يُصنع المبادل الحراري ذو الدائرة المطبوعة بتشكيل قنوات في صفائح معدنية وربط مجموعة مُتحكم بها في قلب يتحمل الضغط. يُحدد الحفر الكيميائي الضوئي مسارات السوائل، بينما يُنشئ الربط الانتشارى اتصالاً صلباً بين الصفائح. مع ذلك، يجب تصميم المعدات الناتجة وتأهيلها لتلائم ظروف التشغيل الحرارية والميكانيكية الخاصة بها.
يشير مصطلح "الدائرة المطبوعة" إلى القنوات ذات النمط المحدد، وليس إلى لوحة الدوائر الإلكترونية الموجودة في المبادل الحراري النهائي. تمر تيارات الهواء الساخنة والباردة عبر طبقات قنوات منفصلة، وتتبادل الحرارة عبر المعدن الموجود بينها.
يُعدّ مبادل PCHE أحد أنواع مبادلات القنوات المدمجة. وهو يختلف عن مبادل الحشية القابل للإزالة، ومبادل الصفائح الملحومة، وتصميم الصفائح والأغلفة الملحومة بالانصهار، في كل من طريقة التوصيل وطريقة الصيانة.
يُحدد التصميم الحراري الحمل المطلوب، وتوزيع درجة الحرارة، وانخفاض الضغط المسموح به. ويؤثر شكل القناة وطولها ومسارها على انتقال الحرارة ومقاومتها. كما يشكل المعدن المتبقي بين القنوات وعلى حواف القلب جزءًا من الهيكل الحامل للضغط.
لذا، يجب أن ينسق التصميم هندسة القناة مع المادة، وضغط التصميم، والضغط التفاضلي، والأحمال العابرة. ولا يُعدّ عرض القناة الاسمي أو كثافة المساحة الكبيرة كافيين بحد ذاتهما لتحديد قدرة تحمل الضغط للقلب.
في المسار الكيميائي الضوئي، تتحكم طبقة مقاومة منقوشة في موضع إزالة المعدن. ويتطلب تحقيق شكل القناة وعمقها المطلوبين مراقبة دقيقة للعملية وفحصًا دقيقًا للأبعاد، بينما تعمل عملية التنظيف على إزالة الرواسب قبل عملية التجميع.
تُعدّ أبعاد القناة، والأربطة غير المحفورة، ومحاذاة الصفائح، وتوزيع المدخل، جميعها عوامل مهمة. يُتيح الحفر مرونة في التصميم، لكن الشكل الهندسي المقترح لا يزال بحاجة إلى معايير التصنيع والفحص.
تُكدّس الصفائح المُجهزة وفقًا لتسلسل السوائل المطلوب، ثم تُلحم تحت ظروف مُتحكم بها من حيث درجة الحرارة والضغط والجو. يُعدّ اللحام الانتشارى عملية ربط في الحالة الصلبة، إذ لا يستخدم مادة لحام منصهرة لربط أسطح الصفائح.
تعتمد معايير العملية على السبيكة وطريقة التصنيع المعتمدة. وتؤثر النظافة وحالة السطح والمحاذاة والتحكم في العملية على جودة الترابط. ومن غير الصحيح استنتاج قوة غير محدودة أو ضمان عدم التسرب مدى الحياة بمجرد استخدام مصطلح "الترابط الانتشارى".
| منطقة | الأدلة التي يجب تحديدها في المشروع |
|---|---|
| تأهيل المواد والروابط | إمكانية التتبع، والإجراءات المؤهلة، ونهج التحقق المتفق عليه |
| هندسة القناة واللب | الأبعاد والمحاذاة ومعايير قبول التصنيع |
| الرؤوس والوصلات | التوزيع، ومتطلبات اللحام، والوصلات الميكانيكية |
| اختبار السلامة | طرق اختبار الضغط والتسريب بمعايير قبول معتمدة |
| التحقق الحراري والهيدروليكي | حسابات متفق عليها أو أدلة اختبار لحالات التشغيل ذات الصلة |
تتناول عمليات الفحص المختلفة أنماط الفشل المختلفة. ولا يغني اختبار الضغط عن تقييم الإجهاد الحراري، كما أن اختبار التسرب لا يحدد الأداء الفعلي في جميع ظروف التدفق.
SHPHEمبادل حراري ذو دائرة مطبوعة (PCHE)تشير المراجع إلى فجوات قنوات تتراوح بين 0.4 و4 مم، ونطاق درجة حرارة تصميمية للعائلة من -196 إلى 850 درجة مئوية، وضغط تصميمي أقصى يصل إلى 1000 بار. هذه القيم هي معلومات فحص خاصة بعائلة المنتج. أما التركيبة الفعلية المعتمدة لوحدة معينة فتعتمد على السبيكة، وهندسة الرباط، والمواصفات، ودورات التشغيل.
لا ينبغي دمج الحد الأقصى للضغط والحد الأقصى لدرجة الحرارة في نقطة تشغيل واحدة مفترضة. كما لا ينبغي اعتبار نطاق التبريد الشديد الذي يبدأ من -196 درجة مئوية دليلاً على صلاحية التشغيل في ظروف الهيدروجين السائل.
لا ينفتح القلب المدمج إلى صفائح منفصلة. لذا، تُعدّ نظافة السائل في المنبع واتباع أسلوب تنظيف متوافق ومعتمد من متطلبات الاختيار المهمة. وقد تُفضّل التطبيقات التي تتضمن مواد صلبة كبيرة، أو تبلورًا مستمرًا، أو الحاجة إلى تنظيف ميكانيكي غير مقيد، تصميمًا آخر للمبادل الحراري.
قدّم التركيبات وسلوك الطور، وحالات الضغط ودرجة الحرارة، والحمل الحراري، وفقدان الضغط المسموح به، ودورات التشغيل المتوقعة. أضف متطلبات النظافة، والإيقاف، والفحص، والصيانة. يُمكّن هذا من تقييم خيارات القناة والتصنيع كتصميم هندسي متكامل.
إنجليزيالإنجليزية
