Добавить новость
smi24.net
News in English
Июль
2023

Heat exchanger advances

0

Compact printed circuit heat exchangers (PCHE), produced through a diffusion bonding process, surpass traditional alternatives in extreme temperature and pressure environments.

Traditional plate or shell and tube heat exchangers have long been used in processing industries. Today, however, with many new applications involving high pressures, temperatures, and exposure to corrosive environments, more manufacturers are turning to compact printed circuit heat exchangers (PCHEs).

A PCHE is a multi-layer heat exchanger consisting of thin, flat metal plates into which fluid flow microchannels are chemically etched in each layer to form a complex flow pattern. The layers are then diffusion bonded together to create a dense heat exchanger with superior airflow and heat transfer properties.

When designed this way, a heat exchanger can be up to 85% smaller and lighter than traditional plate or shell and tube designs. In addition, PCHEs do not require excessive pipework, frames, or other associated structural elements, further reducing costs.

“A high-quality diffusion bonded PCHE can withstand very high pressures of  hundreds of bars and extreme temperatures beyond 800°C. As a result, PCHEs are well suited for a wide range of demanding applications, including oil and gas, hydrogen vehicle fueling stations, and aerospace,” says Dr Udo Broich, managing director of PVA Industrial Vacuum Systems.

Diffusion bonding versus brazing

For many years, diffusion bonding has been used to join high strength and refractory metals that are either difficult or impossible by other means. The process involves applying high temperature and pressure to the bonding part in a high-vacuum hot press such as those offered by PVA TePla; this causes the atoms on solid metallic surfaces to intersperse and join. The final piece will have little or no interface lines or striations if the materials are similar; the interface of one material blends into the other, and vice versa. The same result can also be achieved with dissimilar materials with the right equipment, material preparation, and process.

The key to the process is using diffusion bonding to join the layers over other alternatives, such as vacuum brazing. Although brazing is widely used for joining metals under normal conditions, it can be insufficient in high temperature, pressure, or corrosion situations. Brazing is a joining process in which two or more metal items are joined together by melting and flowing a filler metal into the joint. The filler metal flows into the gap between the layers through capillary action.

With a proper choice of filler material and process parameters, brazing can also create high strengths and thermal resistant joints. However, as the filler metal always has a different chemical composition from the bonding part materials, the properties of brazed components usually cannot reach that of a solid part.

“In the case of brazing a PCHE, engineers must consider another issue: during brazing, molten filler metal can penetrate the microchannels and solidify, blocking the channels required for airflow. This can render the PCHE quite ineffective,” says Broich. “Since diffusion bonding requires no filler metal and is a solid-state joining process, the microchannels remain intact.

“When the layers of a PCHE are diffusion bonded, the final product retains the parent material’s mechanical, chemical, and thermal properties. Given the high strength and integrity of the material, PCHEs can withstand very severe operational conditions,” explains Broich.

A significant advantage of diffusion bonded PCHEs is that it significantly reduces the size of the heat exchanger. “PCHEs have about 85% less mass and volume of traditional heat exchangers, while the microchannels provide a large surface area for heat exchange,” says Broich. “Achieving the same heat transfer rate with a standard [plate, or shell and tube] heat exchanger] design requires much more mass and volume.”

Growing Markets

Due to the inherent advantages of diffusion bonded PCHEs, many industries are adopting this evolving technology to improve heat transfer in various applications.

Oil and Gas

The compact, efficient heat transfer capabilities of PCHEs are ideal for many oil and gas applications, including preheaters, superheaters, gas compression coolers, high-temperature recuperators, and liquified natural gas (LNG) exchangers.

Aluminium heat sink applications

Aluminium heat sinks are popular for the thermal management of many critical devices where weight is a factor, including automotive and aerospace. Aluminium heat sinks are also commonly used with electric batteries.

The most common aluminium alloys used in heat sinks and exchangers are the 6000 series alloys. However, magnesium and silicon are the primary alloying elements and are difficult to join with methods such as brazing.

“In many heat sink applications, brazing flux is often prohibited. Therefore, vacuum brazing remains a joining technology using filler metals based on an aluminium-silicon eutectic alloy. However, these alloys have a melting point of 580°C, very close to the melting point of the base material, thus providing only a tiny process window to achieve high-quality bonds,” says Broich.

He notes that PVA TePla has developed a diffusion bonding process to successfully join high alloyed aluminium materials such as 6061 over the years.

Optimising furnace design for diffusion bonding

There are various approaches to furnace design and process implementation for diffusion bonding of PCHEs. Advances in high vacuum furnace hot presses allow superior pressure control and rapid cooling systems that improve bonding, increase yields, and significantly decrease cycle
time.

Manufacturers such as PVA TePla offer multi-cylinder systems with large pressing plates that accommodate various parts. The largest, the company’s MOV 843 HP, can process substrates as large as 950mm x 1,300mm, which is quite a large area for diffusion bonding. The pressing force is 8,000kN. Research is underway to increase this geometrical limitation as well.

The integrated press provides remarkably consistent pressure across the entire surface by controlling and synchronising each cylinder. The MOV also comes with built-in pressure transducers along the bottom of the pressing plate. The individual hydraulic cylinders can be adjusted in the software to achieve uniformity even over large areas based on sensor feedback.

Broich points out that high-bonding strength is critical for applications involving PCHEs in extreme settings. “It requires a high-strength design [when a high vacuum hot press is needed] of the pressing unit [pressing rams and platens) to transfer 800 or 1000 tons at 1,000°C or even higher temperatures.”

In addition, the pressing unit should have a design that minimises the mass within the hot zone while achieving uniform force distribution throughout the working space and pressing plate. “The design of a diffusion bonding machine should enable the shortest cycle times possible while saving energy by reducing its thermal mass; this is very important to productivity and cost-effectiveness,” he points out.

To produce a high-quality diffusion bonded PCHE, working with an expert partner can be essential for manufacturers that require process and technology support. “Most of our customers are not familiar with this technology. We support them with basic process technical knowledge so they can correctly use the machine to produce a high-quality diffusion bonded PCHE,” explains Broich.

Due to the rapidly expanding need for this precision technology in the USA, PVA TePla is opening a diffusion bonding technology centre in California. A full-scale industrial furnace that matches the capabilities offered by the firm in Germany will be available. PVA TePla will be able to demonstrate the machine’s bonding capabilities, run R&D samples, and provide processing services.

“In both the USA and Germany, we can demonstrate the quality of the bonds before a customer decides to invest in a machine. We handle most of the elements of process development to prove the technology and assist in scaling up to production volumes. Alternatively, we can provide full-scale contract processing for customers if they outsource production,” concludes Broich.








Группа компаний «ДИАКОН» запустила новый логистический центр в наукограде Пущино Московской области

Домашний риф Dhawa Ihuru признан одним из лучших на Мальдивах

Коллекция Marc Jacobs осень-зима 2025/26

Клинический психолог Юлия Тарибо: каким типам личностей сложно было вместе


Dow futures sink as Trump keeps pushing tariffs while White House suggests Powell’s job could be at risk

Son Of British Boxing Legend Retires From The Sport Aged Just 24: “Won’t Be Fighting Again”

ICE is 'supercharging detention' with 'flagrantly unlawful' policy: lawyers

Trump's cuts force Texas food banks to ration supplies for flood survivors


«Мне ничего не будет»: кавказцы устроили стрельбу возле ЗАГСа в Санкт-Петербурге

Чилим на позитиве...

Вот билет на контент, на эксплойт билетов нет

Туристический спецпроект «Умные путешествия» стартовал в Подмосковье


Гайд на Fuqiu из Etheria Restart: навыки, PvE-билд, расклад в PvP и дубликаты

The Expanse RPG's developers are 'humbled' by comparisons to BioWare's heyday, but don't expect it to be a straight Mass Effect clone: 'We make our story a little bit differently'

I've swapped modern live service games for a browser game that's been running since 2009

Those shadow giants in the distance in Elden Ring Nightreign are over 2 miles tall⁠—almost as big as the Erdtree⁠—and nobody even mentions them in the game



Врач-офтальмолог Элина Санторо: как выбрать идеальные солнцезащитные очки

Косметолог Наталья Рябинова: в чем разница между эстетическим и медицинским трихологом

Росгвардейцы из Чеченской Республики стали победителями и призерами чемпионата Северо-Кавказского округа Росгвардии по комплексному единоборству

Вот билет на контент, на эксплойт билетов нет


Росгвардейцы из Чеченской Республики стали победителями и призерами чемпионата Северо-Кавказского округа Росгвардии по комплексному единоборству

«Сила в команде»: судебные приставы Кузбасса приняли участие во всероссийских хоккейных соревнованиях среди силовиков

Врач-офтальмолог Элина Санторо: как выбрать идеальные солнцезащитные очки

Косметолог Наталья Рябинова: в чем разница между эстетическим и медицинским трихологом


Синоптик Леус: 45 процентов месячной нормы осадков выпало в столичном регионе

Экс-жена Сафонова Анастасия требует от вратаря 4 млн рублей судебных издержек

Из трёх музеев Томской области томичи отправили по почте 500 «тёплых открыток»

Москвичам сообщили о надвигающейся грозе с порывистым ветром.


Тарпищев объяснил причины неудачного выступления Анисимовой против Швентек.

Кудерметова завоевала свой первый титул Уимблдона в парном разряде.

Мирра Андреева вошла в топ-5 мирового рейтинга WTA.

Медведев стал обладателем Кубка короля в Испании.


«Союз-Аполлон» — вторая встреча над Эльбой. А можем повторить?

Замоскворецкая линия метро: отсутствие движения между «Белорусской» и «Театральной»

Франция предупредила о риске крупного конфликта в Европе к 2030 году

«Турбозавры» поучаствовали в Дне московского транспорта


Музыкальные новости

Быков, Харламов, Цой. Знаменитые артисты, которые погибли за рулем

Жена Басты сцепилась с Onlyfans-моделью Eva Bogut: подробности скандала

«У нее есть компания». Юрий Лоза раскрыл подноготную Орбакайте

Элджею подарили болид «Формулы-3» по цене более 10 миллионов рублей


Росгвардейцы из Чеченской Республики стали победителями и призерами чемпионата Северо-Кавказского округа Росгвардии по комплексному единоборству

Пора пригласить певца A.SERGIO для участия в теле- и радиопрограммах, подкастах и шоу!

Косметолог Наталья Рябинова: в чем разница между эстетическим и медицинским трихологом

Вот билет на контент, на эксплойт билетов нет


"Спартак" со счетом 4:1 разгромил "Спартак" из Суботицы в товарищеском матче

Тренер "Спартака" Станкович: у Барко вышел волнообразный сезон

Путин выразил соболезнования близким режиссера Митты в связи с его смертью

«Спартак» Москва — «Спартак» Суботица. Онлайн, прямая трансляция


Вскрытие без последствий – сервис «Спас-замков»

Мобильный интернет перестанут массово отключать в России

КАМАЗ-4280 начал тестовую эксплуатацию на маршруте в Подмосковье

В Москве мужчина ограбил магазин на АЗС, угрожая пистолетом


"Пока Путин не заметит это безобразие": Пономарев резко высказался о легионерах в РПЛ

В РФ раскрыли замысел Трампа после его попыток шантажировать Путина

В США сделали смелое заявление в отношении Путина.

Путин отметил успех школьников на Международной химической олимпиаде.




Травмированного на репетиции в цирке Москвы акробата выписали из больницы

Клинический психолог Юлия Тарибо: каким типам личностей сложно было вместе

Врач-офтальмолог Элина Санторо: как выбрать идеальные солнцезащитные очки

Косметолог Наталья Рябинова: в чем разница между эстетическим и медицинским трихологом


ВСУ атаковали дронами женщин под Сумами: Били за надпись "Мы русские"


Раскрыто расписание Олимпийских игр 2028 года в Лос-Анджелесе.

Травмированного на репетиции в цирке Москвы акробата выписали из больницы

«Турбозавры» поучаствовали в Дне московского транспорта

Росгвардейцы из Чеченской Республики стали победителями и призерами чемпионата Северо-Кавказского округа Росгвардии по комплексному единоборству


«Нам в Минске надо учиться». Лукашенко похвалил Беглова за зимнюю уборку Петербурга

Лукашенко встретился в Минске с делегацией Петербурга для обсуждения сотрудничества

Петербургская делегация провела переговоры с президентом Беларуси в Минске

Лукашенко предложил Петербургу ремонтировать всю белорусскую технику


Сергей Собянин: В Москве появятся три новых пешеходных моста к 2027 году

Сергей Собянин: роботы и электромашины на страже московских улиц


Губернатор Андрей Бочаров принимает участие в образовательной программе Сбера

РЭО проведет акселератор для экоцентров на базе Плехановского университета

РЭО запускает акселератор для экологических центров на базе Плехановского университета

ГК «АСНА» внедрила систему продвинутой аналитики «Дельта BI»


Экс-жена Сафонова Анастасия требует от вратаря 4 млн рублей судебных издержек

Посол Акира Муто: Япония будет приветствовать возможную встречу Путина и Трампа

Аллерголог предупредила о подушках, которые могут вызывать отек Квинке

Франция предупредила о риске крупного конфликта в Европе к 2030 году


Беспроводной сканер штрих-кодов SAOTRON P05i промышленного класса

В городе Барнауле стартовал третий этап смотра-конкурса на звание "Лучшее звено газодымозащитной службы" среди Главных управлений МЧС России

Алтайский край оказался в числе регионов-аутсайдеров по доступности вторичного жилья

Защищённый планшет Saotron RT-W11J на базе ОС Windows10


Крыму и еще 24 регионам России спишут долги на миллиарды рублей

Под Симферополем горят десятки гектаров леса

Симферополь частично остался без света утром 14 июля

Десятки улиц Симферополя остались без света 14 июля


Многим рискует: юрист сказал, как сидит «золотой» экс-полковник Захарченко

Дептранс: на Замоскворецкой линии московского метро восстановили движение

МВД: мошенники крадут аккаунты «Госуслуг» под предлогом поступления в вуз

Андрей Воробьев рассказал об открытии новых школ в Подмосковье к 1 сентября














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *