化学プラントでは、2,000- リットルの酸洗いタンクに 4 つの PTFE 浸漬ヒーターを設置し、16 kW の加熱能力を提供しました。ヒーターは 2 つの向かい合う壁に取り付けられ、各壁に 2 つのヒーターがありました。各壁のヒーターは 60 mm の間隔で配置されました。 6 か月以内に、内側のヒーター-隙間を挟んで向かい合ったヒーターの端に沿って PTFE の膨れが見られましたが、外側のヒーターは良好な状態を保っていました。ヒーター間の隙間が狭すぎて、適切な流量が得られませんでした。
複数の PTFE 浸漬ヒーターを同じタンクに取り付ける場合、要素の間隔は重要な設計パラメーターです。間隔によって、流体がヒーター間を自由に流れることができるかどうか、またはギャップが熱が蓄積してヒーターが過熱する停滞ゾーンになるかどうかが決まります。
要素の間隔が重要な理由
各 PTFE 浸漬ヒーターは、シースに沿って上昇する熱プルームを生成します。 2 つのヒーターを近くに取り付けると、それらのプルームが相互作用します。ギャップが十分に広い場合、プルームは独立して上昇し、下から冷たい流体を引き込み、両方の表面に沿った流れを維持します。ギャップが狭すぎると、プルームが合流し、ヒーター間の流れが制限されます。
狭い隙間では、流体は両側から加熱されます。外側表面の流体よりも速く上昇します。隙間は上昇気流の強い煙突となりますが、シース表面の流れが不均一になる場合があります。ギャップの下部は流れが不足している可能性がありますが、上部は高速です。不均一な流れにより、対向面の下部にホットスポットが形成されます。
| ヒーターの間隔 | ヒーター間の流れ | 煙突効果 | ホットスポットのリスク | 推奨アプリケーション |
|---|---|---|---|---|
| <30 mm | 貧しい | 強い | 非常に高い | 推奨されません |
| 30～50mm | 適度 | 適度 | 高い | 低ワット密度のみ |
| 50～80mm | 良い | 適度 | 低い | ほとんどのアプリケーション |
| 80～120mm | 素晴らしい | 弱い | 非常に低い | 高いワット密度 |
| >120mm | 素晴らしい | なし | 非常に低い | 大型タンク |
ヒーターの間隔とそれが流れとホットスポットのリスクに及ぼす影響
煙突効果
加熱された 2 つのシースが向かい合うと、それらの間の隙間が煙突として機能します。隙間の流体は両側から加熱されて密度が下がり、上昇します。より冷たい液体が底部から引き込まれます。煙突効果は、隙間が十分に広くてスムーズな流れが可能であれば有益ですが、隙間が狭すぎると悪影響を与える可能性があります。
狭い隙間では煙突効果は強いですが、流れは不均一になります。流体は上昇するにつれて加速し、ギャップの底での圧力降下により冷たい流体の流入が制限されます。ギャップの下部では流れが少なくなり、そこにあるヒーターの温度が高くなります。
さまざまなヒーター構成の間隔ガイドライン
推奨される間隔は、ヒーターの向き、ワット密度、および流体の特性によって異なります。
垂直ヒーターが向かい合う場合、低ワット密度 (0.8 ～ 1.0 W/cm²) の場合は最小間隔 50 mm、高ワット密度 (1.2 ～ 1.5 W/cm²) の場合は 80 mm の最小間隔が推奨されます。間隔は、取り付けブラケット間ではなく、シース表面間で測定する必要があります。
同じ壁に複数のヒーターを並べて取り付ける場合、ヒーターは互いに向き合わないため、間隔を小さくすることができます。同じ壁上の隣接するヒーター間の熱干渉を防ぐには、30 ～ 40 mm の隙間があれば十分です。
垂直に積み重ねられた水平ヒーターの場合、下部ヒーターからの熱プルームが上部ヒーターに捕らえられずに逃げることができるように、間隔は少なくとも 100 mm である必要があります。
| ヒーター構成 | 推奨される間隔 | 最小間隔 | 注意事項 |
|---|---|---|---|
| 縦型、対面型、低WD | 50～80mm | 40mm | シース間の測定 |
| 縦型、対面型、高WD | 80～120mm | 60mm | WD が高いほど、より多くのスペースが必要になります |
| 縦、横、同じ壁 | 30～50mm | 25mm | ヒーターが向かい合っていない |
| 水平、積み重ね | 100～150mm | 80mm | プルームは逃げなければなりません |
| 垂直、垂直 | 40～60mm | 30mm | プルームの相互作用が少なくなる |
複数の PTFE 浸漬ヒーター構成の間隔ガイドライン
温度均一性に対する間隔の影響
エレメントの間隔はシースの表面温度だけでなく、タンク内の温度の均一性にも影響します。ヒーターの間隔が狭すぎると、ヒーター間に局所的なホットゾーンが形成されます。そのゾーン内の流体はバルクよりも高温であり、そのゾーンを通過するワークピースは過熱される可能性があります。-
広く配置されたヒーターは熱をより均一に分散します。各ヒーターからのプルームは独立して上昇し、バルク流体と混合します。タンク全体の温度がより均一になります。
| 間隔 | ローカルホットゾーン | バルク温度均一性 | ワークの品質への影響 |
|---|---|---|---|
| <30 mm | 強い | 不良 (±3 ～ 5 度) | 目に見える変化 |
| 30～50mm | 適度 | 中程度（±2～3度） | マイナーバリエーション |
| 50～80mm | 弱い | 良好（±1～2度） | 無視できる |
| >80mm | なし | 優れた (±0.5 ～ 1 度) | なし |
要素の間隔とそれが温度均一性とワークの品質に及ぼす影響
間隔が広くできない場合
タンクがヒーター間のより広い間隔に対応できない場合は、ヒーターの数を減らす、ワット密度を下げる、または別のヒーター構成を使用するという選択肢があります。大きな表面積を持つ単一の大型ヒーターの方が、密に配置された複数のヒーターよりも優れている場合があります。
タンクとプロセスに最適化された間隔を備えたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、ヒーター間の流量制限の根本原因に対処します。仕様プロセスでは、タンクの寸法、ヒーターの数、ヒーターの方向、ワット密度、および必要なワット数が必要です。 1 つのタンクに複数のヒーターがある施設の場合、このアプリケーション固有のアプローチによりヒーター間の流れが改善され、ヒーターの耐用年数が延長されます。-
