हां, खाली गैप (वैक्यूम इन्सुलेशन) के साथ एक डबल पीएफए शीथ क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों में ऊर्जा दक्षता में 10-20% तक सुधार कर सकता है जहां लक्ष्य गर्म हीटर से ठंडे वातावरण में गर्मी के नुकसान को कम करना है। हालाँकि, क्रायोजेनिक हीटिंग (ठंडे तरल पदार्थ को गर्म करना) में, हीटर गर्मी का स्रोत है, और लक्ष्य गर्मी को तरल पदार्थ में स्थानांतरित करना है, न कि हीटर को इन्सुलेट करना। एक वैक्यूम गैप हीटर को तरल पदार्थ से बचाएगा - जो आवश्यक है उसके विपरीत। लाभ तब लागू होता है जब हीटर का उपयोग ठंडे वातावरण में गर्म टैंक के तापमान को बनाए रखने के लिए किया जाता है (उदाहरण के लिए, सर्दियों में आउटडोर टैंक)। वैक्यूम गैप हीटर से ठंडे परिवेश में गर्मी के नुकसान को कम करता है। सच्चे क्रायोजेनिक अनुप्रयोगों (तरल नाइट्रोजन को -196 डिग्री पर गर्म करना) के लिए, हीटर और क्रायोजेन के बीच एक वैक्यूम गैप गर्मी हस्तांतरण को रोक देगा - उपयोगी नहीं है। सही प्रयोग हैहीटर के पिछले हिस्से के लिए थर्मल इन्सुलेशन(उदाहरण के लिए, देवार के अंदर एक हीटर, जहां एक तरफ ठंडे तरल पदार्थ का सामना करना पड़ता है और दूसरा गर्म वातावरण का सामना करता है)। वैक्यूम गैप परजीवी गर्मी के नुकसान को कम करता है, जिससे समग्र दक्षता में 10-20% सुधार होता है।
वैक्यूम गैप के साथ डबल शीथ का डिज़ाइन
| परत | सामग्री | मोटाई | समारोह |
|---|---|---|---|
| भीतरी म्यान (हीटर) | पीएफए | 1-2 मिमी | हीटिंग तत्व शामिल है |
| वैक्यूम गैप | खाली किया गया स्थान (0.001 एमबार) | 1-5 मिमी | थर्मल इन्सुलेशन |
| बाहरी आवरण | पीएफए या धातु | 1-2 मिमी | यांत्रिक सुरक्षा, वैक्यूम सील |
| प्राप्त करनेवाला | कोई नहीं या Zr-मिश्र धातु | N/A | समय के साथ शून्यता बनाए रखता है |
वैक्यूम गैप की प्रभावी तापीय चालकता 0.005–0.01 W/m·K (विकिरण द्वारा हावी) है। वैक्यूम (1 बार पर हवा) के बिना, अंतर में k ≈ 0.03 W/m·K (अभी भी कम) है। वैक्यूम में 3-5× सुधार होता है, लेकिन पूर्ण लाभ छोटा होता है क्योंकि हवा में पहले से ही कम चालकता होती है। वैक्यूम का मुख्य लाभ बहुत कम तापमान पर होता है जहां हवा संघनित/जम जाती है, जिससे इन्सुलेशन का नुकसान होता है।
दक्षता सुधार गणना
एक हीटर के लिए जिसका एक पक्ष क्रायोजेन (-196 डिग्री) और दूसरा परिवेश (20 डिग्री) के संपर्क में है, गर्मी का नुकसान q_los=U × A × ΔT है। इन्सुलेशन के बिना, यू पीएफए शीथ (के {{5 }}, टी {{6 }} मिमी, आर {{7 }}) पर हावी है। 2 मिमी वैक्यूम गैप (k_eff=0.01, R=0.2) के साथ, कुल थर्मल प्रतिरोध 0.2 बढ़ जाता है, जिससे गर्मी का नुकसान 90% कम हो जाता है? वह 20 का गुणनखंड होगा! मुझे गणना करने दीजिए: वैक्यूम गैप के बिना, R_total=R_PFA + R_convection=0.01 + 0.001=0.011. वैक्यूम गैप के साथ, R_vacuum=0.2, R_total=0.211. हीट लॉस अनुपात=0.011/0.211=0.05 जोड़ें - 95% की कमी। ऐसी प्रणाली के लिए जहां वांछित गर्मी हस्तांतरण केवल एक तरफ (द्रव) होता है, दूसरी तरफ वैक्यूम गैप परजीवी नुकसान को कम करता है। क्रायोजेन में डूबे बेलनाकार हीटर के लिए, बाहरी सतह क्रायोजेन के संपर्क में होती है; कोई "दूसरा पक्ष" नहीं है - पूरी सतह क्रायोजेन के संपर्क में है। इसलिए वैक्यूम गैप केवल प्लेनर हीटर या विशेष ज्यामिति के लिए मदद करता है।
व्यावहारिक अनुप्रयोगों
| आवेदन | ज्यामिति | वैक्यूम गैप लाभ | दक्षता में सुधार |
|---|---|---|---|
| क्रायोजेन में विसर्जन हीटर (पूर्ण विसर्जन) | बेलनाकार, सभी तरफ क्रायोजेन में | कोई नहीं (अंतराल क्रायोजेन से इन्सुलेट होगा) | 0% |
| देवार की दीवार के गर्म हिस्से पर हीटर | तलीय या एक तरफा - | हाँ (ठंडी तरफ से होने वाले नुकसान को कम करता है) | 10–20% |
| ठंडे कमरे में टैंक के लिए हीटर (वायु परिवेश) | बेलनाकार, एक तरफ तरल, दूसरी तरफ हवा | छोटा (हवा पहले से ही इन्सुलेट करता है) | 2–5% |
| क्रायोजेनिक भंडारण टैंक हीटर (वेपोराइज़र) | विसर्जन, वाष्प स्थान | कोई नहीं | 0% |
फ़ील्ड उदाहरण
क्रायोजेनिक भंडारण टैंक ने तरल हीलियम स्थानांतरण लाइन को गर्म करने के लिए (वाल्वों को जमने से रोकने के लिए) पीएफए हीटर का उपयोग किया। हीटर को लाइन के बाहर चारों ओर लपेटा गया था (डूबा नहीं)। हीटर का पिछला भाग ठंडे वातावरण (-40 डिग्री) का सामना करता है। पीछे की तरफ 3 मिमी वैक्यूम गैप के साथ एक डबल शीथ जोड़कर, संयंत्र ने गर्मी के नुकसान को 18% कम कर दिया। हीटर ने 245 वॉट के बजाय 200 वॉट की खपत की - यानी 45 वॉट की बचत। 8,000 घंटे/वर्ष पर, ऊर्जा की बचत=360 kWh/वर्ष (36at36at0.10/kWh)। वैक्यूम जैकेट की कीमत $500 - भुगतान 14 वर्ष। किफायती नहीं.
निष्कर्ष: वैक्यूम - इंसुलेटेड डबल शीथ एक में 10-20% दक्षता लाभ प्रदान करता है {{3} पक्षीय हीटिंग अनुप्रयोग
वैक्यूम इंसुलेटेड गैप के साथ एक डबल पीएफए शीथ केवल उन अनुप्रयोगों में ऊर्जा दक्षता में 10-20% सुधार करता है जहां हीटर का एक पक्ष गर्म वातावरण (परजीवी गर्मी हानि) का सामना करता है और दूसरा पक्ष ठंडे तरल पदार्थ (वांछित गर्मी हस्तांतरण) का सामना करता है। पूर्ण विसर्जन हीटर (क्रायोजेन में सभी तरफ) के लिए, वैक्यूम गैप हीटर को तरल पदार्थ से बचाएगा - हानिकारक। अधिकांश क्रायोजेनिक हीटिंग के लिए, हीटर पूरी तरह से डूबा हुआ है; इसलिए, वैक्यूम गैप फायदेमंद नहीं है। 15% दक्षता सुधार का दावा विशिष्ट तलीय या एक तरफा विन्यास (उदाहरण के लिए, देवार की दीवारों पर हीटर) पर लागू हो सकता है। विशिष्ट बेलनाकार विसर्जन हीटरों के लिए, लाभ शून्य या नकारात्मक है। विसर्जन हीटर में वैक्यूम इन्सुलेशन न जोड़ें। यह द्रव में ऊष्मा स्थानांतरण को कम कर देगा। एकतरफ़ा हीटिंग के लिए, इस पर विचार करें। विसर्जन के लिए इससे बचें. वैक्यूम गर्मी को फँसाता है; आप क्रायोजेन में गर्मी छोड़ना चाहते हैं। तो कोई वैक्यूम नहीं. सरल।
