長いタンク流量の問題
細長いタンク-は、連続ストリップ メッキ、ワイヤ加工、自動 PCB ラインに典型的であり、-短絡が発生します。-一方の端から入ったプロセス流体は、タンク幅全体で完全に混合することなく、反対側の端の出口に直接流れます。速度プロファイルは不均一です。-加熱が不均一である-。処理やメッキの品質は製品幅によって異なります。
従来のソリューションでは、個別のバッフル{0}}タンク幅全体に広がる垂直プレート-を追加して、流れの方向を変えて混合を促進します。これらのバッフルはタンクの容積を占有し、コストが増加し、タンクの清掃が複雑になります。
適切な形状と構造的剛性を備えて設計された PTFE 熱交換器は、熱源と流れを方向付けるバッフルの両方として機能します。{0}}流れの方向に垂直な垂直面に配置されたチューブ束は部分的なバッフルとして機能し、その大きな表面積は均一な加熱を提供します。 1 つのアセンブリで 2 つの機能を実行し、タンクの複雑さを軽減し、生産用の容量を解放します。
二重機能の設計要件
構造バッフルとして機能するには、PTFE チューブ束をタンクの幅全体とタンクの深さのかなりの部分にわたって延在させる必要があります。チューブ グリッドは、複数のチューブの行と列を含む垂直面に配置されます。チューブ間の間隔はバッフルの流れ抵抗を決定します。間隔が狭いほど、流れの分流と圧力降下が増加します。間隔が広いと、より多くの通過流が可能になり、バッフル効果が軽減されます。-
最適なチューブ間隔により、バッフル機能 (流れの向きの変更) と、加熱機能 (熱伝達表面積の最大化) および圧力降下 (ポンピング エネルギーに影響を与える) のバランスがとれます。特定のタンク形状の数値流体力学解析により、加熱負荷を満たしながら望ましい流れパターンを達成する間隔が決定されます。
バッフル機能交換器の支持構造は、方向転換された流れからの流体力学的な力に耐える必要があります。{0}流れによってチューブ束に分散荷重がかかり、その荷重がチューブを通って支持フレームに伝わり、最終的にはタンクの壁または床に伝わります。サポート設計は標準の浸漬コイルよりも堅牢で、追加のクロスブレースとアンカー ポイントが組み込まれています。-
表 1: デュアル機能 PTFE 熱交換器/バッフル設計パラメータ (長さ 6m × 幅 1m × 深さ 1.5m タンク)
| 設計パラメータ | 暖房-のみの設計 | 加熱 + バッフル設計 | 設計の理論的根拠 |
|---|---|---|---|
| チューブグリッドの向き | 水平（床グリッド） | 垂直（戦車面を横切る）- | 垂直方向は流れの障壁として機能します |
| バッフル/エクスチェンジャーユニットの数 | 1 (端または中央) | 2～3 (タンクの長さに沿って等間隔) | 複数のバッフルが蛇行流路を形成 |
| チューブ間隔（縦×横、mm） | 25 × 25 | 20 × 20 (バッフル効果のためにきつくなります) | 間隔が狭いと流れの迂回が増加します |
| タンク断面のグリッド被覆率-(%) | 60～70％（床面積） | 80-90% (断面積) | 効果的な遮蔽のためのより広いカバー範囲 |
| サポートフレーム設計 | 軽量;自重を支える- | 屈強;流体力学的負荷をサポート | 流れの力は自重を超える可能性があります- |
| フレームアンカーポイント | 2-4 (タンクの縁または床) | 4-8 (タンクの壁と床) | バッフルの荷重をタンク構造に伝達します |
| チューブ肉厚(mm) | 1.0（標準） | 1.2-1.5 (剛性を上げるために増加) | 流量負荷時のチューブのたわみを軽減します |
| ユニット全体の圧力損失 (Pa) | < 50 | 100-300 | 混合を改善するために許容できる増加量 |
流体力学的負荷の計算
チューブ束にかかる流れの力は、接近する流れの動圧とチューブアレイの抗力係数から計算されます。一般的なめっき槽のクロスフロー速度が 0.3 m/s の場合、動圧は約 50 Pa です。この速度での 10 mm チューブの抵抗力は、チューブの長さ 1 メートルあたり約 0.15 N です。
断面積 1 平方メートルあたり 40 本のチューブを備えたバッフル グリッドの場合、総分布荷重はバッフル面面積 1 平方メートルあたり約 6 N です。-この適度な荷重は、PTFE チューブ グリッドによって簡単にサポートされます。ただし、負荷は連続的であり、周期的な流れはポンプ速度と生産率によって変化します-。そのため、サポートの設計は静的強度だけでなく疲労にも対処する必要があります。
サポート フレームには、最大動作温度での降伏強度の安全率 3 で計算された荷重に合わせてサイズ設定された PTFE または PVDF 構造部材が組み込まれています。タンク構造へのフレーム接続には、電気腐食を防ぐために PTFE- 絶縁ファスナーが使用されています。
熱と流量のパフォーマンス
二重機能設計により、標準的な床置きグリッドよりも均一な加熱が実現されます。これは、バッフルが垂直方向に配置されているため、プロセス流体がチューブ束を通過するのではなく、チューブ束を通って流れるためです。-すべての流体要素は加熱されたチューブ表面の近くを通過します。クロスフロー構成により、バッフルのないタンク内で支配的な自然対流よりも高い外部熱伝達係数が実現されます。-
-そのトレードオフとして、各バッフルでの圧力降下を克服するためにポンピング エネルギーが増加します。ほとんどの低速めっきタンクの用途では、圧力損失は 100-バッフルあたり 300 Pa-（水柱 10～30 mm に相当）であり、追加のポンピング エネルギーは無視できます。
まとめ
構造バッフルとして設計された PTFE 熱交換器は、単一アセンブリ内で加熱と流れ方向を組み合わせます。垂直管グリッドはタンク断面全体に広がり、流れの向きを変えて短絡を防ぎ、タンクの深さ全体にわたって均一な加熱を提供します。-狭いチューブ間隔、堅牢なサポート フレーム、増加したチューブ壁厚により、標準 PTFE 熱交換器設計が二重機能要件に適合します。-。
統合された設計により、タンクの複雑さが軽減され、生産量が解放され、個別の加熱システムとバッフルシステムに比べて熱性能と油圧性能の両方が向上します。
二重機能 PTFE 熱交換器 / バッフル設計のエンジニアリング サポートは、タンクの寸法、流量、撹拌構成、加熱負荷、および希望する流れパターンを提出すると利用できます。
