Kemijsko postrojenje je trebalo 12 kW kapaciteta grijanja za kiselu kupku od 3000 litara. Kemijski sastav kupke i temperatura zahtijevali su gustoću vata ne veću od 0,9 W/cm² kako bi se temperatura plašta održala unutar sigurnih granica. Voditelj održavanja tvornice upitao je može li PTFE uronjeni grijač isporučiti 12 kW pri toj gustoći vata, a da nije prevelik da stane u spremnik.
Odgovor je da, ali zahtijeva pristup dizajnu koji se razlikuje od standardnog odabira grijača. Niska gustoća u vatima i velika izlazna snaga u kilovatima nisu kontradiktorne-one jednostavno zahtijevaju veću površinu. Izazov je uklopiti tu površinu u raspoloživi prostor spremnika.
Zahtjevi za površinu
Odnos između snage, površine i gustoće u vatima je jednostavan: A=P / WD. Za 12 kW pri 0,9 W/cm², potrebna površina je 13.333 cm². To je veliko područje-otprilike veličine vjetrobranskog stakla malog automobila-i mora biti upakirano u grijač koji odgovara spremniku.
Standardni ravni PTFE grijač s promjerom plašta od 50 mm daje približno 157 cm² na 100 mm grijane duljine. Da bi se postiglo 13.333 cm², grijana duljina trebala bi biti 8.500 mm-8,5 metara. To ne stane ni u jedan normalan spremnik.
| Snaga | Watt Gustoća | Potrebna površina | Grijana duljina (50 mm) | Grijana duljina (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 |
Zahtjevi za površinu i grijanu duljinu za PTFE grijače niske-vati-gustoće i visokog{2}}izlaza
Rješenje za-prolaz
Problem površine riješen je savijanjem grijanog elementa u više{0}}prolaznu konfiguraciju. Grijač s osam prolaza od po 1000 mm daje 8000 mm grijane duljine u otisku od približno 1000 × 400 mm. S promjerom plašta od 63 mm, to osigurava približno 15.800 cm² površine-više nego dovoljno za 12 kW pri 0,9 W/cm².
Broj prolaza i duljina prolaza određeni su raspoloživim prostorom spremnika. Dublji spremnik omogućuje duže prolaze i manje njih. Plitak spremnik zahtijeva kraće prolaze i više njih.
| Broj prolaza | Duljina prolaza | Ukupna grijana dužina | Otisak (približno) | Površina (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 |
Više{0}}konfiguracije prolaza za PTFE grijače visokog{1}}izlaza niske-watt-gustoće
Razmatranja protoka i razmaka
Više{0}}grijač s mnogo prolaza stvara rizik od zasjenjenja protoka. Tekućina između prolaza može stagnirati, smanjujući prijenos topline i stvarajući vruće točke. Razmak prolaza mora biti dovoljan da omogući protok između prolaza.
Razmak od 30-40 mm između prolaza općenito je dovoljan za vodene kupke s umjerenim miješanjem. Za viskozne tekućine ili uvjete slabog-protoka preporučuje se veći razmak od 40–50 mm. Razmak povećava tlocrt grijača, što se mora uzeti u obzir pri postavljanju spremnika.
| Pass Spacing | Protok između prolaza | Hot Spot Rizik | Otisak za 8 prolaza |
|---|---|---|---|
| 20 mm | Jadno | visoko | 500 × 400 mm |
| 30 mm | Umjereno | Umjereno | 650 × 400 mm |
| 40 mm | Dobro | Niska | 800 × 400 mm |
| 50 mm | Izvrsno | Vrlo nisko | 950 × 400 mm |
Razmak prolaza i njegov učinak na protok, rizik od vrućih točaka i otisak
Električna konfiguracija
Grijač od 12 kW pri trofaznom naponu od 480 V troši približno 14,4 A po fazi. Element se može konfigurirati kao jedno tro-fazno opterećenje ili kao više jedno-faznih elemenata ožičenih paralelno. Kućište terminala mora primiti vodiče i spojeve.
Za više{0}}prolazni grijač, element je često podijeljen u više strujnih krugova, svaki sa svojim parom terminala. To omogućuje da grijač bude ožičen za dostupnu opskrbu i osigurava određenu redundanciju ako jedan krug zakaže.
Kada spremnik ne može primiti potrebnu površinu
Ako spremnik ne može primiti površinu potrebnu za 12 kW pri 0,9 W/cm², opcije su smanjenje snage u vatima, povećanje gustoće u vatima (prihvaćajući kraći vijek trajanja) ili korištenje više grijača raspoređenih oko spremnika.
Višestruki grijači često su najbolje rješenje. Dva grijača od 6 kW, svaki sa svojim više-snopom, mogu se postaviti na suprotne stijenke ili u različite kutove spremnika. Svaki grijač radi na 0,9 W/cm², a zajedno isporučuju 12 kW.
Kada je prilagođena konfiguracija jedina opcija
Rad od 12 kW pri 0,9 W/cm² zahtijeva 13.333 cm² površine-više nego što to pruža bilo koji standardni PTFE uronjeni grijač. Prilagođena konfiguracija PTFE uronjenog grijača s osam ili više prolaza, promjerom plašta od 63 mm i razmakom od 40 mm daje potrebnu površinu unutar tipičnog spremnika od 3000 litara. Proces specifikacije zahtijeva dimenzije spremnika, kemijski sastav kupke, radnu temperaturu, uvjete protoka i potrebnu snagu u vatima.
