Í fjölmennri efnaverksmiðju er gólfpláss iðgjald. PTFE skel-og-röraskiptir, hannaður fyrir heita sýrukælingu, getur tekið upp fótspor lítils bíls, sem krefst mikillar lagna, burðarvirkis og uppsetningarrýmis. Skipti sem er byggður úr gegndræpum grafítblokk sem gegnir sömu hitauppstreymi getur tekið aðeins brot af því rými, stundum nógu lítið til að sitja á rannsóknarstofubekk. Mismunurinn er knúinn áfram af einum ríkjandi efniseiginleika: hitaleiðni.
Íógegnsætt grafít vs PTFE hitaleiðni, andstæðan skilgreinir ekki aðeins frammistöðu heldur einnig stærð búnaðar, þyngd og skilvirkni útlits.
Varmaleiðni sem hönnunar-takmarkandi eign
Grundvallarhlutverk í stærð hitaskipta
Stærð varmaskipta stjórnast fyrst og fremst af því hversu skilvirkt varmaorka er flutt í gegnum vegginn sem aðskilur tvo vökva. Hærri hitaleiðni dregur úr varmaviðnámi, sem gerir:
Minni hitaflutningssvæði
Styttri rennslisleiðir
Fyrirferðarmeiri rúmfræði
Minnkað efnismagn
Þegar leiðni eykst til muna breytist bygging skipta í grundvallaratriðum frekar en stigvaxandi.
Samanburður á efnisleiðni
PTFE sem grunnlína fyrir lága-leiðni
PTFE sýnir mjög lága hitaleiðni sem er um það bil:
~0.25 W/m·K
Þetta setur PTFE meðal hitaeinangrandi verkfræðifjölliða. Þar af leiðandi:
Stórt yfirborð er krafist
Langar rörlengdir eru nauðsynlegar
Þunnt-veggað rúmfræði er valið til að draga úr viðnám
PTFE skiptar reiða sig venjulega á framlengda rörknippi til að vega upp á móti lélegum hitaflutningi í gegnum efnið sjálft.
Ógegndræpi grafít sem há-leiðniefni
Ógegndræpi grafítblokkir sýna hitaleiðni venjulega á bilinu:
80–120 W/m·K
Þetta gildi fer eftir:
Grafít einkunn
Uppbygging porosity
Tegund plastefni gegndreypingar sem notuð er til að þétta
Jafnvel með þessum afbrigðum er leiðni enn hundruð sinnum hærri en PTFE.
Grafít er varmahraðbraut þar sem PTFE er hlykkjóttur landakrein og stærð skiptis endurspeglar muninn.
Byggingarform og áhrif þess á þéttleika
Solid Block arkitektúr grafítskiptara
Ógegnsætt grafít er ekki framleitt sem slöngur. Þess í stað er það framleitt sem:
Blokk sem byggir á föstu kolefni-
Nákvæmni-boruð með innri flæðisrásum
Innsiglað með plastefni gegndreypingu til að tryggja efnaþol
Þessi rúmfræði gerir:
Þétt pakkning á yfirborði hitaflutnings
Stuttar leiðnileiðir milli rása
Mikill burðarvirki stífni innan þétts rúmmáls
Niðurstaðan er skipti sem hámarkar yfirborð á hverja rúmmálseiningu.
PTFE Tube Bundle Architecture
PTFE-skiptar byggja á:
Löng, þunn rör
Stillingar fyrir skel-og-rör eða blokk-rör
Lengdar flæðisleiðir til að bæta upp fyrir lága leiðni
Þessi arkitektúr krefst í eðli sínu:
Stærra líkamlegt fótspor
Meira uppsetningarmagn
Auknar kröfur um burðarvirki
Afleiðingar hitauppstreymis
Krafa um hitaflutningssvæði
Vegna þess að grafít leiðir hita á svo skilvirkan hátt:
Nauðsynlegt hitaflutningssvæði minnkar verulega
Veggþykktin getur haldist tiltölulega lítil án frammistöðurefsingar
Hitahalli yfir efnið er lágmarkaður
Aftur á móti krefst PTFE margföldunar á stóru yfirborði til að ná jafngildri skyldu.
Viðbrögð við hitaálagi
Grafítkerfi sýna venjulega:
Hratt hitasvörun
Skilvirk orkuflutningur yfir þétta hluta
Stöðugt hitastig í lokuðu rúmmáli
PTFE kerfi sýna:
Hægari hitaflutningur í gegnum rörveggi
Mikið treysta á vökva-hliðarhitun
Stærri hitamunur yfir efnismörk
Verkfræðiviðskipti-
Kostir ógegnsæis grafíts
Helstu kostir grafítskiptara eru:
Óvenjuleg hitaleiðni (80–120 W/m·K)
Mjög þétt fótspor
Minni þyngd búnaðar
Hár yfirborðsþéttleiki
Þessir kostir gera grafít sérstaklega aðlaðandi í -þröngum uppsetningum.
Takmarkanir grafíts
Þrátt fyrir hitauppstreymi sína hefur grafít takmarkanir:
Brothætt vélræn hegðun
Næmi fyrir höggi og hitaáfalli
Minni eindrægni við mjög oxandi sýrur
Hærri efnis- og framleiðslukostnaður
Þessar takmarkanir takmarka forritsgluggann.
Kostir PTFE kerfa
PTFE veitir:
Framúrskarandi efnafræðileg tregða
Frábær viðnám gegn árásargjarnum sýrum, þar á meðal HF
Vélrænn sveigjanleiki
Umburðarlyndi fyrir titringi og hitauppstreymi
Þessir eiginleikar gera PTFE meira nothæft í erfiðu efnaumhverfi.
Athugasemdir við val umsókna
Þegar grafít verður valinn kostur
Ógegnsætt grafít er venjulega valið þegar:
Laus uppsetningarpláss er afar takmarkað
Efnafræði er ó-oxandi og samrýmist kolefnis-efnum
Mikil hitauppstreymi er krafist í samsettu formi
Fjármagnskostnaður er aukaatriði við minnkun fótspora
Þegar PTFE er enn nauðsynlegt
PTFE er áfram nauðsynlegt þegar:
Flúorsýra eða sterk oxunarefni eru til staðar
Krafist er vélræns styrkleika
Kerfið verður að þola titring eða meðhöndlunarálag
Langur, sveigjanlegur endingartími er settur fram yfir þéttleika
Niðurstaða
Munurinn á ógegndræpi grafíti og PTFE hitaflutningsgetu er í grundvallaratriðum skilgreindur af hitaleiðni. Með leiðnigildi um það bil 80–120 W/m·K samanborið við ~0,25 W/m·K PTFE, gerir ógegndrætt grafít kleift að gera verulega minni, léttari og þéttari skiptihönnun með traustum, boruðum-blokkarbyggingu.
Íógegnsætt grafít vs PTFE hitaleiðni, valið er að lokum jafnvægi á milli mikillar þéttleika og alhliða efnaþols.
Stórkostlegur varmaleiðnikostur ógegnsæis grafíts skilar sér beint í mjög fyrirferðarlítinn skiptihönnun, sem gerir það að ákjósanlega lausninni þar sem pláss er fullkomin þvingun og efnasamhæfi leyfir notkun þess. Stærð varmaskipta endurspeglar að lokum varmaeiginleika efnisins -hvort sem það hegðar sér sem hraður varmahraðbraut eða hægur einangrunarleið.
