フィン付き発熱体の設計: ワット密度、材料、およびエアフローの選択

A フィン付き発熱体 この理由は 1 つあります。それは、シースの温度を材料の限界を超えずに、移動する空気により多くの熱を伝達するためです。 150 kW の空気加熱負荷を運ぶダクト ヒーターでは、同じ出口温度に対して、裸の管状束はフィン付き束の 2 倍以上の加熱長さが必要になる場合があります。フィンのピッチ、フィンの高さ、フィンが巻かれているか、圧着されているか、ろう付けされているかによって、フィンの外表面積はおよそ 3.4 ～ 7.8 倍になります。

実際の効果は、同じ空気流におけるシースのワット密度の低下、金属温度の低下、および耐用年数の延長です。ほとんどの工業用フィン付き発熱体は、ステンレス鋼またはインコロイ管の内側に抵抗コイルがあり、外側に炭素鋼、ステンレス鋼、またはアルミニウムのフィンが取り付けられています。それらは、ダクトヒーター、オーブン、乾燥トンネル、コンベアエアナイフ、空気側がボトルネックとなる再循環空気システムに発生します。

フィン付き発熱体と裸のチューブの違いは何ですか

違いは表面荷重です。フィンを追加すると、対流に利用できる面積が増えるため、より低いシース温度で同じ熱出力を達成できます。シース温度が低いと酸化が遅くなり、熱応力が軽減され、抵抗線が加速された腐食から保護されます。

この比較は、フィン付きエレメントが常に優れた選択肢であることを意味するものではありません。ほこりの多いペイントオーブンや糸くずの多い繊維乾燥機では、フィンが詰まる可能性があります。ブロックされたフィン付き要素は、はるかに高いワット密度で動作する裸のチューブのように動作し、バーンアウトを加速します。空気流路、フィルターのセットアップ、メンテナンスへのアクセスを設計の一部として含める必要があります。

フィン付き発熱体のシースの材質とワット密度の制限

空気加熱の場合、最初に材料を決定するのはフィンではなくシースです。フィンは熱を空気中に伝導するだけでよいため、シースは通常の流れおよび遮断された流れの障害下で要素が到達する最高の表面温度に耐える必要があります。

304 ステンレス鋼は、最高 600 ℃ までのクリーン エアのデフォルトです。321 ステンレス鋼には、耐クリープ性を向上させるためにチタンが追加されています。インコロイ 800 は高温酸化耐性が強く、オーブンでよく使用されます。 310S ステンレス鋼は最も高温のダクト温度に対応しますが、コストが高く、狭いフィンピッチに成形するのが困難です。

フィンピッチがパフォーマンスに与える影響

フィンのピッチを狭くすると表面積の乗数が増加しますが、圧力降下も増加し、塵がたまりやすい狭いスロットが生じます。ピッチが 5 mm 未満では、フィン間の空気膜が低速で境界層の厚さに近づき始め、余分な領域によって熱伝達がほとんど増加しません。

ダクトヒーターおよびオーブン用のフィン付き発熱体の構成

形状は素材の次に決めます。 I 字型のフィン付きエレメントは、水平方向の空気の流れを実現する最も単純な壁貫通設計です。これにより、加熱された長さが真っ直ぐになり、拡張が予測可能になり、ダクト アクセス パネルから簡単に交換できるようになります。

水平気流用の I 型フィン付き加熱管 I 字型のフィン付きエレメントは最もシンプルな壁貫通設計で、真っ直ぐな加熱長さ、予測可能な拡張性、および簡単な交換を提供し、ダクト ヒーター内の水平エアフローに最適です。 製品を見る→

U 字型のフィン付きエレメントは、追加のエンドフィッティングを追加することなく、短いダクト内でより多くの加熱長さを実現します。リターンベンドにより、壁貫通の数が減少します。これは、加圧または断熱されたハウジングでは重要です。

短いダクト用のU字型フィン付き加熱管 U 字型のフィン付きエレメントは、短いダクト内で加熱される長さを最大化し、壁の貫通を減らし、均一な熱分布を保証するため、加圧または断熱されたハウジングに適しています。 製品を見る→

四角形および O 形のフィン付きエレメントは、加熱コアがコンパクトである必要があるブロワー ヒーター ハウジング内で機能します。連続した外周パスにより、小さなケーシング プロファイルの内側に大きな表面積が実現します。

コンパクトケーシング用角型フィン付き加熱管 四角形のフィン付きチューブは、構造剛性を高め、コンパクトなブロワー ヒーター ハウジングの表面積を大きくするための連続した周囲経路を提供し、効率的な熱伝達と耐久性を保証します。 製品を見る→

Xinghua Yading Electric Heating Element Co., Ltd. (Yading) は、フィン付き空気加熱管製品群の一部としてこれらの構成を構築しています。この選択は純粋に幾何学的なものではありません。垂直ダクトでは、曲がり部分に結露が溜まらないように、U 字型要素を開口端を下にして配置する必要があります。水平オーブンでは、空気の流れを横切って取り付けられた I 字型の要素が均一な熱カーテンを作成します。通常、円形または正方形のケーシング内の表面積を最大化するために、正方形および O 形が選択されます。

取り付け方向は寿命に影響します

同じ要素は、ある方向では 2 倍長く持続しますが、別の方向ではすぐに燃え尽きてしまいます。取り付けは、凝縮水の排出方法、フィンが塵を落とす方法、加熱された表面に空気がどのように均一に到達するかに影響します。ヒーターの図面を確認する前に、機械のレイアウトを確認してください。

実用的な仕様の順序

信頼性の高いフィン付き発熱体を入手する最も早い方法は、空気負荷、表面荷重、材料、形状、電源、制御など、エンジニアが計算するのと同じ順序で発熱体を指定することです。

1. 空気の質量流量と温度上昇を定義します。 熱出力は 1 時間あたりの空気のキログラム数に依存するため、公称ダクト サイズではなく、実際のファン定格を使用してください。
2. 総ワット数を計算します。 質量流量に空気の比熱と必要な温度上昇を掛けて、ダクト損失に対する安全マージンを追加します。
3. 最大ワット密度を設定します。 標準的なオーブンでの作業の場合は 4.0 W/cm2 未満から開始し、空気にオイルミストが含まれる場合や流量が突然低下する可能性がある場合は 3.0 W/cm2 未満から開始します。
4. シースとフィンの材質を選択してください。 シースを可能な限り最高の気温に合わせ、フィンの金属を空気流の清浄度に合わせます。
5. 機械構成を選択します。 ダクトの寸法、取り付け面、メンテナンス アクセスに基づいて、I、U、正方形、O、W、またはカスタム形状を選択します。
6. 電圧、位相、リード線の配線を確認してください。 高電圧三相回路では電流が減少しますが、接続ハウジングと端子端で必要な沿面距離も変化します。

幅広い製品を扱う工場は、このプロセスを迅速に処理します。 Yading の工場では年間 500,000 個を超える発熱体を生産し、25 か国以上に輸出しています。これは、すべての標準ユニットだけでなく、すべてのカスタムオーダーにもエンジニアリングレビューが組み込まれていることを意味します。注文前に計算を確認したい場合は、エアフロー ワークシートをエンジニアリング デスクに送信してください。 お問い合わせページ .

注文前に購入者が尋ねる質問

強制空気中でのフィン付き発熱体の安全なワット密度はどれくらいですか?

きれいな空気が 2 ～ 10 m/s で移動する場合、シースの材質と動作温度に応じて 2.0 ～ 6.0 W/cm2 が実用的な範囲になります。 1.0 W/cm2 未満では要素が大きすぎます。 6.0 W/cm2 を超えると、シースの寿命が急速に低下し始めます。

フィン付き発熱体を液体加熱に使用できますか?

通常ではありません。水または油中では、フィンがスケールを捕らえ、絶縁体として機能し、局所的なホットスポットを作成します。液体の用途には、滑らかなシースまたはフランジ付きデザインの浸漬ヒーターが適しています。

304 ステンレススチールとインコロイ 800 フィンのどちらを選択すればよいですか?

最高 600 ℃ までの清浄な乾燥空気には 304 を使用してください。出口空気温度が 600 ℃ を超える場合、またはヒーターのサイクルが頻繁に発生する場合には、インコロイ 800 を使用してください。フィンは空気流によって冷却されるため、フィンではなくシースの材質が上限を設定します。

フィンのピッチが発熱体の保証に重要なのはなぜですか?

フィンのピッチによって、表面積、圧力降下、およびヒーターの掃除のしやすさが決まります。ピッチが狭いと、繊維、オイルミスト、または導電性粉塵を含む気流がすぐにブロックされ、ブロックされた要素によってシースが過熱する可能性があります。汚れた空気に対しては広いピッチを選択し、代わりにより長い表面の長さに依存します。