Infrasarkanais sildītājs
Vēsture [ Labot ]
Vācu-britu astronoms Sir William Herschel ir atzīts par infrasarkano staru atklāšanu 1800. gadā. Viņš izgatavoja instrumentu, ko sauc par spektrometru, lai izmērītu starojuma spēka lielumu dažādos viļņu garumos . Šis instruments tika izgatavots no trim gabaliem. Pirmais bija prizma, kas noķēra saules gaismu un vērsa un izkliedēja krāsas uz galda, otrais bija neliels kartona panelis ar pietiekami platu paplākni, lai caur to varētu nokļūt tikai viena krāsa, un, visbeidzot, trīs dzīvsudraba stikla termometri . Ar eksperimentu Herschel konstatēja, ka sarkanā gaismā bija visaugstākā temperatūras maiņa gaismas spektrā , tomēr infrasarkano staru apkure netika izmantota līdz II Pasaules karam . Otrā pasaules kara laikā infrasarkanā apkure kļuva plaši izmantota un atzīta. Galvenie pielietojumi bija metāla apdares laukos, jo īpaši militāro iekārtu krāsu un laku cietināšanai un žāvēšanai. Spuldžu lukturus izmantoja ļoti veiksmīgi, bet saskaņā ar mūsdienu standartiem jaudas intensitāte bija ļoti zema. Tehnika piedāvāja daudz ātrākus žāvēšanas laikus nekā laika degvielas konvekcijas cepeškrāsnis. Ražošanas vājās vietas tika mazinātas un tika saglabātas militārās piegādes bruņotajiem spēkiem. Pēc Otrā pasaules kara turpinājās infrasarkanās apkures tehnikas ieviešana, bet daudz lēnāk. 1950. gadu vidū mehānisko transportlīdzekļu rūpniecība sāka izrādīt interesi par infrasarkano staru spēju krāsošanai, un tika izmantoti vairāki ražošanas līniju infrasarkanie tuneļi. [
Elementi [ rediģēt ]
Visbiežāk sastopamajam kvēldiega materiālam, ko izmanto elektriskajiem infrasarkanajiem sildītājiem, ir volframa stieple, kas ir pārklāta, lai nodrošinātu lielāku virsmas laukumu. Zemas temperatūras alternatīvas volframam ir ogleklis vai dzelzs, hroma un alumīnija sakausējumi (preču zīme un zīmols Kanthal ). Kaut arī oglekļa šķiedras ir daudz stingrākas, tās ražo daudz ātrāk nekā salīdzināms vidēja viļņu sildītājs, kura pamatā ir FeCrAl pavediens.
Ja apgaismojums ir nevēlams vai nav nepieciešams sildītājā, keramikas infrasarkanās starojuma sildītāji ir vēlamā izvēle. Ar 8 metru stiepļu sakausējuma pretestības stiepli tie izstaro siltumizolāciju visā sildītāja virsmā, un keramika ir 90% absorbējoša no starojuma. Tā kā absorbcija un emisijas pamatojas uz vieniem fiziskajiem iemesliem katrā ķermenī, keramika ir ideāli piemērota kā materiāls infrasarkanajiem sildītājiem.
Industriālie infrasarkanie sildītāji dažreiz izmanto kvarca caurulē zelta pārklājumu, kas atspoguļo infrasarkano starojumu un virza to uz sildāmo produktu. Līdz ar to infrasarkanais starojums, kas ietekmē produktu, faktiski ir divkāršojies. Zeltu izmanto tā oksidācijas pretestības un ļoti augstas IR atstarošanas spējas apmēram 95%. [4]
Veidi [ Edit ]
Infrasarkanie sildītāji parasti tiek izmantoti infrasarkano staru moduļos (vai emisiju bankās), apvienojot vairākus sildītājus, lai iegūtu lielākus apsildāmos laukumus.
Infrasarkanus sildītājus parasti klasificē pēc viļņu garuma, ko tie emitē:
Tuvumā infrasarkanajā (NIR) vai īsviļņu infrasarkanajā sildītājā darbojas augstās kvēldiega temperatūras virs 1800 ° C, un, ja tās izvietotas laukā, to lieljaudas blīvums sasniedz apmēram simtus kW / m 2 . To maksimālais viļņu garums ir daudz zemāks par ūdens absorbcijas spektru, padarot tos nederīgus daudzām žāvēšanas iekārtām. Tie ir piemēroti silīcija dioksīda sildīšanai, kur nepieciešama dziļa iespiešanās.
Vidēji viļņu un oglekļa (CIR) infrasarkanie sildītāji darbojas ar kvēldiega temperatūru aptuveni 1000 ° C. Tie sasniedz maksimālo jaudas blīvumu līdz 60 kW / m 2 (vidēja viļņa) un 150 kW / m 2 (CIR).
Far infrasarkanie starojuma avoti (FIR) parasti tiek izmantoti tā sauktajās infrasarkanās zemās temperatūrās saunās . Tie ir tikai lielāks un dārgāks infrasarkanās saunas tirgus klāsts. Tā vietā, lai izmantotu oglekļa, kvarca vai augstas vatu keramikas izstarotājus, kas izstaro tuvu un vidēju infrasarkano starojumu, siltumu un gaismu, tālu infrasarkanie starojuma avoti izmanto zema vata keramikas plāksnes, kas paliek aukstas, tomēr izstaro tālu infrasarkano starojumu. [5]
Attiecības starp temperatūru un maksimālo viļņu izpaužas Wienas pārvietošanas likumā .
Metāla stiepļu elements [ rediģēt ]
Metāla stiepļu apkures elementi vispirms parādījās 1920. gados. Šie elementi sastāv no stieples, kas izgatavots no hromēta. Chromel ir izgatavots no niķeļa un hroma, un to sauc arī par nihromu . Tad šī stieple tika sakrauta spirāle un aptin keramikas korpusu. Sildot augstā temperatūrā, tas veido hroma oksīda aizsargkārtu, kas aizsargā stiepli no degšanas un korozijas, tas arī izraisa elementa spīdumu. [6]
Siltuma lampas [ labot ]
Siltuma spuldze ir kvēlspuldze, kas tiek izmantota, lai radītu siltumu. Lampas izstarotā melna ķermeņa starojuma spektrs tiek pārvietots, lai radītu vairāk infrasarkanās gaismas . Daudziem siltuma spuldzēm ir sarkans filtrs, lai samazinātu redzamās gaismas daudzumu. Siltuma lampām bieži ir iekšējais atstarotājs.
Siltuma lampas parasti tiek izmantotas dušas un vannas istabās, lai sildītu peldētājus un restorānu ēdiena gatavošanas vietās, lai ēdienu uzturētu siltu pirms pasniegšanas. Tos parasti izmanto arī lopkopībai . Mājputniem izmantojamās gaismas bieži tiek dēvētas par lāpām. Papildus jaunajiem putniem , cita veida dzīvnieki, kas var gūt labumu no siltuma lampām, ietver rāpuļus , abiniekus , kukaiņus , zirnekļveidīgos un dažu zīdītāju jaunus.
Siltuma lampām parasti izmantotās ligzdas parasti ir keramikas, jo plastmasas ligzdas var izkausēt vai sadedzināt, ja tiek pakļautas lielam siltuma daudzumam, ko rada lukturi, jo īpaši, ja to darbina pozīcijā "pamatne". Lampas aizsargs vai pārsegs parasti ir metāls. Aizkarspēka priekšpusei var būt vadu aizsargs, lai novērstu spuldzes karstas virsmas pieskaršanos.
Parastās mājsaimniecības baltas kvēlspuldzes var izmantot arī kā siltuma spuldzes , bet sarkanās un zilās spuldzes tiek pārdotas izmantošanai lāpstiņu un rāpuļu lampās. 250 vatu siltuma lampas parasti tiek iepakotas "R40" (5 "atstarotāja luktura) formas koeficientā ar vidējo skrūves pamatni.
Siltuma spuldzes var izmantot kā medicīnisko palīdzību, lai nodrošinātu sausu karstumu, ja citas procedūras ir neefektīvas vai nepraktiskas. [7]
Keramikas infrasarkanās siltuma sistēmas [ Rediģēt ]
Keramikas infrasarkanie sildelementi tiek izmantoti dažādos industriālajos procesos, kur nepieciešams ilgtermiņa viļņu infrasarkanais starojums. Viņu lietderīgais viļņu garums ir 2-10 μm. Tos bieži izmanto arī dzīvnieku / dzīvnieku veselības aprūpes jomā. Keramiskie infrasarkanie sildītāji (emitētāji) ir izgatavoti no trim galvenajām emisiju virsmām: sile (ieliekta), plakana un spuldze vai Edison skrūves elementi normālai uzstādīšanai ar E27 keramikas spuldzes turētāju.
Far-Infrared [ Labot ]
Šo sildīšanas tehnoloģiju izmanto dažās dārgā infrasarkanās saunās. Tas ir atrodams arī telpu sildītājos. Šie sildītāji izmanto zema vatu blīvuma keramikas izstarotājus (parasti diezgan lielus paneļus), kas izstaro garu viļņu infrasarkano starojumu. Tā kā sildelementi ir relatīvi zemā temperatūrā, infrasarkanie sildītāji nedod emisijas un smaku no putekļiem, netīrumiem, formaldehīda, toksiskiem izgarojumiem no krāsas pārklājuma utt. Tas ir padarījis šo telpu apkuri ļoti populāri starp cilvēkiem ar smagas alerģijas un vairāku ķīmisko jutību Eiropā. Tā kā infrasarkanā starojuma tehnoloģija tiešā veidā nesasilda telpas gaisu, ir svarīgi maksimāli palielināt pieejamo virsmu ekspozīciju, kas pēc tam atkal izstaro siltumu, nodrošinot vienmērīgu apkārtējo siltumu.
Kvarca siltuma lampas [ labot ]
Skaidrs kvarca elements
Halogēnās spuldzes ir kvēlspuldzes, kas piepildītas ar augstu hermetizētu halogēna gāzi. Šo gāzi apvieno ar nelielu daudzumu broma vai joda, kas izraisa volframa atomu reģenerāciju, samazinot kvēldieka iztvaikošanu. Tādējādi halogēna spuldžu kalpošanas laiks ir daudz ilgāks nekā kvēlspuldzes. Pateicoties augsta spiediena un temperatūras halogēnlampiem, tie ir salīdzinoši mazi un izgatavoti no kvarca stikla, jo tas ir karstāks kušanas punkts nekā standarta stikls . Halogēnās spuldžu kopējā izmantošana ir galda sildītāji. [8] [9]
Kvarca infrasarkanie sildelementi izstaro vidēja viļņa infrasarkano staru enerģiju un ir īpaši efektīvi sistēmās, kurās nepieciešama ātra sildītāja reakcija. Caurules infrasarkanās lampas kvarca spuldzēs rada infrasarkano starojumu viļņu garumā no 1,5 līdz 8 μm. Ierobežotā kvēldiegs darbojas aptuveni 2500 K , radot īsāku viļņu garumu, nekā atklātas stieples spoles avoti. 1950. gados General Electric izgatavotie šie lukturi ražo apmēram 100 W / in ( 4 W / mm ), un to var apvienot, lai izstarotu 500 vati uz kvadrātpēdu ( 5400 W / m 2 ). Lai panāktu vēl lielāku jaudas blīvumu, tika izmantotas halogēna lampas . Kvarca infrasarkanās spuldzes tiek izmantotas ļoti pulētos atstarotājus, lai novirzītu starojumu vienveidīgā un koncentrētā veidā.
Kvarca siltuma lampas tiek izmantotas pārtikas pārstrādē, ķīmiskajā pārstrādē, krāsu žāvēšanā un saldētu materiālu atkausēšanā. Tos var izmantot arī komforta apkurei aukstajās vietās, inkubatoros un citos lietojumos apkurei, žāvēšanai un cepšanai. Attīstot kosmosa atkārtotas iekāpšanas transportlīdzekļus, kvarca infrasarkanās spuldzes krātuves tika izmantotas, lai pārbaudītu karstuma vairoga materiālus jaudas blīvumā līdz 28 kilovatos uz kvadrātpēdu (300 kW / m 2 ). [10]
Visizplatītākie dizainparaugi sastāv vai nu no satīna pienācīgi balta kvarca stikla caurulītes vai caurspīdīga kvarca ar elektriski izturīgu elementu, parasti ar volframa stiepli vai plānas spirta no čuguna-hroma-alumīnija sakausējuma. [11] Atmosfēriskais gaiss tiek noņemts un piepildīts ar inertu gāzēm, piemēram, slāpekli un argonu, pēc tam noslēgts. Kvarca halogēnu lampās pievieno nelielu daudzumu halogēna gāzes, lai pagarinātu sildītāja darbības laiku.
Liela daļa infrasarkanās un redzamās izdalītās enerģijas izraisa kvarca materiāla tiešo apsildīšanu, 97% gandrīz infrasarkano staru absorbē silīcija dioksīda kvarca stikla caurule, izraisot caurules sienas temperatūras paaugstināšanos, tādējādi tiek radīts silīcija-skābekļa savienojums izstarot tālu infrasarkanos starus. [ nepieciešama atsauce ] Kvarca stikla sildelementi sākotnēji bija paredzēti lietošanai apgaismojumam, bet, kad lampai ir pilna jauda, mazāk par 5% no izstarotās enerģijas ir redzamā spektrā. [12]
Kvarca volframs [ labot ]
Kvarca sildītājs
Kvarca volframa infrasarkanie sildītāji izstaro vidēja viļņu enerģiju, sasniedzot darba temperatūru līdz 1500 ° C (vidēja viļņa) un 2600 ° C (īsviļņu). Tās sasniedz darba temperatūru dažu sekunžu laikā. Peak viļņu garuma emisijas apmēram 1,6 μm (vidēja viļņa infrasarkanais) un 1 μm (īsviļņu infrasarkanais).
Oglekļa sildītājs [ Rediģēt ]
Oglekļa šķiedras sildītājs
Oglekļa sildītāji izmanto oglekļa šķiedru sildelementu, kas spēj radīt ilgu, vidēju un īslaicīgu infrasarkano staru siltumu. Tiem jābūt precīzi norādītiem telpām, kuras jāuzsilda. [13]
Gāze [ Rediģēt ]
Ir divi galvenie infrasarkanā starojuma sildītāji.
Gaisma vai augsta intensitāte
Radiējošie cauruļu sildītāji
Radiācijas caurules ar gāzi darbināmiem sildītājiem, ko izmanto rūpnieciskām un komerciālām ēkām, telpu apsildīšanai sadedzina dabasgāzi vai propānu, lai sildītu tērauda izstarotāju cauruli. Gāze, kas iet caur vadības vārstu, plūst cauri degļa vai Venturi caurulei . Sadegšanas produkta gāzes silda emitētāja cauruli. Kad caurule uzsilst, starojuma enerģija no caurules iedarbojas uz grīdām un citiem objektiem šajā teritorijā, tās sasildot. Šī apsildes forma uztur siltumu pat tad, ja pēkšņi tiek ieviests liels aukstā gaisa daudzums, piemēram, apkopes garāžās . Tomēr viņi nevar cīnīties pret aukstumu.
Infrasarkanā sildītāja efektivitāte ir kopējā sildītāja patērētās enerģijas īpatsvars, salīdzinot ar radīto infrasarkano staru daudzumu. Kaut arī šajā procesā vienmēr radīsies daudz konvekcijas siltuma, jebkura gaisa kustības ieviešana pāri sildītājam samazinās tā infrasarkanās konversijas efektivitāti. Ar jauniem neparedzētiem reflektoriem starojuma lampām ir ap 60% zemāka spuldžu efektivitāte. [Pārējie 40% veido neatgūstami augšupejoši starojuma + konvekcijas zudumi un dūmvada zaudējumi.]
Ietekme uz veselību [ Labot ]
Papildus karstās spuldzes vai elementa pieskaršanās briesmām, augsta intensitāte īsa viļņa infrasarkanais starojums var radīt netiešus siltuma apdegumus, ja āda tiek pakļauta pārāk ilgi vai sildītājs atrodas pārāk tuvu objektam. Personas, kuras ilgstošā laika periodā pakļautas lielam infrasarkanā starojuma daudzumam (piemēram, stikla pūtējiem un loka metinātājiem), var attīstīties ūdensdurvju varavīksnenes depilācija un necaurredzamība, tāpēc iedarbība jāmaina. [14]
Efektivitāte [ Rediģēt ]
Elektriski apsildāmi infrasarkanie sildītāji izstaro līdz pat 86% no to izejmateriāla, kas izstaro enerģiju. [15] Gandrīz visa elektroenerģijas ievade tiek pārveidota infrasarkanajā starojuma siltumā kvēldiegojumā un ir vērsta uz ražojumu [ nepieciešama precizēšana ] ar atstarotājiem. Daļa siltuma enerģijas tiek noņemta no sildīšanas elementa ar vadīšanas vai konvekcijas palīdzību , kas dažos dizainos var nezaudēt zaudējumus, ja visai elektroenerģijai ir vajadzīga apsildāma telpa vai to var uzskatīt par zaudējumu situācijās, kad tikai starojuma siltuma padeve ir vēlama vai produktīva.
Praktiskajos pielietojumos infrasarkanā sildītāja efektivitāte ir atkarīga no siltuma izstarotā viļņa garuma un absorbcijas spektra saskaņošanas. Piemēram, ūdens absorbcijas spektrs sasniedz maksimumu aptuveni 3000 nm . Tas nozīmē, ka vidēja vai viļņa vai oglekļa infrasarkanā sildītāja izstarojumu daudz labāk absorbē ūdens un ūdens bāzes pārklājumi nekā NIR vai īsviļņu infrasarkanais starojums. Tas pats attiecas uz daudzām plastmasām, piemēram, PVC vai polietilēnu. To maksimālā absorbcija ir aptuveni 3500 nm . No otras puses, daži metāli absorbējas tikai īsu viļņu diapazonā un parāda spēcīgu atstarošanas spēju vidējā un tālākajā infrasarkanajā pusē. Tas padara rūpīgu izvēli par pareizo infrasarkano staru sildītāju, kas ir svarīgs enerģijas patēriņa efektivitātei apkures procesā. [ nepieciešams citāts ]
Keramikas elementi darbojas temperatūrā no 300 līdz 700 ° C (570 līdz 1,290 ° F), kas ražo infrasarkano staru viļņu diapazonu no 2000 līdz 10 000 nm . Lielākā daļa plastmasas un daudz citu materiālu šajā diapazonā vislabāk absorbē infrasarkano staru, kas padara šo keramisko sildītāju piemērotāko šim uzdevumam. [ nepieciešams citāts ]
Pieteikumi [ Edit ]
Infrasarkanais sildītājs ēdiena gatavošanai
IR sildītāji var apmierināt dažādas apkures prasības, tostarp:
Ļoti augsta temperatūra, lielā mērā ierobežota ar emitētāja maksimālo temperatūru
Ātrs reaģēšanas laiks, 1-2 sekundes
Temperatūras slīpumi, it īpaši materiālu tīkli ar augstu siltuma daudzumu
Koncentrēta apsildāma telpa attiecībā pret vadošām un konvekcijas sildīšanas metodēm
Bezkontakta, tādējādi netraucējot produktu kā vadošas vai konvekcijas sildīšanas metodes
Tādējādi IR sildītāji tiek izmantoti daudziem mērķiem, tostarp:
Apkures sistēmas
Pārklājumu apstrādāšana
Plastmasas apkure pirms formēšanas
Plastmasas metināšana
Stikla un metāla siltuma apstrāde
Ēdienu gatavošana
Zīdaiņu vai veterināro klīniku zīdīšanas dzīvnieku vai nebrīvē esošu dzīvnieku sasilšana
Karstā joga fitnesa nodarbības, lai mazinātu elpošanas problēmas, ko rada konvekcijas apkure [16]
