Infracrveni grijač
Povijest [ Uredi ]
Njemački i britanski astronom Sir William Herschel pripisuje se otkriću infracrvenog zračenja 1800. godine. Napravio je instrument koji se zove spektrometar za mjerenje veličine zračenja na različitim valnim duljinama . Ovaj instrument je napravljen od tri komada. Prva je bila prizma koja je uhvatila sunčevu svjetlost i usmjerila i raspršila boje na stol, a drugu je bila mala ploča od kartona s prorezom dovoljno širokom da bi prolazila samo jedna boja i konačno, stakleni termometri . Kroz njegov eksperiment Herschel je utvrdio da crveno svjetlo ima najviši stupanj promjene temperature u svjetlosnom spektru , međutim, infracrveno grijanje nije bilo uobičajeno do Drugog svjetskog rata . Tijekom II. Svjetskog rata infracrveno grijanje postaje sve više korišteno i prepoznato. Glavne su primjene bile u polju za završnu obradu metala, osobito u stvrdnjavanju i sušenju boja i lakova na vojnoj opremi. Banke žarulja koristile su se vrlo uspješno, ali prema današnjim standardima intenziteti snage su bili vrlo niski. Tehnika je pružala mnogo brže vrijeme sušenja od peći za gorivo u toku vremena. Smanjenje uskih grla proizvodnje i održavanje vojnih potrepština oružanim snagama. Nakon Drugog svjetskog rata usvajanje tehnika infracrvenog grijanja nastavilo se, ali mnogo sporije. Sredinom pedesetih godina industrija motornih vozila počela je pokazivati zanimanje za sposobnosti infracrvenog zračenja za stvrdnjavanje boja, a broj infracrvenih tunela proizvodne linije ušao je u uporabu. [
Elementi [ Uredi ]
Najčešći materijal vlakana koji se koristi za električne infracrvene grijače je volframska žica, koja se spiralno uvlači kako bi se osigurala veća površina. Alternativne niske temperature za volfram su ugljik , ili legure željeza, kroma i aluminija (zaštitni znak i naziv tvrtke Kanthal ). Dok se ugljik filamenti više kreću za proizvodnju, oni se zagrijavaju mnogo brže nego usporedivi srednji valni grijač temeljen na FeCrAl filamentu.
Kada je svjetlost nepoželjna ili nije potrebna u grijaču, poželjni su izbor keramičkih infracrvenih radijacijskih grijača. Sadrže 8 metara žičane žice otpornu na legure, one emitiraju uniformnu toplinu na cijeloj površini grijalice, a keramika 90% upija zračenje. Budući da se apsorpcija i emisija temelje na istim fizičkim uzrocima u svakom tijelu, keramika je idealno prikladna kao materijal za infracrvene grijače.
Industrijski infracrveni grijači ponekad koriste zlatnu prevlaku na kvarcnoj cijevi koja reflektira infracrveno zračenje i usmjerava ga prema proizvodu koji se zagrijava. Posljedično tome, infracrveno zračenje koje utječe na proizvod gotovo je udvostručeno. Zlato se koristi zbog svoje otpornosti na oksidaciju i vrlo visoke reflektivnosti IR od približno 95%. [4]
Vrste [ Uredi ]
Infracrvene grijače se obično koriste u infracrvenim modulima (ili emiter bankama) koji kombiniraju nekoliko grijača kako bi se postigla veća zagrijana područja.
Infracrvene grijače se obično klasificiraju po valnoj duljini koju emitiraju:
U blizini infracrvenih (NIR) ili kratkometnih infracrvenih grijača djeluju pri visokim temperaturama vlakana iznad 1800 ° C, a kada su raspoređene na polju, dostižu visoku gustoću od nekoliko stotina kW / m 2 . Njihova vrhna valna duljina je znatno ispod apsorpcijskog spektra za vodu, što ih čini neprikladnim za mnoge primjene sušenja. Oni su prikladni za grijanje silike gdje je potrebno duboko prodiranje.
Srednje-valni i ugljični (CIR) infracrveni grijači djeluju pri temperaturi od oko 1000 ° C. Oni postižu maksimalnu gustoću snage do 60 kW / m 2 (srednje valno) i 150 kW / m 2 (CIR).
Far infracrveni emiteri (FIR) obično se koriste u tzv. Infracrvenim saunama niske temperature. To čine samo veći i skuplji raspon tržnice infracrvene saune. Umjesto ugljičnih, kvarcnih ili visokotlačnih keramičkih emitera koji emitiraju blisko i srednje infracrveno zračenje, topline i svjetlosti, daleko infracrveni emiteri koriste niske vatne keramičke ploče koje ostaju hladno, a istovremeno emitiraju daleko infracrveno zračenje. [5]
Odnos između temperature i vršne valne duljine izražava se Wienovim zakonom o premještanju .
Element žičane mreže [ Edit ]
Elementi za grijanje metalnih žica prvi su se pojavili 1920-ih. Ti elementi sastoje se od žice izrađene od kroma. Chromel je izrađen od nikla i kroma, a također je poznat i kao nikrom . Ta je žica potom spiralna i omotana oko keramičkog tijela. Kada se zagrijava na visoke temperature stvara zaštitni sloj krom-oksida koji štiti žicu od paljenja i korozije, to također uzrokuje osvijetljenje elemenata. [6]
Svjetiljke za toplinu [ Edit ]
Toplinska svjetiljka je žarulja sa žarnom niti koja se koristi za glavnu svrhu stvaranja topline. Spektar crnog tijela zračenja emitiran od strane svjetiljke se pomakne kako bi se proizvela više infracrvenog svjetla . Mnoge rasvjetne žarulje uključuju crveni filter kako bi se smanjila količina vidljive svjetlosti koja se emitira. Toplotne svjetiljke često uključuju unutarnji reflektor.
Toplinske svjetiljke obično se koriste u tušu i kupaonicama za tople kupače i u restoranima za pripremu hrane kako bi hrana bila topla prije posluživanja. Također se obično koriste za uzgoj životinja . Svjetla koja se koriste za perad često se nazivaju svjetiljke koje se bore. Osim mladih ptica , ostale vrste životinja koje mogu imati koristi od topline uključuju gmazove , vodozemce , insekte , arahide i mlade od nekih sisavaca .
Priključci za svjetiljke za rasvjetu obično su keramičke jer se plastične utičnice mogu rastopiti ili spaliti kada se izlože velikoj količini otpadne topline koju proizvodi svjetiljka, posebno kada se radi u položaju "baze". Poklopac ili napa svjetiljke općenito su metalni. Može postojati žičana zaštita nad prednjom stranom pokrova kako bi se spriječilo dodirivanje vruće površine žarulje.
Uobičajene žarulje sa žarnom niti za kućanstvo također se mogu koristiti kao žarulje , ali crvene i plave žarulje prodaju se za upotrebu u svjetiljkama i svjetionicima od gmazova. Toplinske svjetiljke od 250 watta obično se pakiraju u obliku "R40" (5 "reflektorskog svjetla) s srednjom osnovicom vijka.
Toplotne svjetiljke mogu se koristiti kao medicinski tretman kako bi se osigurala suha toplina kada su drugi tretmani neučinkoviti ili nepraktični. [7]
Keramički infracrveni sustavi topline [ Edit ]
Keramički infracrveni grijači elementi koriste se u raznovrsnom rasponu industrijskih procesa u kojima je potrebno dugo valno infracrveno zračenje. Njihov korisni raspon valnih duljina iznosi 2-10 μm. Često se koriste i na području zdravstvene zaštite životinja / kućnih ljubimaca. Keramičke infracrvene grijače (emitere) izrađuju se s tri osnovne emiterske površine: vrećom (konkavnim), plosnatim i žaruljicama ili Edison vijčanim elementom za normalnu ugradnju pomoću E27 keramičke žarulje.
Far-Infrared [ Uredi ]
Ova tehnologija grijanja koristi se u nekim skupim infracrvenim saunama. Također se nalazi u grijačima prostora. Ovi grijači koriste niske gustoće keramike (obično prilično velike ploče) koje emitiraju dugo valno infracrveno zračenje. Budući da su grijači na relativno niskoj temperaturi, daleko infracrveni grijači ne daju emisije i mirise od prašine, prljavštine, formaldehida, otrovnih para iz premaza, itd. To je učinilo ovu vrstu grijanja prostora vrlo popularnim među ljudima s teške alergije i višestruku kemijsku osjetljivost u Europi. Budući da dalekosežna infracrvena tehnologija ne zagrijava izravno zrak iz prostorije, važno je maksimalno povećati izloženost raspoloživih površina koje zatim ponovno emitiraju toplinu kako bi pružile ravnomjernu toplinu okoline.
Svjetiljke za kvarcno svjetlo [ Edit ]
Izbriši kvarcni element
Halogene svjetiljke su žarulje sa žarnom niti napunjene visokotlačnim halogenim plinom. Taj se plin kombinira s malom količinom broma ili joda koji uzrokuje regeneraciju atoma volframa smanjenjem isparavanja filamenata. To dovodi do mnogo duljeg trajanja halogenih svjetiljki od žarulja sa žarnom niti. Zbog visokog pritiska i temperature koje proizvode halogene svjetiljke, one su relativno male i izrađene su od kvarcnog stakla jer imaju toplju točku topljenja od standardnog stakla . Uobičajene upotrebe halogenih svjetiljki su stropni grijalici. [8] [9]
Kvarcni infracrveni elementi grijanja emitiraju infracrvenu energiju srednje struje i posebno su učinkoviti u sustavima gdje je potreban brz odziv grijača. Cjevaste infracrvene svjetiljke u kvarcnim žaruljama proizvode infracrveno zračenje na valnim duljinama od 1,5-8 μm. Zatvorena vlakna djeluju na oko 2500 K , što stvara zračenje s kraćim valnim duljinama od otvorenih izvora žičanih zavojnica. Razvijene 1950-ih kod General Electric , ove lampe proizvode oko 100 W / in ( 4 W / mm ) i mogu se kombinirati radi zračenja 500 W po četvornom nosu ( 5400 W / m 2 ). Da bi se postiglo još veće gustoće snage, korištene su halogene svjetiljke . Kvarcne infracrvene svjetiljke koriste se u visoko poliranim reflektorima za izravno zračenje u jedinstvenom i koncentriranom uzorku.
Kvarcne svjetiljke za grijanje koriste se u preradi hrane, kemijskoj preradi, sušenju boje i odmrzavanju zamrznutih materijala. Također se mogu koristiti za ugodno grijanje u hladnim područjima, u inkubatorima, te u drugim aplikacijama za grijanje, sušenje i pečenje. Tijekom razvoja vozila s ponovnim ulazom, banke kvarcnih infracrvenih svjetiljki korištene su za ispitivanje materijala toplinskog štitnika pri gustoći snage do 28 kilovata / kvadratna stopa (300 kW / m 2 ). [10]
Najčešći nacrti sastoje se od satenske mliječno bijele kvarcne staklene cijevi ili čistog kvarca s električno otpornim elementom, obično volframovom žicom ili tankom zavojnicom od željezo-krom-aluminijske legure. [11] Zračni zrak se uklanja i napuni inertnim plinovima kao što je dušik i argon, a zatim zapečaćeni. U kvarcnim halogenim svjetlima dodaje se mala količina halogenog plina kako bi produžio radni vijek grijalice.
Većina infracrvene i vidljive energije koja se oslobađa uzrokovana je izravnim zagrijavanjem kvarcnog materijala, 97% bliske infracrvene zrake apsorbira silikonska kvarcna staklena cijev uzrokujući povećanje temperature zida cijevi, što uzrokuje vezu silicija i kisika zračiti daleko infracrvene zrake. Grijači od kvarcnog stakla izvorno su dizajnirani za primjenu u rasvjeti, ali kada je svjetiljka punom snagom, manje od 5% emitirane energije nalazi se u vidljivom spektru. [12]
Kvarcni volfram [ Uredi ]
Kvarcni grijač
Kvarcni volframski infracrveni grijači emitiraju energiju srednjeg vala koja doseže radne temperature do 1500 ° C (srednji val) i 2600 ° C (kratki val). Oni dostižu radnu temperaturu u roku od sekunde. Emisije vršne valne duljine od približno 1,6 μm (infracrveni medijski val) i 1 μm (infracrveni kratki val).
Grijač ugljika [ Uredi ]
Grijač ugljenog vlakna
Grijači ugljika koriste grijaći element ugljičnog vlakna koji može proizvesti dugu, srednju i kratku valnu infracrvenu toplinu. Moraju se točno odrediti za prostore za grijanje. [13]
Plinirano [ Uređivanje ]
Postoje dvije osnovne vrste infracrvenih zračenja.
Svjetlost ili visoki intenzitet
Grijači zračenja
Grijači plinovitih radijatorskih cijevi koji se koriste za industrijsko i komercijalno grijanje građevinskog prostora spaljuju prirodni plin ili propan za zagrijavanje čelične cijevi za emitiranje. Plin koji prolazi kroz upravljački ventil prolazi kroz plamenik ili venturi . Plinovi za izgaranje zagrijavaju cijev za emitiranje. Kako cijev grije, zračena energija iz cijevi udara podove i druge predmete na tom području, zagrijavajući ih. Ovaj oblik zagrijavanja održava toplinu čak i kada se iznenada uvede veliki volumen hladnog zraka, kao što je u garažama za održavanje. Međutim, ne mogu se boriti protiv hladnog nacrta.
Učinkovitost infracrvenog grijača je ocjena ukupne energije koju grijača troši u odnosu na količinu proizvedene infracrvene energije. Iako će uvijek biti neka količina konvektivne topline koja se stvara kroz proces, svako uvođenje gibanja zraka preko grijalice smanjuje njegovu infracrvenu učinkovitost pretvorbe. Kod novih neotkrivenih reflektora, zračene cijevi imaju smanjenu radijantnu učinkovitost od oko 60%. [Drugi 40% obuhvaća nepopravljive gubitke zračenja + konvektivne gubitke, i gubici dimnih plinova.]
Zdravstveni učinci [ Uredi ]
Osim opasnosti od dodirivanja vruće žarulje ili elementa, kratkovalni infracrveno zračenje visokog intenziteta može uzrokovati neizravnu toplinsku opekotinu kada je koža izložena predugo ili ako je grijač postavljen preblizu subjektu. Pojedinci izloženi velikim količinama infracrvenog zračenja (poput staklenih puhača i luka za zavarivanje) tijekom duljeg vremenskog razdoblja mogu razviti depigmentaciju irisa i neprozirnosti vodenog humora pa se izloženost treba moderirati. [14]
Učinkovitost [ Uredi ]
Električno grijanim infracrvenim grijačima zrači do 86% njihovog ulaza kao zračenja. [15] Skoro sve inpute električne energije pretvaraju se u infracrvenu zračenu toplinu u niti i usmjerene su na proizvod [ pojašnjenje potrebno ] pomoću reflektora. Neka toplinska energija se uklanja iz grijaćeg elementa provođenjem ili konvekcijom , što uopće ne može biti gubitak za neke izvedbe gdje je željena sva električna energija u grijanom prostoru ili se može smatrati gubitkom, u situacijama gdje je samo radijalno poželjan je ili produktivan prijenos topline.
Za praktične primjene, učinkovitost infracrvenog grijača ovisi o usklađivanju emitirane valne duljine i apsorpcijskog spektra materijala koji se zagrijava. Na primjer, apsorpcijski spektar vode ima svoj vrhunac na oko 3000 nm . To znači da je emisija srednjih ili ugljičnih infracrvenih grijača mnogo bolje apsorbirana vodenim i vodenim premazima od NIR ili kratkog vala infracrvenog zračenja. Isto vrijedi i za mnoge plastike kao što su PVC ili polietilen. Njihova apsorpcija vrha je oko 3500 nm . S druge strane, neki se metali apsorbiraju samo u području kratkog vala i pokazuju snažnu refleksiju u srednjem i dalekom infracrvenom području. To čini pažljiv odabir pravog tipa infracrvenog grijača važnog za energetsku učinkovitost u procesu grijanja. [ citat potreban ]
Keramički elementi djeluju na temperaturi od 300 do 700 ° C (570 do 1.290 ° F), stvarajući infracrvene valne duljine u području od 2000 do 10 000 nm . Većina plastike i mnogi drugi materijali apsorbiraju infracrveno najbolje u ovom rasponu, što čini keramički grijač najprikladniji za ovaj zadatak. [ citat potreban ]
Aplikacije [ Uredi ]
Infracrveni grijač za kuhanje döner kebab
IR grijalice mogu zadovoljiti različite potrebe grijanja, uključujući:
Izuzetno visoke temperature, ograničene uglavnom maksimumom temperature emitera
Brzo vrijeme odziva, redoslijedom od 1-2 sekunde
Temperaturni gradijenti, osobito na materijalnim mrežama s visokim ulazom topline
Fokusirano grijanje u odnosu na vodljive i konvektivne metode grijanja
Bez kontakta, a time i ne ometaju proizvod kao vodljive ili konvektivne metode grijanja
Tako se IR grijalice primjenjuju u mnoge svrhe, uključujući:
Sustavi grijanja
Očvršćivanje premaza
Plastično zagrijavanje prije formiranja
Zavarivanje plinom
Toplinska obrada stakla i metala
Kuhanje
Zagrijavanje sisanja životinja ili zatočenih životinja u zoološkim vrtovima ili veterinarskim klinikama
Hot Yoga fitness klase za ublažavanje respiratornih problema izazvanih konvekcijskim grijanjem [16]
