المبادل الحراري ذو الدائرة المطبوعة عبارة عن كتلة معدنية صلبة تحتوي على آلاف القنوات الدقيقة المحفورة في صفائح رقيقة من سبيكة معدنية. تُكدس هذه الصفائح وتُلحم بالانتشار في فرن مفرغ من الهواء، حيث يدمجها الانتشار الذري لتكوين قطعة واحدة. لا حاجة إلى حشيات أو مواد لحام أو خطوط لحام. والنتيجة هي قلب متجانس يتصرف كالمعدن الأصلي، ويحافظ على تماسكه عند ضغوط لا تستطيع التصاميم التقليدية مجاراتها.
أثبتت هذه الوحدات جدارتها أولاً في قطاعي الطيران والفضاء والطاقة النووية. واليوم، تُستخدم في وحدات تسييل الغاز الطبيعي المسال، ودورات الطاقة بثاني أكسيد الكربون فوق الحرج، وضغط الغاز في المنصات البحرية، وأنظمة الهيدروجين عالية الضغط. والقاسم المشترك بينها هو ضيق المساحة، وارتفاع الحمل الحراري، وعدم إمكانية التوقف عن العمل. يشغل مبادل الحرارة ذو الطور الفيزيائي (PCHE) عادةً مساحة أقل بخمس إلى عشر مرات من مبادل حراري أنبوبي مماثل، وهو أمر بالغ الأهمية في المنصات البحرية حيث يُمثل كل متر مربع تكلفة.
لا يوجد مشروعان متطابقان من حيث الأحمال الحرارية، لذا يتم تصميم هندسة القناة وعمقها ومقطعها العرضي لكل مشروع على حدة. تتراوح المواد المستخدمة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L والفولاذ المزدوج 2205 إلى التيتانيوم وهاستيلوي C-276، بسماكات ألواح تتراوح بين 0.5 و2.0 مم. يُستعان بنمذجة ديناميكيات الموائع الحسابية وتحليل الإجهاد باستخدام طريقة العناصر المحدودة لتوجيه التصميم قبل البدء بعملية الحفر الكيميائي للمعدن. يتم اختبار اللب النهائي للتأكد من عدم وجود تسريب للهيليوم، كما يتم التحقق من كفاءته الهيدروستاتيكية وفقًا لمعايير ASME أو CE أو NB.
تصل مساحة نقل الحرارة القصوى إلى 8000 متر مربع، وتتراوح فجوات القنوات من 0.4 إلى 4 ملم، ويتراوح نطاق درجة حرارة التصميم من -196 درجة مئوية إلى 850 درجة مئوية، ويصل أقصى ضغط تصميم إلى 1000 بار. يمكن أن تصل الكفاءة الحرارية إلى 98%، مما يتيح تحقيق دقة عالية في درجات الحرارة واستعادة الطاقة التي تتخلف عنها التصاميم الأخرى.
إنجليزيالإنجليزية
