En kemisk anläggning behövde 12 kW värmekapacitet för ett 3 000 liters syrabad. Badets kemi och temperatur krävde en wattdensitet som inte var högre än 0,9 W/cm² för att hålla manteltemperaturen inom säkra gränser. Anläggningens underhållschef ifrågasatte om en elpatron av PTFE kunde leverera 12 kW vid den wattdensiteten utan att vara för stor för att passa tanken.
Svaret är ja, men det kräver en designstrategi som skiljer sig från standardvalet för värmare. Låg wattdensitet och hög kilowatteffekt är inte motsägelsefulla-de kräver helt enkelt mer yta. Utmaningen är att passa in den ytan i det tillgängliga tankutrymmet.
Ytområdeskravet
Förhållandet mellan effekt, ytarea och wattdensitet är enkelt: A=P / WD. För 12 kW vid 0,9 W/cm² är den erforderliga ytan 13 333 cm². Det är ett stort område-ungefär storleken på en liten bils vindruta-och det måste packas in i en värmare som passar tanken.
En vanlig rak PTFE-värmare med en manteldiameter på 50 mm ger cirka 157 cm² per 100 mm uppvärmd längd. För att uppnå 13 333 cm² skulle den uppvärmda längden behöva vara 8 500 mm-8,5 meter. Det passar inte i någon vanlig tank.
| Wattal | Wattdensitet | Erforderlig yta | Uppvärmd längd (50 mm) | Uppvärmd längd (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 på ytarea och uppvärmd längd för PTFE-värmare med låg-watt-densitet och hög-effekt
Multi-Pass-lösningen
Ytproblemet löses genom att böja det uppvärmda elementet till en multi-passkonfiguration. En värmare med åtta passager på 1 000 mm vardera ger 8 000 mm uppvärmd längd i ett fotavtryck på cirka 1 000 × 400 mm. Med en manteldiameter på 63 mm ger det cirka 15 800 cm² ytarea-mer än tillräckligt för 12 kW vid 0,9 W/cm².
Antalet pass och passlängden bestäms av det tillgängliga tankutrymmet. En djupare tank tillåter längre pass och färre av dem. En grund tank kräver kortare pass och fler av dem.
| Antal pass | Passlängd | Total uppvärmd längd | Fotavtryck (ungefär) | Yta (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 |
Fler-passkonfigurationer för PTFE-värmare med hög-effekt och låg-watt-densitet
Överväganden om flöde och avstånd
En värmare med flera-passage med många passager skapar risk för flödesskuggning. Vätskan mellan passagerna kan bli stillastående, vilket minskar värmeöverföringen och skapar heta fläckar. Passavståndet måste vara tillräckligt för att tillåta flöde mellan passagerna.
Ett avstånd på 30–40 mm mellan passagen är i allmänhet tillräckligt för vattenbad med måttlig omrörning. För viskösa vätskor eller låga-flödesförhållanden rekommenderas ett bredare avstånd på 40–50 mm. Avståndet ökar värmarens fotavtryck, vilket måste tas med i tankpassningen.
| Pass Avstånd | Flöde mellan pass | Hot Spot Risk | Footprint för 8 pass |
|---|---|---|---|
| 20 mm | Dålig | Hög | 500 × 400 mm |
| 30 mm | Måttlig | Måttlig | 650 × 400 mm |
| 40 mm | Bra | Låg | 800 × 400 mm |
| 50 mm | Excellent | Mycket låg | 950 × 400 mm |
Passavstånd och dess effekt på flöde, hot spot-risk och fotavtryck
Elektrisk konfiguration
En 12 kW värmare vid 480V tre-fas drar ungefär 14,4 A per fas. Elementet kan konfigureras som en enkel trefaslast eller som flera enfaselement kopplade parallellt. Klämhöljet måste rymma ledarna och anslutningarna.
För en flergångsvärmare är elementet ofta uppdelat i flera kretsar, var och en med sitt eget plintpar. Detta gör att värmaren kan kopplas till den tillgängliga försörjningen och ger viss redundans om en krets misslyckas.
När tanken inte kan rymma den erforderliga ytan
Om tanken inte kan ta emot den yta som krävs för 12 kW vid 0,9 W/cm², är alternativen att minska watttalet, öka wattdensiteten (acceptera en kortare livslängd) eller använda flera värmare fördelade runt tanken.
Flera värmare är ofta den bästa lösningen. Två stycken 6 kW värmare, var och en med sitt eget multi-passpaket, kan placeras på motsatta väggar eller i olika hörn av tanken. Varje värmare fungerar på 0,9 W/cm² och tillsammans levererar de 12 kW.
När en anpassad konfiguration är det enda alternativet
En belastning på 12 kW vid 0,9 W/cm² kräver 13 333 cm² ytarea-mer än någon standard PTFE elpatron ger. En anpassad PTFE elpatronskonfiguration med åtta eller fler passager, 63 mm manteldiameter och 40 mm mellanrum ger den erforderliga ytan inom en typisk 3 000-liters tank. Specifikationsprocessen kräver tankdimensioner, badkemi, driftstemperatur, flödesförhållanden och erforderlig effekt.
