Uno scambiatore di calore a circuito stampato è realizzato creando canali in piastre metalliche e unendo una pila controllata di piastre in un nucleo portante. La fotoincisione definisce i passaggi del fluido; la saldatura per diffusione crea la connessione allo stato solido tra le piastre. L'apparecchiatura risultante deve ancora essere progettata e qualificata per la sua specifica applicazione termica e meccanica.
Il termine "circuito stampato" si riferisce ai canali preformati, non a un circuito stampato elettronico presente nello scambiatore di calore finito. I flussi caldo e freddo attraversano strati di canali separati, scambiandosi calore attraverso il metallo che li separa.
Un PCHE è un tipo di scambiatore di calore a canali compatto. Si differenzia da un pacco con guarnizioni rimovibili, da uno scambiatore a piastre brasate e da uno scambiatore a piastre e mantello saldato per fusione, sia per il metodo di giunzione che per la procedura di manutenzione.
La progettazione termica definisce il carico di lavoro richiesto, il profilo di temperatura e la caduta di pressione consentita. La forma, la lunghezza e il percorso dei canali influenzano il trasferimento di calore e la resistenza. Anche il metallo rimanente tra i canali e ai margini del nucleo fa parte della struttura portante.
La progettazione deve pertanto coordinare la geometria del canale con il materiale, la pressione di progetto, la pressione differenziale e i carichi transitori. Una larghezza nominale del canale o un'elevata densità di superficie non determinano di per sé la capacità di resistenza alla pressione del nucleo.
In un processo fotochimico, una resina fotosensibile con una specifica conformazione controlla la rimozione del metallo. Il controllo del processo e l'ispezione dimensionale sono necessari per ottenere la forma e la profondità del canale desiderate, mentre la pulizia rimuove i residui prima dell'impilamento.
Le dimensioni del canale, i legamenti non incisi, l'allineamento delle piastre e la distribuzione degli ingressi sono tutti fattori importanti. L'incisione crea flessibilità di progettazione, ma la geometria proposta deve comunque soddisfare criteri di producibilità e ispezione.
Le piastre preparate vengono impilate nella sequenza di fluidi richiesta e unite a temperatura, pressione e atmosfera controllate. La saldatura per diffusione è un processo di giunzione allo stato solido: non utilizza un materiale d'apporto fuso per brasare le interfacce delle piastre.
I parametri del processo dipendono dalla lega e dal processo produttivo qualificato. Pulizia, condizioni della superficie, allineamento e controllo del processo influenzano la qualità del legame. È errato dedurre una resistenza illimitata o una garanzia di tenuta stagna a vita semplicemente dal termine "saldatura per diffusione".
| Zona | Prove da definire nel progetto |
|---|---|
| Qualificazione dei materiali e dell'adesione | Tracciabilità, procedura qualificata e approccio di verifica concordato |
| Geometria del canale e del nucleo | Dimensioni, allineamento e criteri di accettazione della produzione |
| Intestazioni e connessioni | Distribuzione, requisiti di saldatura e interfacce meccaniche |
| Test di integrità | Metodi di prova di pressione e tenuta con criteri di accettazione approvati |
| Verifica termica e idraulica | Calcolo concordato o prove di prova per i casi operativi pertinenti |
Ispezioni diverse riguardano diverse modalità di guasto. Una prova di pressione non sostituisce la valutazione della fatica termica e una prova di tenuta non stabilisce la prestazione effettiva in ogni condizione di flusso.
SPHE'sscambiatore di calore a circuito stampato (PCHE)La letteratura riporta spazi tra i canali compresi tra 0,4 e 4 mm, un intervallo di temperatura di progetto per la famiglia di prodotti da -196 a 850 °C e una pressione di progetto massima fino a 1.000 bar. Questi valori rappresentano informazioni di screening per la famiglia di prodotti. La lega, la geometria del legamento, la normativa e i cicli operativi determinano la combinazione effettivamente approvata per una particolare unità.
Non si dovrebbero combinare un valore massimo di pressione e un valore massimo di temperatura in un unico punto di funzionamento. Né si dovrebbe considerare un intervallo criogenico che inizia a -196 °C come prova di idoneità per le condizioni di idrogeno liquido.
Il nucleo accoppiato non si apre in piastre singole. La pulizia del fluido a monte e un metodo di pulizia compatibile e validato sono pertanto requisiti di selezione importanti. Applicazioni con solidi di grandi dimensioni, cristallizzazione persistente o necessità di spazzolatura meccanica senza restrizioni possono favorire un'altra configurazione dello scambiatore.
Fornire la composizione e il comportamento di fase, i casi di pressione e temperatura, il carico termico, le perdite di pressione ammissibili e i cicli operativi previsti. Includere i requisiti di pulizia, arresto, ispezione e manutenzione. Ciò consente di valutare le scelte relative al canale e al processo produttivo nell'ambito di un progetto ingegneristico completo.
Esamina i requisiti di progettazione e produzione del PCHE →
IngleseEN
