Scambiatori PCHE per condizioni estreme di temperatura

Valter Biolchi - Tempco

Gli scambiatori PCHE di Tempco, scambiatori a piastre a circuito stampato, sono una nuova tipologia di scambiatori saldati che, grazie al processo di Diffusion bonding impiegato per realizzare il pacco piastre, possono operare in condizioni estreme di pressione e temperatura, lavorando sia a bassissima temperatura, fino a -20° C e -40° C, sia a temperature elevate, fino a +400° C. L'integrità strutturale del pacco di scambio consente inoltre ai PCHE di lavorare con livelli di pressione estremi, fino a 300 bar e oltre, mentre la speciale tecnica di fotoincisione dei microcircuiti di scambio termico sulle piastre consente di massimizzare l'efficienza di scambio anche in modalità multistream.

Con l'evoluzione e il sorgere di nuove tecnologie e soluzioni per la transizione green dell'industria, dalle rinnovabili all'idrogeno, alla mobilità elettrica e ibrida al nucleare sostenibile, le applicazioni di controllo della temperatura e di termoregolazione con scambiatori di calore diventano sempre più sfidanti e proibitive. Proibitive sono infatti spesso le condizioni operative che queste nuove applicazioni impongono agli scambiatori, non solo altissimi livelli di temperatura e pressione, ma anche temperature spinte a livelli di freddo molto bassi.

Tempco ha per questo negli ultimi tempi dedicato grandi risorse allo sviluppo della tecnologia dei nuovi scambiatori a piastre a circuito stampato PCHE, printed circuit heat exchangers, che in virtù di avanzate e sofisticate tecniche costruttive consentono di lavorare a temperature estremamente basse, fino a -20° C e -40° C, così come in condizioni di pressioni molto elevate, fino a 300 bar e oltre, oltreché con temperature che possono arrivare a +400° C. Si tratta di condizioni di lavoro tipiche ad esempio delle tecnologie dell'emergente industria dell'idrogeno, in particolare legate ai cicli di compressione nelle stazioni di rifornimento di idrogeno: qui gli scambiatori PCHE si stanno affermando come una tecnologia chiave per garantire il raffreddamento del gas nei diversi stadi di compressione, in piena sicurezza ed efficienza di raffreddamento. La capacità degli scambiatori PCHE di resistere a pressioni estreme è data dalla altissima robustezza e integrità strutturale del pacco piastre dello scambiatore, conferita dallo speciale procedimento di saldatura a stato solido, o Diffusion bonding, con cui viene realizzato il pacco di scambio. Si tratta di un processo che avviene impiegando speciali forni ad altissima pressione e temperatura, che consente di ottenere una saldatura a livello atomico dei punti di contatto tra le piastre, che di fatto fa scomparire a livello microstrutturale l'interfaccia di giunzione tra i materiali, dando all'insieme un'altissima resistenza meccanica grazie alla struttura monoblocco che ne risulta. Il procedimento avviene senza impiego di materiali d'apporto di alcun tipo.

La dicitura PCHE fa quindi riferimento al corrispondente inglese 'printed circuit', che indica il processo di fotoincisione, o chemical etching, con cui vengono realizzati i microcanali per il passaggio dei fluidi sulle piastre dello scambiatore. La tecnologia, simile a quella impiegata per realizzare i circuiti stampati nei chip in elettronica, permette di realizzare in maniera molto semplice layout di microcanali di scambio termico con totale libertà di design: questo consente non solo di aumentare al massimo l'efficienza di scambio dello scambiatore di calore, ma fa sì che gli scambiatori PCHE possano essere realizzati anche in modalità multistream, per la gestione di flussi di scambio termico diversi, caratterizzati da portate e perdite di carico differenti e da livelli di pressione e temperatura diversi, all'interno dello stesso scambiatore e in contemporanea. Ciò incrementa ulteriormente l'efficienza di scambio termico dei PCHE, facendone la soluzione ideale per il raffreddamento in piena sicurezza dei flussi di idrogeno provenienti dai doversi stadi di compressione del gas nelle stazioni di rifornimento di idrogeno.