Infracrveni grijač
Istorija [ obraditi ]
Nemačko-britanski astronom Ser Vilijam Herselu upućuje na otkriće infracrvenih zraka u 1800. Napravio je instrument koji se zove spektrometar koji meri veliku veličinu zračenja na različitim talasnim dužinama . Ovaj instrument je napravljen iz tri dela. Prva je bila prizma koja je uhvatila sunčevu svetlost i usmerila i raspršila boje na stol, a druga je bila mala ploča od kartona sa dovoljno širokim prorezom da bi prolazila kroz samo jednu boju, i konačno, tri živog srebra, stakleni termometri . Kroz svoj eksperiment Herschel je otkrio da je crveno svjetlo imalo najviši stepen promjene temperature u svjetlosnom spektru , međutim, infracrveno grijanje nije obično korišteno tek do II svjetskog rata . Tokom Drugog svjetskog rata infracrveno grijanje je postalo široko korišteno i prepoznato. Glavne primene bile su u metalnim završnim oblastima, posebno u sušenju i sušenju boja i lakova na vojnoj opremi. Banke sijalica sijalice bile su vrlo uspešno iskorišćene, ali po današnjim standardima intenzitet snage bio je veoma nizak. Tehnika je ponudila mnogo brže vreme sušenja od pećnice konvektora u to doba. Ublažavanje proizvodnje ublaženo je i održavana vojna oprema oružanim snagama. Nakon Drugog svjetskog rata, usvajanje tehnika infracrvene grejne vode nastavilo se, ali na mnogo sporiji osnovi. Sredinom pedesetih godina prošlog veka industrija motornih vozila počela je pokazivati interesovanje za mogućnosti infracrvene boje za lakiranje, a nekoliko infrardećih tunela proizvodne linije došlo je u upotrebu. [
Elementi [ obraditi ]
Najčešći materijal filamenta koji se koristi za električne infracrvene grejače je volframova žica, koja je zavijena da obezbedi više površine. Alternative za niske temperature za volfram su ugljenik ili legure gvožđa, hroma i aluminijuma (zaštitni znak i brend Kanthal ). Iako su ugljenični filamenti usredsređeni na proizvodnju, oni se zagrevaju mnogo brže od uporedivog grijača srednje talase na bazi filamenta FeCrAl.
Kada je svetlo nepoželjno ili nije neophodno u grijaču, preferirani su izbor keramičkih infracrvenih grejača. Sa 8 metara provodne žice otporne na legure, emituju se uniformisana toplota na celoj površini grijača i keramika je 90% upijajuća zračenja. Pošto su apsorpcija i emisija zasnovani na istim fizičkim uzrocima u svakom tijelu, keramika je idealna za materijal za infracrvene grejače.
Industrijski infracrveni grejači ponekad koriste zlatni premaz na kvarcnoj cevi koja odražava infracrveno zračenje i usmerava ga ka proizvodu koji se zagreva. Shodno tome, infracrveno zračenje na proizvodu se praktično udvostručuje. Zlato se koristi zbog otpornosti na oksidaciju i veoma visoke IR refleksije od približno 95%. [4]
Vrste [ Izmeni ]
Infracrveni grejači se najčešće koriste u infracrvenim modulima (ili emiterima) koji kombinuju nekoliko grejača kako bi postigli veće zagrevane površine.
Infracrveni grejači obično se klasifikuju po talasnoj dužini koju emituju:
Infracrveni (NIR) ili kratkotalasni infracrveni grejači blizu infracrvenog (NIR) ili visokog talasa rada rade na visokim temperaturama filamenta iznad 1800 ° C, a kada su raspoređeni u polju, postignu gustine velikih snaga od nekoliko stotina kW / m 2 . Njihova najveća talasna dužina je daleko ispod spektra apsorpcije vode, što ih čini neprikladnim za mnoge aplikacije sušenja. Pogodni su za zagrevanje silicijum dioksida gde je potrebna duboka penetracija.
Infracrveni grejači srednjeg talasa i ugljenika (CIR) rade na temperaturama filamenta oko 1000 ° C. Dostižu maksimalne gustine snage do 60 kW / m 2 (srednji talas) i 150 kW / m 2 (CIR).
Far infracrvene emiteri (FIR) se obično koriste u tzv. One predstavljaju samo viši i skuplji asortiman tržišta infracrvene saune. Umjesto da koriste keramičke emitere od ugljenika, kvarca ili visoke vatre, koji emituju blizu i srednje infracrveno zračenje, toplotu i svjetlost, daljinski infracrveni emiteri koriste niske vatne keramičke ploče koje ostanu hladne, iako emituju daleko infracrveno zračenje. [5]
Odnos između temperature i maksimalne talasne dužine izražen je Wienovim zakonom o raseljavanju .
Metal Wire Element [ obraditi ]
Elementi grijanja metalne žice prvi put su se pojavili u 1920-tim. Ovi elementi se sastoje od žice napravljene od hromela. Chromel je napravljen od nikla i hroma, a poznat je i kao nichrome . Ova žica je zatim zavijena u spiralu i omotana oko keramičkog tela. Kada se zagreje na visokim temperaturama, formira zaštitni sloj hrom-oksida koji štiti žicu od sagorevanja i korozije, to takođe uzrokuje da se element sjaji. [6]
Toplane [ obraditi ]
Lampa za grejanje je žarulja sa žaruljem koja se koristi za glavnu svrhu stvaranja toplote. Spektar sivog zračenja zračenja emitovan od strane sijalice se prebacuje na proizvodnju više infracrvene svetlosti . Mnoga toplinska sijalica uključuje crveni filter kako bi se smanjila količina emitovane vidljive svetlosti. Lampe za toplinu često uključuju unutrašnji reflektor.
Toplotne sijalice se obično koriste u tuševima i kupatilima za zagrevanje kupača iu oblastima za pripremu hrane u restoranima kako bi hranu bila topla prije služenja. Takođe se obično koriste za stočarstvo . Svjetiljke koje se koriste za živinu često se nazivaju žarišne lampe. Pored mladih ptica , druge vrste životinja koje mogu imati koristi od toplotnih sijalica uključuju gmizavce , vodozemce , insekte , arahnike i mlade od nekih sisara .
Utičnice koje se koriste za toplotne sijalice su obično keramičke, jer se plastične utičnice mogu rastopiti ili spaliti kada su izložene velikoj količini otpadne toplote proizvedene od strane sijalica, pogotovo kada se radi u "base up" položaju. Pokrov ili poklopac sijalice je uglavnom metal. Možda postoji zaštitnik žice preko prednjeg poklopca, kako bi se sprečilo dodirivanje vruće površine sijalice.
Obične sijalice sa žarulje za domaćinstvo takođe se mogu koristiti kao toplotne sijalice , ali se crvene i plave sijalice prodaju za korištenje u sijalicama i leptirima. Sijalice od 250 W vruće se pakuju u formu "R40" (5 "reflektora") sa srednjom vijčanom bazom.
Sijalice za toplotu mogu se koristiti kao medicinski tretman kako bi se obezbedila suva toplota kada su drugi tretmani neefikasni ili nepraktični. [7]
Keramički infracrveni toplotni sistemi [ obraditi ]
Keramički infracrveni elementi grijanja se koriste u raznovrsnim industrijskim procesima gde je potrebno dugotrajno infracrveno zračenje. Njihova korisna talasna dužina je 2-10 μm. Često se koriste u oblasti zdravlja životinja / kućnih ljubimaca. Keramički infracrveni grejači (emiteri) se proizvode sa tri osnovna emiterska lica: korito (konkavno), ravno, i sijalica ili Edison vijčani element za normalno postavljanje preko držača E27 keramičke lampe.
Far-Infrared [ obraditi ]
Ova tehnologija grejanja se koristi u nekim skupim infracrvenim saunama. Takođe se nalazi u grejačima prostora. Ovi grejači koriste keramičke emitere sa niskim vatrom (obično prilično velike panele) koje emituju dugotrajno infracrveno zračenje. Zbog toga što su grejni elementi na relativno niskoj temperaturi, dalekosežni grijači ne daju emisiju i mirise od prašine, prljavštine, formaldehida, toksičnih dimnih ploča od premaza boje, itd. Ovo je učinilo ovakav način grijanja prostora veoma popularnim među ljudima sa teške alergije i višestruku hemijsku osjetljivost u Evropi. Pošto daleko infracrvene tehnologije ne zagrijavaju vazduh iz sobe direktno, važno je maksimizirati izloženost dostupnih površina koje zatim emituju toplotu kako bi obezbedile ravnomerno okruglost ambijentalne topline.
Kvarcne svjetiljke [ obraditi ]
Obriši kvarcni element
Halogene sijalice su žarulje sa žaruljem napunjenim halogenom visokog pritiska. Ovaj gas se kombinuje sa malom količinom broma ili joda što uzrokuje regeneraciju atoma volframa smanjenjem isparavanja filamenta. To dovodi do dalekog vremena halogenih sijalica od žarulja. Zbog visokog pritiska i temperature proizvedene su halogene sijalice koje su relativno male i izrađene su od kvarcnog stakla, jer ima topliju toplotu od standardnog stakla . Uobičajene upotrebe halogenih sijalica su grijači na stolu. [9] [9]
Kvarcni infracrveni elementi grijanja emituju srednju talasnu infracrvenu energiju i posebno su efikasni u sistemima u kojima je potreban hitan odašiljač. Tubularne infracrvene sijalice u kvarcnim sijalicama proizvode infracrveno zračenje na talasnim dužinama od 1.5-8 μm. Zatvorena filamenta radi na oko 2500 K , stvarajući više radijacije kraće od talasa od otvorenih izvora žice. Razvijena 1950-ih godina u General Electric-u , ove lampice proizvode oko 100 W / in ( 4 W / mm ) i mogu se kombinovati da zrače 500 W po kvadratnom stopalu ( 5400 W / m 2 ). Da bi postigli još veću gustinu snage, korišćene su halogene sijalice . Kvarcne infracrvene sijalice se koriste u visoko poliranim reflektorima radi direktnog zračenja u uniformnom i koncentrovanom obliku.
Kvarcne toplotne lampe se koriste u preradi hrane, hemijskoj obradi, sušenju boja i odmrzavanju smrznutih materijala. Mogu se koristiti i za udobno zagrijavanje na hladnim mjestima, u inkubatorima iu drugim primjenama za grijanje, sušenje i pečenje. Tokom razvoja vozila za ponovno ulazak u prostor, koriste se kvarcne infracrvene sijalice za ispitivanje materijala za zaštitu od toplotne energije sa gustinom snage do 28 kilovata / kvadratna stopa (300 kW / m 2 ). [10]
Najčešći projekti se sastoje od satin mlečne bijele kvarcne staklene cijevi ili bistreg kvarca sa električno otpornim elementom, obično volframovom žicom , ili tankom svitkom od gvožđe-hrom-aluminijumske legure. [11] U atmosferskom zraku se uklanja i napuni inertnim gasovima kao što su azot i argon koji su zatim zaptivni. U kvarcnim halogenim sijalicama dodata je mala količina halogenog gasa kako bi se produžio radni vek grijača.
Veliki deo infracrvene i vidljive energije je uzrokovan direktnim zagrevanjem kvarcnog materijala, 97% bliskog infracrvenog aparata apsorbuje silika kvarcna staklena cev koja uzrokuje povećanje temperature zida cevi, što uzrokuje vezu između silika i kiseonika da zrači daleke infracrvene zrake. Elementi grijanja kvarcnog stakla su prvobitno bili projektovani za primenu u rasvjetu, ali kada je sijalica u punom naponu manje od 5% emitovane energije je u vidljivom spektru. [12]
Quartz Tungsten [ obraditi ]
Kvarcni grejač
Kvarcni volframovi infracrveni grejači emituju srednju talasnu energiju koja dostiže radne temperature do 1500 ° C (srednji talas) i 2600 ° C (kratki talas). Dostižu radnu temperaturu u roku od nekoliko sekundi. Maksimalne emisije talasnih dužina otprilike 1,6 μm (srednji talasni infracrveni) i 1 μm (kratkotrajni infracrveni).
Carbon Heater [ obraditi ]
Ugalj od ugljeničnih vlakana
Ugaljni grejači koriste element za zagrijavanje od ugljeničnih vlakana koji mogu proizvoditi dugu, srednju i kratkotrajnu infracrvenu toplotu. Oni moraju biti precizno određeni za prostore koji se zagrevaju. [13]
Gas-Fired [ obraditi ]
Postoje dva osnovna tipa infracrvenih zračnih grejača.
Svjetlosni ili visoki intenzitet
Radijentni grejači cevi
Grijaci koji se koriste u industrijskom i komercijalnom građevinskom prostoru zagrevaju prirodni gas ili propan za zagrevanje cevi čelika. Gas koji prolazi kroz kontrolni ventil prolazi kroz gorionik ili Venturi . Gasovi proizvoda sagorevanja zagrijavaju emitersku cev. Kako se cev zagreva, sjajna energija iz cevi propušta podove i druge objekte u tom području, zagrevajući ih. Ovaj oblik grijanja održava toplotu čak i kada se iznenada uvede velika količina hladnog vazduha, kao što su garaže za održavanje. Međutim, ne mogu se boriti protiv hladnoće.
Efikasnost infracrvenog grijača je ocena ukupne energije koju potroši grijač u poređenju sa količinom proizvedene infracrvene energije. Iako će uvek biti izvesne količine konvektivne toplote koja se generiše kroz proces, svako uvođenje kretanja vazduha preko grijača će smanjiti njegovu efikasnost u konverziji. Sa novim neutreniranim reflektorima, sijale cijevi imaju sjajnu efikasnost od oko 60%. [Ostalih 40% se sastoji od nepovratnih sivih zraka + konvektivnih gubitaka i gubitaka dimnih gasova.]
Zdravstveni efekti [ obraditi ]
Pored opasnosti dodirivanja vrele sijalice ili elementa, infracrveno kratkovalovno zračenje visokog intenziteta može prouzrokovati indirektne termalne opekotine kada je koža predugo izložena ili je grejalica postavljena suviše blizu subjekta. Pojedinci koji su izloženi velikim količinama infracrvenih zračenja (kao što su staklači i zavarivači) tokom dužeg vremenskog perioda mogu razviti depigmentaciju irisa i neprozirnost vodenog humora , pa se izloženost treba moderirati. [14]
Efikasnost [ obraditi ]
Električno grejani infracrveni grejači zrače do 86% njihovog ulaza kao sjajna energija. [15] Skoro sve ulazne električne energije pretvaraju se u infracrveno zračenje toplote u filamentu i usmeravaju se na proizvod [ reflektorima neophodnim pojašnjenjima ] . Neka toplotna energija se uklanja iz grejnog elementa pomoću provodljivosti ili konvekcije , što uopšte ne može biti gubitak kod nekih projekata u kojima je poželjna sva električna energija u zagrejanom prostoru, ili se može smatrati gubitkom, u situacijama kada samo zračenje prenos toplote je poželjan ili produktivan.
Za praktične primene, efikasnost infracrvenog grijača zavisi od usklađivanja emitovane talasne dužine i spektra apsorpcije materijala koji se zagreva. Na primjer, apsorpcioni spektar za vodu ima svoj vrhunac na oko 3000 nm . To znači da se emisije srednjih talasa ili ugljeničnih infracrvenih grejača mnogo bolje apsorbuju premazi na vodu i vodu nego NIR ili kratkovalovno infracrveno zračenje. Isto važi za mnoge plastike poput PVC ili polietilena. Njihova maksimalna apsorpcija je oko 3500 nm . S druge strane, neki metali apsorbuju samo u kratkom talasnom opsegu i pokazuju snažnu refleksivnost u srednjoj i daljoj infracrvenoj površini. Ovo omogućava pažljivu selekciju prave infracrvenog grijača tip značajnog za energetsku efikasnost u procesu grijanja. [ citation needed ]
Keramički elementi rade na temperaturi od 300 do 700 ° C (570 do 1.290 ° F) i proizvode infracrvene talasne dužine u rasponu od 2000 do 10 000 nm . Većina plastike i mnogih drugih materijala apsorbuju najbolje infracrvene površine u ovom asortimanu, što čini keramički grejač najpogodniji za ovaj zadatak. [ citation needed ]
Aplikacije [ obraditi ]
Infracrveni grijač za kuvanje döner kebab
IR grejači mogu zadovoljiti različite zahteve za grejanjem, uključujući:
Izuzetno visoke temperature, ograničene uglavnom maksimalnom temperaturom emitera
Brzo vrijeme odziva, u trajanju od 1-2 sekunde
Temperaturni gradijenti, posebno na mrežnim materijalima sa visokom toplotnom energijom
Fokusirano zagrejano područje u odnosu na provodne i konvektivne metode grijanja
Bez kontakta, na taj način ne uznemiravaju proizvod kao provodne ili konvektivne metode grejanja
Prema tome, IR grejači primjenjuju se u mnoge svrhe, uključujući:
Sistemi grijanja
Lakiranje premaza
Plastično grijanje prije formiranja
Plastično zavarivanje
Staklo i metalna toplotna obrada
Kuvanje
Zagrijavanje sisančkih životinja ili zarobljenih životinja u zoološkim vrtovima ili veterinarskim klinikama
Klase fitnessa za jogu za smanjenje respiratornih problema vezanih za zagrevanje [16]
