チューブパスの計算
PCB の無電解銅線は 38 ～ 42 度で動作し、厳しい温度耐性を備えています。 PTFE 熱交換器は、2 barg の蒸気を使用して 35 kW の加熱能力を提供する必要があります。利用可能なタンク スペースは、1.2 メートル x 0.8 メートルのコイル設置面積に対応します。設計上の質問: この設置面積を通過するチューブの数が必要な熱伝達を実現しますか?
チューブパスは 2 つのことを決定します。パスが増えると、固定設置面積内のチューブの全長と表面積が増加します。しかし、パスが増えると蒸気-側の圧力降下も増加し、凝縮水の排水が複雑になります。最適なパス数により、蒸気圧力バジェットを超過したり、排水の問題を引き起こすことなく、必要な熱伝達が実現されます。
計算方法
計算は熱負荷からパスカウントまで段階的に進みます。
必要な表面積が最優先されます。 35 kWのデューティ、133度の蒸気、40度のバス、約85度のLMTD、薄肉PTFEのU-値280 W/m²・Kの場合、必要な面積は35,000 / (280 × 85)=1.47 m²です。
チューブの長さは、面積とチューブの直径から決まります。 8mm OD チューブを使用すると、各リニア メーターは 0.0251 m² の表面積を提供します。必要な全長は 1.47 / 0.0251=58.6 メートルです。
パス数は、全長を各パスの長さで割ったものです。 1.2m の利用可能な設置面積により、約 1.1m の有効長のパスが可能になります。各パスは 1.1 メートルのチューブ長を提供します。必要なパス: 58.6 / 1.1=53.3、54 パスに切り上げられます。
表 1: 35 kW 無電解銅ふろ給湯器のチューブパスの計算
| パラメータ | 価値 | ユニット |
|---|---|---|
| 熱負荷 | 35 | kW |
| 蒸気温度 (2 barg) | 133 | 程度 |
| 浴槽の温度 | 40 | 程度 |
| LMTD | 85 | 程度 |
| デザイン U-の価値 | 280 | W/m²·K |
| 必要な表面積 | 1.47 | m² |
| チューブ外径 | 8 | mm |
| リニアメートルあたりの表面積 | 0.0251 | m²/m |
| チューブ全長 | 58.6 | m |
| 利用可能なパスの長さ | 1.1 | m |
| 計算されたパス数 | 54 | パスする |
| 推奨パス数（10％マージンあり） | 60 | パスする |
設置面積内の構成
1.2m × 0.8m の設置面積内で 60 回のパスを実行するには、チューブを行と列に編成する必要があります。チューブ間で溶液が流れるようにチューブの中心が 25 mm の間隔で配置されており、幅 0.8 m で 1 列あたり 32 個のチューブを収容できます。 30 個のチューブを 2 列に配置した 60 個のパスが設置面積内に収まります。
2 つの行は、2 層グリッドとして垂直に積み重ねることができます。{0}}蒸気は分配ヘッダーに入り、上の列の 30 本の平行なチューブを通って流れ、下の列の 30 本のチューブを通って戻り、凝縮水ヘッダーに集まります。この並列管回路によるシングルパス蒸気流により、必要な全長を達成しながら圧力損失を最小限に抑えます。
無電解銅特有の制約
無電解銅バスには、熱計算を超えた独自のヒーター設計上の制約があります。浴は熱力学的に不安定です。壁の温度が高すぎると、ヒーターの表面に自然に銅が析出し、金属ヒーターを破壊する問題が発生します-同じプレート-。
PTFE により触媒メッキは不要になりますが、壁温度は依然として重要です。 140 度を超える蒸気温度では、触媒表面効果がなくても、管壁近くの局所的な浴分解が可能になります。選択された 2 barg の蒸気は 133 度の飽和温度を提供し、壁温度を分解閾値以下に安全に保ちます。
パス数はこの安全マージンに影響します。パスが少なすぎると、蒸気の速度と圧力損失が増加しますが、壁温度は変化しません。パスが多すぎると、個々のチューブの蒸気流量が減少し、不均一な凝縮水の排出やコールド スポットが発生する可能性があります。計算された 60 パス構成により、バランスのとれた流量分散が実現されます。
マルチパス設計における凝縮水の排水-
複数のチューブパスでは、各パスから適切に凝縮水を排出する必要があります。凝縮水が閉じ込められると、有効な熱伝達面積が減少し、ウォーターハンマーのリスクが生じます。各パスは、凝縮水収集ヘッダーに向かって下向きに傾斜する必要があります。
60-2 層構成-の場合、下の行は自然にヘッダーに排出されます。上の列では、支持構造にわずかな傾斜を組み込む必要があります。フル稼働時の総凝縮水負荷に合わせたサイズのスチーム トラップにより、排水設計が完成します。フロート-および-サーモスタットトラップは、温度制御された無電解槽に特有の凝縮水負荷を調整するのに適しています。
まとめ
無電解銅浴の PTFE 熱交換器チューブのパスを計算するには、熱量、表面積、チューブの長さ、パス数から順に計算します。 35 kW の例では、1.2 m × 0.8 m の設置面積内で 2 層グリッドに配置された外径 8 mm のチューブを 60 パス生成します。-
無電解銅の化学反応により、蒸気圧力の選択に影響を与える壁温度の制約が追加されます。 PTFE 素材により、触媒プレートアウトのリスクが排除されます。-適切な凝縮水排水設計により、各パスが熱伝達に完全に寄与することが保証されます。
PCB の無電解銅線 PTFE 熱交換器のサイジングに関するエンジニアリング分析は、バス容量、動作温度、加熱時間要件、利用可能な蒸気圧力、タンク寸法、現在のヒーター性能データを提出すると利用できます。{0}}
