Ķīmiskā rūpnīca pasūtīja divus PTFE iegremdējamos sildītājus identiskām tvertnēm. Vienam bija 1,5 mm PTFE apvalks. Otram bija 2,5 mm apvalks. Abi tika novērtēti ar tādu pašu jaudu un spriegumu. Pēc astoņpadsmit mēnešiem plānais -apvalku sildītājs joprojām darbojās labi. Biezais-apvalks sildītājs neizdevās-nevis caursūkšanās, bet gan lokālas pārkaršanas dēļ. Biezāks apvalks bija pievienojis pietiekami daudz termiskās pretestības, lai novirzītu virsmas temperatūru noārdīšanās diapazonā.
Apvalka biezums ir viens no svarīgākajiem lēmumiem PTFE iegremdējamā sildītāja specifikācijā un viens no vismazāk saprotamajiem lēmumiem. Biezāks apvalks nodrošina garāku caurlaidības ceļu un labāku mehānisko izturību. Bet tas arī palielina siltuma pretestību, paaugstinot virsmas temperatūru jebkuram noteiktam vatu blīvumam. Drošais vatu blīvums ir atkarīgs no apvalka biezuma.
PTFE apvalka termiskā pretestība
Siltumam jāšķērso PTFE apvalks, pirms tas sasniedz procesa šķidrumu. Apvalka termiskā pretestība ir proporcionāla tā biezumam un apgriezti proporcionāla tā siltumvadītspējai. PTFE pie 0,25 W/m·K 1,5 mm apvalks pievieno aptuveni 6 grādu temperatūras kritumu pie 1,0 W/cm². 2,5 mm apvalks pievieno aptuveni 10 grādus. 3,5 mm apvalks palielina aptuveni 14 grādus.
Šie temperatūras kritumi palielina konvektīvo kritumu pie virsmas un iekšējos pilienus pāri pildvielai un metāla apvalkam. Kopējā virsmas -līdz- atstarpe nosaka polimēra faktisko darba temperatūru.
| Apvalka biezums | Termiskā pretestība | Virsmas ΔT pie 1,0 W/cm² | Virsmas ΔT pie 1,5 W/cm² | Relatīvais caurlaidības ceļš |
|---|---|---|---|---|
| 1,0 mm | Zems | 4 grādu | 6 grādi | Īss |
| 1,5 mm | Mērens | 6 grādi | 9 grādu | Mērens |
| 2,0 mm | Vidēji – augsts | 8 grādi | 12 grādi | Gari |
| 2,5 mm | Augsts | 10 grādi | 15 grādi | Ilgāk |
| 3,0 mm | Ļoti augsts | 12 grādi | 18 grādi | Garākais |
Termiskā pretestība un caurlaidības ceļš parastajiem PTFE apvalku biezumiem
Kāpēc drošā vatu blīvums samazinās, palielinoties apvalka biezumam
Drošais vatu blīvums ir vatu blīvums, kas uztur virsmas temperatūru polimēram drošā diapazonā. Palielinoties apvalka biezumam, palielinās termiskā pretestība, tāpēc virsmas temperatūra paaugstinās jebkuram noteiktam vatu blīvumam. Lai uzturētu virsmas temperatūru drošā diapazonā, jāsamazina vatu blīvums.
1,5 mm apvalkam vannā 60 grādu temperatūrā vatu blīvums 1,4 W/cm² var uzturēt virsmas temperatūru zem 100 grādiem. 2,5 mm apvalkam tajā pašā vannā drošais vatu blīvums samazinās līdz 1,0–1,2 W/cm². Biezākam apvalkam ir nepieciešams mazāks vatu blīvums, lai sasniegtu tādu pašu virsmas temperatūru.
| Apvalka biezums | Maksimālais vatu blīvums virsmai<100°C | Maksimālais vatu blīvums virsmai<110°C | Maksimālais vatu blīvums virsmai<120°C |
|---|---|---|---|
| 1,0 mm | 1,8 W/cm² | 2,0 W/cm² | 2,2 W/cm² |
| 1,5 mm | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² | 1,8 W/cm² |
| 2,0 mm | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² | 1,6 W/cm² |
| 2,5 mm | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² | 1,4 W/cm² |
| 3,0 mm | 0,8 W/cm² | 1,0 W/cm² | 1,2 W/cm² |
Maksimālais vatu blīvums dažādiem apvalku biezumiem un virsmas temperatūras ierobežojumiem
Izturības un siltuma pārneses{0}}izmaiņa
Biezāks apvalks nodrošina labāku mehānisko izturību un garāku caurlaidības ceļu. Bet tas prasa arī mazāku vatu blīvumu, kas nozīmē lielāku virsmas laukumu ar tādu pašu jaudu. Sildītājs kļūst lielāks un dārgāks.
Optimālais apvalka biezums ir atkarīgs no pielietojuma. Vieglai apkalpošanai plāns apvalks (1,0–1,5 mm) nodrošina pietiekamu izturību un nodrošina lielāku vatu blīvumu. Agresīvai apkalpošanai biezāks apvalks (2,0–3,0 mm) nodrošina labāku ķīmisko izturību, taču tam ir nepieciešams mazāks vatu blīvums un lielāks sildītājs.
| Servisa stāvoklis | Ieteicamais apvalka biezums | Maksimālais vatu blīvums | Relatīvais sildītāja izmērs |
|---|---|---|---|
| viegls,<60°C, clean fluids | 1,0–1,5 mm | 1,4–1,8 W/cm² | Kompakts |
| Mērens, 60–70 grādi | 1,5–2,0 mm | 1,2–1,4 W/cm² | Mērens |
| Agresīvs, 70–80 grādi | 2,0–2,5 mm | 1,0–1,2 W/cm² | Lielāks |
| Ļoti agresīvs, 80–90 grādi | 2,5–3,0 mm | 0,8–1,0 W/cm² | Lielākais |
| HF vai augstas{0}}temperatūras pakalpojums | 3,0 mm+ | 0,6–0,8 W/cm² | Ļoti liels |
Apvalka biezuma un vatu blīvuma ieteikumi atkarībā no ekspluatācijas stāvokļa
Apvalka biezuma atbilstība vatu blīvumam
Apvalka biezums un vatu blīvums jāizvēlas kopā. Biezs apvalks ar augstu vatu blīvumu rada nepieņemami augstu virsmas temperatūru. Plāns apvalks ar zemu vatu blīvumu ir termiski efektīvs, taču agresīvā ķīmijā tas var nenodrošināt pietiekamu caurlaidības pretestību.
Praktiskā pieeja ir vispirms izvēlēties apvalka biezumu, pamatojoties uz ķīmiju un temperatūru, un pēc tam izvēlēties vatu blīvumu, kas uztur virsmas temperatūru drošā diapazonā šim biezumam. 2,5 mm apvalks pie 1,0 W/cm² var darboties tādā pašā virsmas temperatūrā kā 1,5 mm apvalks ar jaudu 1,4 W/cm², taču biezāks apvalks nodrošina labāku caurlaidības pretestību un mehānisko izturību.
Ja ar standarta biezumu nepietiek
Dažiem lietojumiem ir nepieciešams apvalka biezums vai vatu blīvuma kombinācijas, ko standarta sildītāji nepiedāvā. Tvertnei ar ļoti agresīvu ķīmisko sastāvu paaugstinātā temperatūrā var būt nepieciešams 3,0 mm apvalks ar 0,8 W/cm²-kombināciju, kam nepieciešams liels virsmas laukums un pielāgota konfigurācija.
Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ļauj optimizēt apvalka biezumu un vatu blīvumu konkrētajam lietojumam. Specifikācijas procesam ir nepieciešama vannas ķīmija, darba temperatūra, mehāniskie riska faktori un nepieciešamā jauda. Iekārtām ar prasīgiem lietojumiem šī pieeja līdzsvaro izturību un siltuma pārnesi precīzāk nekā standarta produktu izvēle.
22
Kurš PTFE iegremdējamā sildītāja izmērs ir piemērots 400 mm dziļās skalošanas tvertnei?
PCB veikalam bija nepieciešams rezerves PTFE iegremdējamais sildītājs 400 mm dziļai skalošanas tvertnei. Tvertne bija 900 mm plata un 1500 mm gara, ar darba tilpumu aptuveni 480 litri. Esošais sildītājs bija standarta taisna vienība, kas izvirzījās virs šķidruma līnijas un pēc 11 mēnešiem sabojājās. Tehniskās apkopes komandai bija nepieciešams sildītājs, kas būtu piemērots seklajai tvertnei, nodrošinātu pilnīgu iegremdēšanu un nodrošinātu nepieciešamo jaudu ar drošu vatu blīvumu.
Seklas tvertnes rada īpašu PTFE iegremdējamo sildītāju dizaina izaicinājumu. Izmantojamais sildītāja augstums ir ierobežots, tāpēc sildītājam ir jāizmanto L- vai U- formas konfigurācija, lai nodrošinātu pietiekamu virsmas laukumu pie zema vatu blīvuma.
Iegremdēšanas dziļuma ierobežojums
400 mm dziļa tvertne nenodrošina 400 mm izmantojamo sildītāja augstumu. Šķidruma līmenim jābūt pietiekami augstam, lai nosegtu sagataves, un sildītājam jāpaliek pilnībā iegremdētam līdz minimālajam šķidruma līmenim. Praksē izmantojamais apsildāmais garums 400 mm dziļā tvertnē ir 200–280 mm atkarībā no brīvsāniem un līmeņa svārstībām.
Taisns sildītājs ar 250 mm apsildāmu garumu nodrošina 250 mm apsildāmu garumu. 4 kW jaudai pie 1,0 W/cm² nepieciešamā virsmas laukums ir 4000 cm². Ja apvalka diametrs ir 32 mm, virsmas laukums ir aptuveni 100 cm² uz 100 mm garuma. 250 mm apsildāms garums nodrošina tikai 250 cm²{14}}nepilnību, kas nepieciešama.
| Tvertnes dziļums | Izmantojamais apsildāmais garums | Virsmas laukums pie 32 mm Apvalka | Virsmas laukums pie 50 mm Apvalks | Apsildāms garums Nepieciešams 4000 cm² |
|---|---|---|---|---|
| 300 mm | 150-200 mm | 150–200 cm² | 236–314 cm² | 2000–2667 mm |
| 400 mm | 200–280 mm | 200–280 cm² | 314–440 cm² | 1 429–2 000 mm |
| 500 mm | 300–350 mm | 300–350 cm² | 471–550 cm² | 1,143–1,333 mm |
| 600 mm | 350–450 mm | 350–450 cm² | 550–707 cm² | 889–1,143 mm |
Apkures garuma un virsmas laukuma prasības 4 kW jaudai pie 1,0 W/cm²
L-vai U-formas sildītāja risinājums
L- vai U- formas PTFE iegremdējamais sildītājs saliek apsildāmo elementu, lai seklā tvertnē ietilptu vairāk virsmas. Tipisks L-formas sildītājs ar 250 mm vertikālu sekciju un 750 mm horizontālu sekciju nodrošina 1000 mm apsildāmu garumu-četras reizes garāku par taisnu sildītāju tādā pašā tvertnes dziļumā.
Pie 32 mm apvalka diametra 1000 mm apsildāmā garuma nodrošina aptuveni 1000 cm² virsmas. Tas joprojām ir mazāks par 4000 cm², kas nepieciešams 4 kW darbam ar 1,0 W/cm². Nepieciešams lielāks apvalka diametrs vai vairāku{11}}pāreju konfigurācija.
| Sildītāja konfigurācija | Apsildāms garums | Virsmas laukums pie 32 mm | Virsmas laukums pie 50 mm | Ietilpst 400 mm tvertnē |
|---|---|---|---|---|
| Taisni, 250 mm | 250 mm | 250 cm² | 393 cm² | Jā, bet nepietiekama platība |
| L-forma, 250 + 750 mm | 1000 mm | 1000 cm² | 1571 cm² | Jā |
| U-forma, 250 + 500 + 250 mm | 1000 mm | 1000 cm² | 1571 cm² | Jā |
| Vairākas -pārejas, 4 × 250 mm | 1000 mm | 1000 cm² | 1571 cm² | Jā |
| Vairākas -pārejas, 8 × 250 mm | 2000 mm | 2000 cm² | 3142 cm² | Cieši pieguļošs |
Sildītāja konfigurācijas 400 mm dziļai tvertnei
Sildītāja uzstādīšana tvertnē
Sildītājam jāiekļaujas pieejamajā telpā, netraucējot sagataves vai plūsmu. 900 × 1500 mm tvertnē sildītāju var novietot gar vienu sienu, atstājot centrālo tilpumu sagataves plauktam. L-formas sildītājs ar 250 mm vertikālu sekciju un 750 mm horizontālu sekciju iederas gar 1500 mm sienu.
Sildītājs jānovieto tā, lai apsildāmā sekcija būtu pilnībā iegremdēta minimālajā šķidruma līmenī. 400 mm dziļa tvertne ar 320 mm šķidruma līmeni un 80 mm brīvsānu nodrošina 240 mm izmantojamo dziļumu. Sildītāja apsildāmajai sekcijai jābūt novietotai tvertnes apakšā 200 mm, apsildāmās sekcijas augšējai daļai jābūt vismaz 40 mm zem minimālā šķidruma līmeņa.
Plūsmas un temperatūras vienmērīgums
L-formas vai vairāku-pāreju sildītājs seklā tvertnē var radīt plūsmas ēnojumu, ja ejas ir pārāk tuvu viena otrai. Šķidrums starp ejām var stagnēt, samazinot siltuma pārnesi un radot karstos punktus. Attālumam starp ejām jābūt vismaz 30–40 mm, lai nodrošinātu plūsmu starp tām.
Ja tvertnei ir cirkulācijas sūknis, sildītājs jānovieto tā, lai plūsma izietu caur spraugām starp ejām. Ja tvertne balstās uz dabisku konvekciju, sildītājs jānovieto tā, lai augošā siltuma strūkla varētu izkļūt bez iesprūšanas.
| Pass Spacing | Plūsma starp ejām | Karstā punkta risks | Ieteicamais pielietojums |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Nabaga | Augsts | Nav ieteicams |
| 20-30 mm | Mērens | Mērens | Tikai zems vatu blīvums |
| 30-40 mm | Labi | Zems | Lielākā daļa lietojumprogrammu |
| >40 mm | Lieliski | Ļoti zems | Augsts vatu blīvums vai viskozi šķidrumi |
Pass atstarpe un tā ietekme uz plūsmu un karstā punkta risku
Ja standarta sildītājs nevar ievietot tvertni
400 mm dziļai tvertnei ar 4 kW jaudu pie 1,0 W/cm² ir nepieciešams daudzkārtu sildītājs, ko standarta produktu līnijas var nepiedāvāt. Pielāgota PTFE iegremdējamā sildītāja konfigurācija ar L-formas vai vairāku -pāreju dizainu, 50 mm apvalka diametru un 30–40 mm caurlaides atstarpi novērš telpas ierobežojuma galveno cēloni. Specifikācijas procesam ir nepieciešami tvertnes izmēri, šķidruma līmeņa diapazons, nepieciešamā jauda, vannas ķīmija un plūsmas apstākļi. Iekārtām ar seklām tvertnēm šī lietojumprogrammas{12}}pieeja nodrošina nepieciešamo virsmas laukumu pieejamajā telpā.
