Pärast aru saamist, et sukelküttekeha soojust toodab sisemine metallist takistuselement, järgneb sageli loogiline küsimus. Kui PTFE ei tekita soojust ja on teadaolevalt suhteliselt madala soojusjuhtivusega võrreldes metallidega, siis miks kasutatakse seda laialdaselt söövitava keskkonna kütteelementides? Materjaliteaduse vaatenurgast läheb see küsimus otse elektrotermiliste süsteemide intelligentse materjalivaliku keskmesse.
Vastus on, et PTFE ei toimi mitte soojusallikana, vaid kaitsebarjäärina, mis võimaldab usaldusväärset soojust genereerida keskkondades, kus enamik metalle kiiresti rikkis. Selle roll on oluline, kuigi ta ei osale otseselt elektrisoojuse tootmises.
PTFE kui kaitsebarjäär, mitte soojusallikas
PTFE sukelsoojendis tekitab soojust koostu sees asuv takistustraat. Siseelementi ümbritsev PTFE ümbris ei mängi takistuslikul kuumutamisel mingit rolli. Selle asemel eraldab see pingestatud metallist südamiku protsessivedelikust.
See eraldamine on söövitavate keemiliste rakenduste puhul kriitiline. Tugevad happed, nagu väävelhape või vesinikkloriidhape, aga ka kontsentreeritud leelised võivad teatud tingimustel rünnata roostevaba terast, titaani ja isegi suure jõudlusega sulameid. Paljudes plaadistus- ja keemilise töötlemise mahutites korrodeeruks paljas metallkate tundide või päevadega.
PTFE pakub aga erakordset keemilist vastupidavust. Selle süsinik-fluori molekulaarstruktuur on väga stabiilne ja suures osas inertne agressiivsete kemikaalide suhtes. Selle tulemusel pakub see pikaajalist-kaitset keskkondades, kus tavalised metallkestad ei suuda ellu jääda. Söövitava töö puhul on kaitsebarjääri funktsioon palju olulisem kui soojusjuhtivuse maksimeerimine.
Materjalivalik eelistab selles kontekstis vastupidavust ja keemilist ühilduvust töötlemata soojusülekande efektiivsusele.
Elektriisolatsioon ja -ohutus
Lisaks keemilisele vastupidavusele pakub PTFE ka suurepärast elektriisolatsiooni. Sukelküttekehad juhivad elektrivoolu läbi sisemise takistuselemendi. Paljude tööstuslike paakide ümbritsev vedelik on juhtiv, eriti galvaniseerimise või keemilise töötlemise rakendustes.
Kui sisemine juht pole täielikult isoleeritud, võib tekkida elektrileke vedelikku. See tekitaks tõsiseid ohutusriske, häiriks protsessi keemiat ja kahjustaks seadmeid.
PTFE-l on kõrge dielektriline tugevus ja väga madal elektrijuhtivus. See tagab, et vool jääb kütteelemendi piiresse ega liigu ümbritsevasse vedelikku. Seetõttu on elektriisolatsiooni omadus paljudes paigaldustes sama oluline kui kemikaalikindlus.
Küttesüsteemides, kus on nii söövitavaid aineid kui ka juhtivaid vedelikke, pakuvad vähesed materjalid sellist keemilise inertsuse ja elektriisolatsiooni kombinatsiooni.
Soojusjuhtivus ja seina paksus
Levinud arusaamatus on see, et PTFE "isoleerib soojust" samamoodi nagu elektriliselt. Kuigi on tõsi, et PTFE-l on madalam soojusjuhtivus kui metallidel, ei takista see tõhusat soojusülekannet sukelkütteseadmetes.
Soojusjuhtivust tuleb hinnata koos seina paksusega. Praktikas toodetakse sukelkütteseadmetes kasutatavaid PTFE-katteid suhteliselt õhukeste seintega. Ühe millimeetri õhuke PTFE-kate suudab tõhusalt soojust sisetakistuselemendist ümbritsevasse vedelikku üle kanda.
Soojusülekanne läbi materjali sõltub temperatuuride erinevusest ja vahemaast, mida soojus peab läbima. Katte paksuse minimeerimisega tagavad disainerid, et soojustakistus jääb piisavalt madalaks, et võimaldada tõhusat soojusvoogu. Sisemine element tekitab soojust ja see soojus juhib läbi PTFE kihi väljapoole vedelikku.
Kuigi PTFE on metallist vähem juhtiv,{0}}õhukese seina disain kompenseerib selle erinevuse. Tulemuseks on usaldusväärne ja prognoositav soojusülekanne, säilitades samal ajal täieliku korrosioonikaitse.
Temperatuuritaluvus ja konstruktsiooni terviklikkus
PTFE näitab ka tugevat termilist stabiilsust. See suudab säilitada mehaanilist terviklikkust pidevatel töötemperatuuridel, mis lähenevad 200 kraadi Celsiuse järgi, sõltuvalt konkreetsest koostisest ja disainist. Enamikus keemilise kuumutamise rakendustes jäävad töötemperatuurid hästi sellesse vahemikku.
See temperatuuritaluvus tagab, et kest ei pehmene, laguneb ega pragune tavalistes kasutustingimustes. Materjal säilitab paindlikkuse ja sitkuse, võimaldades sisemise elemendi soojuspaisumist ilma mehaaniliste tõrgeteta.
Agressiivses keemilises keskkonnas on temperatuuri stabiilsus koos keemilise vastupidavusega ülioluline. Mõned plastid võivad kemikaalidele vastu pidada, kuid lagunevad kõrgel temperatuuril. Teised võivad taluda kuumust, kuid neil puudub keemiline vastupidavus. PTFE pakub mõlema omaduse haruldast kombinatsiooni.
Kütmise lubamine seal, kus metallid ei püsi
Peamine põhjus, miks PTFE-d sukelsoojendites kasutatakse, ei ole mitte see, et see suurendab soojuse tootmist, vaid see, et see võimaldab soojendada keskkondi, kuhu muidu poleks ligipääsetav. Ilma keemiliselt inertse kaitsebarjäärita häviks sisemine takistuselement kiiresti korrosiooni tõttu.
Materjalivalik elektrotermilises tehnikas hõlmab sageli{0}}kokkuleppeid. Puhta vee soojendamise rakendustes võivad roostevabast terasest või vasest ümbrised tagada parema soojusjuhtivuse. Seevastu kontsentreeritud hapete või plaadistuslahuste kuumutamisel muutub keemiline vastupidavus domineerivaks nõudeks.
PTFE vastab sellele nõudele, võimaldades siiski tõhusat soojusülekannet, kui see on korralikult projekteeritud. Selle elektriisolatsiooni omadused suurendavad veelgi süsteemi ohutust ja töökindlust.
Arusaamine, et PTFE toimib pigem kaitsebarjäärina kui soojusallikana, selgitab selle asendamatut rolli sukelküttekeha disainis. Soojus pärineb sisemisest takistuselemendist, kuid PTFE võimaldab seda soojust ohutult ja vastupidavalt toimetada vaenulikku keemilist keskkonda.
Kui kaitsefunktsioon on selgelt määratletud, kerkib loomulikult esile järgmine tehniline kaalutlus: kuidas elemendi sees tekkiv soojusenergia liigub läbi PTFE kesta ja vedelikku ning millised tegurid mõjutavad selle soojusülekande protsessi efektiivsust.
