คุณสมบัติที่กำหนดเองใดที่อนุญาตให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ทำงานเป็นเครื่องทำความร้อนแบบรวมและตัวสะสมกระแสแคโทดในเซลล์เคมีไฟฟ้า

โอกาสสอง-ฟังก์ชัน

เซลล์ไฟฟ้าเคมีสำหรับการนำโลหะกลับคืนมา การชนะด้วยไฟฟ้า และการแยกตัวด้วยไฟฟ้า ต้องใช้ทั้งการให้ความร้อนและการกระจายกระแสไฟฟ้า ตามปกติแล้ว ฟังก์ชันเหล่านี้มีให้โดยส่วนประกอบที่แยกจากกัน ได้แก่ เครื่องทำความร้อนแบบจุ่มสำหรับการควบคุมอุณหภูมิ และแผ่นแคโทดโลหะหรือตาข่ายสำหรับการรวบรวมกระแสไฟฟ้า ส่วนประกอบทั้งสองแข่งขันกันเพื่อแย่งพื้นที่ภายในเซลล์ และต้องมีการติดตั้ง การบำรุงรักษา และการเปลี่ยนแยกต่างหาก

การรวมฟังก์ชันทั้งสองไว้ในชุดประกอบที่ใช้ PTFE- เดียวจะช่วยลดความซับซ้อนของเซลล์ เพิ่มปริมาตรภายในสำหรับอิเล็กโทรด และขจัดปัญหาการกัดกร่อนและการปนเปื้อนของเครื่องทำความร้อนโลหะที่แยกจากกัน ท่อแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ได้รับการดัดแปลงด้วยองค์ประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งช่วยให้ทำหน้าที่เป็นแคโทดในขณะที่ยังคงให้ความร้อนด้วยไอน้ำต่อไป ไอน้ำและวงจรไฟฟ้าถูกแยกออกจากกันโดยผนังท่อ PTFE

การออกแบบตัวนำไฟฟ้าแบบรวม

โครงสร้างฐานเป็นมัดท่อแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE มาตรฐาน เพื่อเพิ่มความสามารถในการรวบรวมกระแสไฟฟ้า แต่ละท่อจะติดตั้งชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าภายนอกที่สัมผัสกับของไหลในกระบวนการและรวบรวมกระแสแคโทด ชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าต้องเข้ากันได้ทางเคมีกับอิเล็กโทรไลต์ โดยมีความต่อเนื่องทางไฟฟ้าตลอดความยาวของท่อ และเป็นสื่อความร้อนเพื่อให้ความร้อนถ่ายเทจากไอน้ำภายในท่อไปยังของเหลวในกระบวนการภายนอก

หลายวิธีมีฟังก์ชันการนำไฟฟ้า กราไฟท์-ปลอกคอมโพสิต PTFE-ท่อกราไฟท์บาง-ที่มีผนังบาง-เติม PTFE- ถูกเลื่อนไปบนท่อทำความร้อนแต่ละท่อ สารตัวเติมกราไฟท์ (15-25% โดยปริมาตร) มีค่าการนำไฟฟ้าที่เพียงพอสำหรับการสะสมกระแสไฟฟ้า (ความต้านทานประมาณ 0.1-1.0 Ω·cm) ในขณะที่ยังคงความเฉื่อยทางเคมีของเมทริกซ์ PTFE ปลอกคอมโพสิตสัมผัสอย่างใกล้ชิดกับผนังท่อทำความร้อนเพื่อการนำความร้อน

อีกวิธีหนึ่ง ไทเทเนียมหรือตาข่ายไนโอเบียมที่มีรูพรุนจะถูกพันรอบท่อแต่ละท่อ โดยยึดไว้ด้วยวงแหวนยึด PTFE ตาข่ายให้ค่าการนำไฟฟ้าและความทนทานสูง โดยมีท่อ PTFE เป็นตัวกั้นการกัดกร่อนระหว่างของไหลในกระบวนการและไอน้ำภายใน ส่วนตาข่ายบนท่อที่อยู่ติดกันเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าด้วยสายจัมเปอร์เพื่อสร้างแคโทดบัส

การออกแบบการแยกไฟฟ้า

ไอน้ำภายในท่อ PTFE ถูกแยกด้วยไฟฟ้าจากของเหลวในกระบวนการโดยผนังท่อ PTFE ท่อจ่ายไอน้ำและท่อส่งกลับคอนเดนเสทจะต้องแยกทางไฟฟ้าจากแคโทดบัสด้วย หน้าแปลนไดอิเล็กทริกหรือชิ้นส่วนแกนม้วนที่เป็นฉนวนที่จุดเชื่อมต่อไอน้ำและคอนเดนเสทจะทำลายความต่อเนื่องของโลหะ ทำให้มั่นใจได้ว่ากระแสแคโทดจะไหลผ่านจุดเชื่อมต่อบัสที่ต้องการ ไม่ใช่ผ่านท่อไอน้ำลงกราวด์

ชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าบนแต่ละท่อเชื่อมต่อกับบัสบาร์แคโทดที่ติดตั้งบนโครงรองรับตัวแลกเปลี่ยนความร้อน แต่แยกทางไฟฟ้าจากเฟรม บัสบาร์เชื่อมต่อกับขั้วลบของวงจรเรียงกระแส ชุดประกอบทั้งหมดได้รับการออกแบบเพื่อให้กระแสไฟเพียงเส้นทางเดียวจากอิเล็กโทรไลต์ไปยังวงจรเรียงกระแสคือผ่านพื้นผิวท่อนำไฟฟ้า และบัสแคโทด-ไม่มีเส้นทางกระแสไฟหลงทางลงกราวด์

การเพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้า-ทางความร้อน

ชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มความต้านทานความร้อนเล็กน้อยระหว่างผนังท่อให้ความร้อนด้วยไอน้ำ-กับอิเล็กโทรไลต์ สำหรับปลอกคอมโพสิตกราไฟท์-PTFE ที่ความหนา 0.5 มม. ความต้านทานความร้อนเพิ่มเติมจะอยู่ที่ประมาณ 0.001-0.002 m²·K/W ซึ่งจะลดค่า U โดยรวมลง 5-10% พื้นที่ผิวตัวแลกเปลี่ยนความร้อนจะเพิ่มขึ้นเป็นเปอร์เซ็นต์เดียวกันเพื่อชดเชย เพื่อให้มั่นใจว่าเป็นไปตามหน้าที่ความร้อนที่ออกแบบ

การกระจายกระแสไฟทั่วทั้งมัดท่อจะขึ้นอยู่กับความต้านทานไฟฟ้าของชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ ท่อที่อยู่ห่างจากจุดเชื่อมต่อบัสแคโทดจะมีเส้นทางต้านทานสูงกว่าเล็กน้อย ความหนาของชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าและเกจสายจัมเปอร์ถูกเลือกเพื่อจำกัดแรงดันตกคร่อมมัดให้น้อยกว่า 50 mV ที่กระแสการออกแบบ เพื่อให้มั่นใจว่ามีการกระจายกระแสที่สม่ำเสมอ

สรุป

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE ที่ได้รับการดัดแปลงด้วยชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าภายนอกทำหน้าที่เป็นทั้งเครื่องทำความร้อนในกระบวนการและตัวสะสมกระแสแคโทดในเซลล์เคมีไฟฟ้า ปลอกคอมโพสิต PTFE เติมกราไฟท์-หรือตาข่ายโลหะที่ทนต่อการกัดกร่อน-มีฟังก์ชันนำไฟฟ้าในขณะที่ยังคงความเฉื่อยของสารเคมี ผนังท่อ PTFE แยกวงจรไอน้ำออกจากวงจรไฟฟ้า การออกแบบฟังก์ชันคู่-ช่วยลดความซับซ้อนของเซลล์และกำจัดเครื่องทำความร้อนโลหะที่แยกจากกันซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดการกัดกร่อนและการปนเปื้อน

การสนับสนุนทางวิศวกรรมสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบรวม-การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE แบบอิเล็กโทรดนั้นมีให้เมื่อมีการส่งเคมีของอิเล็กโทรไลต์ อุณหภูมิในการทำงาน ข้อกำหนดความหนาแน่นกระแส และรูปทรงของเซลล์