Ένα χημικό εργοστάσιο εγκατέστησε τέσσερις θερμαντήρες εμβάπτισης PTFE σε μια δεξαμενή αποστράγγισης 2.000-λίτρων για να παρέχει 16 kW θερμαντική ικανότητα. Οι θερμάστρες τοποθετήθηκαν σε δύο απέναντι τοίχους, με δύο θερμάστρες σε κάθε τοίχο. Οι θερμάστρες σε κάθε τοίχο απέχουν 60 mm μεταξύ τους. Μέσα σε έξι μήνες, οι εσωτερικές θερμάστρες-αυτές που ήταν απέναντι από το διάκενο έδειξαν φουσκάλες PTFE κατά μήκος των άκρων, ενώ οι εξωτερικοί θερμαντήρες παρέμειναν σε καλή κατάσταση. Το κενό μεταξύ των θερμαντήρων ήταν πολύ στενό για επαρκή ροή.
Η απόσταση των στοιχείων είναι μια κρίσιμη παράμετρος σχεδιασμού όταν εγκαθίστανται πολλαπλοί θερμαντήρες εμβάπτισης PTFE στην ίδια δεξαμενή. Η απόσταση καθορίζει εάν το υγρό μπορεί να ρέει ελεύθερα μεταξύ των θερμαντήρων ή εάν το διάκενο γίνεται μια στάσιμη ζώνη όπου συσσωρεύεται θερμότητα και οι θερμαντήρες υπερθερμαίνονται.
Γιατί έχει σημασία η απόσταση των στοιχείων
Κάθε θερμαντήρας εμβάπτισης από PTFE δημιουργεί ένα θερμικό νέφος που ανεβαίνει κατά μήκος της θήκης του. Όταν δύο θερμαντήρες είναι τοποθετημένοι κοντά μεταξύ τους, τα λοφία τους αλληλεπιδρούν. Εάν το διάκενο είναι αρκετά μεγάλο, τα λοφία ανεβαίνουν ανεξάρτητα, τραβώντας δροσερό υγρό από κάτω και διατηρώντας τη ροή κατά μήκος και των δύο επιφανειών. Εάν το κενό είναι πολύ στενό, τα λοφία συγχωνεύονται και η ροή μεταξύ των θερμαντήρων περιορίζεται.
Σε ένα στενό κενό, το υγρό θερμαίνεται και από τις δύο πλευρές. Ανεβαίνει πιο γρήγορα από το υγρό στις εξωτερικές επιφάνειες. Το διάκενο γίνεται καμινάδα με ισχυρή ανοδική ροή, αλλά η ροή στις επιφάνειες του περιβλήματος μπορεί να είναι ανομοιόμορφη. Το κάτω τμήμα του διακένου μπορεί να μην έχει ροή, ενώ το πάνω τμήμα έχει υψηλή ταχύτητα. Η ανομοιόμορφη ροή δημιουργεί καυτά σημεία στα κάτω τμήματα των επιφανειών που αντιμετωπίζουν.
| Διάστημα θερμαντήρα | Ροή μεταξύ θερμαντήρων | Εφέ Καμινάδας | Κίνδυνος Hot Spot | Προτεινόμενη Εφαρμογή |
|---|---|---|---|---|
| <30 mm | Φτωχός | Ισχυρός | Πολύ ψηλά | Δεν συνιστάται |
| 30–50 χλστ | Μέτριος | Μέτριος | Ψηλά | Μόνο χαμηλή πυκνότητα watt |
| 50–80 χλστ | Καλός | Μέτριος | Χαμηλός | Οι περισσότερες εφαρμογές |
| 80–120 χλστ | Εξοχος | Αδύναμος | Πολύ χαμηλά | Υψηλή πυκνότητα watt |
| >120 χλστ | Εξοχος | Κανένας | Πολύ χαμηλά | Μεγάλες δεξαμενές |
Η απόσταση του θερμαντήρα και η επίδρασή του στη ροή και τον κίνδυνο καυτών σημείων
Η επίδραση της καμινάδας
Όταν δύο θερμαινόμενα περιβλήματα αντικρίζουν το ένα το άλλο, το διάκενο μεταξύ τους λειτουργεί ως καμινάδα. Το ρευστό στο διάκενο θερμαίνεται και από τις δύο πλευρές, γίνεται λιγότερο πυκνό και ανεβαίνει. Το υγρό ψύξης αναρροφάται από το κάτω μέρος. Η επίδραση της καμινάδας μπορεί να είναι ευεργετική εάν το διάκενο είναι αρκετά ευρύ ώστε να επιτρέπει την ομαλή ροή, αλλά μπορεί να είναι επιζήμιο εάν το διάκενο είναι πολύ στενό.
Σε ένα στενό κενό, το φαινόμενο της καμινάδας είναι ισχυρό αλλά η ροή είναι ανομοιόμορφη. Το ρευστό επιταχύνεται καθώς ανεβαίνει και η πτώση πίεσης στο κάτω μέρος του διακένου περιορίζει την εισροή ψυχρού υγρού. Το χαμηλότερο τμήμα του διακένου δέχεται λιγότερη ροή και οι θερμαντήρες εκεί λειτουργούν πιο ζεστά.
Οδηγίες απόστασης για διαφορετικές διαμορφώσεις θερμαντήρα
Η συνιστώμενη απόσταση εξαρτάται από τον προσανατολισμό του θερμαντήρα, την πυκνότητα watt και τις ιδιότητες του υγρού.
Για κάθετες θερμάστρες που αντικρίζουν, συνιστάται ελάχιστη απόσταση 50 mm για χαμηλή πυκνότητα watt (0,8–1,0 W/cm²) και 80 mm για μεγαλύτερη πυκνότητα Watt (1,2–1,5 W/cm²). Η απόσταση πρέπει να μετράται μεταξύ των επιφανειών του περιβλήματος και όχι μεταξύ των στηριγμάτων στερέωσης.
Για θερμάστρες που είναι τοποθετημένες στον ίδιο τοίχο, δίπλα-δίπλα, η απόσταση μπορεί να είναι μικρότερη επειδή οι θερμάστρες δεν είναι απέναντι. Ένα κενό 30–40 mm είναι αρκετό για να αποτρέψει τη θερμική παρεμβολή μεταξύ παρακείμενων θερμαντικών σωμάτων στον ίδιο τοίχο.
Για οριζόντιες θερμάστρες που στοιβάζονται κατακόρυφα, η απόσταση πρέπει να είναι τουλάχιστον 100 mm για να επιτραπεί η διαφυγή του θερμικού νέφους από τον κάτω θερμαντήρα χωρίς να παγιδευτεί από τον επάνω θερμαντήρα.
| Διαμόρφωση θερμαντήρα | Συνιστώμενη απόσταση | Ελάχιστη απόσταση | Σημειώσεις |
|---|---|---|---|
| Κάθετα, αντικριστά, χαμηλή WD | 50–80 χλστ | 40 χλστ | Μετρήστε μεταξύ των θηκών |
| Κάθετα, αντικριστά, ψηλά WD | 80–120 χλστ. | 60 χλστ | Το υψηλότερο WD χρειάζεται περισσότερο χώρο |
| Κάθετα, δίπλα-δίπλα, ίδιος τοίχος | 30–50 χλστ | 25 χλστ | Οι θερμάστρες δεν είναι αντικριστά |
| Οριζόντια, στοιβαγμένα | 100–150 χλστ. | 80 χλστ | Το Plume πρέπει να ξεφύγει |
| Κάθετη, κάθετη | 40–60 χλστ | 30 χλστ | Τα λοφία αλληλεπιδρούν λιγότερο |
Οδηγίες απόστασης για πολλαπλές διαμορφώσεις θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE
Η επίδραση της απόστασης στην ομοιομορφία της θερμοκρασίας
Η απόσταση των στοιχείων επηρεάζει όχι μόνο τη θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος αλλά και την ομοιομορφία θερμοκρασίας στη δεξαμενή. Οι θερμαντήρες που απέχουν πολύ στενά δημιουργούν μια εντοπισμένη θερμή ζώνη μεταξύ τους. Το ρευστό σε αυτή τη ζώνη είναι πιο ζεστό από τον όγκο και τα τεμάχια εργασίας που διέρχονται από αυτήν τη ζώνη μπορεί να έχουν θερμανθεί υπερβολικά-.
Οι θερμαντήρες που έχουν μεγάλη απόσταση κατανέμουν τη θερμότητα πιο ομοιόμορφα. Τα λοφία από κάθε θερμάστρα ανεβαίνουν ανεξάρτητα και αναμιγνύονται με το υγρό χύμα. Η θερμοκρασία σε όλη τη δεξαμενή είναι πιο ομοιόμορφη.
| Διάστημα | Τοπική Καυτή Ζώνη | Ομοιομορφία μαζικής θερμοκρασίας | Επιπτώσεις στην ποιότητα του τεμαχίου εργασίας |
|---|---|---|---|
| <30 mm | Ισχυρός | Κακή (±3–5 βαθμοί) | Ορατή παραλλαγή |
| 30–50 χλστ | Μέτριος | Μέτρια (±2–3 βαθμοί) | Μικρή παραλλαγή |
| 50–80 χλστ | Αδύναμος | Καλή (±1–2 βαθμοί) | Αμελητέος |
| >80 χλστ | Κανένας | Άριστα (±0,5–1 βαθμός) | Κανένας |
Η απόσταση των στοιχείων και η επίδρασή της στην ομοιομορφία θερμοκρασίας και στην ποιότητα του τεμαχίου εργασίας
Όταν η απόσταση δεν μπορεί να αυξηθεί
Εάν η δεξαμενή δεν μπορεί να φιλοξενήσει μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των θερμαντήρων, οι επιλογές είναι να μειώσετε τον αριθμό των θερμαντήρων, να μειώσετε την πυκνότητα watt ή να χρησιμοποιήσετε διαφορετική διαμόρφωση θερμαντήρα. Ένας μεγάλος θερμαντήρας με μεγάλη επιφάνεια μπορεί να είναι καλύτερος από πολλαπλούς θερμαντήρες σε κοντινή απόσταση.
Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE με βελτιστοποιημένη απόσταση για τη δεξαμενή και τη διαδικασία αντιμετωπίζει τη βασική αιτία του περιορισμού ροής μεταξύ των θερμαντήρων. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί τις διαστάσεις της δεξαμενής, τον αριθμό του θερμαντήρα, τον προσανατολισμό του θερμαντήρα, την πυκνότητα watt και την απαιτούμενη ισχύ. Για εγκαταστάσεις με πολλαπλούς θερμαντήρες σε μία δεξαμενή, αυτή η ειδική προσέγγιση-εφαρμογής βελτιώνει τη ροή μεταξύ των θερμαντήρων και παρατείνει τη διάρκεια ζωής του θερμαντήρα.
