Высококомпактные матричные аппараты, теплообменная поверхность которых матрица, представляющая собой слоисто-пористый композиционный материал, и миниатюрные планарные теплообменные аппараты (ТА) с щелевыми микроканалами являются новым поколением ТА. Оба типа ТА образованы набором плоских элементов. Для матричных ТА это перфорированные пластины (ПП) или элементы, полученные из сеток. Количество ПП или сеток в матрице может быть от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч. Количество пластин в конструкции планарного ТА – всего несколько штук, но не менее двух.
Конструкции обоих типов ТА могут быть изготовлены с помощью диффузионной сварки для надежного соединения всех плоских элементов в прочную и герметичную конструкцию. Кроме того, для изготовления плоских элементов конструкций обоих ТА применяется высокоточная штамповка, а также процессы электрохимического травления в сочетании с фотолитографией. Применение таких технологических процессов при изготовлении плоских элементов позволяет создавать совокупность микроканалов со строго заданными геометрическими параметрами. Применение диффузионной сварки практически исключает отклонение размеров каналов от номинальных размеров, т.к. такой способ соединения элементов ТА в целостную прочную конструкцию не требует присадочных материалов, флюсов и припоев.
При создании современных эффективных ТА наиболее плодотворными оказались два подхода: первый – создание развитых теплообменных поверхностей (ТП) с малыми значениями эквивалентного диаметра, что позволяет увеличить компактность, т. е. теплопередающую поверхность в единице объема; второй – создание благоприятных гидродинамических условий течения теплоносителя по каналам ТП, обеспечивающих высокие значения коэффициентов теплоотдачи при умеренных гидравлических сопротивлениях.
При создании матричных и планарных ТА, так же, как и при создании ряда других эффективных ТА, эти два подхода соблюдаются одновременно. Теплообменные поверхности этих ТА имеют высокую компактность – до 3000– 10 000 м2/м3, а эквивалентные диаметры каналов могут иметь значения меньше 1 мм. Форма и размеры каналов ТА создают эффективную маломасштабную турбулизацию теплоносителя, которая существенно уменьшает термическое сопротивление пограничного слоя. Особенности конструкций матричных и планарных ТА позволили получить высокопрочные аппараты, способные работать при высоких давлениях теплоносителей, что делает их альтернативными широко распространенным трубчатым ТА. Еще одним достоинством матричных ТА является низкая продольная теплопроводность стенок каналов матрицы, что приводит к уменьшению отрицательного влияния этого фактора на эффективность ТА, способных работать при высоких значениях теплового КПД (более 95 %).