A magas-hőmérsékletű vegyszertartályok fűtőlemezeket igényelnek, amelyek jelentős teljesítményt képesek leadni, miközben fenntartják a stabil felületi hőmérsékletet. A teljesítmény egyszerű növelése lerövidítheti a fűtési időt, de növeli az aktív felületre koncentrálódó hőterhelést is.
Afűtőlemez, ezért a hőáram a hőteljesítmény értékelésének egyik kulcsparamétere.
Mi az a fűtőlemez hőáram?
A hőáram azt írja le, hogy mekkora hőenergia kerül átadásra egy egységnyi felületen.
Az alap számítás a következő:
q = P / A
ahol P a fűtési teljesítmény és A az aktív fűtési terület.
Például egy 5 kW-os, 0,20 m² aktív területű fűtőlap átlagos hőárama:
5000 ÷ 0.20=25 kW/m²
Ha ugyanazt az 5 kW-ot 0,10 m²-re koncentráljuk, a hőáram megduplázódik, 50 kW/m²-re.
A teljes fűtőteljesítmény változatlan marad, de az aktív felület hőigénye sokkal nagyobb.
Miért szükséges a magas hőmérsékletű tartályok{0}}gondos ellenőrzése?
Az üzemi hőmérséklet emelkedésével egyre fontosabbá válhat a fűtőfelület hőmérséklete és a vegyi fürdő hőmérséklete közötti különbség.
A hőátadás a következőképpen egyszerűsíthető:
Q=hAΔT
Amikor a hőáram növekszik, nagyobb hőmérséklet-különbségre lehet szükség ahhoz, hogy ugyanazt az energiát a folyadékba továbbítsák.
Ha a folyadék keringtetése nem elegendő, a fűtőfelület lényegesen melegebbé válhat, mint az ömlesztett oldat.
Ez csökkentheti a hőstabilitást és növelheti a fűtőelem szerkezetére nehezedő feszültséget.
Az aktív terület csökkentheti a termikus koncentrációt
Az aktív terület növelése lehetővé teszi ugyanazt a teljesítményt nagyobb felületen.
Például:
| Fűtési teljesítmény | Aktív terület | Átlagos hőáram |
|---|---|---|
| 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 |
Ezek az értékek egyszerű átlagszámítások, és nem jelentik egy adott anyag vagy vegyi anyag maximális megengedett hőáramát.
A nagyobb aktív felület nagyobb hőtartalékot biztosíthat, ha a beépítési hely megengedi.
A PTFE fűtőlemezek különleges figyelmet igényelnek
A PTFE-t gyakran használják kémiai melegítésre, mivel erős vegyszerállóságot és elektromos szigetelést biztosít.
A PTFE-nek azonban viszonylag alacsony a hővezető képessége sok fémhez képest.
A belső ellenállási áramkör által termelt hőnek át kell haladnia a PTFE szerkezeten, mielőtt elérné a folyadékot.
Ha túl nagy a hőáram, a belső hőmérséklet sokkal magasabb lehet, mint a külső felület vagy az ömlesztett fürdő hőmérséklete.
Emiatt az ellenállás{0}}elemek eloszlása és az anyagvastagság fontos részei a tervezésnek.
A keringés közvetlen hatással van a hőáram teljesítményére
A mérsékelt hőáramú fűtőlap akkor is rosszul működhet, ha a folyadékkeringés gyenge.
A meleg folyadék a felszín közelében maradhat, és termikus határréteget képezhet.
A kényszerkeringtetés eltávolíthatja ezt a réteget, és hidegebb folyadékot hozhat a fűtőberendezéssel.
Magas-hőmérsékletű vegyszertartályok esetén ezért az áramlás irányát és sebességét a fűtési teljesítménnyel együtt kell figyelembe venni.
A magasabb hőáram lerövidítheti a fűtési időt
Jogos oka van a hőáram növelésének.
Indításkor a tartálynak jelentős energiára lehet szüksége ahhoz, hogy az oldatot környezeti hőmérsékletről üzemi hőmérsékletére emelje.
A nagyobb hőáram gyorsabb felmelegedést biztosíthat, ha a folyadék hatékonyan képes elnyelni a többletenergiát.
A probléma akkor jelentkezik, amikor a nagy indítási teljesítmény válik a normál, állandó{0}}állapotú működési állapotgá.
Egy megfelelő szabályozónak csökkentenie kell a teljesítményt a célhőmérséklet elérése után.
A hőáram nem azonos az ömlesztett hőmérséklettel
A vegyi fürdő stabilan 80 fokos hőmérsékletet mutathat, miközben a fűtőlap felülete lényegesen melegebb.
Ez a különbség a teljesítménysűrűségtől, a keringéstől, a hőellenállástól és az érzékelő helyétől függ.
A folyamatfejlesztés során tehát csak az ömlesztett hőmérséklet figyelése túlzott helyi hőterhelést rejthet.
A felületi hőmérséklet értékelése további információkkal szolgálhat a magas hőmérsékletű{0}}rendszer kifejlesztésekor.
Az egyenetlen hőáram helyi forró pontokat hoz létre
A fűtőlap nem mindig egyenletesen osztja el a teljesítményt.
Az ellenállás{0}}elemek távolsága, a lemezek geometriája, a kapcsok elhelyezkedése és a szerelési feltételek különböző helyi hőterheléseket hozhatnak létre.
Az egyik régió lényegesen melegebben működhet, mint a másik, még akkor is, ha az átlagos hőáram elfogadhatónak tűnik.
Magas-hőmérsékletű alkalmazásoknál a fűtőkört el kell osztani a szükségtelen koncentráció minimalizálása érdekében.
A kémiai tulajdonságok is számítanak
A különböző megoldások eltérő sebességgel távolítják el a hőt a fűtőfelületről.
A viszkozitás, a sűrűség, a hővezető képesség, a fajhő, a koncentráció és a keringés mind befolyásolja a hőátadást.
Az egyik vegyi fürdőben jól működő hőáram nem biztos, hogy megfelelő a másikhoz.
A víz{0}}alapú tesztelés ezért nem tudja automatikusan érvényesíteni a teljesítményt koncentrált vegyi oldatban.
A tartály geometriája befolyásolja a hatékony hőáramot
A fal közelében elhelyezett fűtőlemez egyik oldalán csökkentheti a folyadékkeringést.
A nyitott áramlási tartományban elhelyezett lemez hatékonyabban képes átadni a hőt.
Ezért a gyakorlati hőterhelés a beépítési feltételektől függ, nem csak az elektromos besorolástól.
Figyelembe kell venni a tartály mélységét, a hézagot, az áramlási útvonalat és a gyártási felszereléseket.
Kerülje a kizárólag maximális teljesítményre történő tervezést
A nagy{0}}teljesítményű fűtőlap nem feltétlenül nagy-teljesítményű fűtőlap.
Ha a túlzott teljesítmény kis felületre koncentrálódik, a rendszer magas felületi hőmérsékletet, nagyobb termikus gradienst és nehezebb vezérlést tapasztalhat.
Az aktív terület növelése, a keringés javítása vagy a fűtőelem több szabályozott zónára osztása gyakran kiegyensúlyozottabb megoldást jelenthet.
Hőáram kiválasztása magas{0}}hőmérsékletű vegyszertartályokhoz
A megfelelő fűtőlemez hőáram a vegyi oldattól, az üzemi hőmérséklettől, az aktív területtől, a keringéstől, az építőanyagtól és a szükséges fűtési sebességtől függ.
Egyedi PTFE fűtőlemezek esetén a célteljesítményt az aktív területtel és a folyadékoldali -oldali hőátadással együtt kell értékelni, nem pedig külön kell választani.
Egy jól-megtervezett rendszer egyensúlyba hozza a fűtési sebességet a felületi hőmérséklettel és a termikus stabilitással, lehetővé téve a vegyi fürdő számára, hogy elérje célhőmérsékletét anélkül, hogy szükségtelenül túlzott hőt koncentrálna a fűtőlapra.
