가혹한 환경을 위한 확산 접착 인쇄 회로 열교환기

소형 인쇄 회로 열교환기는 극한 환경에서 다른 제품보다 뛰어납니다.

전통적인 판형 또는 쉘 앤 튜브 열교환기는 가공 산업에서 오랫동안 사용되어 왔습니다. 그러나 오늘날 고압, 온도 및 부식성 환경에 대한 노출과 관련된 많은 새로운 응용 분야로 인해 더 많은 제조업체가 소형 인쇄 회로 열교환기(PCHE)로 전환하고 있습니다.

PCHE는 유체 흐름 마이크로 채널이 각 층에 화학적으로 에칭되어 복잡한 흐름 패턴을 형성하는 얇고 평평한 금속판으로 구성된 다층 열 교환기입니다. 그런 다음 층을 확산 결합하여 우수한 공기 흐름과 열 전달 특성을 지닌 조밀한 열 교환기를 만듭니다.

이러한 방식으로 설계하면 열 교환기는 기존의 플레이트 또는 쉘 및 튜브 설계보다 최대 85% 더 작고 가벼워질 수 있습니다. 또한 PCHE에는 과도한 배관, 프레임 또는 기타 관련 구조 요소가 필요하지 않아 비용이 더욱 절감됩니다.

“고품질 확산 결합 PCHE는 수백 바의 매우 높은 압력과 800°C 이상의 극한 온도를 견딜 수 있습니다. 결과적으로 PCHE는 석유 및 가스, 수소 차량 연료 충전소 및 항공우주를 비롯한 광범위하고 까다로운 응용 분야에 매우 적합합니다.”라고 독일 Wettenberg에 위치한 PVA Industrial Vacuum Systems GmbH의 전무이사인 Udo Broich 박사는 말했습니다.

접합 기술에 관한 박사 학위 논문을 쓴 Dr. Broich는 25년 동안 진공 브레이징 및 확산 접합에 집중해 왔습니다. PVA TePla AG는 산업용 용광로 및 PulsPlasma 질화 시스템을 생산하는 글로벌 제조업체입니다.

수년 동안 다른 방법으로는 어렵거나 불가능한 고강도 및 내화성 금속을 접합하기 위해 확산 접합이 활용되어 왔습니다. 이 공정에는 PVA TePla에서 제공하는 것과 같은 고진공 핫 프레스에서 접합 부분에 높은 온도와 압력을 가하는 작업이 포함됩니다. 이로 인해 고체 금속 표면의 원자가 산재되어 결합됩니다.

재료가 유사한 경우 최종 조각에는 인터페이스 선이나 줄무늬가 거의 또는 전혀 없습니다. 한 재료의 경계면이 다른 재료와 혼합되고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 올바른 장비, 재료 준비 및 공정을 사용하면 서로 다른 재료를 사용해도 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

이 공정의 핵심은 확산 접합을 활용하여 진공 브레이징과 같은 다른 대안을 통해 레이어를 결합하는 것입니다. 브레이징은 일반적인 조건에서 금속을 접합하는 데 널리 사용되지만 고온, 압력 또는 부식 상황에서는 충분하지 않을 수 있습니다.

브레이징은 두 개 이상의 금속 품목을 녹여 용가재를 접합부로 흘러들어가는 접합 공정입니다. 용가재는 모세관 작용을 통해 층 사이의 틈으로 흘러 들어갑니다.

충진재와 공정 매개변수를 적절하게 선택하면 브레이징을 통해 고강도 및 내열성 접합부를 만들 수도 있습니다. 그러나 필러 금속은 항상 접합 부품 재료와 다른 화학적 조성을 가지기 때문에 납땜된 부품의 특성은 일반적으로 고체 부품의 특성에 도달할 수 없다고 Dr. Broich는 말합니다.

“PCHE를 브레이징하는 경우 엔지니어는 또 다른 문제를 고려해야 합니다. 브레이징 중에 용융된 필러 금속이 마이크로 채널에 침투하여 응고되어 공기 흐름에 필요한 채널을 차단할 수 있다는 것입니다. 이는 PCHE를 상당히 비효율적으로 만들 수 있습니다.”라고 Broich 박사는 말했습니다. "확산 접합에는 필러 금속이 필요하지 않으며 고체 접합 공정이기 때문에 마이크로채널은 그대로 유지됩니다."

“PCHE의 층이 확산 결합되면 최종 제품은 모재의 기계적, 화학적, 열적 특성을 유지합니다. 재료의 높은 강도와 ​​무결성을 고려하면 PCHE는 매우 가혹한 작동 조건을 견딜 수 있습니다.”라고 Broich 박사는 설명했습니다.

확산 결합 PCHE의 중요한 장점은 열 교환기의 크기를 크게 줄일 수 있다는 것입니다.

Broich 박사는 “PCHE는 기존 열 교환기보다 질량과 부피가 약 85% 적으며 마이크로채널은 열 교환을 위한 넓은 표면적을 제공합니다.”라고 말했습니다. "표준 [판 또는 쉘 및 튜브 열 교환기] 설계로 동일한 열 전달 속도를 달성하려면 훨씬 더 많은 질량과 부피가 필요합니다."