避免焊接，更薄，看3D打印平行流換熱器歧管的優勢幾何？

魔猴君  行業資訊   1894天前

熱交換器正在發生變革，下一代換熱器與散熱器正在來臨。熱交換器被用于許多系統中，從汽車到空調單元到先進熱處理系統中的能量回收裝置。本期，魔猴網特別分享美國能源技術研究所通過3D打印平行流換熱器應用方面的進展。

更隨形免焊接

通常，熱交換器的設計必須考慮各種因素。例如，結垢可能導致壓降增加和傳熱速率降低，這會對熱交換器效率產生不利影響。此外，熱交換器可能受到高速流體（氣體或液體）流動的影響，顆粒負載會提高系統某些區域的磨損率。當熱交換器在升高的溫度下操作時，侵蝕問題會加劇。類似地，通過熱交換器的流體可能含有酸或其他腐蝕性物質，甚至在升高的溫度下甚至會使熱交換器的內部降解腐蝕掉。

對于平行流熱交換器，流體可以彼此平行或反平行地流動（即，并流逆流），這減少了熱交換器內流體停滯的可能性。并且利用平行流，熱交換器可以在一個維度上膨脹（即，增加長度同時保持寬度相同）以增加傳熱面積，從而最小化對壓力和速度的影響。

當然歧管還可以包括多個通道，舉例來說第四個方向不同于另外三個方向，通過這種方式，歧管能夠使來自三個不同流體源的流體在熱交換器內平行流動。

熱交換器的歧管透視圖。來源：US 10401096B2

為了進一步最小化停滯的可能性并保持高流速，流體進入歧管的方式可包括一組擴散器以適當地引導流動。3D打印用于制造熱交換器中的歧管，不需要專業焊接或其他復雜的制造方式，并可以應用不同的曲率半徑，

而在操作溫度和耐腐蝕性方面，可以選擇253MA不銹鋼或Incolnel鎳基合金等金屬材料，熱交換器可在高溫、高腐蝕性環境中連續運行。此外，為了控制熱膨脹問題，表面必須是薄壁的，3D打印為薄壁結構的制造提供了可行性。

總體來說，美國能源技術研究所通過3D打印平行流熱交換器的歧管，可接收多個熱流體源和單個相對冷的流體源，使得熱量從熱流體傳遞到相對冷的流體。3D打印避免了焊接的需求，并且使得歧管實現薄壁結構。

Review

面向下一代的熱交換器制造，不少公司已經進行了戰略性的布局，其中2019年GE宣布與馬里蘭大學和橡樹嶺國家實驗室合作研發UPHEAT超高性能換熱器，在兩年半內完成開發計劃，實現更高效的能量轉換和更低的排放。GE希望新型換熱器將在超過900°C的溫度和高于250 bar的壓力下運行，超臨界CO2動力循環的熱效率提高4％，在提高動力輸出的同時減少排放。

3D打印的熱交換器。來源：TEMISTh

而另外一個項目，AddUp，Sogeclair和TEMISTh合作的HEWAM項目，開發的Inconel 718材料熱交換器，確保薄壁（<0.5mm）無泄漏和薄翅片（0.15mm）。

3D打印熱交換器的優勢。

換熱器與散熱器對設備可以長效穩定運行起到了關鍵的作用，3D打印用于換熱器和散熱器的制造滿足了產品趨向緊湊型、高效性、模塊化、多材料的發展趨勢。特別是用于異形、結構一體化、薄壁、薄型翅片、微通道、十分復雜的形狀、點陣結構等加工，3D打印具有傳統制造技術不具備的優勢。

來源：3D科學谷