Et kemisk anlæg havde brug for 12 kW varmekapacitet til et 3.000 liters syrebad. Badets kemi og temperatur krævede en watt-densitet på højst 0,9 W/cm² for at holde kappetemperaturen inden for sikre grænser. Anlæggets vedligeholdelseschef stillede spørgsmålstegn ved, om en PTFE elpatron kunne levere 12 kW ved den watt-tæthed uden at være for stor til at passe til tanken.
Svaret er ja, men det kræver en designtilgang, der adskiller sig fra standardvarmervalg. Lav watt-tæthed og høj kilowatt-output er ikke modstridende-de kræver blot mere overfladeareal. Udfordringen er at tilpasse dette overfladeareal ind i det tilgængelige tankrum.
Kravet til overfladeareal
Forholdet mellem effekt, overfladeareal og watt-tæthed er ligetil: A=P/WD. For 12 kW ved 0,9 W/cm² er det nødvendige overfladeareal 13.333 cm². Det er et stort område-omtrent på størrelse med en lille bils forrude-og det skal pakkes ind i et varmelegeme, der passer til tanken.
En standard lige PTFE-varmer med en kappediameter på 50 mm giver ca. 157 cm² pr. 100 mm opvarmet længde. For at opnå 13.333 cm² skal den opvarmede længde være 8.500 mm-8,5 meter. Det passer ikke i nogen normal tank.
| Watt | Watt tæthed | Nødvendigt overfladeareal | Opvarmet længde (50 mm) | Opvarmet længde (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 6 kW | 0,9 W/cm² | 6.667 cm² | 4.250 mm | 3.370 mm |
| 8 kW | 0,9 W/cm² | 8.889 cm² | 5.660 mm | 4.490 mm |
| 10 kW | 0,9 W/cm² | 11.111 cm² | 7.080 mm | 5.610 mm |
| 12 kW | 0,9 W/cm² | 13.333 cm² | 8.500 mm | 6.730 mm |
| 15 kW | 0,9 W/cm² | 16.667 cm² | 10.620 mm | 8.410 mm |
Krav til overfladeareal og opvarmet længde for lav-watt-densitet høj-output PTFE-varmere
Multi-Pass-løsningen
Overfladeproblemet løses ved at bøje det opvarmede element til en fler-pass-konfiguration. Et varmelegeme med otte gennemløb på hver 1.000 mm giver 8.000 mm opvarmet længde i et fodaftryk på cirka 1.000 × 400 mm. Med en kappediameter på 63 mm giver det cirka 15.800 cm² overfladeareal-mere end nok til 12 kW ved 0,9 W/cm².
Antallet af gennemløb og gennemløbslængden bestemmes af den tilgængelige tankplads. En dybere tank tillader længere passager og færre af dem. En lavvandet tank kræver kortere gennemløb og flere af dem.
| Beståelsesantal | Afleveringslængde | Total opvarmet længde | Fodaftryk (ca.) | Overfladeareal (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1.000 mm | 4.000 mm | 1.000 × 250 mm | 7.900 cm² |
| 6 | 1.000 mm | 6.000 mm | 1.000 × 380 mm | 11.900 cm² |
| 8 | 1.000 mm | 8.000 mm | 1.000 × 500 mm | 15.800 cm² |
| 10 | 800 mm | 8.000 mm | 800 × 500 mm | 15.800 cm² |
| 12 | 700 mm | 8.400 mm | 700 × 500 mm | 16.600 cm² |
Multi-pass-konfigurationer til høj-output lav-watt-densitet PTFE-varmere
Overvejelser om flow og afstand
En fler-passagevarmer med mange gennemløb skaber risiko for strømningsskygge. Væsken mellem passagerne kan blive stillestående, hvilket reducerer varmeoverførslen og skaber varme punkter. Passageafstanden skal være tilstrækkelig til at tillade strømning mellem passagerne.
En afstand på 30-40 mm mellem gennemløbene er generelt tilstrækkelig til vandige bade med moderat omrøring. Til tyktflydende væsker eller lavt-flow anbefales en bredere afstand på 40-50 mm. Afstanden øger varmelegemets fodaftryk, hvilket skal tages højde for i tankpasningen.
| Afstand mellemrum | Flow mellem pas | Hot Spot Risiko | Footprint for 8 pas |
|---|---|---|---|
| 20 mm | Dårlig | Høj | 500 × 400 mm |
| 30 mm | Moderat | Moderat | 650 × 400 mm |
| 40 mm | God | Lav | 800 × 400 mm |
| 50 mm | Fremragende | Meget lav | 950 × 400 mm |
Pasafstand og dens effekt på flow, risiko for hotspot og fodaftryk
Elektrisk konfiguration
En 12 kW varmelegeme ved 480V tre-fase trækker cirka 14,4 A pr. fase. Elementet kan konfigureres som en enkelt tre-fasebelastning eller som flere enkeltfasede-elementer forbundet parallelt. Klemmekabinettet skal rumme lederne og forbindelserne.
For en fler-passagevarmer er elementet ofte opdelt i flere kredsløb, hver med sit eget klemmepar. Dette gør det muligt at tilslutte varmelegemet til den tilgængelige forsyning og giver en vis redundans, hvis et kredsløb svigter.
Når tanken ikke kan rumme det påkrævede overfladeareal
Hvis tanken ikke kan rumme det nødvendige overfladeareal til 12 kW ved 0,9 W/cm², er mulighederne at reducere watt, øge watt-tætheden (accepterer en kortere levetid) eller bruge flere varmelegemer fordelt rundt om tanken.
Flere varmelegemer er ofte den bedste løsning. To 6 kW varmelegemer, hver med sit eget multi-pass bundt, kan placeres på modsatte vægge eller i forskellige hjørner af tanken. Hvert varmelegeme arbejder med 0,9 W/cm², og tilsammen leverer de 12 kW.
Når en brugerdefineret konfiguration er den eneste mulighed
En 12 kW ydelse ved 0,9 W/cm² kræver 13.333 cm² overfladeareal-mere end nogen standard PTFE elpatron giver. En brugerdefineret PTFE-elvarmerkonfiguration med otte eller flere gennemløb, 63 mm kappediameter og 40 mm afstand leverer det nødvendige overfladeareal i en typisk 3.000 liters tank. Specifikationsprocessen kræver tankdimensioner, badkemi, driftstemperatur, flowforhold og påkrævet watt.
