چگونه ضخامت منطقه سرد PTFE بر اتلاف گرما و دمای ترمینال تأثیر می گذارد؟

این یک ویژگی است. بخاری‌های غوطه‌وری PTFE به گونه‌ای طراحی شده‌اند که دارای یک ناحیه سرد - در بالای خط مایع هستند که گرم نشده یا به آرامی گرم می‌شود. اندازه و ضخامت این منطقه سرد به طور مستقیم تعیین می کند که چه مقدار گرما در جعبه اتصال از دست می رود و آیا اتصالات الکتریکی در محدوده دمای ایمن باقی می مانند. یک بخاری در یک حمام مایع خورنده یک تماس حرارتی بحرانی در ناحیه بخاری بالای سطح مایع (یعنی منطقه سرد) دارد. ارتباط بین تلفات حرارتی ضخامت منطقه سرد بخاری PTFE و دمای پایانه در طراحی سیستم های گرمایش کارآمد و قابل اعتماد مهم است.

حریق حرارتی: منطقه سرد
در عمل منطقه سرد یک حریق حرارتی است. در درجه اول از انتقال گرما از قسمت گرم شده (زیر خط مایع) به جعبه اتصال الکتریکی جلوگیری می کند. گرما از طریق غلاف PTFE و هر قسمت فلزی داخلی انجام می شود. در صورت ناکافی بودن طول یا ضخامت زیاد منطقه سرد، منطقه پایانه ممکن است به طور خطرناکی داغ باشد، که می تواند یکپارچگی عایق و مهر و موم سیم را به خطر بیندازد.

خود غلاف PTFE فقط می تواند حداکثر دمای عملیات مداوم حدود 110 درجه را تحمل کند. با این حال، برای حفظ مهر و موم و عایق سیم‌کشی، ناحیه ترمینال (محل اتصالات الکتریکی و مواد آب‌بندی) باید به طور ایده‌آل زیر 80 درجه نگه داشته شود. اکثر مهر و موم های ترمینال برای 80-90 درجه درجه بندی می شوند. بالاتر رفتن از این محدوده احتمال شکنندگی و نشتی را افزایش می دهد.

اثر طول و ضخامت بر دمای ترمینال
هر چه منطقه سرد طولانی تر باشد، فاصله گرمایی باید از قسمت گرم شده تا پایانه ها بیشتر شود. مواد PTFE هدایت حرارتی نسبتاً ضعیفی دارند (~0.25 W/m·K) بنابراین طول بیشتر منجر به یک مسیر حرارتی طولانی‌تر و در نتیجه کاهش گرادیان دما در انتهای ترمینال می‌شود. به همین ترتیب، یک دیوار منطقه سرد ضخیم تر، به معنای مقطع بزرگتر- PTFE که هسته بخاری را احاطه کرده است، قبل از رسیدن به جعبه اتصال، گرما را در طول آن بهتر پخش می کند.

منطقه سرد طولانی و به اندازه کافی ضخیم: گرمای مایع بالا نمی رود تا پایانه ها را بیش از حد گرم کند. جرم و فاصله حرارتی اضافی به عنوان یک سد عمل می کند تا دمای پایانه را پایین و در محدوده قابل قبول نگه دارد.

منطقه سرد خیلی کم گرما به سرعت بالا می رود و دمای انتهایی به بالای 80 درجه سانتیگراد می رسد که ممکن است مهر و موم ها را از بین ببرد، عایق سیم را ذوب کند یا خطر آتش سوزی ایجاد کند.

معامله-خاموش: افزایش تلفات حرارتی از طریق هدایت
یک منطقه سرد طولانی‌تر یا ضخیم‌تر از پایانه‌ها محافظت می‌کند، اما گرمای بیشتری را از بخش گرم‌شده{0}}انرژی که عملاً از بین می‌رود، دور می‌کند. از دست دادن گرما از طریق منطقه سرد از طریق هدایت است. نسبت مستقیم با سطح مقطع (ضخامت)- و با طول آن نسبت معکوس دارد. از نظر ریاضی نرخ اتلاف حرارت عبارت است از: Q=k*A*ΔT / L که در آن A مقطع (مربوط به ضخامت)، L طول و ΔT اختلاف دما بین ناحیه گرم شده و جعبه اتصال محیط است.

بنابراین، افزایش طول ناحیه سرد اتلاف گرمای رسانا در واحد طول را به نصف کاهش می دهد. اما یک منطقه سرد طولانی‌تر، سطح کلی در معرض هوای خنک‌تر محیط را نیز افزایش می‌دهد و مقداری تلفات همرفتی را اضافه می‌کند. دوبرابر کردن ضخامت دیوار (مقطع-) افت رسانایی را برای همان طول دو برابر می کند. این نشان می دهد که از دست دادن حرارت ضخامت منطقه سرد بخاری PTFE به طور مستقیم با ضخامت دیواره متناسب است. هر چه ضخامت دیواره ضخیم تر باشد، انرژی بیشتری از طریق مسیر رسانای بزرگتر تلف می شود.

یک منطقه سرد طولانی‌تر نیز گرمای بیشتری را در مجموع از رابط در ناحیه گرم‌شده حذف می‌کند. نکته منفی این است که هر چیزی طولانی‌تر از آن فقط گرما را به محیط اطراف تخلیه می‌کند، بدون اینکه محافظ ترمینال دیگری اضافه کند. طراح باید حداقل طول و ضخامتی را انتخاب کند که معیار ایمنی را برآورده کند اما بازده بخاری را کاهش ندهد.

پارامترهای موثر بر طراحی منطقه سرد
چندین معیار خاص کاربردی وجود دارد که بر ابعاد بهینه منطقه سرد تأثیر می گذارد:

دمای مایع: دمای بالاتر حمام (مثلا. 90-100 درجه) گرادیان دما را افزایش می‌دهد و برای خنک نگه داشتن پایانه‌ها به یک منطقه سرد طولانی‌تر یا ضخیم‌تر نیاز دارد.

مخازن بسته یا نیمه بسته را می توان با بخار گرم بالای مایع پر کرد که خنک شدن موثر منطقه سرد را کاهش می دهد. اغلب این بدان معنی است که منطقه سرد باید فراتر از لبه مخزن گسترش یابد.

نوع مهر و موم ترمینال: برخی از مهر و موم ها (به عنوان مثال حلقه های O{3} PTFE محصور شده یا الاستومرهای ویژه دمای بالا) می توانند تا 120 درجه برای دوره های کوتاه مقاومت کنند، اگرچه اکثر مهر و موم های معمولی درجه بندی پایین تری دارند. درزگیرهای درجه حرارت بالاتر-برای افزایش کارایی و کوتاه‌تر بودن منطقه سرد استفاده می‌شوند.

یک جعبه با تهویه خوب یا خنک کننده هوای اجباری باعث ایجاد یک منطقه سرد بسیار کوچکتر می شود. شرایط محیطی در جعبه اتصال.

در حمام های با دمای بالا (بیش از 90 درجه) می توان منطقه سرد را به صورت فیزیکی فراتر از لبه مخزن گسترش داد یا حتی به صورت افقی خم کرد تا طول بیشتری را بدون افزایش ردپای عمودی ارائه دهد. این روش ناحیه پایانه را خنک می کند و مقدار گرمای اتلاف خارج شده از سطح منطقه سرد را کاهش می دهد.

دستورالعمل های طراحی عملی
منطقه سرد یک خرد گرم نشده نیست، بلکه یک بافر حرارتی خوب محاسبه شده است. اندازه یک عنصر مهم در طراحی حرارتی بخاری است. برای دمای حمام حدود 80 درجه، طول منطقه سرد باید 100 تا 150 میلی متر یا بیشتر باشد. بخاری های دیواره ضخیم تر به طول کمتری نیاز دارند زیرا مقاومت حرارتی کمتری دارند؟ اما در واقع دیوارهای ضخیم تر باعث جریان بیشتر گرما می شوند، بنابراین برای جبران آن به طول های طولانی تری نیاز دارید. به عبارت دیگر، برای یک هدف دمای انتهایی معین، افزایش ضخامت دیواره، افزایش طول متناظر برای جلوگیری از اتلاف حرارت بیشتر را ضروری می کند.

با این حال، اگر منطقه سرد بیش از حد طولانی شود، بخاری ناکارآمد می شود زیرا بخش زیادی از توان ورودی به جای اینکه به مایع داده شود به سمت بالا منتقل می شود و به اطراف از دست می رود. یک منطقه سرد که بیش از حد گسترده است ممکن است کارایی را 5-15٪ کاهش دهد. مهندسی حرارتی خوب جریان گرمای نامطلوب و همچنین جریان گرمای مورد نظر را کنترل می کند. یک طراحی ایده آل، مصالحه ای بین ایمنی ترمینال (دمای ترمینال) است<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.

نتیجه گیری:
اثرات ضخامت و طول منطقه سرد PTFE بر عملکرد بخاری مخالف است. افزایش طول یا ضخامت منطقه سرد یک کانال حرارتی طولانی‌تر یا یک هیت سینک بزرگ‌تر برای حفظ اتصالات الکتریکی و آب‌بندی با کاهش دمای ترمینال فراهم می‌کند. اما این رویکردها اتلاف گرمای رسانا را به جعبه اتصال و محیط اطراف افزایش می دهد، انرژی که به گرم کردن مایع کمک نمی کند. طول اضافی فراتر از طول لازم فقط گرما را بدون هیچ مزیتی افزایش می دهد. ضخامت بیش از حد یک ضرب کننده مستقیم در توان تلف شده است. بنابراین منطقه سرد صرفاً یک خرد نشده گرم نشده نیست، بلکه یک بافر حرارتی عمدی است که نسبت‌های آن باید برای هر کاربرد بهینه شود. طراحی حرارتی خوب تشخیص می دهد که تولید گرمای مورد نظر به اندازه کنترل جریان گرمای ناخواسته حیاتی است.