化学プラントでは、3,000 リットルの酸浴に 12 kW の加熱能力が必要でした。浴の化学的性質と温度により、シース温度を安全限度内に保つために、ワット密度が 0.9 W/cm2 以下である必要がありました。プラントのメンテナンス管理者は、PTFE 浸漬ヒーターがタンクに収まらないほど大きすぎずに、そのワット密度で 12 kW を供給できるかどうか疑問に思いました。
答えは「はい」ですが、標準的なヒーターの選択とは異なる設計アプローチが必要です。低いワット密度と高いキロワット出力は矛盾するものではありません。-単により多くの表面積が必要になるだけです。課題は、その表面積をタンクの利用可能なスペースに適合させることです。
表面積の要件
電力、表面積、ワット密度の関係は単純です: A=P / WD。 0.9 W/cm2 で 12 kW の場合、必要な表面積は 13,333 cm2 です。これは広い面積であり、-小型車のフロントガラスとほぼ同じサイズ-であり、タンクに適合するヒーターをパッケージ化する必要があります。
シース直径 50 mm の標準的なストレート PTFE ヒーターは、加熱長さ 100 mm あたり約 157 cm² を供給します。 13,333 cm² を達成するには、加熱される長さは 8,500 mm-8.5 メートル必要になります。それは通常のタンクには収まりません。
| ワット数 | ワット密度 | 必要な表面積 | 加熱長さ (50 mm) | 加熱長さ (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 6kW | 0.9W/cm2 | 6,667平方センチメートル | 4,250mm | 3,370mm |
| 8kW | 0.9W/cm2 | 8,889平方センチメートル | 5,660mm | 4,490mm |
| 10kW | 0.9W/cm2 | 11,111平方センチメートル | 7,080mm | 5,610mm |
| 12kW | 0.9W/cm2 | 13,333平方センチメートル | 8,500mm | 6,730mm |
| 15kW | 0.9W/cm2 | 16,667平方センチメートル | 10,620mm | 8,410mm |
低{0}ワット-密度高-出力 PTFE ヒーターの表面積と加熱長さの要件
マルチパス ソリューション-
表面積の問題は、加熱要素をマルチパス構成に曲げることによって解決されます。-それぞれ 1,000 mm のパスを 8 回行うヒーターは、約 1,000 × 400 mm の設置面積で 8,000 mm の加熱長さを提供します。シースの直径は 63 mm で、表面積は約 15,800 cm² で、-0.9 W/cm² で 12 kW に十分以上です。
パスの数とパスの長さは、利用可能なタンクのスペースによって決まります。タンクが深いほど、パスが長くなり、パスの数が少なくなります。浅いタンクでは、より短いパスとより多くのパスが必要になります。
| パス数 | パスの長さ | 加熱された全長 | 設置面積(約) | 表面積 (63 mm) |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 1,000mm | 4,000mm | 1,000×250mm | 7,900平方センチメートル |
| 6 | 1,000mm | 6,000mm | 1,000×380mm | 11,900平方センチメートル |
| 8 | 1,000mm | 8,000mm | 1,000×500mm | 15,800平方センチメートル |
| 10 | 800mm | 8,000mm | 800×500mm | 15,800平方センチメートル |
| 12 | 700mm | 8,400mm | 700×500mm | 16,600平方センチメートル |
高-出力、低-ワット-密度の PTFE ヒーター用のマルチパス構成
流れと間隔の考慮事項
パスが多いマルチパス ヒーターでは、フロー シャドーイングのリスクが生じます。-パス間の流体が停滞し、熱伝達が低下し、ホットスポットが発生する可能性があります。パス間隔は、パス間の流れを可能にするのに十分なものでなければなりません。
適度に撹拌する水性浴の場合、通常、パス間の間隔は 30 ～ 40 mm で十分です。粘性流体または低流量条件の場合は、40～50 mm の広い間隔を推奨します。-間隔によりヒーターの設置面積が増加しますが、タンクの取り付けではこれを考慮する必要があります。
| パス間隔 | パス間の流れ | ホットスポットのリスク | 8 パスのフットプリント |
|---|---|---|---|
| 20mm | 貧しい | 高い | 500×400mm |
| 30mm | 適度 | 適度 | 650×400mm |
| 40mm | 良い | 低い | 800×400mm |
| 50mm | 素晴らしい | 非常に低い | 950×400mm |
パスの間隔と、それが流れ、ホットスポットのリスク、フットプリントに及ぼす影響
電気的構成
480V 三相の 12 kW ヒーターは、1 相あたり約 14.4 A を消費します。この要素は、単一の三相負荷として構成することも、並列に配線された複数の単相要素として構成することもできます-。端子エンクロージャは導体と接続を収容する必要があります。
マルチパス ヒーターの場合、素子は多くの場合、それぞれが独自の端子ペアを持つ複数の回路に分割されます。これにより、利用可能な電源に合わせてヒーターを配線することができ、1 つの回路に障害が発生した場合にある程度の冗長性を提供できます。
タンクが必要な表面積を収容できない場合
タンクが 0.9 W/cm2 で 12 kW に必要な表面積を収容できない場合、選択肢としては、ワット数を減らすか、ワット密度を高めるか (耐用年数の短縮を許容する)、またはタンクの周囲に分散させた複数のヒーターを使用します。
多くの場合、複数のヒーターを使用することが最善の解決策となります。 2 つの 6 kW ヒーターは、それぞれ独自のマルチパス バンドルを備えており、タンクの反対側の壁または異なる隅に配置できます。-各ヒーターは 0.9 W/cm² で動作し、合計で 12 kW を供給します。
カスタム構成が唯一のオプションである場合
0.9 W/cm² で 12 kW のデューティを実現するには、標準的な PTFE 浸漬ヒーターよりも大きい 13,333 cm² の表面積が必要です。-。 8 パス以上、シース直径 63 mm、間隔 40 mm のカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、一般的な 3,000 リットルのタンク内に必要な表面積が得られます。仕様プロセスでは、タンクの寸法、浴の化学的性質、動作温度、流量条件、および必要なワット数が必要です。
