什么是温度控制单元以及它们如何工作?

什么是温度控制单元以及它们如何工作?
传播热量

什么是温度控制单元以及它们如何工作?

进入任何塑料加工厂,您会看到它们:小金属盒,通常在脚轮上,管制到注塑模具,挤出工具或和挤出冷却罐。他们中的许多都被标记为Thermolator®。这些是什么?

热电阻器®是一个众所周知的温度控制单元(TCU)的品牌名称首先在20世纪50年代引入塑料行业。Conair于1977年获得了该品牌。多年来,Thermolator Tcus.已经如此可靠,已被广泛使用,塑料处理器经常在谈论任何TCU时使用术语“Thermolator”。

无论如何,温度控制单元正是名称所暗示的:用于调节窄范围内的过程温度的设备,以确保该过程的质量和效率。与冷却器不同,机械地去除热量,TCU可以通过用较低温水或通过热交换器直接交换内部加热器和冷却的温度。在高温应用(高于300°F以上),有些可以考虑热转印流体。

这些紧凑型单元包括泵,加热器和冷却系统,以及电子设备,以确保在注射模具或所使用的任何系统中实现并保持在适当的温度。

为什么温度控制重要?

无论该过程(成型或挤出)如何,温度都对聚合物的反应方式具有危重影响,如何使其流动,它如何快速且始终地将其设置为或从模具中除去的形式或以其他方式处理。塑料的冷却影响成品的许多不同属性,从表面光洁度到尺寸稳定性到其物理和机械性能。

在注塑成型中,需要精确的温度控制以允许冷却迅速地发生以最小化循环时间,但不如传热相关的质量问题出现,例如由过冷却或欠压的不正确的聚合物流动。冷却。当部件未完全固化时,后一种条件适用,因此,在从模具中喷射后粘在模具中或变形。当一些或所有的模腔不正确填充时,可以怀疑过冷。表面细节可能不会完全复制或更差,部分可能不完整(短镜头)。通常,高模压将使聚合物以较慢的速率冷却,这增加了部分收缩,并导致部分粘在模具中。低模压可能太快冷却零件并导致过度的模内应力。

挤出的情况并非如此不同,除了直到最近,流行的假设是更快地消除了热量,允许更高的吞吐率。在某些情况下可能是真的,但如果它们不小心,挤出处理器仍然针对表面光洁度和尺寸稳定性的许多相同问题。此外,当生产重壁挤出时,表面结构的快速冷却实际上可以隔离内部并防止正确的冷却。在许多情况下,挤出机已经开始使用TCU来提高冷却水的温度,以提供更受控的传热,以获得更好的结果,更高的生产率。

TCU如何工作?

温度控制单元中使用了几种不同的基本设计,但如上所述,它们都有几个常见的组件:

  • 电加热器
  • 精密控制器
  • 冷却阀控制水流

当然,泵负责通过该过程循环冷却流体并回到TCU。为了实现该方法的规定温度,例如,例如聚烯烃如聚烯烃,通常在70到80°F(21-27℃)和尼龙或聚碳酸酯等工程材料的范围内,可以在100时“冷却”- 200°F(38 - 93°C) - 可能需要电加热器。随着流体通过该过程循环,它在返回TCU之前,它不可避免地从聚合物上拾取热量。数字控制器将FROM-处理温度与指定的过程温度进行比较,并且可以通过几种不同的方法之一发起冷却。当启动冷模时,处理流体几乎需要加热,但是一旦它达到了适当的温度并且重复注入热材料,就会成为更关键的任务。能够冷却和热量允许TCU保持始终如一的理想温度。

TCU流体电路配置

直接注射

直喷:这是最简单的配置。它使用相同的源(冷却器,冷却塔或其他源)来填充电路并将流体泵送到该过程。从过程中返回流体进入混合罐。如果需要升高流体温度,则加热器元件接合以向流体添加热量。如果需要冷却过程流体,电磁阀将打开来自冷却器,塔或其他水源的“注入”冷水,直到达到正确的温度。过量的温水流出电路并返回塔或冷却器。这些系统通常可操作高达250°F(121°C)。

闭路

闭路:这种类型的电路还使用相同的源用于加工水和冷却水,但仅用于最初填充电路或弥补系统损失。因此,相反,注入冷却水以降低从工艺水的温度,闭合电路系统使用钎焊板热交换器来冷却工艺水。这种设计最佳适用于冷却过程至关重要的应用,因为其热交换器提供比直接注射中使用的简单冷却电磁阀更多的传热容量。闭路系统还可耐受潜在污染的冷却水,可在高达300°F(148°C)的温度下操作。

孤立的电路

隔离电路:顾名思义,该TCU设计完全将工艺流体与用于冷却液的水隔离。两个流体从不混合,所以可以在过程和冷却电路中使用不同的流体。如果使用转移流体或乙二醇混合物作为过程流体,则必须使用这种系统。孤立的电路系统仍然使用热交换器(管 - 管或钎焊盘),但冷却器或塔的冷却水和任何污染不能影响处理电路。由于冷却回路对大气开放,因此该配置限制在高达180°F(82°C)。

湍流

To ensure that proper process temperatures are maintained, TCUs must not only deliver heat-transfer fluid at the proper temperature, but must also provide ‘turbulent flow.’ This is important because as the process fluid flows through the passages of a mold, only the fluid in contact with the cooling channel surface will readily transfer heat. If the fluid moves too slowly, the result is what’s called ‘laminar flow,’ which is characterized by smooth, constant layers of fluid, traveling in a neat, straight, uninterrupted stream. Under laminate flow conditions, outer fluid layers insulate the inner fluid layers and limit heat-transfer capacity. Increasing the speed of the fluid through cooling channels achieves “turbulent flow,” which provides the random eddies, vortices and other flow instabilities needed to break up the fluid layers. Thus, the entire volume of fluid comes into contact with the walls of the cooling passages and heat transfer is maximized, resulting in more even temperatures and more efficient processing.

笔记:不同类型的流体流动的特征在于称为雷诺数的无量纲数,其基于流体速度,内部通道直径和流体粘度来计算。层流发生在低雷诺数,而在4000以上的雷诺数发生湍流。如将变得清晰,雷诺数是在计算在工艺条件下冷却模具所需的流体流量的雷诺数。

选择和调整TCU

一般而言,在选择和施加温度控制单元时,总是最好寻求设备供应商的帮助。但是,您可以期待查看泵尺寸,加热器容量,冷却能力和控制功能等设计考虑因素。并且存在某些信息,这对最终决定至关重要。以下描述假设注塑应用,但基本原理可以适用于任何过程。

  • 计算树脂载荷
    基于它们的性质,不同的聚合物材料以不同的方式发出热量,并且在确定温度控制单元的容量时必须考虑该因子。如果您运行各种材料,基于TCU对最难以冷却的材料所需的容量。如果您的模具使用热门跑步器,每千瓦加热负荷加入0.15吨冷却能力。
  • 计算流量
    如上所述,重要的是要确保流体通过加热/冷却通道快速移动以实现湍流。一般的ly, that is a Reynolds number between 4000 and 8000. Knowing the resin-cooling load and the difference between the to-process temperature and the from-process temperature (also known as the ‘approach temperature’) makes it possible to calculate the flow rate (gal/min or l/min) required. Then, pressure losses due to cooling hose diameter, number and size of couplings, etc., must be considered. Charts are readily available from TCU suppliers to help you use this information to determine the size of the pump required.
  • 泵选择
    使用泵性能图表,您可以将可用于所选TCU模型的泵上的性能曲线进行比较,以便您需要的性能(压力/流量)。选择一个泵,该泵在其性能曲线的“中间”中提供所需的压力/流动,以便泵电机和密封件不接受过度回收,并且泵提供较长的操作寿命。
  • 冷却阀
    基于所需的冷却总量和接近温度,选择冷却阀。重要的是要记住,泵本身有助于整体热负荷。总冷却要求是树脂载荷的总和加上泵贡献的热负荷。同样,图表可用于基于接近温度和所需的冷却总量来帮助确定冷却阀的理想尺寸。调制阀门,与简单的开/关电磁阀不同,有助于消除处理电路中的热冲击。
  • 加热器尺寸
    如上所述,启动冷模时需要加热器,使其可以加以加工温度。加热器尺寸(kW)是基于模具的尺寸确定的,其中含有它的材料,并且需要长时间升温模具。

利用您的供应商的专业知识

用于尺寸和选择温度控制单元的基本原理相对简单,并且在多年内得到了很好的成熟。您可以在Conair Webinar中找到更详细的解释,“温度控制器的好处以及如何选择系统。“但是,在理解和调整TCU以满足特定处理应用的微妙之处时,没有替代经验。

TCU技术不断变化,特别是在控制领域,今天提供各种便利功能,诊断功能和通信协议。热交换器设计中有不同类型的加热器控制和替代品。

因此,我们始终建议您寻求一个建议Conair员工专家或者你当地销售代表在进行最终决定之前。

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