نياز بيش از پيش بشر به انرژي يكي از چالش هاي زندگي امروز است. به طوريكه، يكي از دغدغه هاي بشر امروز، نياز به منبع انرژي پاك، تجديدپذير و دردسترس است. نظر به اينكه بيش از 70 درصد از سطح زمين توسط آب پوشيده شده است، يكي از اين منابع مي تواند انرژي امواج دريا باشد. اين در حاليست كه اين منبع در محيط اطراف به راحتي هدر مي رود. در كنار بزرگ مقياس بودن اندازۀ امواج، پايين بودن فركانس يكي از چالش هاي اين منبع شگفت انگيز است. در اين راستا، در اين اختراع سعي شده با نگاهي عميق به چالش مطرح شده پاسخ گفته و در زمان و مكان مناسب از آن استفاده شود. بويه ها يكي از وسايل مورداستفاده در سيستم هواشناسي هستند. يكي از مشكلات اين وسايل، تأمين انرژي مورد نياز جهت استفاده در سنسورها و دستگاه هاي داده برداري آن است. چراكه اين دستگاه ها عموماً در نقاط غيرقابل دسترس دريا نصب مي شوند. در اين اختراع سيستمي به منظور تأمين انرژي موردنياز تجهيزات و سنسورهاي مورد استفاده در بويه ارائه شده است. در اين سيستم، با استفاده از يك مكانيزم ارتعاشاتي مبتني بر دو حركت ارتعاشي بويه و در عين فضاي اشغالي كم؛ انرژي الكتريكي چشمگيري قابل استحصال است.

با توجه به افزايش جهاني قيمت سوخت و چالش هاي مربوط به آلايندگي محيط زيست، استفاده بهينه از انرژي موجود الزامي انكار ناپذير در دنياي امروز مي باشد. مبدل هاي حرارتي با كارايي بالا با استفاده حداكثري از انرژي موجود باعث كاهش مصرف سوخت و انرژي در فرآيندهاي صنعتي مي گردد. در اين ميان، مبدل حرارتي صفحه و قاب يك راه حل نوين با كارايي به مراتب بهتر از مبدل هاي سنتي پوسته-لوله مي باشد. كليدي ترين بخش اين تجهيز، ناحيه شوروني صفحات مبدل مي باشد كه وظيفه اصلي انتقال حرارت بين دو سيال سرد و گرم را برعهده دارد. استفاده از طرح شوروني براي صفحات منجر به راندمان بالاي اين تجهيز گرديده است و به همين دليل از محبوبيت بالايي نسبت به ساير طرح ها برخوردار مي باشد. در اختراع حاضر با بررسي مكانيزم هاي انتقال حرارت و ديناميك سيالات الگوي منحصر به فردي با عنوان طرح شورون شكست دار براي ناحيه انتقال حرارت مبدل حرارتي صفحه و قاب معرفي شده است. افزايش شدت آشفتگي و فروشكستن و بازتشكيل لايه مرزي سيال در طرح جديد منجر به بهبود 8-12 درصدي عملكرد مبدل در مقايسه با طرح شورون سنتي گرديده است. از ديگر مزاياي اين اختراع، انعطاف پذيري پارامترهاي آن براي انطباق با هر سطح حرارتي دلخواه جهت حصول بهترين عملكرد حرارتي مي باشد كه اين امر در طرح شورون سنتي به سختي قابل اعمال مي باشد.

افزايش راندمان انرژي يك چالش هميشگي در صنايع بوده است. با توجه به افزايش جهاني قيمت سوخت، استفاده بهينه از انرژي موجود الزامي انكار ناپذير براي رقابت در دنياي امروز مي باشد. چالش هاي مربوط به آلايندگي محيط زيست نيز در اين زمينه غير قابل چشم پوشي مي باشد. يكي از تجهيزات كليدي به منظور صرفه جويي در مصرف انرژي مبدل هاي حرارتي با كارايي بالا مي باشد. اين تجهيزات با استفاده حداكثري از انرژي موجود باعث كاهش مصرف سوخت در خنك كننده ها و گرم كننده ها نظير چيلر و بويلر مي شوند. در اين ميان، مبدل حرارتي صفحه اي يك تجهيز فشرده و يك راه حل نوين با كارايي به مراتب بهتر از مبدل هاي سنتي پوسته-لوله مي باشد. با توجه به وجود صفحات در اين نوع مبدل ها پتانسيل بالايي براي افزايش راندمان وجود دارد. به همين منظور، در اختراع حاضر با بررسي مكانيزم هاي انتقال حرارت و ديناميك سيالات الگويي منحصر به فرد براي صفحات مبدل حرارتي صفحه اي معرفي شده است كه با افزايش شدت آشفتگي و فروشكستن و بازتشكيل لايه مرزي سيال منجر به بهبود قابل توجه انتقال حرارت بين سيال سرد و گرم مي‌گردد. اين افزايش راندمان نه تنها سطح انتقال حرارت مورد نياز را كاهش مي دهد بلكه باعث كاهش نرخ تشكيل رسوب در صفحات مبدل خواهد شد. در نتيجه، صفحه جديد به دليل كاهش رسوب گذاري قادر است مدت زمان بيشتري نسبت به صفحات رايج در شرايط سرويس قرار گيرد.

مبدل حراتي، تكنولوژي است كه از آن براي انتقال حرارت بين دو سيال استفاده مي‌شود. هدف از اين كار، دستيابي به دماي موردنياز فرايندي و بهينه‌سازي انرژي است. مبدل هاي حرارتي صفحه اي در دو نوع كلي پليمري و فلزي ساخته مي شوند كه نوع فلزي آن مشكلاتي اعم از هزينه ساخت بالا، تعمير و نگهداري بيشتر و همچنين خوردگي بالاي صفحات دارند. در مقابل، مبدل‌هاي حرارتي صفحه اي پليمري، داراي مقاومت به خوردگي بالا در مقابل سيالات خورنده مانند آب شور دريا، اسيدها و بازها هستند. فرم دهي صفحات پليمري نسبت به نوع فلزي راحت تر بوده و به دليل خاصيت آب گريزي ذاتي مواد پليمري، كمتر دچار رسوب-گرفتگي مي‌شوند. در نتيجه مشكلات مبدل فلزي به دست مبدل پليمري قابل حل است. شايان ذكر است كه چالش مبدل پليمري مشكل فشاركاري پايين (تا ۲ بار) و انتقال حرارت پايين است كه در اختراع حاضر با روشي كاربردي و در عين حال ابتكاري راه-حلي براي چالش هاي مذكور ارائه شده است. در اختراع حاضر سعي شد با بهره¬گيري از نواحي توزيع و انتقال حرارت، طراحي و بهينه¬سازي الگوي خاص و مشبك، بهره گيري از ماژولاربودن صفحات و فيلم كامپوزيت/پليمري، در شرايط انتقال حرارت يكسان با نوع فلزي، هزينه ساخت تا يك پنجم نوع فلزي كاهش يابد. همچنين با نوآوري هاي اختراع حاضر استحكام مبدل حرارتي صفحه اي پليمري اختراع حاضر تا فشار ۴ بار افزايش يافت. بنابراين، با نوآوري هاي اختراع حاضر، چالش¬ها و مشكلات مبدل حرارتي صفحه اي پليمري حل و درنتيجه از آن مي‌توان در تجهيزات صنعتي استفاده كرد.

صفحات تخت و فرم¬دار در صنايع مختلفي نظير داروسازي، غذايي، توليد ورق فلزات، سيستم¬هاي انتقال حرارت و ... كاربردهاي بسياري دارند. در اين ميان وجود ترك و سوراخ در صفحات فرم¬دار مشكلاتي به همراه دارد. به عنوان مثال چنانچه صفحات فرم¬دار مبدل¬هاي حرارتي داراي ترك و سوراخ باشند، سيال نشت كرده و راندمان كاهش مي¬يابد. در صنايع داروسازي وجود ترك در پوشش دارو، منجر به ورود آلودگي شده و خلاف اصول بهداشتي است. در اين راستا، كنترل كيفيت دقيق صفحات با هدف شناسايي ترك از جمله دغذغه¬هاي صنايع محسوب مي¬شود. روش¬هاي مرسوم مانند بازرسي با چشم در اتاق تاريك، تست نفوذ و امواج فرابنفش مشكلاتي از قبيل دقت پايين، تكرارپذيري كم، هزينه بالا و سرعت كم دارند. به علاوه هيچ يك از روش¬هاي ارائه¬شده قابليت تشخيص ترك در صفحات فرم¬دار را ندارند. در اختراع حاضر سعي شد با روشي خلاقانه و هوشمندانه سيستمي براي رفع اين مشكل معرفي شود. سيستم مذكور از چهار زيرسيستم (۱) تشخيص، (۲) فيكسچر تنظيم و نگه-داري، (۳) انتقال حركت صفحات و (۴) منبع تغذيه و كنترل انتقال تشكيل مي¬شود. نوآوري¬هاي اختراع حاضر در دو زيرسيستم تشخيص و انتقال حركت است. در زيرسيستم تشخيص فرستنده و گيرنده¬هاي توان¬بالاي فروسرخ در رديف¬هاي زاويه¬دار به گونه¬اي در كنار يكديگر قرار گرفته¬اند كه امكان تشخيص ترك در نواحي فرم¬دار با دقت بالا فراهم شود. به علاوه در زيرسيستم انتقال حركت با بهره¬گيري از مكانيزم تسمه نقاله به گونه¬اي نوآورانه امكان تشخيص و حركت صفحات با سرعت بالا ميسر شد. شايان ذكر است كه در سيستم حاضر، تشخيص ترك با دقت ۰۱/۰ ميلي¬متر و تا سرعت 1050cm2/s قابل تشخيص است كه در مقايسه با ساير روش¬هاي مذكور دقت بالا و سرعت بالايي محسوب مي¬شود.

از ديرباز اتصال آلومينيوم و مس به دليل مزاياي چشمگير آن بسيار موردتوجه بوده¬است. اين در حاليست كه جوش ذوبي آلومينيوم و مس به دليل تفاوت چشمگير خواص فيزيكي و ساختار شيميايي از لحاظ متالوژيكي مشكل است. به عبارت ديگر، از روش¬هاي معمول جوشكاري اين دو فلز امكان¬پذير نيست. جوشكاري ليزر به سبب ذوب موضعي، كنترل حرارت ورودي و اعوجاج كم در سال¬هاي اخير بسيار موردتوجه واقع شده¬است. در اختراع حاضر از جوشكاري ليزري براي اتصال دو فلز آلومينيوم به مس استفاده شد. چالش اول در اين حوزه تنظيم پارامترهاي جوشكاري ليزري است. اين در حاليست كه به دليل خواص اين دو فلز، جوشكاري ورق¬هاي ضخيم آن¬ها عملا در توان پايين ممكن نيست. با توجه به گران¬قيمت¬بودن ليزرهاي توان بالا، هدف اختراع حاضر، اتصال دو فلز آلومينيوم و مس در شرايط ضخامت بالا با بهره¬گيري از دستگاه ليزر توان پايين است. براي اين امر، Bimetal مس-فولادي استفاده شد. Bimetal ارائه¬شده علاوه بر آلومينيوم در ايجاد اتصال بين ساير فلزاتي كه امتزاج آن با مس ممكن نيست كاربرد دارد. در مرحله بعد از روش روكش¬كاري ليزري براي اتصالBimetal از قسمت فولادي به آلومينيوم استفاده شد. در اين راستا در شرايط توان¬پايين اتصال بين آلومينيوم و مس ممكن شد.

فرايندهاي پردازش مواد به كمك حرارت (TMP) (پردازش مواد به كمك ليزر، پرتوي الكتروني، ميگ، مگ و ...)، به فرايندهايي گفته مي شود كه در آن با حرارت، خواص قطعه كار ارتقا مي يابند. از چالش هاي اين فرايندها، حساسيت بسيار بالاي آن نسبت به محيط است كه منجر به تغييرات آني و لحظه اي خواص مي شود. ورود انرژي بسيار زياد حرارت در سطح كوچكي از حوضچه مذاب، اين مشكل را دوچندان مي¬كند. در نتيجه نياز به كنترل و پايش لحظه¬اي و برخط، همواره براي اين فرايندها احساس مي شود. در اختراع حاضر سيستمي يكپارچه ارائه شد كه قابليت پايش و كنترل برخط خواص هندسي، متالورژيكي، مكانيكي و نقصان را دارد. اين سيستم داراي زيرسيستم¬هاي 1 (پايش يكپارچه حوضچه مذاب)، 2 (مدل حرارتي ديناميكي بر خط)، 3 (مدل خواص) و 4 (كنترلر) است. زيرسيستم 1، همزمان با آغاز فرايند، فرايند ازديدگاه هاي آكوستيكي، هندسي و حرارتي پايش مي شود. سپس، داده ها (پارامترهاي حرارتي، هندسي و آكوستيكي) وارد زيرسيستم ۲ مي شود. در نتيجه، تاريخچه حرارتي، هندسي و آكوستيكي فرايند فراهم خواهدشد. سپس، در زيرسيستم 3، خواص هندسي، مكانيكي، متالورژيكي و مشخصات نقصان محاسبه مي شود. سپس، وارد كنترلرشده و چنانچه ميزان آن با خواص مطلوب مطابق نداشته باشد، كنترلر دستور تغيير پارامترهاي فرايند را تا رسيدن به نقطه مطلوب به فرايند مي دهد.