プリント回路式熱交換器は、金属板に流路を形成し、制御された積層体を接合して圧力支持コアを構築することによって作られます。光化学エッチングによって流体通路が形成され、拡散接合によってプレート間の固体接続が実現されます。完成した装置は、特定の熱的および機械的使用条件に合わせて設計および認証される必要があります。
「プリント回路」という名称は、完成した熱交換器内の電子回路基板ではなく、パターン化された流路を指しています。高温流体と低温流体はそれぞれ別の流路層を通過し、その間の金属を通して熱交換を行います。
PCHEは、コンパクトチャンネル型熱交換器の一種です。着脱式ガスケットパック、ろう付け式プレート型熱交換器、溶融溶接式プレートシェル型熱交換器とは、接合方法とメンテナンス方法の両面で異なります。
熱設計では、必要な負荷、温度プロファイル、許容圧力損失が定められます。チャネルの形状、長さ、経路は、熱伝達と熱抵抗に影響を与えます。チャネル間およびコア縁部の残りの金属も、圧力支持構造の一部を形成します。
したがって、設計においては、流路形状と材料、設計圧力、差圧、および過渡荷重との整合性を図る必要がある。公称流路幅や大きな面積密度だけでは、コアの耐圧性能は保証されない。
光化学プロセスでは、パターン化されたレジストによって金属の除去位置が制御されます。目的のチャネル形状と深さを実現するには、プロセス制御と寸法検査が必要であり、積層前に洗浄によって残留物を除去します。
流路寸法、エッチングされていないリガメント、プレートのアライメント、および入口分布はすべて重要です。エッチングによって設計の柔軟性は向上しますが、提案された形状は依然として製造可能性と検査基準を満たす必要があります。
準備されたプレートは、所定の流体順序で積み重ねられ、制御された温度、圧力、雰囲気下で接合されます。拡散接合は固体接合プロセスであり、プレートの界面を接合するために溶融ろう付け材を使用しません。
プロセスパラメータは、合金の種類と認定された製造工程によって異なります。清浄度、表面状態、アライメント、およびプロセス制御は、接合品質に影響を与えます。「拡散接合」という用語だけで、無限の強度や漏れのない寿命が保証されると推測するのは誤りです。
| エリア | プロジェクトで定義する証拠 |
|---|---|
| 材料および接着剤の適格性 | トレーサビリティ、適格な手順、および合意された検証方法 |
| チャネルとコアの形状 | 寸法、アライメント、および製造上の受入基準 |
| ヘッダーと接続 | 配線、溶接要件、および機械的インターフェース |
| 完全性テスト | 承認された合格基準に基づく圧力および漏洩試験方法 |
| 熱および水力学的検証 | 関連する運用事例に関する合意された計算または試験証拠 |
検査の種類によって、対処すべき故障モードが異なります。圧力試験は熱疲労の評価に取って代わるものではなく、漏洩試験はあらゆる流量条件下での性能を保証するものではありません。
SHPHEのプリント回路式熱交換器（PCHE）文献には、チャネルギャップが0.4～4 mm、設計温度範囲が-196～850℃、最大設計圧力が1,000 barまでと記載されています。これらの値は製品ファミリーのスクリーニング情報です。合金の種類、リガメントの形状、規格、運転サイクルによって、特定のユニットに承認される実際の組み合わせが決まります。
圧力の最大値と温度の最大値を組み合わせて、単一の動作点とみなすべきではない。また、-196℃から始まる極低温範囲を、液体水素条件での適合性の証拠とみなすべきでもない。
接合されたコアは個々のプレートに分割されません。そのため、上流側の流体の清浄度と、適合性のある検証済みの洗浄方法が重要な選定要件となります。大きな固形物、持続的な結晶化、または制約のない機械的ブラッシングが必要な場合、別の熱交換器構造が適している可能性があります。
組成と相挙動、圧力と温度条件、熱負荷、許容圧力損失、および想定される運転サイクルを提示してください。清浄度、停止、検査、および保守に関する要件も記載してください。これにより、チャネルと製造方法の選択肢を包括的なエンジニアリング設計として評価できます。
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