Sut Mae Mantais Dargludedd Thermol Graffit yn Troi'n Gyfnewidwyr Llai, Ysgafnach?

Mae graffit yn dargludo gwres dros 300 gwaith yn haws na PTFE. Mae gan yr un nodwedd ddeunydd hon oblygiadau pellgyrhaeddol o ran maint, pwysau a chost cyfnewidydd gwres. Mae graffit yn drosglwyddiad gwres effeithiol ar draws y craidd tynn ac mae angen arwynebedd arwyneb mawr ar PTFE i wrthweithio ei ymddygiad inswleiddio. Mae hyn yn arwain at ostyngiad sylweddol yn ôl troed offer a gofynion strwythurol, sy'n cael effaith uniongyrchol ar gyfanswm cost gosod a hyblygrwydd cynllun peiriannau.

Y Bwlch Dargludedd: PTFE yn erbyn Graffit
Fel arfer mae gan graffit ddargludedd thermol o 80 i 120 W/m·K, sy'n debyg i ddargludedd thermol rhai metelau fel dur carbon neu ddur aloi isel. Mae gan PTFE, ar y llaw arall, ddargludedd thermol o tua 0.25 W / m K, sydd tua'r un peth â deunyddiau inswleiddio plastig. Mae hyn yn golygu bod wal graffit o drwch a graddiant tymheredd penodol yn dargludo gwres fwy na 300 gwaith yn well na PTFE.

Mae ymwrthedd thermol cyfnewidydd gwres PTFE fel arfer yn cael ei lywodraethu gan ddargludedd isel PTFE. Rhaid i'r gwres fynd trwy wal y tiwb, sydd, er ei fod yn denau (1-2 mm yn aml) yn peri rhwystr mawr serch hynny. Mae angen arwynebedd arwyneb mawr i gael y cyfanswm trosglwyddo gwres angenrheidiol. Cyflawnir yr arwynebedd hwn gan nifer o diwbiau diamedr hir a bach. Mae hyn yn arwain at bwndeli tiwb swmpus a chregyn enfawr.

Ond mewn cyfnewidydd graffit, nid yw'r fflwcs gwres wedi'i gyfyngu gan y deunydd ei hun. Y gwrthiannau tra-arglwyddiaethol yw'r haenau terfyn hylif ar y ddwy ochr. Felly ar gyfer yr un cyflymderau hylifol ac amgylchiadau baeddu, efallai y bydd gan gyfnewidydd graffit gyfernod trosglwyddo gwres cyfanswm sylweddol uwch (gwerth U{-) nag uned PTFE.

Meintioli Lleihad Maint
Mae'r cyfernod trosglwyddo gwres cyfanswm effeithiol (gwerth U-) yn fesur o effeithiau cyfun dargludedd deunydd, trwch wal a gorchudd ar hylif. Ar gyfer swydd hylif nodweddiadol gyda baeddu cymedrol:

Bloc neu gregyn graffit-a-cyfnewidydd gwres tiwb: Mae gwerthoedd U-yn aml rhwng 600 a 1200 W/m2K.

Cyfnewidwyr tiwb PTFE: gwerthoedd U-yn gyffredinol rhwng 200 a 400 W/m2.K.

Gallai cymhariaeth ganol-ystod olygu y gallai fod gwerth U-cyfnewidydd graffit dair gwaith yn uwch nag uned PTFE yn yr un gwasanaeth. Dim ond tua un rhan o dair o'r arwynebedd trosglwyddo gwres sydd ei angen ar y dyluniad graffit oherwydd y cymesuredd gwrthdro rhwng U a'r ardal trosglwyddo gwres sydd ei angen. Fodd bynnag, mae'r effaith dargludedd hyd yn oed yn fwy amlwg yn achos cyfernodau ffilm ochr prosesau mwy (ee anweddau cyddwyso neu hylifau cyflymder uchel) lle mae gwrthiant wal tiwb PTFE yn dod yn flaenllaw. Mewn achosion o'r fath, gall mantais arwynebedd graffit fod hyd at ffactor o bump i ddeg.

Mae'r diffyg cyfatebiaeth hwn mewn dargludedd yn arwain at ganlyniad syfrdanol. Mae enghraifft ansoddol yn rhoi trefn maint. Er mwyn oeri 100 kW o asid hydroclorig poeth o 80 gradd i 40 gradd gyda dŵr oeri, gallai olygu defnyddio cyfnewidydd cragen PTFE a-maint car bach (ee, hyd 2-3 m, diamedr 0.6m, gyda channoedd o diwbiau). Mae'n bosibl y byddai'r un gwaith ag y byddai cyfnewidydd bloc graffit yn ei wneud yn cael ei drin ag uned maint cês mawr (ee, 0.5 × 0.5 × 0.6 m). Gall gwahaniaeth cyfaint fod yn 5:1 neu fwy.

Pwysau a chanlyniadau strwythurol
Y lleiaf yw'r maint corfforol, y lleiaf y bydd yn ei bwyso. Mae cyfnewidydd gwres cryno dargludedd thermol graffit yn nodweddiadol 50-70% yn ysgafnach na chyfnewidydd PTFE sy'n cyflawni'r un swyddogaeth thermol. Mae'r craidd graffit mewnol yn cymryd llai o le, sy'n golygu bod angen llai o ddeunydd cregyn (dur carbon neu ddur di-staen yn bennaf). Mae angen llai o gynhaliaeth strwythurol sylweddol ar offer ysgafnach, yn arbed cost cludo ac yn hwyluso gosod, yn enwedig mewn safleoedd uchel neu orlawn.

Mewn cymwysiadau ôl-osod, lle mae sylfeini neu fynedfeydd presennol yn cyfyngu ar yr arwynebedd llawr sydd ar gael, mae crynoder cyfnewidwyr graffit fel arfer yn pennu a ellir gosod hyd yn oed datrysiad sy'n gwrthsefyll cyrydiad. Mae cyfnewidwyr PTFE angen olion traed enfawr a chliriadau sylweddol i gael gwared ar y bwndel tiwb ac efallai na fyddant yn ffitio i leoliad gyda phibellau ac offer presennol.

Enghreifftiau cais lle mae crynoder yn bwysig
Mae'r diwydiannau fferyllol a chemegol mân yn gweithio mewn ystafell lân costus neu amodau wedi'u dilysu. Mae pob metr sgwâr o arwynebedd llawr yn gostus i'w adeiladu a'i redeg. Mae cyfnewidwyr graffit yn galluogi peirianwyr proses i osod system oeri neu wresogi perfformiad uchel i lithriadau proses cul, gan adael lle i offer arall. Gall y maint bach hefyd leihau'r sgôr angenrheidiol o systemau gwresogi, awyru a chyflyru aer (HVAC) ar gyfer amgylcheddau glân.

Mae mynediad cyfyngedig o amgylch tanciau a systemau cludo yn gyffredin mewn gweithrediadau piclo a gorffennu arwynebau. Mae cyfnewidwyr bloc graffit yn bosibl cysylltu'n uniongyrchol â waliau tanciau neu wedi'u cuddio o dan lwyfannau. Byddai'n rhaid i fwndel PTFE gael cragen ar wahân ar ei phen ei hun gyda digon o le i dynnu tiwb.

Mae angen cyfaint marw isel ac ymateb tymheredd cyflym ar gyfer gweithgynhyrchu cemegol lled-ddargludyddion a hynod bur. Mae dyluniad cryno graffit yn lleihau'r cyfaint dal i fyny ac yn gwella rheolaeth y broses ac yn lleihau'r golled cynnyrch yn ystod newid gradd.

Pa bryd i Aberthu Cyssondeb er Ystyriaethau Eraill
Ond mae pris i'w dalu am ddyluniad bach cyfnewidwyr graffit. Fel y disgrifir mewn tudalennau eraill, mae graffit yn frau ac nid yw'n gwrthsefyll sioc fecanyddol na dirgryniad. Mae PTFE, er ei fod yn fwy o ran maint, yn darparu gwytnwch yn erbyn morthwyl dŵr a chamlinio. Efallai mai PTFE, er ei fod yn fwy, yw'r opsiwn o hyd ar gyfer cymwysiadau lle nad yw gofod yn broblem a bod dibynadwyedd mecanyddol yn bwysig.

Fodd bynnag, ar gyfer unrhyw gyfleuster neu estyniad newydd sy'n cael ei nodweddu gan eiddo tiriog drud neu sgidiau proses sydd wedi'u pacio'n dynn, dyluniad cyfnewidydd gwres cryno dargludedd thermol graffit uchel yw'r dewis arall mwyaf darbodus yn aml. Mae'r uned lai hefyd yn lleihau cyfaint cregyn aloi drud, ffitiadau ffroenell ac inswleiddio.

Casgliad:
Pwynt gwerthu mawr graffit yw y gall ddarparu cyfraddau trosglwyddo gwres uchel mewn pecyn bach- rhywbeth na all PTFE ei wneud ar lefel sylfaenol. Mae dargludedd thermol 300 gwaith yn fwy na PTFE yn arwain at gyfernodau trosglwyddo gwres cyffredinol dair i ddeg gwaith yn uwch, a gall cyfnewidydd llawer llai ac ysgafnach gyflawni tasg benodol. Mae graffit yn ddeniadol ar gyfer cymwysiadau megis fferyllol, cemegol mân a gorffeniad wyneb lle mae arwynebedd llawr, llwyth strwythurol a chostau gosod yn hanfodol. Rhaid i'r dewis o ddeunyddiau gynnwys nid yn unig cydnawsedd cemegol ond cost gosod gyfan gan ystyried ystyriaethau gofod a strwythurol. Mae crynoder Graffit nid yn unig yn welliant pan fo cyfleuster presennol wedi'i gyfyngu gan faint cyfnewidydd PTFE mawr, efallai mai dyma'r ffactor galluogi sy'n gwneud trosglwyddiad gwres sy'n gwrthsefyll cyrydiad yn bosibl.