化学プラントは、同一のタンク用に 2 つの PTFE 浸漬ヒーターを注文しました。 1 つは 1.5 mm PTFE シースを備えていました。もう一方には 2.5 mm のシースがありました。どちらも同じワット数と電圧の定格でした。 18か月後、薄型シーズヒーターは依然として良好な性能を発揮していました。-厚い-シーズヒーターが-浸透ではなく、局所的な過熱によって故障したのです。より厚いシースにより、表面温度を劣化範囲に押し上げるのに十分な熱抵抗が追加されました。

シースの厚さは、PTFE 浸漬ヒーターの仕様において最も重要な決定事項の 1 つですが、最も理解されていないものの 1 つです。シースが厚いと、浸透経路が長くなり、機械的耐久性が向上します。しかし、熱抵抗も追加され、特定のワット密度に対して表面温度が上昇します。安全なワット密度はシースの厚さによって異なります。

PTFEシースの熱抵抗

熱はプロセス流体に到達する前に PTFE シースを通過する必要があります。シースの熱抵抗はその厚さに比例し、熱伝導率に反比例します。 0.25 W/m・K の PTFE の場合、1.5 mm シースは 1.0 W/cm2 で約 6 度の温度低下を加えます。 2.5 mm のシースでは約 10 度が追加されます。 3.5 mm のシースでは約 14 度が追加されます。

これらの温度降下は、表面での対流降下と、フィラーと金属シース全体の内部降下に加わります。総表面積と-の体積ギャップによって、ポリマーの実際の動作温度が決まります。

一般的な PTFE シースの厚さの熱抵抗と浸透経路

シースの厚さが増加すると安全なワット密度が減少する理由

安全ワット密度は、ポリマーの表面温度を安全な範囲内に保つワット密度です。シースの厚さが増加すると熱抵抗が増加するため、所定のワット密度に対して表面温度が上昇します。表面温度を安全な範囲内に保つには、ワット密度を下げる必要があります。

60 度の浴槽に 1.5 mm のシースを入れた場合、ワット密度 1.4 W/cm2 で表面温度を 100 度未満に保つことができます。同じバス内の 2.5 mm シースの場合、安全なワット密度は 1.0 ～ 1.2 W/cm2 に低下します。シースが厚いほど、同じ表面温度を達成するために必要なワット密度は低くなります。

さまざまなシースの厚さと表面温度制限に対する最大ワット密度

耐久性と熱伝達のトレードオフ-

シースが厚いほど機械的耐久性が向上し、浸透経路が長くなります。ただし、より低いワット密度も必要です。これは、同じワット数でより多くの表面積を意味します。ヒーターは大型化して高価になります。

最適なシースの厚さは用途によって異なります。穏やかなサービスの場合、薄いシース (1.0 ～ 1.5 mm) が十分な耐久性を提供し、より高いワット密度を可能にします。積極的なサービスの場合、シースを厚くすると (2.0 ～ 3.0 mm) 耐薬品性が向上しますが、ワット密度が低くなり、より大きなヒーターが必要になります。

使用条件別のシースの厚さとワット密度の推奨事項

シースの厚さをワット密度に合わせる

シースの厚さとワット密度を一緒に選択する必要があります。ワット密度が高い厚いシースでは、許容できないほど高い表面温度が発生します。ワット密度が低い薄いシースは熱効率が良いですが、攻撃的な化学反応では十分な透過抵抗が得られない可能性があります。

実際的なアプローチは、最初に化学的性質と温度に基づいてシースの厚さを選択し、次にその厚さの安全な範囲内に表面温度を維持するワット密度を選択することです。 1.0 W/cm2 での 2.5 mm シースは、1.4 W/cm2 での 1.5 mm シースと同じ表面温度で動作しますが、シースが厚いほど透過抵抗と機械的耐久性が向上します。

標準の厚みでは足りない場合

一部のアプリケーションでは、標準のヒーターでは提供できないシースの厚さまたはワット密度の組み合わせが必要です。高温で非常に攻撃的な化学反応を示すタンクには、0.8 W/cm2 で 3.0 mm のシースが必要になる場合があります。-この組み合わせには、大きな表面積とカスタム構成が必要です。

カスタム PTFE 浸漬ヒーター構成により、シースの厚さとワット密度を特定の用途に合わせて最適化できます。仕様プロセスでは、浴の化学的性質、動作温度、機械的リスク要因、および必要なワット数が必要です。要求の厳しい用途を持つ施設では、このアプローチにより、標準的な製品を選択するよりも正確に耐久性と熱伝達のバランスが取れます。

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400 mm ディープリンスタンクに適合する PTFE 浸漬ヒーターのサイズはどれですか?

PCB ショップでは、深さ 400 mm のリンス タンク用の交換用 PTFE 浸漬ヒーターが必要でした。タンクは幅 900 mm、長さ 1,500 mm、作動容量は約 480 リットルでした。既存のヒーターは標準的なストレートユニットで、液ラインより上に突き出ており、11か月後に故障しました。メンテナンス チームは、浅いタンクに適合し、完全な浸水を維持し、安全なワット密度で必要なワット数を供給できるヒーターを必要としていました。

浅いタンクでは、PTFE 浸漬ヒーターに特有の設計上の課題が生じます。使用可能なヒーターの高さは制限されているため、ヒーターは、低ワット密度で十分な表面積を提供するために L- 形状または U- 形状の構成を使用する必要があります。

浸漬深さの制約

深さ 400 mm のタンクでは、使用可能なヒーターの高さは 400 mm にはなりません。液面はワークピースを覆うのに十分な高さである必要があり、ヒーターは最低液面に完全に浸かったままにする必要があります。実際には、深さ 400 mm のタンクで使用可能な加熱長は、乾舷とレベル変動に応じて 200 ～ 280 mm です。

加熱長さ 250 mm のストレート ヒーターは、加熱長さ 250 mm を提供します。 1.0 W/cm2 で 4 kW の負荷の場合、必要な表面積は 4,000 cm2 です。シースの直径が 32 mm の場合、表面積は長さ 100 mm あたり約 100 cm2 です。加熱長さ 250 mm では、要件をはるかに下回る 250 cm² しか提供されません。-

1.0 W/cm2 で 4 kW デューティの加熱長さと表面積の要件

L{0}} 型または U{1}} 型ヒーター ソリューション

L{0}} 形または U- 形の PTFE 浸漬ヒーターは、加熱要素を曲げて、浅いタンクにより多くの表面積をフィットさせます。垂直断面 250 mm、水平断面 750 mm の一般的な L 型ヒーターは、同じタンク深さの直線状ヒーターの 4 倍である 1,000 mm の加熱長さを提供します。-

シース直径 32 mm の場合、加熱長さ 1,000 mm により、表面積は約 1,000 cm2 になります。これは、1.0 W/cm2 で 4 kW の負荷に必要な 4,000 cm2 にはまだ足りません。より大きなシース直径またはマルチパス構成が必要です。-

深さ 400 mm のタンクのヒーター構成

ヒーターをタンクに取り付ける

ヒーターは、ワークや流れを妨げることなく、利用可能なスペースに収まる必要があります。 900 × 1,500 mm のタンクでは、ヒーターを 1 つの壁に沿って配置し、中央の容積をワークピース ラックに残すことができます。垂直断面 250 mm、水平断面 750 mm の L- 型ヒーターが 1,500 mm の壁に沿って収まります。

ヒーターは、加熱部分が最低液面に完全に浸かるように配置する必要があります。深さ 400 mm のタンク、液面 320 mm、フリーボード 80 mm により、使用可能な深さは 240 mm になります。ヒーターの加熱部分はタンクの下方 200 mm に配置し、加熱部分の上部は最低液面より少なくとも 40 mm 低い位置に配置する必要があります。

流量と温度の均一性

浅いタンク内の L 型またはマルチパス ヒーターは、パスが近すぎると流れの影を引き起こす可能性があります。{0}{1}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。パス間に流れができるように、パス間の間隔は少なくとも 30 ～ 40 mm にする必要があります。

タンクに循環ポンプがある場合は、流路間の隙間を流れが通過するようにヒーターを配置する必要があります。タンクが自然対流に依存している場合は、上昇する熱プルームが閉じ込められることなく逃げることができるようにヒーターを配置する必要があります。

パスの間隔と、それが流れとホットスポットのリスクに及ぼす影響

標準ヒーターがタンクに入らない場合

1.0 W/cm² で 4 kW の負荷を持つ深さ 400 mm のタンクには、標準の製品ラインでは提供されていないマルチパス ヒーターが必要です。- L- 形状またはマルチパス設計、50 mm のシース直径、30 ～ 40 mm のパス間隔を備えたカスタム PTFE 浸漬ヒーター構成は、スペース制約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、液面レベルの範囲、必要なワット数、バスの化学的性質、および流量条件が必要です。浅いタンクを備えた施設の場合、この用途固有のアプローチにより、利用可能なスペース内に必要な表面積が確保されます。{12}}