Beth Yw Dargludedd Thermol PTFE a Sut Mae'n Cyfyngu ar Ddwysedd Wat Gwresogydd?

Mae PTFE (polytetrafluoroethylene) yn cael ei gydnabod yn dda fel ynysydd trydanol rhagorol a rhwystr cemegol. Fodd bynnag, mae llawer llai o ymchwil i'w briodweddau thermol. Mae'r union eiddo sy'n gwneud PTFE yn llwyddiannus fel ynysydd thermol, hy y dargludedd thermol cynhenid ​​isel, yn gosod cyfyngiad sylfaenol yn uniongyrchol ar ddyluniad gwresogydd, sef, faint o bŵer y gellir ei wasgaru'n ddiogel fesul uned arwynebedd y gwresogydd.

Beth Yw Dargludedd Thermol Mewn Geiriau Syml?
Dargludedd thermol yw pa mor hawdd y gall gwres symud trwy ddefnydd. Meddyliwch am fetelau. Maent yn dda am ddargludedd thermol, felly maent yn cludo gwres yn gyflym ac yn effeithlon. Mae ynysyddion thermol yn ddeunyddiau sydd â dargludedd thermol isel ac sy'n rhwystro trosglwyddo gwres. Mae PTFE yn sgwâr yn y gwersyll olaf. Mae ei ddargludedd thermol ar 0.25 wat y metr fesul kelvin (W/mK). I roi hyn mewn persbectif, mae gan ddur di-staen (deunydd cyffredin a ddefnyddir mewn gwresogi diwydiannol) ddargludedd thermol o tua 15 W/m·K: bron i drigain gwaith yn well na PTFE.

PTFE Dargludedd Thermol Dealltwriaeth Terfyn Dwysedd Watt
Mae'n well deall y cyfyngiad ymarferol a osodir gan ddargludedd thermol isel PTFE o ran dwysedd wat, y pŵer a wasgarir fesul uned arwynebedd y gwresogydd, a gynrychiolir fel arfer mewn watiau fesul centimedr sgwâr (W / cm²) neu watiau fesul modfedd sgwâr (W / mewn²).

Er enghraifft , mewn gwresogydd trochi PTFE , mae'r elfen ( gwifren gwrthiant ) wedi'i hamgáu neu ei hamgáu gan y deunydd PTFE . Rhaid i'r gwres a gynhyrchir gan y wifren fewnol fynd trwy'r haen PTFE i gyrraedd yr hylif targed neu'r hydoddiant. Oherwydd bod PTFE yn gallu gwrthsefyll gwres, mae graddiant tymheredd yn cael ei sefydlu trwy'r wain: mae'r arwyneb mewnol sy'n agos at y wifren gwrthiant yn llawer poethach na'r arwyneb allanol sydd mewn cysylltiad â'r hylif.

Gall dwysedd wat uchel achosi i'r tymheredd y tu mewn i fod yn fwy na thymheredd gweithio diogel PTFE. Mae amlygiad estynedig i wres mewnol difrifol yn diraddio PTFE o'r tu mewn allan, gan ymddangos fel afliwiad, brithiad, cracio neu doddi mewn amgylchiadau eithafol. Mae'r diraddiad hwn yn arwain at fethiant cynamserol y gwresogydd trwy ddiraddio ei inswleiddio trydanol a'i wrthwynebiad cemegol.

Felly, mae terfyn dwysedd wat dargludedd thermol PTFE yn diffinio dwysedd pŵer diogel uchaf er mwyn osgoi gorboethi yn fewnol a dal i alluogi trosglwyddo gwres effeithlon i hylif y broses.

Safon y diwydiant ar gyfer dwysedd wat gwresogyddion PTFE
Mae'r terfyn dwysedd wat gofalus hwn ar gyfer gwresogyddion trochi PTFE wedi'i ddatblygu yn seiliedig ar brofiad maes ac arfer peirianneg sain. Ar gyfer hydoddiannau dyfrllyd heb fawr o gynnwrf (-hylifau tebyg i ddŵr gyda throsglwyddiad gwres darfudol da i ffwrdd o wyneb y gwresogydd), y dwysedd wat uchaf a argymhellir yw:

Llai na neu'n hafal i 1.5 W/cm 2 (tua 10 W/mewn 2 )

Mae hyn yn rhagdybio bod yr hylif yn cael ei symud neu ei gorddi'n barhaus, sy'n helpu i drosglwyddo gwres o'r wain PTFE allanol a chadw'r graddiant tymheredd yn oddefadwy. Os yw'r hylif yn llonydd neu wedi'i gymysgu'n wael, caiff yr oeri darfudol ei leihau. Mae hyn yn arwain at gynnydd yn nhymheredd y wain allanol sydd yn ei dro yn achosi tymheredd y wifren fewnol i gynyddu ymhellach ar gyfer dwysedd wat penodol.

Gofynion Difrifol ar gyfer Hylifau Heriol
Sylwch mai dim ond mewn sefyllfaoedd ffafriol y mae'r safon 1.5 W/cm^2 yn berthnasol. Mewn llawer o sefyllfaoedd ymarferol, mae angen y canlynol:

Math Hylif Dwysedd Wat Nodweddiadol a Argymhellir (W/cm2)Rheswm dros y sgôr
Cynnwrf da -atebion tebyg i ddŵr<=1.5Good convection cooling
Atebion tebyg i ddŵr, cynnwrf isel neu ddim cynnwrf Llai na neu hafal i 1.0 – 1.2 Trosglwyddiad gwres is o wyneb y wain
Hylifau gludiog (ee olewau, suropau) 0.5 – 0.8 neu lai Trosglwyddiad gwres darfudol isel; risg lleol o orgynhesu
Hylifau baeddu neu orchuddio Llai na neu'n hafal i 0.5 - 1.0Mae dyddodion gwain yn darparu inswleiddiad ychwanegol i'r wyneb
Yn ymarferol, dewis dwysedd wat yn ofalus yw'r dull gorau o sicrhau bywyd hir gwresogydd PTFE. Mae mynd y tu hwnt i'r cyfyngiadau hyn, hyd yn oed ychydig, yn cyflymu dibrisiant gwres ac yn gwagio gwarantau gwneuthurwr mewn llawer o amgylchiadau.

Dargludedd Thermol PTFE, PFA, Dur Di-staen a Copr
Er mwyn deall ymhellach pam mae gan PTFE gyfyngiad dwysedd wat mor dynn, mae'r tabl canlynol yn cymharu ei ddargludedd thermol â deunyddiau gwain gwresogydd nodweddiadol eraill:

Dargludedd Thermol Materol (W/m·K) ar ~20–25 gradd Dargludedd Cymharol yn erbyn PTFE
PTFE (polytetrafluoroethylene) 0.23 – 0.26 (∼0.25)1 × (Sylfaen)
PFA (alcan perfflworoalkoxy) 0.19 - 0.22 ~ 0.8 × (ychydig yn is)
304/316 Dur di-staen14 - 16 Tua 60 × yn uwch
Copr 380-400 Tua 1,500 gwaith yn uwch
Mae gan y PFA fflworopolymer cysylltiedig dargludedd gwres hyd yn oed ychydig yn is na PTFE. Mae hyn yn golygu bod gwresogyddion gwain PFA yn dueddol o fod angen graddfeydd dwysedd wat yr un mor geidwadol. Fodd bynnag, mae dur di-staen a chopr yn caniatáu dwyseddau wat llawer mwy heb orboethi mewnol oherwydd eu dau neu dri gorchymyn maint gwell dargludedd thermol. Fodd bynnag, nid oes ganddynt yr un ymwrthedd cemegol a rhinweddau nad ydynt yn glynu â PTFE, felly mae yna fasnach dechnegol anochel rhwng perfformiad thermol a gwrthiant cyrydiad.

Goblygiadau ar gyfer dylunio a dewis gwresogydd
Mae dargludedd thermol cyfyngedig PTFE yn ei gwneud yn ofynnol i wresogyddion trochi PTFE gael eu gweithredu ar ddwysedd wat llawer is na gwresogyddion wedi'u lapio â metel. Gall gwresogydd dur di-staen weithredu'n ddiogel ar 10-30 W / cm2 mewn dŵr, tra bod gwresogydd PTFE wedi'i gyfyngu i ~ 1.5 W / cm2 o dan yr un gosodiadau.

Felly mae angen i wresogydd PTFE fod yn sylweddol fwy o ran arwynebedd ar gyfer angen pŵer gwresogi penodol. Er enghraifft, i ddarparu 3,000 wat o bŵer gwresogi:

Efallai mai dim ond 100 i 300 cm² o arwynebedd sydd ei angen ar wresogydd dur di-staen o'r fath.

Byddai angen rhywbeth tua 2,000 cm2 (3,000 W ÷ 1.5 W/cm2=2,000 cm2) ar wresogydd PTFE.

Po fwyaf yw'r ardal wain, yr hiraf yw hyd y gwresogydd corfforol neu lawer o elfennau gwresogi. Mae angen i ddylunwyr a defnyddwyr terfynol ystyried hyn wrth nodi gwresogyddion PTFE ar gyfer tanciau, cychod neu baddonau platio. Nid yw un o achosion mwyaf cyffredin methiant gwresogydd PTFE cynnar yn ddigon o arwynebedd, hy dwysedd wat yn fwy na'r canllaw o 1.5 W/cm 2 .

Casgliad: Dyluniad gwresogydd PTFE dibynadwy yn seiliedig ar ddyluniad dwysedd wat isel
Ond mae gan PTFE ddargludedd gwres isel o tua 0.25 W/m·K, sy'n fendith ac yn felltith. Mae ganddo inswleiddiad trydanol da ac mae'n anadweithiol yn gemegol. Ond mae'r pŵer mwyaf y gellir ei wasgaru'n ddiogel fesul uned o arwynebedd y gwresogydd braidd yn gyfyngedig. Nid yw terfyn dwysedd wat dargludedd thermol PTFE- Llai na neu'n hafal i 1.5 W/cm² ar gyfer datrysiadau dyfrllyd cynhyrfus yn dda-yn gyngor ceidwadol ond yn gyfyngiad peirianyddol cynhenid ​​sy'n deillio o ymddygiad thermol y deunydd.

Y tu hwnt i'r terfyn hwn, mae'r elfen wresogi fewnol yn gorboethi, gan erydu'r wain PTFE o'r tu mewn, ac arwain at fethiant cynamserol. Felly mae dewis y dwysedd wat cywir, gan gynnwys y derating angenrheidiol ar gyfer hylifau gludiog neu gynnwrf gwan, yn elfen allweddol wrth ddylunio gwresogyddion PTFE dibynadwy. Pan gyrhaeddir cyfyngiadau dargludedd thermol, mae gwresogyddion PTFE yn rhoi degawdau o wasanaeth di-waith cynnal a chadw, mewn amodau cemegol llym lle byddai gwresogyddion metel yn methu mewn wythnosau neu ddyddiau.