熱伝達流体と浸漬: 一連の異なるルール

固体の金属ブロックや型の代わりにカートリッジ ヒーターを使用して液体を加熱すると、熱の状況全体が大きく変わります。水、作動油、熱伝達流体、化学薬品バス、食品グレードの液体などの浸漬加熱に使用する場合、440 V カートリッジ ヒーターは、乾燥した導電性の用途に使用する場合とはまったく異なる一連の問題に対処する必要があります。-最も重要な要素は、はめあい公差や金型の導電性ではなくなりました。これは、対流、伝導、および場合によっては沸騰を通じてシース表面から熱を運ぶ流体の能力です。

固体金属環境では、熱伝達は予測しやすく、ほぼ均一です。これは、鋼やアルミニウムの熱伝導率が高く（25～237 W/m・K）、金属同士が密接に接触しているためです。流体の熱伝導率、比熱容量、粘度、密度、流速、相変化挙動はすべて、熱が液体から出る速度に影響します。-水は比熱が高く（4.18 kJ/kg・K）、熱伝導率が高く（約0.6 W/m・K）、粘度が低いため、静止タンク内でもよく動きます。これは、ワット密度が比較的高くなる可能性があることを意味します。定格電力 10 ～ 20 W/cm² (または 60 ～ 130 W/in²) の 440 V カートリッジ ヒーターは、移動または撹拌されている水の中でも安全に使用できます。シース温度はバルク流体温度より 20 ～ 50 度上昇するだけです。


対照的に、熱を伝える粘性のあるオイルや流体。重鉱油、合成サーマルオイル、またはグリコール混合物は、熱伝導率が大幅に低く (0.1 ～ 0.15 W/m·K)、粘度が高く (水の場合は 10 ～ 1000 cP 対 . 1 cP)、自然対流が弱いです。流れがほとんどない、またはまったくない場合、加熱された粘度の低い流体の層がシースの隣に形成されます。この層はヒーターを保護し、シースの温度を急速に上昇させます。ワット密度が高すぎると、表面が流体の膜温度限界を超える可能性があります。この限界温度は、多くのオイルでは通常 250 ～ 350 度の間です。これにより、熱亀裂、酸化、または重合が発生する可能性があります。シースには「コーキング」と呼ばれる、硬く黒い炭素が堆積します。コークスは優れた断熱材（導電性）です。<0.1 W/m·K), which means it keeps heat inside the heater, making the internal wires get much hotter than is safe, which speeds up oxidation, insulation breakdown, and eventually burnout.

440V 浸漬アプリケーションに関しては、適切なワット密度を選択することがおそらく最も重要な選択です。業界の一般的なルールは次のとおりです。
- 水および水溶液: 水がよく流れる限り、10～25 W/cm² (60～160 W/in²) で問題ありません。強制流動または沸騰用途では、最大 30 ～ 40 W/cm² に達する可能性があります. - 軽油（油圧作動油などの低粘度）: 5 ～ 10 W/cm² (30 ～ 65 W/in²). - 重油、熱伝導流体、または濃厚な液体: コーキングしきい値を下回るようにするには、最大値は 2 ～ 5 W/cm² (13 ～ 32 W/cm²) ですW/in²). - 分解しやすい化学物質 (酸や溶剤など) は、頻繁に強い撹拌をしながら 1 ～ 3 W/cm² を必要とします。

これらの制限はランダムではありません。これらは実際のデータと、最高フィルム温度に関するメーカーの推奨値に基づいています。{0}たとえ短時間であっても、それらを超えるとコークス化が始まり、事態は悪化します。絶縁層がシースの温度を上昇させるため、コークス化が増加し、通常は数年ではなく数週間で急速な故障が発生します。

浸漬に関しては、適切なシースの材質を選択することがさらに重要です。ステンレス鋼 304 または 316 は、水、マイルドなオイル、およびほとんどの化学薬品に適していますが、過酷な状況ではアップグレードする必要があります。孔食と応力腐食割れは、高塩化物溶液、酸、または塩素化化学物質がステンレス鋼に損傷を与える可能性がある 2 つの原因です。-インコロイ 800 または 825 ニッケル-鉄-クロム合金は、錆びたり、酸化したり、浸炭したりしにくいため、化学薬品または高温-オイルバスに最適です。強酸や溶融塩などの非常に腐食性の高い物質から保護する必要がある場合は、チタン、ハステロイ、またはフッ素ポリマー シースを使用した設計が必要になる場合があります。シースは、液体への電気の侵入を阻止する唯一のものです。破損すると流体に電流が流れ、感電や電気分解の原因となることがあります。

設置と操作のルールも乾式用途とは大きく異なります: - 加熱部分は常に完全に水没しなければなりません。何かが部分的に水没すると、液体-界面に乾燥ゾーンが生成され、そこではワット密度が基本的に無限になります（対流はありません）。これにより、シースが溶けたり、すぐに壊れたりします. - フランジ マウント、ネジ プラグ、または適切なガスケットを備えたネジ付きブッシュを使用して、漏れがなく、電気端子が冷たくて乾いた状態に保たれていることを確認してください. - 液面が低下した場合は、低-レベル カットオフ センサーまたはフロート スイッチを使用して-ヒーターをオフにしてください. - できる限り、撹拌または強制循環（ポンプ、スターラー）境界層を破壊し、より高い安全密度を実現します. - 濃い液体の場合は、自然対流を助けるために入口を底部または側面近くに配置することを検討してください。

液体をうまく加熱するには、液体が熱にどのように反応するかを知る必要があります。すべての液体には最大膜温度と推奨されるワット密度が公表されています。これらに従わない場合、コークスの蓄積、流体の汚染、プロセスの非効率性、ヒーターの故障が発生する可能性があります。. 440V カートリッジ ヒーターは、粘性または停滞した媒体に対して控えめなワット密度を使用し、化学的に適合するシース合金を使用し、継続的に完全に浸漬するため、浸漬サービスで適切に機能します。また、流れるような動きも促進します。浸漬用途の規制は金型加熱の規制とは異なりますが、それに従えば、浸漬用途は乾式設置と同様に長年にわたって信頼性が高く、コーキングによって微細なヒーターが高価な故障に変わるという静かな恐怖を感じる必要はありません。