PTFE sukelsoojendi peab mahutile sobima ja tagama ühtlase soojusjaotuse. Küttekeha -sirge, L-kujuline või spiraalne-kuju ei mõjuta mitte ainult paigaldamise mugavust, vaid ka soojustõhusust ja kasutusiga. Vale geomeetria valimine põhjustab küttekeha katte ebaühtlase kuumenemise, kuumade kohtade või mehaanilise koormuse. Paagi füüsiline paigutus (sügavus, laius ja saadaolevad kinnituspunktid) on kuju valimisel peamine tegur.
Ülevaade tavalistest PTFE-küttekehade kujunditest
Tööstuslikes sukelkütterakendustes domineerivad kolm standardkonfiguratsiooni. Iga kujund on mõeldud konkreetse paagi geomeetria ja kinnitusviiside jaoks.
Sirged vertikaalsed küttekehad
Sirged vertikaalsed PTFE-soojendid on pikad vardataolised elemendid, mis on mõeldud sügavatele mahutitele, kus vedeliku kõrgus ületab 60 sentimeetrit (ligikaudu 24 tolli). Need küttekehad sukeldatakse ülalt vertikaalselt, kasutades sageli äärikut või keermestatud kinnitust läbi paagi kaane või külgseina. Ideaalseteks rakendusteks on sügavad silindrilised või ristkülikukujulised mahutid, ühtlase vedeliku sügavusega pinnakattevannid ja mahutid, kus esineb põhjasetet või prahti (kütteseade jääb settinud tahkete ainete kohale). Sirged vertikaalsed küttekehad suurendavad sukeldumissügavust ilma paagi seinu või põhja puudutamata ning loomulikud konvektsioonivoolud tõusevad piki küttekeha pikkust, et soodustada ühtlast segunemist. Vaja on lihtsaid toenõudeid, tavaliselt ainult ülemist kinnituspunkti. Peamine piirang on sobimatus madalatele mahutitele, kus kütteseade ulatuks vedeliku pinnast kõrgemale, põhjustades kuivjooksu.
L-Kujulised küttekehad
L--kujulistel PTFE-soojenditel on vertikaalne jalg, mis läbib paagi seina või kaant, ja horisontaalne jalg, mis kulgeb piki paagi põhja. See kuju on spetsiaalselt ette nähtud madalatele mahutitele või rajatistele, kus õhuruumi kõrgus on piiratud. Ideaalsed rakendused hõlmavad madalaid paake, mille vedeliku sügavus on 30–60 sentimeetrit (12–24 tolli), madala kõrgusega paake vedeliku pinna kohal ja --küljekinnitust, kus kütteseade haakub paagi serva külge. Horisontaalne jalg asetseb paagi põhja lähedal, soojendades altpoolt, et soodustada loomulikku ringlust, tagades ühtlase soojusjaotuse paagi alumises osas. Olulised kompromissid{11}} hõlmavad vajadust hoolika mehaanilise toe järele, kuna horisontaalne jalg kipub kõrgel temperatuuril oma raskuse mõjul alla vajuma, kui seda ei kinnitata korralikult. Pikkade horisontaalsete vahekauguste (üle 60 sentimeetri) korral on soovitatav kasutada täiendavaid sulgusid või vahesid. PTFE-küttekehade minimaalset painderaadiust piirab sisemine metallsüdamik; liiga väikese raadiusega teravad 90-kraadised painded võivad valmistamise või paigaldamise ajal PTFE kesta praguneda.
Spiraal- või spiraalküttekehad
Spiraalsed PTFE-soojendid koosnevad pidevast spiraaltorust, mis koondab pika kütteelemendi kompaktsesse ruumi. Neid kasutatakse siis, kui suure võimsusega tuleb tarnida väikeses mahutis. Ideaalseteks rakendusteks on väikesed labori- või pilootmahutid, ebakorrapärase kujuga mahutid, kuhu sirged või L{2}}kujulised küttekehad ei sobi, ja protsessid, mis nõuavad intensiivset lokaalset kuumutamist (nt sisselaskevoolu lähedal). Spiraalsoojendid tagavad suure vattiheduse hõivatud jalajälje kohta ja loovad mähise ümber turbulentsed voolumustrid, parandades soojusülekannet. Kompaktne disain hõlbustab ka saatmist ja käsitsemist. Piirangud hõlmavad suuremat lokaliseeritud vattihedust, mis nõuab ülekuumenemise vältimiseks ettevaatlikku vedeliku kiirust või segamist. Pooli on raskem puhastada kui sirgeid või L{7}}kujulisi konstruktsioone.
Kujundi valimise juhend paagi geomeetria põhjal
Valik taandub sageli küttekeha pikkuse ja orientatsiooni sobitamisele paagi mõõtmetega. Enne kuju viimistlemist on kasulik kaaluda nii vedeliku sügavust kui ka saadaolevaid paigaldusasendeid. Sügavate paakide puhul, mille sügavus on üle 60 sentimeetri ja avatud ülaosaga, on soovitatav kasutada sirget vertikaalset küttekeha, et maksimeerida sukeldumispikkust, hoides samal ajal otsa 5–10 sentimeetrit paagi põhjast kõrgemal. Kui sügavpaagi ülemine juurdepääs on piiratud, on sobiv sirge vertikaalne alumise-kinnitusäärikuga küttekeha, kuigi selle paigaldamiseks on vaja äravooluava või kuiva paaki. Madalate paakide jaoks, mille sügavus on 20–60 sentimeetrit ja standardveljega, on L-kujuline küttekeha, millel on üle--küljekinnitus, ideaalne, mis tagab, et horisontaalne jalg ei puudutaks paagi põhja (lubatud peaks olema 2–3 sentimeetrine vahe). Kui madalal paagil on väga madal ruum, eelistatakse L-kujulist läbi-seinakinnitusega küttekeha, kusjuures vertikaalne jalg on paigaldatud läbi külgseina põhja lähedale. Väikeste, alla 20-liitriste paakide jaoks sobib spiraal- või spiraalkütteseade, eeldusel, et säilib piisav vool mööda spiraali. Laias, kuid madalas ristkülikukujulises paagis tuleks mitu L{21}}kujulist kütteseadet paigutada ühtlaselt üle paagi põranda. Sisemiste deflektorite või takistustega paakide puhul on soovitatav kasutada sirgeid vertikaalseid või kohandatud spiraalseid küttekehasid, mille kokkupuudet deflektoritega välditakse vaheseinte abil.
Paigaldusmeetodid ja nende mõju kuju valikule
Paigalduskonfiguratsioon on küttekeha kujust lahutamatu. Levinud on kolm kinnitusviisi. Üle--küljekinnitust kasutatakse tavaliselt L--kujuliste küttekehade puhul, kus kütteseade haakub paagi ääre külge nii, et vertikaalne jalg on paagist väljas ja horisontaalne jalg sees. See meetod ei nõua paaki tungimist, kuid nõuab piisavat velje tugevust. Ülemine-äärikkinnitust kasutatakse sirgete vertikaalsete kütteseadmetega, kus PTFE või metallist äärik kinnitatakse paagi kaane külge, pakkudes suurepärast tuge, kuid nõuab küttekeha eemaldamiseks vaba ruumi. Alt- või külgseina{9}}kinnitust kasutatakse sirgete või L{10}}kujuliste küttekehadega, kus keermestatud puksid või äärikud keevitatakse paagi seina sisse. Altpoolt kinnitamist eelistatakse väga sügavate paakide puhul, mille pealt eemaldamine on ebapraktiline. PTFE-küttekeha kuju valimise paagi geomeetria analüüsi tegemisel tuleb järgida minimaalset painderaadiust. Tüüpiliste sisemise metallist takistustraadiga PTFE sukelsoojendite puhul on soovitatav painderaadius vähemalt 5–10 korda suurem kui küttekeha välisläbimõõt. Teravamad painded põhjustavad PTFE pragunemist ja puutuvad metallsüdamiku kokku söövitavate vedelikega.
Praktilised soovitused
Praktikas ei mahu madalasse 30 sentimeetri sügavusega paaki standardpikkusega (näiteks 60 sentimeetrit) sirget vertikaalset küttekeha, sest küttekeha ulatuks kas vedelikust kõrgemale või puudutaks põhja. L-kujuline küttekeha lahendab selle, asetades küttetsooni horisontaalselt piki põhja. Üle 1 meetri sügavuste paakide puhul eelistatakse sirgeid vertikaalseid küttekehasid. Mitu sirget küttekeha saab paigutada kimpu, et suurendada koguvõimsust, säilitades samal ajal ühtlase soojusjaotuse. Spiraalseid kujundeid on kõige parem reserveerida väikesemahuliste-rakenduste jaoks või kohtades, kus ruum on äärmiselt piiratud. Nende suurem vattihedus jalajälje kohta nõuab kas vedeliku segamist või väiksemat koguvõimsust, et vältida PTFE pinnatemperatuuri piirmäärasid ületamist.
Järeldus
Küttekeha geomeetria peaks vastama paagi mõõtmetele ja protsessi nõuetele. Sügavad mahutid eelistavad sirgeid vertikaalseid kujundeid täielikuks sukeldumiseks. Madalate paakide jaoks on vaja L-kujulisi horisontaalsete põhjajalgadega küttekehasid. Kompaktsete või ebaregulaarsete paakide jaoks on kasulikud spiraalsed mähised, tingimusel et vattihedust juhitakse. Soojendi õige paigutus suurendab nii jõudlust kui ka pikaealisust, tagades kogu kuumutatud pinna vee alla jäämise, vältides mehaanilist pinget kurvides ja soodustades loomulikke konvektsioonivoolusid. Iga uue paigalduse puhul tuleks esmalt mõõta paagi sügavus, laius ja paigaldusvõimalused; siis valitakse küttekeha kuju vastavalt.
