Infračervený ohrievač
História [ Upraviť ]
Nemecký-britský astronóm sir William Herschel je pripísaný s objavom infračerveného žiarenia v roku 1800. Urobil nástroj nazývaný spektrometer na meranie veľkosti sálavej sily pri rôznych vlnových dĺžkach . Tento nástroj bol vyrobený z troch kusov. Prvým z nich bol hranol, ktorý zachytil slnečné svetlo a nasmeroval a rozložil farby na stôl, druhý bol malý kartón s dostatočne širokou štrbinou, aby prešla len jednou farbou, a nakoniec tri ortuťové vrstvy, sklenené teplomery . Prostredníctvom svojho experimentu Herschel zistil, že červené svetlo malo najvyšší stupeň zmeny teploty v svetelnom spektre , avšak infračervené vykurovanie sa bežne nepoužívalo až do druhej svetovej vojny . Počas druhej svetovej vojny sa infračervené vykurovanie stalo všeobecne používaným a uznávaným. Hlavné aplikácie boli v oblasti kovových úprav, najmä pri vytvrdzovaní a sušení farieb a lakov na vojenskej výbave. Banky žiaroviek sa používali veľmi úspešne, ale podľa dnešných štandardov boli intenzity výkonu veľmi nízke. Táto technika priniesla oveľa rýchlejšie schnutie ako pece na konvekciu paliva v danom čase. Výrobné úzke miesta boli zmiernené a vojenské dodávky pre ozbrojené sily boli zachované. Po druhej svetovej vojne pokračoval proces infračerveného vykurovania, ale na omnoho pomalšie. V polovici 50. rokov sa automobilový priemysel začal zaujímať o možnosti infračerveného prenosu na vytvrdzovanie farieb a začalo sa využívať množstvo infračervených tunelov výrobnej linky. [
Prvky [ Upraviť ]
Najbežnejším materiálom vlákna používaným pre elektrické infračervené ohrievače je volfrámový drôt, ktorý je navíjaný tak, aby poskytoval väčší povrch. Alternatívy nízkej teploty pre volfrám sú uhlík alebo zliatiny železa, chrómu a hliníka (ochranná známka a značka Kanthal ). Zatiaľ čo uhlíkové vlákna sú viac živé na produkciu, ohrievajú sa oveľa rýchlejšie ako porovnateľný ohrievač strednej vlny založený na vlákne FeCrAl.
Ak je svetlo v ohrievači nežiaduce alebo nie je potrebné, preferujú sa keramické infračervené žiariče. Obsahujúc 8 metrov odporového drôtu navíjaných zliatiny, vyžarujú rovnomerné teplo po celom povrchu ohrievača a keramika je 90% absorbujúca žiarenie. Keďže absorpcia a emisia sú založené na rovnakých fyzikálnych príčinách v každom tele, keramika je ideálne vhodná ako materiál pre infračervené ohrievače.
Priemyselné infračervené ohrievače niekedy používajú zlatý povlak na kremennej trubici, ktorý odráža infračervené žiarenie a smeruje ho k ohrievanému produktu. V dôsledku toho sa infračervené žiarenie dopadajúce na výrobok prakticky zdvojnásobuje. Zlato sa používa kvôli svojej odolnosti voči oxidácii a veľmi vysokej infračervenej odrazivosti približne 95%. [4]
Typy [ Upraviť ]
Infračervené ohrievače sa bežne používajú v infračervených moduloch (alebo bankách emitorov), ktoré kombinujú niekoľko ohrievacích prvkov na dosiahnutie väčších vyhrievaných plôch.
Infračervené ohrievače sú zvyčajne klasifikované podľa vlnovej dĺžky, ktorú vydávajú:
Infračervené ohrievače (NIR) alebo infračervené žiariče s krátkym vlnením pracujú pri vysokých teplotách vlákna nad 1800 ° C a pri usporiadaní na poli dosahujú vysokú hustotu stoviek kW / m 2 . Ich špičková vlnová dĺžka je značne pod absorpčným spektrom pre vodu, čo je nevhodné pre mnohé sušenie. Sú vhodné na ohrev kremeňa, kde je potrebná hlboká penetrácia.
Infračervené ohrievače so strednou vlnou a uhlíkom (CIR) pracujú pri teplotách vlákna okolo 1000 ° C. Dosahujú maximálnu hustotu výkonu až 60 kW / m 2 (stredná vlna) a 150 kW / m 2 (CIR).
Diaľkové infračervené žiariče (FIR) sa zvyčajne používajú v takzvaných nízkoteplotných infračervených saunách . Tie predstavujú len vyššie a drahšie rozmedzie trhu s infračervenou saunou. Namiesto použitia uhlíkových, kremenných alebo vysokoaktívnych keramických žiaričov, ktoré vyžarujú blízke a stredné infračervené žiarenie, teplo a svetlo, používajú ďaleko infračervené žiariče nízkoteplotné keramické platne, ktoré zostávajú studené a stále vyžarujú ďaleko infračervené žiarenie. [5]
Vzťah medzi teplotou a špičkovou vlnovou dĺžkou vyjadruje Wienov zákon o vysídlení .
Prvok kovového drôtu [ Upraviť ]
Ohrievacie prvky z kovových drôtov prvýkrát sa objavili v dvadsiatych rokoch. Tieto prvky pozostávajú z drôtu vyrobeného z chromelu. Chromel je vyrobený z niklu a chrómu a je tiež známy ako nichróm . Tento drôt bol potom zvinutý do špirály a obalený okolo keramického telesa. Pri zahrievaní na vysoké teploty vytvára ochrannú vrstvu oxidu chrómu, ktorá chráni drôt pred spálením a koróziou, čo tiež spôsobuje, že prvok bude žiarený. [6]
Tepelné žiarovky [ Upraviť ]
Tepelné svietidlo je žiarovka, ktorá sa používa hlavne na výrobu tepla. Spektrum žiarenia čierneho tela vyžarované lampou je posunuté, aby sa vytvorilo viac infračerveného svetla . Veľa tepelných žiaroviek obsahuje červený filter, aby sa minimalizovalo množstvo viditeľného svetla vyžarovaného. Tepelné žiarovky často obsahujú vnútorný reflektor.
Tepelné svietidlá sa bežne používajú v sprchách a kúpeľniach na ohrievanie kúpajúcich sa v reštauráciách a reštauráciách na prípravu potravín, aby sa pred servírovaním udržiavali teplé jedlá. Sú tiež bežne používané na chov zvierat . Svetlá používané na hydinu sú často nazývané medzery. Okrem mladých vtákov , iné druhy zvierat, ktoré môžu využívať tepelné lampy, zahŕňajú plazy , obojživelníky , hmyz , pavúkov a mladých niektorých cicavcov .
Zásuvky, ktoré sa používajú na tepelné svietidlá, sú zvyčajne keramické, pretože plastové zásuvky sa môžu roztaviť alebo spáliť, keď sú vystavené veľkému množstvu odpadového tepla produkovaného svietidlami, a to najmä vtedy, keď sú v prevádzke v základnej polohe. Plášť alebo krycia časť lampy je zvyčajne kovová. Na prednej strane ochranného krytu môže byť ochranný vodič, aby nedošlo k dotyku s horúcim povrchom žiarovky.
Bežné žiarovky žiarovky pre domácnosť sa môžu používať aj ako žiarovky , ale červené a modré žiarovky sa predávajú na použitie v žiabrovkách a plazmových lampách. 250- W tepelné žiarovky sú bežne zabalené do tvaru "R40" (5 "reflektorové žiarovky) s medzikusom.
Tepelné žiarovky môžu byť použité ako lekárske ošetrenie na poskytnutie suchého tepla, ak iné liečby sú neúčinné alebo nepraktické. [7]
Keramické infračervené systémy tepla [ Upraviť ]
Keramické infračervené vykurovacie články sa používajú v rôznych priemyselných procesoch, kde sa vyžaduje dlhodobé infračervené žiarenie. Ich užitočný rozsah vlnových dĺžok je 2 až 10 μm. Často sa používajú aj v oblasti starostlivosti o zvieratá a domácich zvierat. Keramické infračervené ohrievače (emitéry) sú vyrábané s tromi základnými vyžarovacími plochami: žľabom (konkávnym), plochým a žiarovkovým alebo skrutkovým prvkom Edison pre normálnu inštaláciu pomocou držiaka keramickej lampy E27.
Far-infrared [ Upraviť ]
Táto vykurovacia technológia sa používa v niektorých drahých infračervených saunách. Nájdete ho aj v ohrievačoch. Tieto ohrievače používajú nízkoenergetické keramické žiariče (zvyčajne pomerne veľké panely), ktoré vyžarujú dlhodobé infračervené žiarenie. Pretože vykurovacie telesá sú na relatívne nízkej teplote, infračervené ohrievače nedávajú emisie a zápach z prachu, nečistôt, formaldehydu, toxických výparov z náteru atď. To spôsobilo, že tento typ vykurovania miestností je veľmi populárny u ľudí s závažné alergie a rozmanitosť chemickej citlivosti v Európe. Pretože ďaleko infračervená technológia priamo nezahrieva vzduch v miestnosti, je dôležité maximalizovať expozíciu dostupných povrchov, ktoré potom znovu vyžarujú teplo, aby sa dosiahlo dokonca všestranné teplo okolia.
Kremeňové žiarovky [ Upraviť ]
Číry kremenný prvok
Halogénové žiarovky sú žiarovky naplnené vysoko tlakovým halogénovým plynom. Tento plyn je kombinovaný s malým množstvom brómu alebo jódu, ktorý spôsobuje regeneráciu atómov volfrámu znížením odparovania vlákna. To vedie k oveľa dlhšej životnosti halogénových žiaroviek ako žiaroviek. Vzhľadom na to, že sa vyrábajú vysokotlakové a teplotné halogénové žiarovky, sú relatívne malé a vyrobené z kremeňového skla, pretože majú teplejšiu teplotu topenia než štandardné sklo . Spoločné používanie halogénových žiaroviek sú ohrievače stola. [8] [9]
Kremenné infračervené vykurovacie články vyvíjajú strednú infračervenú energiu a sú mimoriadne účinné v systémoch, kde je potrebná rýchla reakcia ohrievača. Tubulárne infračervené žiarovky v kremenných žiarovkách vytvárajú infračervené žiarenie v vlnových dĺžkach 1,5 až 8 μm. Priložené vlákno pracuje pri teplote okolo 2500 K , pričom produkuje žiarenie s kratšou vlnovou dĺžkou ako otvorené zdroje drôtovej cievky. Vyvinuté v 50. rokoch minulého storočia v spoločnosti General Electric produkujú tieto lampy približne 100 W / in ( 4 W / mm ) a môžu sa kombinovať na vyžarovanie 500 wattov na štvorcový stôl ( 5400 W / m 2 ). Pre dosiahnutie ešte vyššej hustoty výkonu boli použité halogénové žiarovky . Kremenné infračervené žiarovky sa používajú vo vysoko leštených reflektoroch na priame žiarenie v jednotnom a koncentrovanom vzore.
Kremeňové žiarovky sa používajú pri výrobe potravín, pri chemickom spracovaní, pri sušení farieb a pri rozmrazovaní zmrazených materiálov. Môžu sa tiež použiť na komfortné vykurovanie v studených priestoroch, v inkubátoroch av iných aplikáciách na vykurovanie, sušenie a pečenie. Pri vývoji vesmírnych spätných vozidiel sa na testovanie tepelných štítov použili banky s kremennými infračervenými žiarivkami s výkonovou hustotou až 28 kilowattov štvorcových stôp (300 kW / m 2 ). [10]
Najbežnejšie konštrukcie pozostávajú buď zo saténovo mliečne bieleho kremenného skla alebo z číreho kremeňa s elektricky odolným prvkom, zvyčajne z wolfrámového drôtu , alebo z tenkej špirály zliatiny železa, chrómu a hliníka. [11] Atmosferický vzduch sa odstráni a naplní sa inertnými plynmi, ako je dusík a argón, a potom sa uzavrie. V kremenných halogénových žiarovkách sa pridáva malé množstvo halogénového plynu na predĺženie životnosti ohrievača.
Väčšina uvoľnenej infračervenej a viditeľnej energie je spôsobená priamym zahrievaním kremenného materiálu, 97% blízkeho infračerveného žiarenia je absorbované kremenným kremenným skleneným tubusom, čo spôsobuje zvýšenie teploty steny rúrky, čo spôsobuje silikón-kyslík na vyžarovanie ďaleko infračervených lúčov. Tepelné články z kremenného skla boli pôvodne navrhnuté pre osvetľovacie aplikácie, ale ak je lampa na plný výkon, menej ako 5% emitovanej energie je vo viditeľnom spektre. [12]
Kremeň wolfrám [ Upraviť ]
Ohrievač kremeňa
Kremenné wolfrámové infračervené ohrievače vyžarujú energiu strednej vlny dosahujúcu prevádzkové teploty až do 1500 ° C (stredná vlna) a 2600 ° C (krátka vlna). Dosiahnu prevádzkovú teplotu v priebehu niekoľkých sekúnd. Emisie špičkovej vlnovej dĺžky približne 1,6 μm (stredná vlnová infračervená) a 1 μm (infračervené s krátkou vlnou).
Karbónový ohrievač [ Upraviť ]
Ohrievač uhlíkových vlákien
Uhlíkové ohrievače používajú vykurovací prvok z uhlíkových vlákien schopný produkovať dlhé, stredné a krátke vlnové infračervené teplo. Musia byť presne špecifikované pre vyhrievané priestory. [13]
Plynové [ Upraviť ]
Existujú dva základné typy infračervených žiaričov.
Svetelná alebo vysoká intenzita
Ohrievače sálavých rúr
Plynové vykurovacie telesá sálavé trubice, ktoré sa používajú na vykurovanie priemyselných a komerčných budov, spaľujú zemný plyn alebo propán na ohrev oceľovej trubice. Plyn, ktorý prechádza riadiacim ventilom, preteká horákom pohárika alebo venturi . Spaľovacie plynové produkty ohrievajú žiaričovú trubicu. Keď sa trubica ohrieva, vyžaruje radiantná energia z trubice podlahy a iné predmety v oblasti a otepľuje ich. Táto forma vykurovania udržuje teplo aj vtedy, keď je náhle zavedený veľký objem chladného vzduchu, ako napríklad v údržbových garážach . Nemôžu však bojovať proti studenému ponoru.
Účinnosť infračerveného ohrievača predstavuje celkové množstvo energie spotrebovanej ohrievačom v porovnaní s množstvom vyrobenej infračervenej energie. Zatiaľ čo v procese bude vždy dochádzať k určitému množstvu konvekčného tepla, akékoľvek zavedenie pohybu vzduchu cez ohrievač zníži jeho účinnosť konverzie infračerveného žiarenia. S novými neupravenými reflektormi majú sálavé rúrky účinnosť zhlukovania okolo 60%. [Ostatné 40% zahŕňa nevyhrateľné hore sálavé + konvekčné straty a straty spalín.]
Zdravotné efekty [ Upraviť ]
Okrem nebezpečenstva dotyku horúcej žiarovky alebo prvku môže vysokointuálne infračervené žiarenie krátkeho vlnenia spôsobiť nepriame tepelné popáleniny, keď je pokožka vystavená príliš dlho alebo je ohrievač umiestnený príliš blízko subjektu. Jednotlivci, ktorí sú vystavení veľkému množstvu infračerveného žiarenia (ako sú dymové a oblúkové zváračky) počas dlhého časového obdobia, môžu vyvinúť depigmentáciu dúhovky a nepriehľadnosť komorovej vody , a preto by sa mala zmierniť expozícia. [14]
Účinnosť [ Upraviť ]
Elektricky ohrievané infračervené ohrievače vyžarujú až 86% svojho vstupu ako žiarivú energiu. [15] Takmer celá elektrická energia je premenená na infračervené sálavé teplo vo vlákne a nasmerovaná na produkt [ vyčírenie potrebných ] reflektorov. Niektorá tepelná energia sa z vykurovacieho telesa odstráni vedením alebo konvekciou , čo nemusí byť pre niektoré konštrukcie, kde je všetka elektrická energia požadovaná vo vyhrievanom priestore, alebo sa môže považovať za stratu, v prípade, prenos tepla je žiaduci alebo produktívny.
Pre praktické aplikácie závisí účinnosť infračerveného ohrievača od prispôsobenia vyžarovanej vlnovej dĺžky a absorpčného spektra materiálu, ktorý sa má ohrievať. Napríklad absorpčné spektrum pre vodu má svoj vrchol približne na 3000 nm . To znamená, že emisia z infračervených ohrievačov so strednou vlnou alebo uhlíkovým infračerveným žiarením je oveľa lepšie absorbovaná povlakom na báze vody a vody ako NIR alebo infračervené žiarenie krátkeho vlnenia. To isté platí pre mnoho plastov, ako je PVC alebo polyetylén. Ich špičková absorpcia je okolo 3500 nm . Na druhej strane niektoré kovy absorbujú iba v krátkych vlnových pásmach a vykazujú silnú odrazivosť v strednej a ďalekej infračervenej oblasti. Tým je dôležitý výber správneho typu infračerveného ohrievača dôležitý pre energetickú účinnosť v procese vykurovania. [ citácia potrebná ]
Keramické prvky pracujú pri teplote 300 až 700 ° C (570 až 1 290 ° F) a vytvárajú infračervené vlnové dĺžky v rozmedzí 2000 až 10 000 nm . Väčšina plastov a mnoho ďalších materiálov absorbuje infračervené žiarenie najlepšie v tomto rozsahu, čo robí keramický ohrievač najvhodnejší pre túto úlohu. [ citácia potrebná ]
Aplikácie [ Upraviť ]
Infračervený ohrievač na varenie döner kebab
Infračervené ohrievače môžu uspokojiť rôzne požiadavky na vykurovanie, vrátane:
Extrémne vysoké teploty, obmedzené najmä maximálnou teplotou emitoru
Rýchly čas odozvy, v poradí 1-2 sekúnd
Teplotné gradienty, najmä na materiáloch s vysokým príkonom tepla
Sústredená vyhrievaná oblasť vzhľadom na vodivé a konvekčné metódy vykurovania
Bezkontaktné, čím výrobok neporušuje ako metódy vodivého alebo konvekčného ohrevu
IR ohrievače sa teda používajú na mnohé účely vrátane:
Vykurovacie systémy
Vytvrdzovanie náterov
Plastové vykurovanie pred tvárnením
Zváranie plastov
Tepelné spracovanie skla a kovov
varenie
Otepľovanie dojčiacich zvierat alebo zvierat v zajatí v zoologických záhradách alebo veterinárnych klinikách
Hot jóga fitness triedy na zmiernenie respiračných problémov, ktoré predstavujú konvekčné vykurovanie [16]
