הצורך בהפצת זרימה
תהליכי ריצוף וטיפול פני השטח דורשים זרימת אלקטרוליטים מבוקרת על פני משטחי העבודה. מהירות הזרימה והכיוון משפיעים על קצב השקיעה, אחידות העובי וגימור פני השטח. זרימה לא מספקת גורמת לדלדול יונים במשטח העבודה. זרימה מוגזמת או מכוונת לא נכונה יוצרת משקעים לא-אחידים ועלולה לעקור ממקומו משקעים רופפים.
באופן מסורתי, חלוקת הזרימה מנוהלת על ידי צינורות נפרדים, זרמים וחירי זרימה נפרדים המותקנים במיכל. מחליף החום, אם קיים, הוא דייר פסיבי של המיכל שעלול להפריע לדפוס הזרימה המיועד. שילוב פונקציית ה-Baffle במבנה מחליף החום הופך את המחליף מחסימת זרימה לכלי לניהול זרימה. הוא מכוון את זרימת האלקטרוליטים לאן שהוא נחוץ-על פני משטחי חומר-במקביל מחמם את התמיסה.
עיצוב ה-Baffle המשולב-
צרור צינורות מחליף החום PTFE מסודר במישורים אנכיים המשמשים כבלבול חלקי. המטוסים מכוונים בניצב לכיוון הזרימה הרצוי. המרווח בין צינורות בתוך כל מישור, ובין מישורים סמוכים, קובע את התנגדות הזרימה ואת התפלגות המהירות המתקבלת.
פלטות PTFE מוצקות מפוזרות בין מטוסי הצינור. לוחות הבלימה מאלצים את האלקטרוליט לזרום דרך מישורי הצינור ולא סביבם. כאשר האלקטרוליט עובר בין הצינורות המחוממים, הוא מחומם באופן אחיד. הזרימה יוצאת מהמחליף במהירות ובטמפרטורה מבוקרת, מכוונת אל משטחי העבודה.
לוחות הבלימה מיוצרים מיריעת PTFE מוצקה, מחוררת כדי להכיל את הצינורות. הלוחות מותקנות במסגרת תמיכת המחליף וניתן למקם אותם מחדש כדי להתאים את תבנית הזרימה. עבור מיכלים עם דרישות ייצור משתנות, ניתן לשנות את תצורת הבפל במהלך כיבוי תחזוקה מבלי להחליף את המחליף כולו.
| Baffle-פרמטר Exchanger | מִפרָט |
|---|---|
| כיוון מישור הצינור | אנכי, מאונך לכיוון הזרימה הרצוי |
| מרווח צינור בתוך מישור | 1.5-2.5 × OD של צינור |
| מרווח-למישור-מישור | 50-200 מ"מ (תלוי במהירות הזרימה) |
| חומר צלחת בפלטה | יריעת PTFE מוצקה, עובי 6-10 מ"מ |
| מרווח חריץ ללוח הבפלה | 0.5 מ"מ קוטר על צינור OD |
| טווח מהירות זרימה | 0.1-0.5 מ'/שניה דרך מטוסי צינור |
| ירידת לחץ על פני מחליף | 50-500 Pa (תלוי במהירות) |
| אחידות חימום | מעלה ±1 על פני הפריקה |
אפשרויות דפוס הזרימה
מספר דפוסי זרימה ניתנים להשגה על ידי קביעת תצורת מטוסי הצינור ולוחות הבלימה. עבור דפוס זרימה צולבת-, האלקטרוליט נכנס מצד אחד של המחליף, עובר אופקית דרך מישורי צינור מרובים ויוצא מהצד הנגדי. דפוס זה מתאים למיכלים שבהם חלקי עבודה תלויים במקביל לפנים המחליף.
עבור דפוס זרימה- כלפי מעלה, האלקטרוליט נכנס מתחת למחליף, עולה אנכית דרך מישורי הצינור, ונפרק כלפי מעלה לעבר חלקי עבודה התלויים מעל המחליף. דפוס זה משתמש בהסעה טבעית כדי לסייע לזרימה הנשאבת והוא יעיל- באנרגיה.
עבור תבנית סרפנטין, לוחות הבלימה מסודרים ליצירת נתיב זרימה מקופל שעובר דרך צרור הצינורות מספר פעמים. נתיב הסרפנטין מגדיל את זמן השהייה של האלקטרוליט באזור המחומם, ומספק עליית טמפרטורה גבוהה יותר בכל מעבר. דפוס זה מתאים לתהליכים הדורשים עליית טמפרטורה גדולה במעבר בודד.
אימות ביצועי הזרימה התרמית-
ביצועי החימום והזרימה המשולבים מאומתים על ידי ניתוח דינמיקת נוזלים חישובית במהלך שלב התכנון. מודל ה-CFD מדמה את זרימת האלקטרוליט דרך מטוסי הצינור ולוחות הבלימה, מנבא את המהירות וההתפלגות הטמפרטורה בחזית פריקת המחליף. המודל מאומת על ידי מדידות- באתר במהלך ההפעלה: מדידות מהירות באמצעות מדחף או מד זרימה אלקטרומגנטי, ומדידות טמפרטורה באמצעות מערך של צמדים תרמיים בחזית הפריקה.
התכנון המאושר מבטיח שחלקי העבודה מקבלים אלקטרוליט במהירות ובטמפרטורה שצוינו, עם אחידות העומדת בדרישות התהליך. מחליף הבלבול המשולב-מבטל את פשרות הביצועים של רכיבי חימום וחלוקת זרימה נפרדים.
תַקצִיר
מחליפי חום מסוג PTFE עם משטחים משולבים משלבים חימום וכיוון זרימת אלקטרוליט במכלול אחד. מישורי צינור אנכיים עם פלטות PTFE מוצקות יוצרים דפוסי זרימה-מבוקרת-זרימה, זרימה- כלפי מעלה או סרפנטין- המספקים אלקטרוליט מחומם למשטחי העבודה במהירות ובטמפרטורה הנדרשת. העיצוב המשולב מבטל הפרעות בין תנורי חימום נפרדים ורכיבי חלוקת זרימה, ומשפר את הביצועים התרמיים וההידראוליים כאחד.
תמיכה הנדסית לעיצוב מחליף{0}}משולבים זמינה עם הגשת מידות מיכל, כיוון חלק העבודה, מהירות וכיוון הזרימה הנדרשים, חובת החימום ומאפייני האלקטרוליט.
