Rahvarohkes keemiatehases on põrandapind esmaklassiline. Kuuma happega jahutamiseks mõeldud PTFE kest-ja-toruvaheti võib hõivata väikese auto jalajälje, nõudes ulatuslikku torustikku, konstruktsioonilist tuge ja paigaldusruumi. Mitteläbilaskvast grafiitplokist valmistatud soojusvaheti, mis täidab sama soojuslikku ülesannet, võib hõivata vaid murdosa sellest ruumist, mõnikord piisavalt väike, et istuda laboripingil. Erinevus on tingitud ühest domineerivast materjali omadusest: soojusjuhtivus.
sissemitteläbilaskev grafiit vs PTFE soojusjuhtivus, ei määratle kontrast mitte ainult jõudlust, vaid ka seadme suurust, kaalu ja paigutuse tõhusust.
Soojusjuhtivus kui disaini{0}}piirav omadus
Põhiline roll soojusvaheti suuruse määramisel
Soojusvaheti suurus sõltub eelkõige sellest, kui tõhusalt transporditakse soojusenergiat läbi kahte vedelikku eraldava seina. Kõrgem soojusjuhtivus vähendab soojustakistust, võimaldades:
Väiksem soojusülekande pindala
Lühemad vooluteed
Kompaktsemad geomeetriad
Vähendatud materjali maht
Kui juhtivus suureneb dramaatiliselt, muutub soojusvaheti arhitektuur põhimõtteliselt, mitte järk-järgult.
Materjali juhtivuse võrdlus
PTFE kui madala{0}}juhtivuse baasjoon
PTFE-l on väga madal soojusjuhtivus, ligikaudu:
~0.25 W/m·K
See asetab PTFE kõige soojusisoleerivamate tehniliste polümeeride hulka. Selle tulemusena:
Vaja on suuri pindasid
Vajalikud on pikad torud
Takistuse vähendamiseks eelistatakse õhukese{0}}seinaga geomeetriat
PTFE soojusvahetid tuginevad tavaliselt pikendatud torukimpudele, et kompenseerida halba soojusülekannet läbi materjali enda.
Mitteläbilaskev grafiit kui suure{0}}juhtivusega materjal
Mitteläbilaskvate grafiitplokkide soojusjuhtivus on tavaliselt vahemikus:
80–120 W/m·K
See väärtus sõltub:
Grafiidi klass
Poorsusstruktuur
Tihendamiseks kasutatava vaigu immutamise tüüp
Isegi nende variatsioonide korral jääb juhtivus sadu kordi kõrgemaks kui PTFE-l.
Grafiit on termiline supermaantee, kus PTFE on käänuline maarada ja soojusvaheti suurus peegeldab erinevust.
Struktuurne vorm ja selle mõju kompaktsusele
Grafiitvahetite tahkete plokkide arhitektuur
Mitteläbilaskvat grafiiti ei valmistata torudena. Selle asemel toodetakse seda järgmiselt:
Tahke süsinik{0}}põhine plokk
Täppis{0}}puuritud sisemiste voolukanalitega
Keemilise vastupidavuse tagamiseks pitseeritakse vaigu immutusega
See geomeetria võimaldab:
Soojusülekande pinna tihe tihendamine
Kanalitevahelised lühikesed juhtivusteed
Kõrge struktuurne jäikus kompaktses mahus
Tulemuseks on soojusvaheti, mis maksimeerib pindala mahuühiku kohta.
PTFE torukimbu arhitektuur
PTFE{0}}põhised soojusvahetid tuginevad:
Pikad õhukesed torud
Shell-ja-toru või plokk-toru konfiguratsioonid
Pikendatud vooluteed madala juhtivuse kompenseerimiseks
See arhitektuur nõuab oma olemuselt:
Suurem füüsiline jalajälg
Suurem paigaldusmaht
Suurenenud nõuded struktuuritoetustele
Soojusjõudluse tagajärjed
Soojusülekandeala nõue
Kuna grafiit juhib soojust nii tõhusalt:
Nõutav soojusülekande pindala on oluliselt vähenenud
Seina paksus võib jääda suhteliselt väikeseks ilma jõudlustrahvita
Materjali termilised gradiendid on viidud miinimumini
Seevastu PTFE vajab samaväärse koormuse saavutamiseks suurt pindala korrutamist.
Reaktsioon termilisele koormusele
Grafiitsüsteemidel on tavaliselt:
Kiire termiline reaktsioon
Tõhus energiaülekanne kompaktsete sektsioonide vahel
Stabiilsed temperatuuriprofiilid piiratud mahtudes
PTFE-süsteemidel on:
Aeglasem soojusülekanne läbi torude seinte
Suurem sõltuvus vedeliku{0}}poolsest konvektsioonist
Suuremad temperatuuride erinevused materjalide piiride vahel
Tehnikavahetus{0}}
Läbilaskmatu grafiidi eelised
Grafiitvahetite peamised eelised on järgmised:
Erakordne soojusjuhtivus (80–120 W/m·K)
Väga kompaktne jalajälg
Seadmete kaal on vähenenud
Kõrge pinna tihedus
Need eelised muudavad grafiidi eriti atraktiivseks{0}}ruumipiirangute korral.
Grafiidi piirangud
Vaatamata oma termilisele paremusele on grafiidil järgmised piirangud:
Habras mehaaniline käitumine
Tundlikkus löögi ja termilise šoki suhtes
Vähendatud kokkusobivus tugevalt oksüdeerivate hapetega
Kõrgemad materjali- ja tootmiskulud
Need piirangud piiravad selle rakendusakent.
PTFE-süsteemide eelised
PTFE pakub:
Silmapaistev keemiline inertsus
Suurepärane vastupidavus agressiivsetele hapetele, sealhulgas HF
Mehaaniline paindlikkus
Vibratsiooni ja termilise liikumise taluvus
Need omadused muudavad PTFE universaalsemaks karmis keemilises keskkonnas kasutatavaks.
Rakenduse valiku kaalutlused
Kui grafiidist saab eelistatud valik
Mitteläbilaskev grafiit valitakse tavaliselt järgmistel juhtudel:
Paigaldusruum on äärmiselt piiratud
Keemia ei ole -oksüdeeriv ja ühildub süsinik-põhiste materjalidega
Kompaktsel kujul on vajalik kõrge soojustõhusus
Kapitalikulud on jalajälje vähendamisele teisejärgulised
Kui PTFE on endiselt vajalik
PTFE on endiselt oluline, kui:
Esineb vesinikfluoriidhapet või tugevaid oksüdeerijaid
Nõutav on mehaaniline vastupidavus
Süsteem peab taluma vibratsiooni või käsitsemispingeid
Pikk ja paindlik kasutusiga on eelistatud kompaktsusele
Järeldus
Läbilaskmatu grafiidi ja PTFE soojusülekande jõudluse erinevuse määrab põhimõtteliselt soojusjuhtivus. Ligikaudu 80–120 W/m·K juhtivuse väärtused, võrreldes PTFE-ga ~0,25 W/m·K, võimaldab mitteläbilaskev grafiit oma tugeva puuritud plokiarhitektuuri kaudu märkimisväärselt väiksema, kergema ja kompaktsema soojusvaheti konstruktsiooni.
sissemitteläbilaskev grafiit vs PTFE soojusjuhtivus, valik on lõppkokkuvõttes tasakaal äärmise kompaktsuse ja universaalse keemilise vastupidavuse vahel.
Läbilaskmatu grafiidi monumentaalne soojusjuhtivuse eelis väljendub otse väga kompaktsetes soojusvahetites, muutes selle eelistatud lahenduseks, kus ruum on ülim piirang ja keemiline ühilduvus võimaldab seda kasutada. Soojusvaheti suurus peegeldab lõppkokkuvõttes selle materjali soojuslikku iseloomu,{1}}olgu see siis kiire termiline kiirtee või aeglane isolatsioonitee.
