Et kemisk anlæg installerede fire PTFE-dyppevarmere i en 2.000-liters bejdsetank for at give en varmekapacitet på 16 kW. Varmerne var monteret på to modstående vægge, med to varmelegemer på hver væg. Varmelegemerne på hver væg var anbragt 60 mm fra hinanden. Inden for seks måneder viste de indre varmelegemer-dem, der vender mod hinanden på tværs af mellemrummet, blæret PTFE langs kanterne, mens de ydre varmelegemer forblev i god stand. Mellemrummet mellem varmelegemerne var for snævert til tilstrækkeligt flow.
Elementafstand er en kritisk designparameter, når flere PTFE-elvarmere er installeret i samme tank. Afstanden afgør, om væske kan flyde frit mellem varmelegemerne, eller om mellemrummet bliver en stillestående zone, hvor varme ophobes, og varmelegemerne overophedes.
Hvorfor elementafstand betyder noget
Hvert PTFE el-varmelegeme genererer en termisk fane, der stiger langs dens kappe. Når to varmelegemer er monteret tæt sammen, interagerer deres faner. Hvis spalten er bred nok, stiger fanerne uafhængigt, trækker kølig væske nedefra og opretholder flow langs begge overflader. Hvis mellemrummet er for snævert, smelter fanerne sammen, og flowet mellem varmelegemerne bliver begrænset.
I et smalt mellemrum opvarmes væsken fra begge sider. Det stiger hurtigere end væsken på de ydre overflader. Spalten bliver til en skorsten med et stærkt optræk, men flowet ved kappeoverfladerne kan være ujævnt. Den nedre del af mellemrummet kan være udsultet af strømning, mens den øvre del har høj hastighed. Det ujævne flow skaber varme pletter på de nederste dele af de modstående overflader.
| Varmelegeme afstand | Flow mellem varmelegemer | Skorstenseffekt | Hot Spot Risiko | Anbefalet anvendelse |
|---|---|---|---|---|
| <30 mm | Dårlig | Stærk | Meget høj | Ikke anbefalet |
| 30–50 mm | Moderat | Moderat | Høj | Kun lav watt-tæthed |
| 50–80 mm | God | Moderat | Lav | De fleste applikationer |
| 80–120 mm | Fremragende | Svag | Meget lav | Høj watt-tæthed |
| >120 mm | Fremragende | Ingen | Meget lav | Store tanke |
Varmemellemrum og dens effekt på flow og risiko for hotspot
Skorstenseffekten
Når to opvarmede skeder vender mod hinanden, fungerer mellemrummet mellem dem som en skorsten. Væsken i spalten opvarmes fra begge sider, bliver mindre tæt og stiger. Kølervæske suges ind fra bunden. Skorstenseffekten kan være gavnlig, hvis spalten er bred nok til at tillade jævn gennemstrømning, men den kan være skadelig, hvis spalten er for smal.
I et smalt mellemrum er skorstenseffekten stærk, men flowet er ujævnt. Væsken accelererer, når den stiger, og trykfaldet i bunden af spalten begrænser tilstrømningen af kølig væske. Den nederste del af mellemrummet modtager mindre flow, og varmelegemerne der bliver varmere.
Retningslinjer for afstand for forskellige varmelegemekonfigurationer
Den anbefalede afstand afhænger af varmelegemets orientering, watt-tætheden og væskeegenskaberne.
For lodrette varmelegemer, der vender mod hinanden, anbefales en minimumsafstand på 50 mm for lav watt-tæthed (0,8–1,0 W/cm²) og 80 mm for højere watt-densitet (1,2–1,5 W/cm²). Afstanden skal måles mellem kappens overflader, ikke mellem monteringsbeslagene.
For varmelegemer monteret på samme væg, side om side, kan afstanden være mindre, fordi varmelegemerne ikke vender mod hinanden. Et mellemrum på 30–40 mm er tilstrækkeligt til at forhindre termisk interferens mellem tilstødende varmelegemer på samme væg.
For vandrette varmelegemer, der er stablet lodret, skal afstanden være mindst 100 mm for at tillade den termiske fane fra det nederste varmelegeme at undslippe uden at blive fanget af det øverste varmelegeme.
| Varmeapparat konfiguration | Anbefalet afstand | Minimum mellemrum | Noter |
|---|---|---|---|
| Lodret, mod hinanden, lav WD | 50–80 mm | 40 mm | Mål mellem skederne |
| Lodret, mod hinanden, høj WD | 80–120 mm | 60 mm | Højere WD kræver mere plads |
| Lodret, side om side, samme væg | 30–50 mm | 25 mm | Varmeapparater vender ikke mod hinanden |
| Vandret, stablet | 100–150 mm | 80 mm | Plume skal flygte |
| Lodret, vinkelret | 40–60 mm | 30 mm | Plumer interagerer mindre |
Retningslinjer for afstand for flere PTFE-elvarmerkonfigurationer
Indvirkningen af mellemrum på temperaturensartethed
Elementafstanden påvirker ikke kun kappens overfladetemperatur, men også temperaturens ensartethed i tanken. Varmeapparater, der er placeret for tæt, skaber en lokaliseret varm zone mellem dem. Væsken i den zone er varmere end bulken, og de emner, der passerer gennem denne zone, kan være overophedede.
Varmelegemer, der er placeret bredt, fordeler varmen mere jævnt. Fanerne fra hver varmelegeme stiger uafhængigt og blandes med bulkvæsken. Temperaturen over tanken er mere ensartet.
| Mellemrum | Lokal Hot Zone | Massetemperaturens ensartethed | Indvirkning på emnekvalitet |
|---|---|---|---|
| <30 mm | Stærk | Dårlig (±3-5 grader) | Synlig variation |
| 30–50 mm | Moderat | Moderat (±2-3 grader) | Mindre variation |
| 50–80 mm | Svag | God (±1-2 grader) | Ubetydelig |
| >80 mm | Ingen | Fremragende (±0,5-1 grad) | Ingen |
Elementafstand og dets indvirkning på temperaturensartethed og emnekvalitet
Når afstanden ikke kan øges
Hvis tanken ikke kan rumme større afstand mellem varmelegemer, er mulighederne at reducere antallet af varmelegemer, reducere watt-tætheden eller bruge en anden varmelegemekonfiguration. Et enkelt stort varmelegeme med et stort overfladeareal kan være bedre end flere varmeapparater med tæt afstand.
En brugerdefineret PTFE-elvarmerkonfiguration med en afstand, der er optimeret til tanken og processen, adresserer årsagen til flowbegrænsning mellem varmelegemer. Specifikationsprocessen kræver tankdimensioner, varmelegemeantal, varmelegemeorientering, watt-tæthed og påkrævet watt. Til faciliteter med flere varmelegemer i én tank forbedrer denne applikations-specifikke tilgang flow mellem varmelegemer og forlænger varmelegemets levetid.
