Η συμπυκνωμένη ηλιακή ενέργεια (CSP) διακρίνεται από άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας με τη χρήση θερμικής αποθήκευσης ενέργειας (TES) και συμβατικών κινητήρων θερμότητας για την αποστολή ενέργειας κατόπιν ζήτησης. Ωστόσο, για να επιτευχθεί ένα ανταγωνιστικό ισοπεδωμένο κόστος ενέργειας (LCOE), το κόστος του συστήματος CSP πρέπει να μειωθεί.
Πρόσφατες μελέτες πολλών τριπλών περιοδικών ελάχιστων επιφανειών (TPMS) και περιοδικών κομβικών επιφανειών ως εναλλάκτες θερμότητας έδειξαν ότι οι επιφάνειες Schwarz-D TPMS έχουν εξαιρετικές ιδιότητες μεταφοράς θερμότητας. Τα καρβίδια, τα βορίδια και τα σύνθετα υλικά της ομάδας IV-VI είναι τα πιο κοινά κεραμικά υλικά εξαιρετικά υψηλής θερμοκρασίας (UHTC). Πριν από την εισαγωγή της κατασκευής προσθέτων, οι συσκευές TPMS ήταν δύσκολο να κατασκευαστούν.
Σε σύγκριση με προηγούμενες μεθόδους κατασκευής κεραμικών δομών TPMS, η κατασκευή πρόσθετων με πίδακα κόλλας αναπτύσσεται ως μια πολλά υποσχόμενη και επεκτάσιμη μέθοδος διαμόρφωσης κεραμικών. Η αυτοκόλλητη εκτύπωση με πίδακα έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή πλακών εναλλάκτη θερμότητας UHTC σε συνδυασμό με αντιδραστική διήθηση, αλλά δεν έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή δομών UHTC TPMS που έχουν πυροσυσσωματωθεί σε υψηλές σχετικές πυκνότητες. Τα διδάγματα που αντλήθηκαν από τη σύντηξη νανοϋλικών υποδηλώνουν ότι η χαμηλή ακατέργαστη πυκνότητα κατά τη χύτευση δεν αποτελεί πάντα πρόβλημα και ότι η επίτευξη καλής ομοιομορφίας είναι πιο σημαντική.
Σε αυτή τη μελέτη, οι συγγραφείς απέδειξαν τη σκοπιμότητα της κατασκευής πρόσθετου ψεκασμού κόλλας δομών UHTC-TPMS με πυροσυσσωμάτωση και εκτύπωση κενών υποψηφίων. Δημιουργήθηκαν εξαρτήματα με τουλάχιστον 92 τοις εκατό θεωρητική σχετική πυκνότητα, τα οποία αποτελούν επίσης μέρος του TPMS.
Η πυκνότητα στόχος αντιπροσωπεύει τη μετάβαση από το ενδιάμεσο στο τελικό στάδιο της πυροσυσσωμάτωσης, το οποίο είναι απαραίτητο για τη σύντηξη πολύπλοκων μορφών κοντά στο δίχτυ σε πλήρη πυκνότητα και την καταστολή της διείσδυσης αερίου χρησιμοποιώντας την τεχνική HIP πυροσυσσωμάτωσης. Ο σκοπός του τμήματος επίδειξης TPMS ήταν να διαπιστωθεί εάν οι παράμετροι εκτύπωσης και πυροσυσσωμάτωσης που ελήφθησαν από τα δείγματα δοκιμής ήταν εφαρμόσιμες στη σύνθετη γεωμετρία που θα χρησιμοποιηθεί για το σχεδιασμό του εναλλάκτη θερμότητας.
Η ομάδα εκτύπωσε κομμάτια TPMS 9 cm 3 κυβικά και τα πυροσυσσωματώθηκε χωρίς να τα παραμορφώσει ή να τα σπάσει. Παρουσιάζονται τοπολογίες σχεδίασης, υλικά και προόδους κατασκευής για την επίτευξη της καλύτερης απόδοσης στην κατηγορία των τετηγμένων αλάτων χλωρίου στους εναλλάκτες θερμότητας CSP.
Οι ερευνητές συζητούν τη χρήση ενός συνδυασμού κατασκευής πρόσθετων πίδακα συνδετικού και πυροσυσσωμάτωσης για την κατασκευή κυψελών UHTC-TPMS με βάση το ZrB2-MoSi2-. Λόγω των καλών χαρακτηριστικών επεξεργασίας και της ποιότητάς του, το ZrB2-MoSi2 επιλέχθηκε σκόπιμα ως μη έγκυρος υποψήφιος για να αποδείξει τη σκοπιμότητα ενός εναλλάκτη θερμότητας UHTC-TPMS μέχρι να προσδιοριστεί το καλύτερο υλικό UHTC για αυτήν την εφαρμογή.
Αποδείχθηκε ότι η παραγωγή πρόσθετων με κόλλα ψεκασμού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση και τη σύντηξη δομών UHTC-TPMS. Προκειμένου να περιοριστεί αποτελεσματικά η παραμόρφωση, διαπιστώθηκε ότι χρειαζόταν μια στρατηγική περιορισμού του χώρου. Ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσει συμβατική πρώτη ύλη σκόνης με d50 περίπου 2-3 m, το ίδιο μέγεθος που χρησιμοποιείται στη συμβατική επεξεργασία UHTC. Αυτά τα υλικά συντήκονται σε μια θεωρητική σχετική πυκνότητα 92-98 τοις εκατό , η οποία είναι επαρκής για να εμποδίσει τα υγρά εναλλάκτη θερμότητας να περάσουν μέσα από τα τοιχώματα, διαχωρίζοντας τις δύο περιοχές και επιτρέποντας τη θερμική ισοστατική πίεση όταν απαιτούνται υψηλότερες πυκνότητες.