Οι δεξαμενές χημικών υψηλών-θερμοκρασιών απαιτούν θερμαντικές πλάκες που μπορούν να παρέχουν σημαντική ισχύ διατηρώντας παράλληλα σταθερές επιφανειακές θερμοκρασίες. Η απλή αύξηση της ισχύος μπορεί να μειώσει τον χρόνο θέρμανσης, αλλά αυξάνει επίσης το θερμικό φορτίο που συγκεντρώνεται στην ενεργή επιφάνεια.
Για έναπλάκα θέρμανσης, η ροή θερμότητας είναι επομένως μια από τις βασικές παραμέτρους για την αξιολόγηση της θερμικής απόδοσης.
Τι είναι η ροή θερμότητας της πλάκας θέρμανσης;
Η ροή θερμότητας περιγράφει πόση θερμική ισχύς μεταφέρεται μέσω μιας μονάδας επιφάνειας.
Ο βασικός υπολογισμός είναι:
q = P / A
όπου το P είναι η θερμαντική ισχύς και το A είναι η ενεργή περιοχή θέρμανσης.
Για παράδειγμα, μια πλάκα θέρμανσης 5 kW με ενεργό εμβαδόν 0,20 m² έχει μέση ροή θερμότητας:
5.000 ÷ 0.20=25 kW/m²
Εάν τα ίδια 5 kW συγκεντρωθούν σε 0,10 m², η ροή θερμότητας διπλασιάζεται στα 50 kW/m².
Η συνολική ικανότητα θέρμανσης παραμένει η ίδια, αλλά η θερμική ζήτηση στην ενεργή επιφάνεια είναι πολύ μεγαλύτερη.
Γιατί οι δεξαμενές υψηλής- θερμοκρασίας χρειάζονται προσεκτικό έλεγχο
Καθώς η θερμοκρασία λειτουργίας αυξάνεται, η διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας της επιφάνειας θέρμανσης και της θερμοκρασίας του χημικού λουτρού μπορεί να γίνει όλο και πιο σημαντική.
Η μεταφορά θερμότητας μπορεί να απλοποιηθεί ως εξής:
Ε=hAΔT
Όταν η ροή θερμότητας αυξάνεται, μπορεί να απαιτείται μεγαλύτερη διαφορά θερμοκρασίας για τη μεταφορά της ίδιας ενέργειας στο υγρό.
Εάν η κυκλοφορία του υγρού είναι ανεπαρκής, η επιφάνεια θέρμανσης μπορεί να γίνει σημαντικά θερμότερη από το χύμα διάλυμα.
Αυτό μπορεί να μειώσει τη θερμική σταθερότητα και να αυξήσει την πίεση στη δομή του θερμαντήρα.
Η ενεργή περιοχή μπορεί να μειώσει τη θερμική συγκέντρωση
Η αύξηση της ενεργού περιοχής επιτρέπει την κατανομή της ίδιας ισχύος σε μεγαλύτερη επιφάνεια.
Για παράδειγμα:
| Ισχύς θέρμανσης | Ενεργή Περιοχή | Μέση ροή θερμότητας |
|---|---|---|
| 3 kW | 0.15 m² | 20 kW/m² |
| 4 kW | 0.16 m² | 25 kW/m² |
| 5 kW | 0.20 m² | 25 kW/m² |
| 5 kW | 0.10 m² | 50 kW/m² |
Αυτές οι τιμές είναι απλοί μέσοι υπολογισμοί και δεν αντιπροσωπεύουν τη μέγιστη επιτρεπόμενη ροή θερμότητας για ένα συγκεκριμένο υλικό ή χημικό.
Μια μεγαλύτερη ενεργή επιφάνεια μπορεί να παρέχει μεγαλύτερο θερμικό περιθώριο όταν το επιτρέπει ο χώρος εγκατάστασης.
Οι θερμαντικές πλάκες PTFE απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή
Το PTFE χρησιμοποιείται συχνά για χημική θέρμανση επειδή προσφέρει ισχυρή χημική αντοχή και ηλεκτρική μόνωση.
Ωστόσο, το PTFE έχει σχετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα σε σύγκριση με πολλά μέταλλα.
Η θερμότητα που παράγεται από το κύκλωμα εσωτερικής αντίστασης πρέπει να περάσει μέσα από τη δομή PTFE πριν φτάσει στο υγρό.
Εάν η ροή θερμότητας είναι υπερβολική, η εσωτερική θερμοκρασία μπορεί να γίνει πολύ υψηλότερη από τη θερμοκρασία της εξωτερικής επιφάνειας ή του λουτρού όγκου.
Αυτό καθιστά την αντίσταση-κατανομή στοιχείων και το πάχος του υλικού σημαντικά μέρη του σχεδιασμού.
Η κυκλοφορία έχει άμεση επίδραση στην απόδοση της ροής θερμότητας
Μια θερμαντική πλάκα με μέτρια ροή θερμότητας μπορεί να έχει κακή απόδοση εάν η κυκλοφορία του υγρού είναι αδύναμη.
Το ζεστό υγρό μπορεί να παραμείνει κοντά στην επιφάνεια και να σχηματίσει ένα θερμικό οριακό στρώμα.
Η αναγκαστική κυκλοφορία μπορεί να αφαιρέσει αυτό το στρώμα και να φέρει ψυχρότερο υγρό σε επαφή με τη θερμάστρα.
Για δεξαμενές χημικών υψηλών-θερμοκρασιών, η κατεύθυνση και η ταχύτητα ροής θα πρέπει επομένως να λαμβάνονται υπόψη μαζί με την ισχύ θέρμανσης.
Η υψηλότερη ροή θερμότητας μπορεί να συντομεύσει τον χρόνο θέρμανσης
Υπάρχει νόμιμος λόγος να αυξηθεί η ροή θερμότητας.
Κατά την εκκίνηση, η δεξαμενή μπορεί να απαιτεί σημαντική ενέργεια για να ανυψώσει το διάλυμα από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος στη θερμοκρασία λειτουργίας του.
Η υψηλότερη ροή θερμότητας μπορεί να προσφέρει ταχύτερη θέρμανση όταν το υγρό μπορεί να απορροφήσει αποτελεσματικά την πρόσθετη ενέργεια.
Το πρόβλημα παρουσιάζεται όταν η υψηλή ισχύς εκκίνησης γίνεται η κανονική κατάσταση λειτουργίας σε σταθερή-κατάσταση.
Ένας κατάλληλος ελεγκτής θα πρέπει να μειώσει την ισχύ μετά την επίτευξη της θερμοκρασίας στόχου.
Η ροή θερμότητας δεν είναι ίδια με τη μαζική θερμοκρασία
Ένα χημικό λουτρό μπορεί να εμφανίσει σταθερή θερμοκρασία 80 μοιρών ενώ η επιφάνεια της θερμαντικής πλάκας είναι σημαντικά θερμότερη.
Αυτή η διαφορά εξαρτάται από την πυκνότητα ισχύος, την κυκλοφορία, τη θερμική αντίσταση και τη θέση του αισθητήρα.
Για την ανάπτυξη της διαδικασίας, η παρακολούθηση μόνο της θερμοκρασίας όγκου μπορεί επομένως να κρύψει υπερβολική τοπική θερμική φόρτιση.
Η αξιολόγηση της θερμοκρασίας επιφάνειας μπορεί να παρέχει πρόσθετες πληροφορίες κατά την ανάπτυξη ενός συστήματος υψηλής- θερμοκρασίας.
Η ανομοιόμορφη ροή θερμότητας δημιουργεί τοπικά καυτά σημεία
Μια θερμαντική πλάκα δεν κατανέμει πάντα την ισχύ τέλεια ομοιόμορφα.
Η αντίσταση-απόσταση των στοιχείων, η γεωμετρία των πλακών, οι θέσεις των ακροδεκτών και οι συνθήκες τοποθέτησης μπορούν να δημιουργήσουν διαφορετικά τοπικά θερμικά φορτία.
Μια περιοχή μπορεί να λειτουργεί σημαντικά πιο θερμή από μια άλλη, παρόλο που η μέση ροή θερμότητας φαίνεται αποδεκτή.
Για εφαρμογές υψηλών-θερμοκρασιών, το κύκλωμα θέρμανσης πρέπει να κατανεμηθεί για να ελαχιστοποιηθεί η περιττή συγκέντρωση.
Οι χημικές ιδιότητες έχουν επίσης σημασία
Διαφορετικές λύσεις αφαιρούν τη θερμότητα από μια θερμαντική επιφάνεια με διαφορετικούς ρυθμούς.
Το ιξώδες, η πυκνότητα, η θερμική αγωγιμότητα, η ειδική θερμότητα, η συγκέντρωση και η κυκλοφορία επηρεάζουν τη μεταφορά θερμότητας.
Μια ροή θερμότητας που λειτουργεί καλά σε ένα χημικό λουτρό μπορεί να μην είναι κατάλληλη για ένα άλλο.
Επομένως, οι δοκιμές με βάση το νερό{0}}δεν μπορούν να επικυρώσουν αυτόματα την απόδοση σε ένα συμπυκνωμένο χημικό διάλυμα.
Η γεωμετρία της δεξαμενής επηρεάζει την αποτελεσματική ροή θερμότητας
Μια θερμαντική πλάκα τοποθετημένη κοντά σε τοίχο μπορεί να έχει μειωμένη κυκλοφορία υγρού στη μία πλευρά.
Μια πλάκα τοποθετημένη σε περιοχή ανοιχτής ροής μπορεί να μεταφέρει θερμότητα πιο αποτελεσματικά.
Επομένως, το πρακτικό θερμικό φορτίο εξαρτάται από τις συνθήκες εγκατάστασης και όχι μόνο από την ηλεκτρική βαθμολογία.
Θα πρέπει να ληφθούν υπόψη το βάθος της δεξαμενής, το διάκενο, η διαδρομή ροής και τα εξαρτήματα παραγωγής.
Αποφύγετε τη σχεδίαση μόνο για μέγιστη ισχύ
Μια πλάκα θέρμανσης-υψηλής ισχύος δεν είναι απαραίτητα μια πλάκα θέρμανσης υψηλής-απόδοσης.
Εάν η υπερβολική ισχύς συγκεντρωθεί σε μια μικρή επιφάνεια, το σύστημα μπορεί να αντιμετωπίσει υψηλή θερμοκρασία επιφάνειας, μεγαλύτερες θερμικές κλίσεις και πιο δύσκολο έλεγχο.
Η αύξηση της ενεργού περιοχής, η βελτίωση της κυκλοφορίας ή η διαίρεση του θερμαντήρα σε πολλαπλές ελεγχόμενες ζώνες μπορεί συχνά να προσφέρει μια πιο ισορροπημένη λύση.
Επιλογή ροής θερμότητας για δεξαμενές χημικών ουσιών υψηλής- θερμοκρασίας
Η κατάλληλη ροή θερμότητας της πλάκας θέρμανσης εξαρτάται από το χημικό διάλυμα, τη θερμοκρασία λειτουργίας, την ενεργό περιοχή, την κυκλοφορία, το υλικό κατασκευής και τον απαιτούμενο ρυθμό θέρμανσης.
Για προσαρμοσμένες θερμαντικές πλάκες PTFE, η ισχύς-στόχος θα πρέπει να αξιολογείται μαζί με την ενεργή περιοχή και την πλευρική μεταφορά θερμότητας-και όχι να επιλέγεται ανεξάρτητα.
Ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα-εξισορροπεί την ταχύτητα θέρμανσης με τη θερμοκρασία της επιφάνειας και τη θερμική σταθερότητα, επιτρέποντας στο χημικό λουτρό να φτάσει τη θερμοκρασία στόχο του χωρίς να συγκεντρώνει άσκοπα υπερβολική θερμότητα στην πλάκα θέρμανσης.
