短絡の問題-
床に PTFE 熱交換器グリッドを備えためっきタンクは、不可解な温度パターンを示しています。コイル近くのバスはすぐに設定値に達します。タンクの端にある浴槽は 6 度遅れます。蒸気圧を上げてもギャップは塞がりません-近くのコイル ゾーンは単に過熱するだけで、遠いゾーンは冷たいままです。
問題は熱入力が不十分なことではありません。流れの偏在です。加熱されたコイルから上昇する自然対流は、回路を短絡させる循環パターンを作り出します。-温かい溶液がコイルから上昇し、表面を横切って移動し、わずかに冷却されて下降します。しかし、冷却された溶液はタンク内を均一に下降するのではなく、タンクの遠端を完全にバイパスしてコイルに戻る低抵抗の経路を見つけます。-
PTFE コイルは、遠方ゾーンが停滞している間、同じ溶液を繰り返し加熱します。このバイパス流により、システムの有効加熱能力が低下し、蒸気圧がいくらあっても補正できない持続的な温度の不均一性が生じます。-
バイパスフロー機構
バイパス流は、循環溶液がタンク容積全体を横断せずに熱源に戻す優先経路を見つけたときに発生します。いくつかの要因がこれらの優先パスを作成します。
コイルの配置がタンク壁に近すぎると、コイルと壁の間に狭いチャネルが生じます。上昇する温かい溶液は、この隙間を通って流体を同伴します。流体はコールドゾーンから短絡し、タンクの床に沿って壁の隙間を通って、ファーゾーンの体積と混合することなく表面に戻ります。-
タンク床のコイル被覆が不完全な場合、加熱されない部分が残ります。これらの非加熱セクションを下降する溶液は、それを上方に運ぶ熱プルームに遭遇しません。それは底部に残り、最も抵抗の少ない経路に沿ってコイルに向かってゆっくりと流れます。
コイルの幾何学形状が不規則であるため、{0}}チューブが密集している領域と疎な領域がある-ため、加熱密度が不均一になります。密集した領域はより強力な熱プルームを生成し、より多くの流れを引き込みます。まばらな領域は循環にあまり寄与せず、デッドゾーンを生み出します。
表 1: PTFE 熱交換器設置における過剰なバイパス流の診断指標
| インジケータ | 測定方法 | 正常な状態 | バイパス流量表示 |
|---|---|---|---|
| タンク全体の持続的な温度差 | 複数の場所にある熱電対 | < 2°C variation | >蒸気の増加に反応しない 4 度の変化 |
| 蒸気の変化に対する-コイル付近の温度の素早い応答 | 蒸気弁調整の応答時間 | タンク全体で均一な応答 | ニア-コイルは 2 ～ 3 分で応答します。ファーゾーンには 15+ 分かかります |
| 表面流動パターン観察 | 色素注入またはフローティングトレーサー | 遠端に向かう均一な表面移動 | コイル付近に戻る短絡電流が目に見える- |
| 遠端の垂直温度プロファイル | 表面、中深度、床の熱電対- | < 2°C stratification | >5度の成層（暖かい表面、冷たい床） |
| コイル凝縮水量とタンク加熱の計算- | 蒸気流量計と計算された熱負荷の関係 | 測定された一致が計算された | 測定値が計算値を超えています (同じ溶液を再加熱) |
バイパス部分の定量化
バイパス率-ファーゾーンの体積と混合せずにコイルに戻る循環流の割合--は、温度測定から推定できます。
コイル入熱は蒸気凝縮率からわかります。タンク容積と測定された温度上昇率から、加熱される有効質量が求められます。有効質量がタンクの総質量よりも大幅に小さい場合、その差はバイパスされる容積になります。
たとえば、80 kW の熱入力を持つ 10,000 リットルのタンクは、すべての溶液が均一に加熱された場合、1 分あたり約 0.5 度上昇するはずです。循環に有効に関与する量が 6,000 リットルだけである場合、活性ゾーンの温度上昇は毎分 0.8 度になりますが、停滞ゾーンは冷たいままです。 40% バイパス率は、総容積に対する関与容積の比率から計算されます。
デザイン修正
バッフリングはバイパス流の主な補正です。タンクの床からコイルの高さより上まで伸びる垂直バッフルは、コイルの長さ寸法に対して垂直に配置されており、溶液がコイルに戻る前にタンク全長に沿って移動します。バッフルは短絡経路を遮断します。-
コイルの適用範囲がタンク床全体に拡張され、非加熱のデッドゾーンが排除されます。 PTFE グリッドはタンク床面積の少なくとも 70% を覆い、すべての壁から 150 ～ 200 mm 以内まで伸びる必要があります。取り付けにアクセスするためにエッジのギャップは避けられませんが、最小限に抑える必要があります。
深いタンクの場合、中深さにある 2 段目の PTFE コイルが複数の垂直レベルで加熱を行います。{0}}これにより、すべての熱が底部に流入したときに形成される強力な水温躍層が破壊されます。デュアルレベルの加熱により、単一セルよりも効果的に混合する 2 つの循環セルが作成されます。
流れ分配装置-多孔プレートまたは分配ヘッダー-は、PTFE コイル サポート構造と統合できます。これらのデバイスは、コイル束を通る流れを均一に導き、空き領域を通る優先チャネルを防ぎます。
まとめ
部分的に浸漬された PTFE 熱交換器コイル内の過剰なバイパス流は、加熱された溶液がタンクの満杯の容積と混合せずにコイルに短絡して戻り、永続的な温度の不均一性を引き起こします。{0}{1}{1}診断指標には、蒸気圧力の増加に反応しない持続的なタンク間温度差-や、コイル付近の温度応答が速く、遠方ゾーンの応答が遅い-などが含まれます。
バイパス率は、実際の温度上昇と理論上の均一加熱を比較する熱バランス計算から推定されます。修正には、短絡経路を遮断するためのバッフリング、デッドゾーンを排除するためのコイル適用範囲の拡大、深いタンク用のマルチレベルのコイル配置などが含まれます。-
PTFE 熱交換器のバイパス流量補正に関するエンジニアリング上の推奨事項は、タンク寸法、コイル レイアウト、測定された温度分布、および現在の蒸気動作データを提出すると入手できます。
