인쇄 회로 열교환기 (PCHEs)

인쇄 회로 열교환기 Heat Exchanger (PCHEs) 는 극한의 작동 조건을 위해 설계된 초소형 확산 용접 플레이트 열교환기입니다.기존의 쉘 - 앤 - 튜브 또는 용접 - 플레이트 교환기와 달리, PCHE 는 표면에 마이크로 채널이 에칭된 얇은 금속 판으로 구성됩니다.

이 플레이트는 화학적으로 에칭 (인쇄 회로 기판과 유사하게) 한 다음 쌓여 확산 결합하여 모노리틱 블록을 형성합니다.이 구조는 예외적으로 큰 표면 - 면적 - 볼륨 비율을 제공합니다: 에칭 된 마이크로 채널은 크기를 최소화하면서 열 전달 영역을 최대화합니다.

PCHE 에 대한 리뷰 보기S 는 일상적으로 최대 850 ° C 의 온도와 최대 1, 000 bar 의 압력에서 작동하며, 이는 전통적인 설계의 한계를 훨씬 뛰어넘습니다.그 결과, 강렬한 유체와 진동이 발생하기 쉬운 환경에 이상적인 견고하고 누출 방지 교환기가 탄생합니다.간단히 말해서, PCHE 는 고압, 고온 작업을 위한 획기적인 소형 열교환기입니다.

인쇄 회로 열교환기의 장점

인쇄 회로 열교환기 설계 전통적인 교환기에 비해 몇 가지 주요 이점을 제공하여 현대 산업에 매력적입니다.

탁월한 열 효율성:

밀도가 높은 마이크로 채널 형상 덕분에 PCHEs 는 95 - 98% 의 열 효율을 달성 할 수 있습니다.복잡한 유동 경로는 유체 간의 거의 완전한 열교환을 촉진하여 쉘과 튜브 유닛의 성능을 훨씬 뛰어넘습니다.높은 효율성은 접근 온도를 낮추고 에너지 손실을 줄일 수 있습니다.

컴팩트한 크기와 높은 열 flux:

각 플레이트에 많은 작은 채널을 에칭함으로써, PCHEs 는 작은 볼륨으로 거대한 열 전달 표면을 포장합니다.따라서 발자국을 최소화하면서 초소형 디자인을 제공합니다.예를 들어, 포토 에칭 마이크로 채널은 "열 전달 영역으로 포장 된 단단한 코어" 를 만들어 최소 공간에서 최대 효율을 제공합니다.엔지니어들은 일상적으로 동등한 쉘 및 튜브 교환기보다 80 - 90% 의 공간 절약 효과를 언급합니다.

높은 압력 및 온도 능력:

PCHES 극한의 조건을 처리하기 위해 제작되었습니다.업계 리더들은 최대 1, 000 bar 및 -196 ° C ~ 850 ° C (그리고 그 이상) 의 작동 범위를 보고합니다.확산 결합 코어에는 유동 채널에 기계적 조인트나 가스켓이 없으므로 1, 000 bar 이상의 압력을 견딜 수 있습니다.이러한 견고성 때문에 PCHEs 는 초임계 유체, 압축 가스 및 저온 응용에 적합합니다.

기계적 내구성과 신뢰성:

전체 용접 코어 덕분에 일반적인 장애 지점을 제거합니다.활성 유동 영역에는 가스켓이나 용접 조인트가 없으므로 PCHEs 는 유동 펄스 또는 진동으로 인한 누출 및 피로에 면역이됩니다.또한 확산 결합은 기본 금속 (종종 스테인레스 스틸 또는 니켈 합금) 의 전체 강도와 내식성을 유지하여 뛰어난 내구성을 제공합니다.석유화학 원자로에서 로켓 엔진에 이르기까지 부식성 또는 높은 진동 환경에서 PCHEs 는 다른 교환기가 고장될 수 있는 누출 방지 서비스를 제공합니다.

사용자 정의 가능한 흐름 형상:

PCHE 의 독특한 강점 중 하나는 설계 유연성입니다.채널은 포토리소그래피를 사용하여 에칭되기 때문에 제조업체는 각 응용 프로그램에 맞게 조정된 복잡한, 역 흐름 또는 교차 흐름 패턴을 구현할 수 있습니다.이러한 설계 자유로 인해 모든 유체 쌍에 대한 열 전달과 압력 강하를 최적화할 수 있습니다.실제로 엔지니어는 종종 열 전달, 압력 강하 및 유량 분포의 균형을 맞추기 위해 맞춤형 골형 프로파일 및 채널 레이아웃을 갖춘 PCHE 플레이트를 설계합니다.

이러한 혜택은 실제 저축으로 변환됩니다.예를 들어, 현장 연구에 따르면 PCHEs 는 높은 열 회수 덕분에 쉘 및 튜브 장치에 비해 펌프 작업 및 에너지 사용량을 최대 30 % 까지 줄일 수 있습니다.또한 소형으로 소재 비용과 설치 공간도 줄일 수 있습니다.간단히 말해서, PCHEs 는 업계 최고의 열 성능, 최소한의 압력 강하 및 수명주기 비용 절감을 제공합니다.

산업 전반에 걸쳐 PCHEs 의 응용

그들의 견고성과 효율성 때문에, PCHE 는 까다로운 부문에서 널리 채택된다:

석유와 가스 LNG :

PCHEs 는 업스트림 및 LNG 공정에서 광범위하게 사용됩니다. LNG 액화 / 재가스화에서는 가스 전냉각 및 하냉각을 위한 저온 온도 및 고압을 처리합니다. Floating Storage Regasification Units (FSRUs) 및 LNG 캐리어에서 PCHEs 는 연료 가스 증발기 유닛 및 BOG (boil - off gas) 회수 교환기 역할을합니다.그들은 또한 해양 가스 압축 플랜트에서 탄화수소 스트림을 가열하고 냉각하여 가스 - 오일 분리 및 이슬 포인트를 향상시킵니다.

전력 생산 및재생 가능 에너지:

전력 및 재생 가능 시스템에서 PCHEs 는 열 회수 및 고온 사이클에서 우수합니다.그들은 집중 태양 전력을위한 초임계 CO 2 (sCO 2) 전력 사이클에 사용되어 폐쇄 루프 사이클의 효율을 향상시킵니다.터빈 발전소에서 PCHEs 는 연소 전에 연료 가스를 예열하고 폐열 회수를 관리합니다.원자력 발전소 (고급 원자로 설계를 포함하여) 는 원자로 냉각체 및 보조 열교환 의무에 PCHEs 를 채택합니다.

화학물질Petrochemical Processing: 석유화학 처리

화학 공장은 공간이 좁거나 가혹한 조건이 우세한 곳마다 PCHEs 를 사용합니다.예를 들어, 고압 반응기 (예: 수소화), 특수 가스 파이프라인 및 석유화학 크래커의 환류 응축기가 있습니다.종종 사용되는 내식성 합금 (Inconel, Hastelloy) 은 PCHEs 가 기존의 교환기를 빠르게 분해시킬 공격적인 유체 (산, 암모니아, 염소) 와 접촉 할 수 있습니다.

해양 및해양:

LNG 캐리어를 넘어, PCHEs 는 해양 추진 및 유틸리티 시스템에 나타납니다.가스 연료 선박에서는 폐열을 컴팩트하게 회수하고 예열 연료를 가열합니다.해양 플랫폼 및 FPSO 에서 PCHEs 는 컴프레서 및 펌프에서 열 회수 또는 제한된 공간에서 급수를 조절하는 데 사용됩니다.

항공우주 및 방위 (Aerospace and Defense):

고압 및 온도 관리는 항공우주에서 매우 중요합니다. PCHEs 는 로켓 엔진 냉각 (연료측 회수기) 및 생명 유지 열 거부 루프에 우주선에서 사용됩니다.매우 높은 압력과 액체 산소 또는 수소와 같은 냉동 유체를 소형 구조에서 처리 할 수있는 능력은 비교할 수 없습니다.

PCHE 제조와 전통적인 제조에서의 화학 에칭

PCHE 성능의 핵심은 플레이트를 만드는 데 사용되는 화학적 에칭 공정입니다.인쇄 회로 기판과 마찬가지로, 마이크로 채널은 광화학 에칭에 의해 생성됩니다 : 광 레지스트 마스크는 금속 판 (스테인레스 스틸, 티타늄 등) 에 적용됩니다.그리고 나서, 덮어지지 않은 영역은 산성 에칭제로 녹습니다.이 에칭 단계는 고효율 열 전달에 필요한 정확한 채널 형상을 제공합니다.

화학적 에칭은 전통적인 방법에 비해 몇 가지 제조 이점을 제공합니다:

복합 채널 형상:

기계적 펀치 또는 스탬핑과는 달리, 광화학적 에칭은 비접촉이며 움직이는 공구를 사용하지 않으므로 버리지나 공구 마모없이 매우 미세하고 복잡한 채널 패턴을 생성할 수 있습니다.이렇게 하면 채널 레이아웃에서 완전한 설계 자유를 제공하여 표면적을 극대화할 수 있습니다.대조적으로, 기존의 플레이트 교환기는 일반적으로 더 깊거나 더 복잡한 모양을 스탬핑하면 플레이트가 왜곡되기 때문에 간단한 웨이브 또는 프레스 패턴으로 제한됩니다.

Stress - Free 플레이트:

기계적 방법 (스탬핑, 펀치 또는 심지어 레이저 절단) 은 금속에 잔류 응력과 변형을 도입합니다.대조적으로, 화학적 에칭은 플레이트를 평평하게 하고 응력이 없는 상태로 만듭니다.포토 에칭은 CNC 가공, 스탬핑 및 레이저 가공과는 달리 기계적 또는 열 응력을 남기지 않으며, 이는 평평성을 손상시킬 수 있습니다.평면성을 유지하는 것은 후속 확산 결합 단계에 있어서 매우 중요하며, 플레이트 스택 전체에서 균일한 접촉을 보장합니다.

높은 정확도 및 재현성:

에칭 프로세스는 잘 제어되는 화학 운동학 및 포토마스크에 의해 관리되므로 채널 치수에 대한 매우 엄격한 공차를 재현할 수 있습니다 (폭은 종종 몇 밀리미터 또는 그 이하입니다).또한 더 높은 열 flux 를 위해 채널 사이에 매우 얇은 웹 섹션을 허용합니다.전통적인 밀링 또는 드릴링은 스케일에서 동일한 해상도를 달성하기 위해 어려움을 겪을 것입니다.

에칭 후, 플레이트는 적층되고 확산 결합됩니다 (분산 용접이라고도 함).확산 접합에서는, 에칭된 판의 스택이 고온과 압력으로 가압되어 금속 표면이 원자적으로 융합됩니다.이렇게 하면 채널에 단속 용접 이음새가 없는 솔리드 모로석 코어가 생성됩니다.그런 다음 접합된 블록은 크기에 맞게 가공되거나 절단되며 헤더 (엔드 캡) 와 노즐을 장착합니다.이 제조 순서는 판이 가스켓 또는 용납될 수 있는 기존의 교환기와 대조됩니다. PCHEs 는 확산 결합을 사용하기 때문에 결합된 접합은 전체 모금속 특성 (강도, 내식성) 을 유지하여 충전자 금속이나 gasket 의 약점을 방지합니다.

고성능 PCHE 솔루션

인쇄 회로 열교환기는 컴팩트한 열전달의 한계를 밀어 넣는 성숙하지만 여전히 진화하는 기술입니다.그들은 고압, 고온 또는 좁은 공간 제약이 존재하는 곳마다 필수적이되었습니다.SHPHE (시페) 제품 페이지에 강조 표시되는 PCHE 는 까다로운 산업용 애플리케이션에 맞게 제작된 열교환 기술에서 획기적인 혁신입니다. 1, 000 bar 및 900 ° C 까지 작동할 수 있는 고효율, 컴팩트한 디자인은 LNG, 핵, 초임계 CO 2 및 항공우주 시스템에 이상적입니다.

SHPHE 의 발표된 사양은 회사의 경쟁 우위를 강조합니다: 당사의 PCHE 유닛은 ASME 및 국제 인증을 보유하고 있으며 최대 1000 bar 의 압력 및 -196 ° C 에서 850 ° C 까지의 온도를 위해 등급을 지정합니다.이는 SHPHE 의 첨단 에칭 및 확산 접합 공정을 숙달하여 0. 4 - 4 mm 두께의 플레이트를 0. 4 mm 의 작은 채널로 제조할 수 있게 해준다.실제로 이러한 역량을 통해 SHPHE 는 석유화학, 전력 및 공정 산업의 가장 엄격한 표준을 충족하는 교환기를 공급할 수 있습니다.

PCHE 기술은 컴팩트 열교환기의 최첨단 기술을 나타냅니다.광화학적 에칭, 확산 접합 및 스마트 유압 설계를 결합함으로써 SHPHE 는 탁월한 효율성, 견고성 및 유연성을 갖춘 솔루션을 제공합니다.

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