenergie aus der heißen Flüssigkeit auf die kalte Flüssigkeit übertragen werden.

Im Vergleich dazu können konventionelle Shell-and - Tube-Austauscher oder sogar dichtete Austauscher dieser Leistung nicht entsprechen. Typische Platten-und - Rahmen-Wärmetauscher erreichen bereits viel näheren Temperaturansätze als Shell-und - Rohr-Phasen, oft innerhalb von wenigen Grad, aufgrund ihrer Wellplatten. Dichtete Plattenaustauscher können bis zu fünfmal effizienter sein als Schalen-und - Rohr-Designs, mit Annäherungstemperaturen von bis zu 1 ° F. PCHEs schieben dies noch weiter: Ihre Feinkanalgeometrie erzeugt routinemäßig Temperaturnäherungen unter 5 ° C (Effizienz in der Größe von 98%). Für Anwendungen, die höchstmögliche Effizienz fordern, setzen PCHEs den Maßstab.

Wie PCHEs hohe Effizienz erzielen

Mehrere Schlüsselfaktoren ermöglichen es PCHEs, eine so hohe Wirksamkeit zu erreichen:

· Microchannel-Netzwerk:

Jede diffusionsgebundene Platte enthält ein Labyrinth von geätzten Kanälen auf beiden Seiten. Diese Mikrokanäle erhöhen die Wärmeübertragungsfläche pro Volumen-Einheit dramatisch (oft um Hunderte von Quadratmetern pro Kubikmeter). Mehr Oberfläche bedeutet mehr Raum für Wärmefluss zwischen den Flüssigkeiten.

· Hohe Turbulenz:

Die Kanalmuster sind gewöhnlich gewellte oder wellenförmig, wodurch absichtlich Turbulenzen selbst bei moderaten Durchflussraten hervorgerufen werden. Turbulenzen verdünnen die thermischen Grenzschichten und erhöhen den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten. Praktisch bedeutet dies, dass die Flüssigkeit die Wand nicht langsam erwärmen muss - der Wärmeaustausch wird sehr schnell und effizient.

· True Counterflow Konfiguration:

Ingenieure richten die Kanalgeometrie so an, dass die heißen und kalten Ströme meist gegenwärtig sind. Gegenfluss maximiert den Antriebstemperaturunterschied entlang des Austauschers, was die grundlegende Grundlage für eine hohe thermische Wirksamkeit ist.

· All-Metal Core:

Da die Platten diffusionsgebunden sind, ist der PCHE-Kern ein einziger fester Metallblock ohne interne Dichtungen oder Dichtungen. Dadurch wird der thermische Kontaktwiderstand an den Gelenken beseitigt und jegliches Leckage verhindert, das die Wärmeübertragung umgehen würde. Darüber hinaus kann der Kern extrem hohen Drucken (oft 600 - 1000 bar) und Temperaturen (oft > 800 ° C) standhalten.

· niedrige Flüssigkeitsinventare:

Die winzigen Kanalvolumina bedeuten, dass jede Flüssigkeitsseite nur eine geringe Menge Flüssigkeit enthält. Geringe Inventar reduziert thermische Verzögerungen und ermöglicht eine schnellere Reaktion und höhere Effektivität.

Dank dieser Eigenschaften erreichen PCHEs typischerweise eine thermische Wirksamkeit im Mitte - bis oberen Perzentil der 90er Jahre. In der Praxis, wenn ein PCHE spezifiziert ist, um eine Flüssigkeit von 200 ° C bis 50 ° C zu kühlen, könnte der kalte Strom bei fast 195 - 198 ° C verlassen, was bedeutet, dass fast die gesamte Wärme zurückgefunden wurde. Diese Leistung übertrifft bei weitem typische Shell-and - Tube-Einheiten und übertrifft oft sogar die besten herkömmlichen Plattenwechselgeräte. Der Unterschied ist am wichtigsten, wenn sehr kleine Temperaturansätze erforderlich sind - zum Beispiel LNG-Vorkühlung oder Reaktorwärmerückgewinnung - wo jeder Grad der Temperaturunterschiede wertvoll ist.

Vergleich mit anderen Wärmetauschern

In einer generalisierten Leistungsvergleichstabelle werden alle Hochleistungsplattenaustachler (dichtete, geschweißte, Leiterleitung) für die thermische Effizienz als "Exzellent" gekennzeichnet. PCHEs erzielen jedoch aufgrund ihrer optimierten Mikrokanäle den höchsten Nennwirkungsgrad. Wenn maximale Wärmerückgewinnung und minimale Annäherungstemperatur das Ziel sind (besonders unter extremen Druck - / Temperaturbedingungen), übertrifft ein PCHE in der Regel andere Konstruktionen.

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Branchenanwendungen und FAQs

Warum wählen Sie einen PCHE? PCHEs bieten eine unübertroffene Kompaktheit und Robustheit. Sie können für extreme Bedingungen - Drücke bis ~ 1000 bar und Temperaturen bis ~ 850 ° C - spezifiziert werden, bei denen konventionelle Austauscher nicht funktionieren können.

Tatsächlich wurden PCHEs erstmals aus diesem Grund in den Bereichen Kernenergie und Luft - und Raumfahrt übernommen. In einer LNG-Anlage könnte beispielsweise ein PCHE in der kryogenen Sektion verwendet werden, um Erdgas mit minimalen Temperaturverlusten zu kühlen und zu kondensieren.

Typische Felder umfassen:

· Öl & Gas (Petrolchemie, LNG):

Kompakte LNG-Verflüssiggeräte und Gasverarbeitungseinheiten verwenden PCHEs für die Vorkühlung, Verdampfung und Abwärmerückgewinnung. Die hohe Effizienz reduziert die Kühlleistung. Ebenso profitieren nachgelagerte Gasbehandlungen und chemische Prozesse von einer engen Temperaturkontrolle.Plate-ExchangerIm Allgemeinen sind bereits weit verbreitet in der Öl - und Gasindustrie aufgrund ihrer hohen Effizienz, kompakten Größe, Korrosionsbeständigkeit und einfache Wartung, und PCHEs stellen den nächsten Schritt, wenn höhere Pflicht benötigt wird.

· Stromerzeugung (Kernkraft, superkritisches CO2):

In fortgeschrittenen Reaktoren und superkritischen CO2 - Zyklen dienen PCHEs als primäre Wärmetauscher oder Rekuperatoren. Ihre leckdichte Vollmetallkonstruktion eignet sich für aggressive Kühlmittel, und ihre Effizienz verbessert die Gesamtleistung des Zyklus.

· Erneuerbare Energien (Wasserstoff, Kohlenstoff-Abnahme):

Wie von Industriequellen festgestellt, sind PCHEs in Wasserstoff-Tankstationen (zum Vorkühlen von Wasserstoffgas) und in Kohlenstoff-Abspannungsanlagen (zum Kühlen dichte CO2 - oder Lösungsmittelströme) wertvoll. Ihre Fähigkeit, mit Kryogenik und Hochdruck umzugehen, ist besonders nützlich.

· Metallurgie und Chemie:

Stahlwerke und chemische Fabriken benötigen häufig eine Hochtemperatur-Wärmerückgewinnung (z.B. aus Abgasen). Obwohl PCHEs weniger verbreitet sind als in Power / O & G, können sie aufgrund ihrer Robustheit in diesen Sektoren für Wärmerückgewinnungsschleifen eingesetzt werden.

· Luft - und Raumfahrt und Verteidigung:

Spezialisierte Luft - und Raumfahrt - und kryogene Anwendungen verwenden PCHEs für die thermische Steuerung in Raumfahrzeugen und Hochflugzeugen, wo Gewicht und Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Ingenieure fragen sich häufig, ob PCHEs die Kosten für die Effizienz wert sind. PCHEs sind in der Tat teurer herzustellen (Precision Etching und Diffusion Bonding). Der Return on Investment kommt jedoch häufig aus der Leistung: Reduzierung der erforderlichen Wärmeübertragung, Einsparung von Bodenfläche (sie können 80 - 90% kleiner sein als Schalen und Rohr) und Minimierung der Pumpleistung.

Im Falle einer Verstopfung können mehrere Reinigungsstrategien erforderlich sein - vom Hochdruckwasserstrahlen bis hin zu komplexeren und teuren chemischen Reinigungsverfahren. Diese Wartungsaufgaben können in eng eingeschlossenen oder schlecht zugänglichen Einrichtungen besonders anspruchsvoll sein, weshalb es unerlässlich ist, Systeme mit geeigneten Reinigungsanschlüssen und Service-Zugangspunkten zu entwerfen. Im Rahmen einer fundierten Betriebsplanung sollten Bestimmungen für diese Reinigungsmethoden in jedes PCHE-System integriert werden. Darüber hinaus sind gelegentlich Probleme im Zusammenhang mit galvanischer Korrosion zwischen dem Wärmetauscher und angeschlossenen Rohrmaterial aufgetreten, was die Notwendigkeit von Isolierkits oder beschichteten Spule-Abschnitten während der Installation hervorhebt, um die Materialkompatibilität vor Ort zu gewährleisten.

über SHPHE

Shanghai Wärmeübertragung Ausrüstung Co., Ltd. ist spezialisiert auf die Konstruktion, Herstellung, Installation und Service von Plattenwärmetauschern und kompletten Wärmeübertragungssystemen.

Mit fortschrittlicher Ingenieur - und Fertigungstechnologie, umfassender Wärmetauscher-Expertise und reichen Service-Erfahrungen widmet sich SHPHE der Lieferung von qualitativ hochwertigen Plattenwärmetauschern an verschiedene Kunden weltweit in Öl und Gas, Chemie, Kraftwerk, Bio-Energie, Metallurgie, Marine, HVAC, mechanische Fertigung, Papier & Zellstoff, Stahl usw.

SHPHE engagiert sich weiterhin für den Fortschritt der Industrie durch kontinuierliche technologische Innovation. Durch die Partnerschaft mit führenden Unternehmen im In - und Ausland will SHPHE ein führender Anbieter von hochwertigen Lösungen in der Wärmetauscherindustrie werden, sowohl in China als auch international.

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