Gebruik van een patroonverwarmer voor onderdompeling en luchtverwarming vergeleken met het inbrengen van massief- metaal
Toepassingen waarbij verwarming van vloeistoffen, gassen of open ruimtes vereist is, proberen soms elementen aan te passen die oorspronkelijk bedoeld waren om in metalen blokken te worden gestoken. Prestatieverschillen ontstaan doordat het cilindrische oppervlak van het verwarmingselement anders reageert met vloeistoffen of lucht dan met massief metaal. Een patroonverwarmer brengt energie het meest efficiënt over wanneer het gehele verwarmde oppervlak in contact komt met een geleidende vaste stof.
Bij het inbrengen van massief-metaal fungeert het omringende gereedschap als koellichaam en als mechanische ondersteuning. De nauwe diametrale speling en de gladde boringafwerking maximaliseren de geleiding. Bij vloeistofonderdompeling wisselt hetzelfde cilindrische oppervlak warmte uit door convectie, maar de wattdichtheid moet beperkt worden om filmkoken of plaatselijke oververhitting van de omhulling te voorkomen. Luchtverwarming is afhankelijk van nog lagere dichtheden en vereist vaak vinnen of geforceerde stroming om bruikbare overdrachtssnelheden te bereiken. In alle drie de gevallen blijft de cilindrische geometrie hetzelfde, maar de toelaatbare oppervlaktebelasting verandert dramatisch met het omringende medium.
Waargenomen problemen zijn onder meer droog-vuren wanneer een vloeistofniveau onder de verwarmde lengte zakt, kalkaanslag die de mantel isoleert tijdens onderdompeling, en te hoge manteltemperaturen wanneer een element met hoge- dichtheid wordt gebruikt voor vrije- luchtverwarming. Vocht of proceschemicaliën kunnen de mantel aantasten of in de isolatie migreren als de aansluitingen onvoldoende afdichting hebben. Thermische uitzetting in vrije lucht verschilt van uitzetting in een beperkte boring, waardoor de mechanische spanning op de cilinder en zijn interne componenten verandert.
Bij een juiste toepassing moet de wattdichtheid, het omhulselmateriaal en de stijl van de afsluiting overeenkomen met het warmteoverdrachtsmedium. Stevige-metalen inzet ondersteunt de hoogste dichtheden wanneer de pasvorm gecontroleerd is. Voor onderdompeling zijn lagere dichtheden en corrosie-bestendige legeringen vereist. Luchtverwarming vereist nog lagere belastingen of extra oppervlakte. Wanneer deze verschillen in acht worden genomen, presteert een patroonverwarmer betrouwbaar in het beoogde medium. Systemen die verwarmingszones van metalen-blokken, vloeistoffen en lucht- combineren, vereisen afzonderlijke specificatie van dichtheid, legering en afdichtingsmethode, zodat elk cilindrisch element geschikt blijft voor zijn specifieke thermische omgeving.
