Како дебљина ПТФЕ хладне зоне утиче на губитак топлоте и температуру терминала?

Ово је карактеристика. ПТФЕ урањајући грејачи су дизајнирани да имају хладну зону - област изнад линије течности која није загрејана или благо загрејана. Величина и дебљина ове хладне зоне директно одређују колико се топлоте губи у разводној кутији и да ли електрични прикључци остају у безбедном температурном опсегу. Грејач у корозивном течном купатилу има критичан термички контакт у пределу грејача изнад површине течности (тј. хладна зона). Веза између губитка топлоте дебљине хладне зоне ПТФЕ грејача и терминалне температуре је важна у дизајну ефикасних и поузданих система грејања.

Тхермал Фиребреак: Тхе Цолд Зоне
У пракси, хладна зона је топлотна противпожарна зона. Служи првенствено да спречи топлоту да путује горе од загрејаног дела (испод линије течности) до електричне прикључне кутије. Топлота се спроводи кроз ПТФЕ омотач и све унутрашње металне делове. У случају недовољне дужине или велике дебљине хладне зоне, зона терминала може бити опасно врућа, што може угрозити интегритет изолације жице и заптивки.

Сам ПТФЕ омотач може да издржи само максималну континуирану радну температуру од око 110 степени. Међутим, да би се одржала заптивка и изолација ожичења, подручје терминала (где су електрични прикључци и материјали за заптивање) би идеално требало да буде испод 80 степени. Већина терминалних заптивки је оцењена за 80-90 степени. Прелазак изнад овог опсега повећава шансе за крхкост и цурење.

Утицај дужине и дебљине на температуру терминала
Што је хладна зона дужа, већа је удаљеност топлоте од загрејаног дела до терминала. ПТФЕ материјал има релативно слабу топлотну проводљивост (∼0,25 В/м·К), па већа дужина резултира дужим термичким путем и самим тим смањеним температурним градијентом на крају терминала. Слично, дебљи зид хладне зоне, што значи већи попречни- пресек ПТФЕ-а који окружује језгро грејача, боље одводи топлоту по целој дужини пре него што стигне до разводне кутије.

Хладна зона довољно дуга и густа: топлота из течности не пузи горе да би прегрејала терминале. Додатна топлотна маса и растојање функционишу као брана како би се температуре терминала одржавале ниским иу прихватљивим границама.

Премало хладне зоне Топлота брзо расте и температура терминала расте изнад 80Ц што може уништити заптивке, отопити изолацију жице или створити опасност од пожара.

Компромис{0}}: Повећани губитак топлоте путем проводљивости
Дужа или дебља хладна зона штити терминале, али такође преноси више топлоте са загрејаног дела-енергије која се ефикасно губи. Губитак топлоте кроз хладну зону је кроз проводљивост. Она је директно пропорционална површини-попречног пресека (дебљини) и обрнуто пропорционална дужини. Математички, стопа губитка топлоте је: К=к*А*ΔТ / Л где је А попречни пресек (у вези са дебљином), Л је дужина, а ΔТ је разлика у температури између грејане зоне и амбијенталне разводне кутије.

Дакле, повећање дужине хладне зоне би преполовило губитак проводљиве топлоте по јединици дужине. Али дужа хладна зона ће такође повећати укупну површину изложену хладнијем амбијенталном ваздуху, додајући неке конвективне губитке. Удвостручење дебљине зида (попречни-пресек) удвостручује губитак проводљивости за исту дужину. Ово указује да је губитак топлоте дебљине хладне зоне ПТФЕ грејача директно пропорционалан дебљини зида. Што је дебљина зида дебља, то се више енергије троши кроз већи проводни пут.

Дужа хладна зона такође уклања укупно више топлоте са интерфејса у загрејаној области. Недостатак је што све дуже од тога само одводи топлоту у околно окружење без додавања додатне заштите терминала. Пројектант мора да изабере минималну дужину и дебљину која задовољава критеријуме безбедности, али не смањује ефикасност грејача.

Параметри који утичу на дизајн хладне зоне
Постоји неколико критеријума специфичних за примену који утичу на оптималне димензије хладне зоне:

Температура течности: више температуре купатила (нпр. . 90-100 степен ) повећавају температурни градијент, захтевајући дужу или дебљу хладну зону да би терминали били хладни.

Затворени или полу{0}}затворени резервоари могу да се пуне загрејаном паром изнад течности, што смањује ефективно хлађење хладне зоне. Често то значи да хладна зона мора да се протеже преко ивице резервоара.

Тип терминалне заптивке: Неке заптивке (нпр. ПТФЕ-инкапсулирани О-прстенови или специјализовани високотемпературни еластомери) могу издржати до 120 степени у кратким периодима, иако је већина обичних заптивки ниже оцењена. Заптивке са{6}}вишом температуром се користе за повећану ефикасност и краћу хладну зону.

Добро проветрена кутија или принудно ваздушно хлађење омогућиће знатно мању хладну зону. Амбијентални услови на разводној кутији.

У купатилима са високом температуром (преко 90 степени) хладна зона се може физички проширити изван обода резервоара или чак савијати хоризонтално како би се понудила додатна дужина без повећања вертикалног отиска. Ова метода хлади терминалну област и смањује количину отпадне топлоте која се избацује преко површине хладне зоне.

Смернице за дизајн Практично
Хладна зона није негрејани стуб, већ добро прорачунат термални пуфер. Величина је важан елемент у термичком дизајну грејача. За температуре купатила од око 80 степени дужина хладне зоне треба да буде 100 – 150 мм или више. Грејачи са дебљим зидовима требају краће дужине јер имају мањи топлотни отпор? Али у ствари дебљи зидови повећавају проток топлоте, тако да су вам потребне веће дужине да бисте то надокнадили. Другим речима, за дати циљ терминалне температуре, повећање дебљине зида захтева повећање дужине како би се избегао већи губитак топлоте.

Међутим, ако се хладна зона продужи предуго, грејач постаје неефикасан јер се велики део улазне снаге преноси нагоре и губи у околину уместо да се преда течности. Хладна зона која је превише проширена може смањити ефикасност за 5-15%. Добар топлотни инжењеринг контролише нежељени топлотни ток као и предвиђени топлотни ток. Идеалан дизајн је компромис између сигурности терминала (температура терминала<80°C) and minimum energy wastage. This is done by choosing the minimum cold zone length and wall thickness that can reliably keep terminal temperatures within spec under the worst-case operating conditions.

Закључак:
Ефекти дебљине и дужине ПТФЕ хладне зоне на перформансе грејача су супротни. Повећана дужина или дебљина хладне зоне обезбеђује дужи термални канал или већи хладњак за очување електричних веза и заптивача смањењем температуре терминала. Али ови приступи повећавају губитак проводљиве топлоте у разводној кутији и околном окружењу, енергије која не доприноси загревању течности. Додатна дужина изнад потребне дужине само одводи топлоту без додатне предности. Прекомерна дебљина је директан множилац изгубљене снаге. Дакле, хладна зона није само негрејани стуб, већ намерни термички пуфер, чије пропорције морају бити оптимизоване за сваку примену. Добар термички дизајн препознаје да је стварање жељене топлоте једнако важно као и контрола нежељеног топлотног тока.