เหตุใดเครื่องทำความร้อน PFA ที่มีส่วนประกอบลวดขดจึงทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของความร้อนได้ดีกว่าแบบหล่อ-ในการออกแบบ

การช็อกจากความร้อน เช่น การจุ่มเครื่องทำความร้อนร้อนลงในของเหลวเย็นอย่างรวดเร็วหรือการหมุนเวียนของพลังงานอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการไล่ระดับอุณหภูมิอย่างมากในปลอก PFA การปฏิบัติตามข้อกำหนดทางกลขององค์ประกอบแบบขดและการสร้างความร้อนแบบกระจายทำให้เครื่องทำความร้อนองค์ประกอบลวดแบบขด (ลวดต้านทานพันรอบแมนเดรล ที่ห่อหุ้มด้วย PFA) มีข้อได้เปรียบเหนือการออกแบบแบบหล่อ- (องค์ประกอบความร้อนแบบโลหะที่หล่อโดยตรงในบล็อกของ PFA) ในด้านประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน ลวดพันอยู่ในขดลวดและสามารถงอและขยายได้อย่างอิสระจากปลอก PFA เพื่อดูดซับโหลดการขยายตัวส่วนต่าง แคสต์-อินมีส่วนประกอบที่เป็นโลหะแข็งติดอยู่กับ PFA โดยตรง โลหะและ PFA มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่แตกต่างกันอย่างมาก (CTE: โลหะ 14-17 ppm/ องศา , PFA 110-120 ppm/ องศา ) หน้าสัมผัสแบบแข็งจะทำให้เกิดความเครียดในจุดเดียวเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เกิดการหลุดร่อนหรือแตกร้าว ผลลัพธ์ภาคสนามจากการทดสอบการหมุนเวียนด้วยความร้อนพบว่าเครื่องทำความร้อนแบบลวดขดทนต่อรอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้มากกว่า 5-10 รอบเมื่อเทียบกับอุปกรณ์แบบหล่อที่มีกำลังไฟเท่ากัน

มันต้านทานการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้อย่างไร?
ในเครื่องทำความร้อนแบบลวดขด ลวดต้านทานจะไม่ถูกผูกไว้กับ PFA มันถูกฝังอยู่ในแกนเซรามิกหรือโลหะซึ่งเคลือบด้วย PFA ขดลวดมีอิสระที่จะขยายและหดตัวในแนวรัศมีและแนวแกนตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ลวดมีค่า CTE ต่ำกว่าปลอก 6 เท่า ดังนั้นปลอก PFA จะขยายมากกว่าเส้นลวด แต่ขดของเส้นลวดเปิดออกบ้าง (ระยะห่างเพิ่มขึ้น) เพื่อจัดการกับความคลาดเคลื่อน การสัมผัสกันระหว่างสายไฟกับ PFA ทำให้เกิดแรงเฉือนเพียงเล็กน้อย โดย PFA สามารถงอรอบๆ สายไฟได้โดยไม่มีข้อจำกัด

การออกแบบแบบหล่อ-ห่อหุ้มองค์ประกอบความร้อนที่เป็นโลหะไว้อย่างสมบูรณ์ (โดยปกติจะเป็นแท่งตรงหรือท่อรูปตัวยู-) ใน PFA โลหะถูกผูกไว้กับ PFA ในกรณีที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว PFA จะขยายตัวเร็วกว่าโลหะถึง 6 เท่า เนื่องจากโลหะมีความแข็งและเชื่อมต่อกัน PFA จึงไม่สามารถขยายได้อย่างอิสระ-จึงถูกยืดออกรอบๆ โลหะ ความเค้นดึงซึ่งส่งผลให้เกิดการสัมผัสของโลหะ- PFA อาจสูงถึง 5-10 MPa สำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลันที่ 100 องศา PFA มีความต้านทานแรงดึง 12-15 MPa แต่มีความต้านทานแรงดึงกับโลหะ 2-5 MPa มันแยกส่วนต่อประสานเพื่อสร้างช่องว่าง ความชื้นเข้าไปในช่องว่างและการเปลี่ยนแปลงความร้อนที่เกิดขึ้นทำให้ PFA แตกละเอียด

วงจรช็อกความร้อน: การเปรียบเทียบเชิงปริมาณ
ประเภทเครื่องทำความร้อน การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในการก่อสร้าง (ΔT) วงจรสู่โหมดการแยกชั้น/ความล้มเหลวในการแตกร้าว ลวดขด, PFA ขนาด 2 มม. พันลวดเหนือแกนเซรามิก 100 องศา (150 องศาถึง 50 องศา ) 5,000–10,000 ความล้าแบบค่อยเป็นค่อยไป (ลวดอาจหักก่อน)
Wire, PFA, 2 mm, coiled Same 50°C >20,000 ความเสียหายขั้นต่ำ
ก้านตรง หล่อ-ในPFA แท่งโลหะหล่อ 100 องศา 500–2000โลหะ-การแยก PFA ที่ส่วนต่อประสาน
หล่อ-ใน, ท่อโลหะโค้งงอรูปตัว U- หล่อใน PTFE 100 องศา 200–1,000รัศมีด้านในของการแตกร้าวแบบโค้งงอ
ชั้นกาวหล่อ-ในโลหะ + ไพรเมอร์ + PFA 100 องศา 1,000-3,000 ความล้มเหลวของกาว (ลอกไพรเมอร์)
ลวดขดปลอกหนา (PFA 3 มม.) ลวดขด PFA หนา 100 องศา 8,000–15,000A ปลอกบางดีกว่า
ช่องขยายแกนโลหะ หล่อ-ในแกนโลหะที่มีช่องว่าง 100 องศา 2,000-4,000 ปรับปรุงใหม่แต่ยังคงน้อยกว่าขด
เหตุใดการหล่อ-ในการออกแบบจึงล้มเหลวภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน
การหล่อ-ในการออกแบบนั้นอ่อนแอได้เนื่องจากมีพื้นที่ยึดติดขนาดใหญ่ระหว่างโลหะกับ PFA สำหรับแท่งโลหะเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. ที่หล่อด้วย PFA ความยาว 1 ม. พื้นที่ผิวที่ยึดติดคือ π x 10 x 1,000=31,400 มม.2 การขยายตัวที่ไม่ตรงกันทั้งหมดใน 100 องศาคือ ΔL=( _PFA – _metal) × L × ΔT=(110e-6) × 1000 × 100=11 มม. PFA ต้องการขยายให้มากกว่าโลหะ 11 มม. เนื่องจากมีการเชื่อมโยงกัน PFA จึงถูกยืดออกอย่างยืดหยุ่นและสร้างความเครียด ความเค้นเฉือนที่ส่วนต่อประสานคือ τ=G × ΔL / t โดยที่ G คือโมดูลัสแรงเฉือน และ t คือความหนาของ PFA สำหรับ t=5 mm Gγ200 MPa τ=200 × 11 / 5=440 MPa เป็นไปไม่ได้ ในกรณีจริง PFA ส่งผลให้เกิดการแยกส่วนที่ส่วนต่อประสาน ความตึงเครียดจะกระจุกตัวอยู่ที่ปลายของแท่งโลหะ (ซึ่งส่วนที่ไม่ตรงกันมากที่สุด) และรอยแตกจะก่อตัวและขยายเข้าไปด้านใน

เครื่องทำความร้อนแบบลวดขดไม่มีส่วนต่อประสานขนาดใหญ่เช่นนี้ ลวดสัมผัสกับ PFA เฉพาะจุดที่มีการแปลเท่านั้น (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของคอยล์) พื้นที่สัมผัสทั้งหมดมีเพียงเล็กน้อย (10-20% ของพื้นที่หล่อ-) หน้าสัมผัสไม่ยึดติด (ลวดสามารถหลุดได้) การเคลื่อนตัวของสายไฟ ไม่ใช่การยืดแบบ PFA ช่วยให้การขยายตัวไม่ตรงกัน

ผลกระทบในทางปฏิบัติสำหรับการเลือก
สำหรับการใช้งานที่มีการหมุนเวียนความร้อนบ่อยครั้ง (เริ่ม/หยุดทุกวัน กระบวนการเป็นชุด หรือรอบการทำความสะอาดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน) ควรระบุเครื่องทำความร้อน PFA แบบลวดขด การหล่อ-ในเครื่องทำความร้อนมีความเหมาะสมและโดยทั่วไปมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าสำหรับการใช้งานในสภาวะคงที่- (การทำงานต่อเนื่อง ไม่มีการหมุนเวียน)

เหมาะสำหรับ: เครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์, สายการชุบที่หยุดทำงานทุกวัน,-รอบการละลายน้ำแข็ง, การทำความสะอาดแบบช็อกความร้อน (จุ่มเครื่องทำความร้อนลงในของเหลวเย็น), เครื่องทำความร้อนแบบพกพา

หล่อ-เหมาะสำหรับ: กระบวนการทางเคมีต่อเนื่อง เครื่องทำน้ำร้อนทุกวันตลอด 24 ชั่วโมง เครื่องทำความร้อนสำรอง การใช้งานที่ไม่ใช่-แบบปั่นจักรยาน

เครื่องทำความร้อนแบบลวดขดมักจะมีราคาแพงกว่าแบบหล่อถึง 20-40%- เนื่องจากการพันและการก่อสร้างที่ซับซ้อนกว่า พรีเมี่ยมได้รับการพิสูจน์ด้วยอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นภายใต้การหมุนเวียนด้วยความร้อน เครื่องทำความร้อนแบบหล่อที่แตกหักหลังจากรอบ 500 รอบ (รอบการหมุนเวียน 6 เดือนในแต่ละวัน) อาจต้องเปลี่ยน 5 ครั้งใน 2.5 ปี เครื่องทำความร้อนแบบลวดขดอาจใช้งานได้ตลอดระยะเวลาด้วยการเปลี่ยนใหม่เพียงครั้งเดียว

การทดสอบภาคสนาม
The cast-in PFA heaters were utilised in a batch plating process with 10 cycles per day (heat up from 25°C to 85°C, then cool down to 25°C). Heaters delaminated after 3-4 months (ca. 1000 cycles) The plant was converted over to coil wire heaters. The same heaters lasted over 3 years (>10,000 รอบ) ค่าใช้จ่ายล่วงหน้าเพิ่มเติม (พรีเมียม 30%) ชำระคืนใน 6 เดือนผ่านค่าแรงทดแทนและการหยุดทำงานที่ลดลง

สรุป: ลวดขดทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดีกว่า 5-10 เท่า
เครื่องทำความร้อน PFA ที่มีส่วนประกอบของลวดขดนั้นทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ดีกว่าแบบหล่อ-มาก เนื่องจากลวดขดสามารถโค้งงอและขยายได้โดยอิสระจากเปลือก PFA เพื่อรองรับการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันโดยไม่สร้างแรงตึงที่ผิวสัมผัสอย่างมาก การออกแบบการหล่อ-ทำให้องค์ประกอบโลหะยึดติดกับ PFA อย่างแน่นหนา ซึ่งส่งผลให้เกิดการแยกส่วนและแตกหักเนื่องจากอุณหภูมิผันผวนอย่างรวดเร็ว สำหรับการใช้งานที่ประสบปัญหาการหมุนเวียนของอุณหภูมิปกติ (รายวันหรือหลายรอบต่อวัน) ให้ระบุลวดขด การส่ง-เข้าเป็นเรื่องปกติและลดต้นทุนเพื่อการทำงานที่ต่อเนื่องและมั่นคง ผู้หล่อ-ในเครื่องทำความร้อนถูกความร้อนทำลายโดยการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน ขดลวดก็รอด และถ้าคุณไม่แน่ใจให้ห่อไว้ มีความทนทานมากขึ้น