Das Arbeitsprinzip von Printed Circuit Heat Exchangers (PCHE)

Print Circuit Wärmetauscher PCHEs sind ultrakompakt, diffusionsgebundene Plattenwärmetauscher, die für extreme Bedingungen konzipiert sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Shell-and - Tube-Einheiten wird ein PCHE durch chemisches Ätzen komplizierter Mikrokanalmuster auf dünne Metallplatten gebaut und dann gestapelt und diffusioniert sie zu einem festen, monolithischen Block.

Das Arbeitsprinzip der gedruckten Schaltkreise Wärmetauscher (PCHE ist):

PCHE überträgt Wärmeenergie von einem heißen Strom in einen kalten Strom über diffusionsgeschweißte Metallplatten. Jede Platte hat Kanäle auf beiden Seiten geätzt, und Flüssigkeiten durch diese Kanäle auf den gegenüberliegenden Seiten der Platte. Während die heiße Flüssigkeit durch seine Kanäle fließt, leitet Wärme durch die Plattenwand zu den benachbarten kalten Flüssigkeitskanälen und erhöht (oder senkt) die Flüssigkeitstemperaturen. Ingenieure ordnen die Durchflusswege typischerweise so an, dass eine Flüssigkeit gegen die andere fließt, wodurch der Temperaturgradienten entlang des Flusses maximiert und die Effizienz erhöht wird. Entscheidend ist, dass die geätzten Kanäle oft kleine Wellen oder Bogen enthalten, die Turbulenzen selbst bei moderaten Durchflussraten hervorrufen, was die konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten dramatisch erhöht (oft 3.000 - 7.000 W / m2 · K).

Beispielsweise zwingt ein typisches PCHE-Kanalmuster heiße (rote) und kalte (blaue) Flüssigkeiten durch gewundene Mikrokanalwege auf jeder Platte. Diese komplexe, chemisch geätzte Geometrie vermischt den Fluss und hält einen hohen Temperaturunterschied im Austauscher aufrecht.

Da die Plattenkanäle für jede Anwendung maßgeschneidert (2D - oder 3D-Muster) gestaltet werden können, können Ingenieure die thermische Länge und den Druckabfall an die Prozessbedürfnisse optimieren. In der Tat ist das Arbeitsprinzip eines PCHE, den Oberflächenkontakt zwischen den Flüssigkeiten über winzige geätzte Kanäle zu maximieren und dann die feste Leitung durch die dünne Platte zu erledigen.

Konstruktion und Design von PCHE

PCHE WärmetauscherSie werden aus dünnen Metallplatten (üblicherweise Edelstahl oder hohe Nickellegierungen) gebaut, um rauen Bedingungen standzuhalten. Jede Platte unterliegt einem präzisen photochemischen Ätzen, um ihre Mikrokanäle zu erzeugen. Sobald sie geätzt sind, werden die Platten in wechselnder heißer / kalter Konfiguration gestapelt und in einen Hochdruck - und Hochtemperatur-Diffusionsbinderofen platziert. Unter diesen Bedingungen (typischerweise 70 - 95% des Schmelzpunkts des Metalls) verschweißen sich die Metalloberflächen auf atomärer Ebene zusammen und erzeugen einen soliden, schweißfreien Block. Die folgende Abbildung zeigt eine Schematische Darstellung der internen PCHE-Struktur nach der Montage:

Das Plattenpaket (im Inneren mit Punktenblöcken) bildet den Kern des PCHE, das zwischen einer heißen und einer kalten Hülle eingeschränkt ist. Einlass - und Auslasskollektoren werden an diesen Block geschweißt, um die Flüssigkeiten in ihre jeweiligen Kanalkreise zu speisen. Da der gesamte Kern diffusionsverbund ist, gibt es in den aktiven Durchgängen keine Dichtungen oder Lötenverbindungen. Diese vollgeschweißte Konstruktion erklärt die außergewöhnliche Druckdulderanz des PCHE. Diffusionsgebundene PCHE-Kerne überleben routinemäßig Druck von mehr als 1.000 bar und große Temperaturschwankungen.

Durch die Anpassung des Ätzmusters auf jeder Platte können Hersteller asymmetrische Durchflussstrukturen, Mehrpasszyklen oder sogar zweiphasige Durchflussschnitte erstellen. Zum Beispiel könnte eine Platte das heiße Gas durch einen Zickzackweg leiten, während die Paarungsplatte eine Flüssigkeit direkt durchfließen lässt, je nach Prozessbedarf. Diese Flexibilität ermöglicht es den Designern, den Wärmetaustausch im Vergleich zum Druckabfall zu optimieren.

Performance Highlights

PCHEs bieten aufgrund ihres Designs mehrere wesentliche Vorteile.

· Außergewöhnliche thermische Wirkungsfähigkeit:

Das dichte Mikrokanalnetzwerk ermöglicht es PCHEs, eine Wirksamkeit von 95 - 98% zu erreichen. Fast die gesamte Wärme wird zwischen Flüssigkeiten übertragen und übertrifft typische Shell-and - Tube-Einheiten weit. Diese hohe Effizienz bedeutet einen sehr geringen Temperaturansatz, wodurch Energieverluste reduziert werden.

· Ultra-kompakt:

Durch das Ätzen von vielen winzigen Kanälen in jede Platte verpacken PCHEs eine riesige Wärmeübertragsoberfläche in ein winziges Volumen. Tatsächlich können PCHEs 80 - 90% weniger Platz einnehmen als ein vergleichbarer Shell-and - Tube-Austauscher. Dieser „solide Kern mit Wärmeübertragungsfläche" macht sie ideal dort, wo Platz und Gewicht an einem Spitzenwert liegen.

· Extreme Druck - / Temperaturfähigkeit:

Der diffusionsgebundene Kern hat keine Durchflussdichtungen oder Verbindungen, sodass er brutale Bedingungen aushalten kann. PCHEs handhaben routinemäßig kryogene Flüssigkeiten (bis -196 °C) und superkritische Ströme (bis 850 °C). Drucke von über 1.000 bar sind erreichbar, wodurch PCHEs in Wasserstoffbrennstoffsystemen, fortschrittlichen Reaktoren und Hochdruckkompressoren eingesetzt werden können.

· mechanische Haltbarkeit:

Die Beseitigung von Dichtungen und Lötverbindungen bedeutet im Wesentlichen keine Leckwege im Kern. Dieses vollgeschweißte Design widersteht der Ermüdung durch Vibrationen und thermischen Zyklus. Die Diffusionsverbindung bewahrt die volle Metallfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit, so dass PCHEs zuverlässig aggressive Flüssigkeiten (Säuren, Ammoniak usw.) behandeln. Wo andere Austauschpartner scheitern.

· Design-Flexibilität:

Fortgeschrittenes Ätzen bedeutet, dass Kanäle komplexen Mustern folgen können. PCHEs können mit Gegenstrom, Kreuzstrom oder mehreren Durchläufen gebaut werden, um Wärmeübertragung und Druckabfall auszugleichen. Maßgeschneiderte Wellprofile fördern das Mischen weiter. Jeder gedruckte Schaltkreis-Wärmetauscher ist für seine Aufgabe maßgeschneidert und liefert eine überlegene Leistung für jedes Flüssigkeitspaar.

Um die Größe eines PCHE zu veranschaulichen, betrachten Sie unsere Produktspezifikationen vonWärmeübertragung Shanghai. Wir bieten PCHE-Kerne mit:

Diese Werte spiegeln die außergewöhnliche Wärmekapazität und die Robustheit eines PCHE wider.

Anwendungen unseres Printed Circuit Wärmetauschers

Das PCHE-Arbeitsprinzip eignet es sich für die anspruchsvollsten Wärmeübertragungsaufgaben. Typische Anwendungen umfassen:

· Flüssigerdgas (LNG): PCHEs bewältigen kryogene Temperaturen und Hochdruck während der LNG-Verflüssigung und - Regasifizierung. Sie werden für die Kraftstoff-Gas - Verdunstung auf FSRUs und die Abkohlgasgewinnung auf Trägern verwendet.

Nuklear undStromerzeugung: In fortgeschrittenen Reaktoren und überkritischen CO2 - Zyklen dienen PCHEs als kompakte Dampfgeneratoren oder Abwärmerückgewinnungsgeräte. Ihre Fähigkeit, 850 ° C und 1000 bar zu halten, macht sie ideal für Reaktorkühlmittel oder Hochtemperatur-Wärmerückgewinnung.

· Chemischund Petrochemie: Raum ist knapp in Raffinerie - und Chemieanlagen PCHEs tauschen effizient Wärme in Hochdruckreaktoren (z.B. Hydrogenation) und Taupunktkontrolle aus, während korrosionsbeständige Legierungen sie in Kontakt mit harten Chemikalien lassen.

· Wasserstoffbrennung und Kohlenstoff-Abfangen: PCHEs vorkühlen Wasserstoff vor dem Betanken (kritisch für Schnellfüllstationen) und gewinnen Wärme in CCS-Systemen. Ihre Präzision und Effizienz tragen dazu bei, die Systemleistung zu verbessern und Energie zu sparen.

Insgesamt gibt das Arbeitsprinzip - geätzte Mikrokanäle, Diffusionsbindung und Gegenstromstrom - PCHEs eine einzigartige Kombination aus Effizienz, Kompaktheit und Stärke. Diese Eigenschaften ermöglichen es ihnen, die Wärmerückgewinnung zu verbessern und den Energieverbrauch zu senken. Die neuesten Studien von SHPHE zeigen, dass PCHEs dank ihrer hohen Wirksamkeit die Pumpenleistung im Vergleich zu traditionellen Konstruktionen um ~ 30% reduzieren können.

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

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