Infrarød varmeapparat
Historie [ Rediger ]
Den tysk-britiske astronomen Sir William Herschel krediteres oppdagelsen av infrarød i 1800. Han laget et instrument kalt et spektrometer for å måle størrelsen på strålende kraft ved forskjellige bølgelengder . Dette instrumentet ble laget av tre stykker. Den første var et prisme for å fange sollyset og dirigere fargene ned på bordet, det andre var et lite panel med kartong med en spalte bred nok til at bare en enkelt farge skulle passere gjennom den og til slutt tre kvikksølv-i- glass termometre . Gjennom sitt eksperiment fant Herschel at rødt lys hadde den høyeste grad av temperaturendring i lysspekteret , men infrarød oppvarming ble ikke vanlig brukt før andre verdenskrig . Under andre verdenskrig ble infrarød oppvarming mer brukt og anerkjent. Hovedapplikasjonene var i metallfeltfeltene, spesielt i herding og tørking av maling og lakk på militærutstyr. Banker av lampelamper ble brukt svært vellykket, men med dagens standarder var kraftintensiteten svært lav. Teknikken tilbød mye raskere tørketider enn brenselkonveksjonens ovner på tiden. Produksjonsflaskehalsene ble redusert og militære forsyninger til de væpnede styrkene ble opprettholdt. Etter andre verdenskrig fortsatte adopsjon av infrarøde oppvarmingsteknikker, men på en mye langsommere basis. I midten av 1950-tallet begynte bilindustrien å vise interesse for infrarøde kapasitet for malingsherding og en rekke infrarøde tunneler i produksjonslinjen ble tatt i bruk. [
Elementer [ Rediger ]
Det vanligste filamentmaterialet som brukes til elektriske infrarøde varmeovner er wolframtråd , som er viklet til å gi mer overflateareal. Lavtemperaturalternativer for wolfram er karbon , eller legeringer av jern, krom og aluminium (varemerke og merkenavn Kanthal ). Mens karbonfilamenter er mer svake å produsere, oppvarmer de seg mye raskere enn en sammenlignbar mediumbølgevarmer basert på en FeCrAl-filament.
Når lys er uønsket eller ikke nødvendig i en varmeapparat, er keramiske infrarøde strålevarmere det foretrukne valget. Inneholder 8 meter ledningstråd, gir de en jevn varme over hele overflaten av varmeapparatet, og keramikken er 90% absorberende av strålingen. Ettersom absorpsjon og utslipp er basert på de samme fysiske årsakene i hver kropp, er keramikk ideelt egnet som et materiale for infrarøde varmeovner.
Industrielle infrarøde ovner bruker noen ganger et gullbelegg på kvartsrøret som reflekterer den infrarøde strålingen og leder den mot produktet som skal varmes opp. Følgelig er den infrarøde strålingen som påvirker produktet, nesten fordoblet. Gull brukes på grunn av oksidasjonsmotstanden og svært høy IR reflektivitet på ca. 95%. [4]
Typer [ Rediger ]
Infrarøde varmeovner er ofte brukt i infrarøde moduler (eller emitterbanker) som kombinerer flere varmeelementer for å oppnå større oppvarmede områder.
Infrarøde ovner klassifiseres vanligvis av bølgelengden de sender ut:
Nær infrarøde (NIR) eller kortbølgete infrarøde varmeapparater opererer ved høytrekkstemperaturer over 1800 ° C, og når de er arrangert i et felt, når det høye effektdensiteter på noen hundre kW / m 2 . Deres toppbølgelengde er godt under absorpsjonsspekteret for vann, noe som gjør dem uegnede til mange tørkeapplikasjoner. De er velegnet til oppvarming av silisiumdioksyd der det trengs en dyp penetrasjon.
Infrarøde varmevekslere med mediumbølge og karbon (CIR) opererer ved filamenttemperaturer på rundt 1000 ° C. De når maksimal effektdensitet på opptil 60 kW / m 2 (mediumbølge) og 150 kW / m 2 (CIR).
Langt infrarøde emittere (FIR) brukes vanligvis i de såkalte lav temperatur langt infrarøde badstuer . Disse utgjør kun det høyere og dyrere markedet for infrarød sauna. I stedet for å bruke karbon-, kvarts- eller høy watt keramiske emittere, som avgir nær og medium infrarød stråling, varme og lys, bruker langt infrarøde emittere lave watt-keramiske plater som forblir kaldt, mens de fremdeles sender farlig infrarød stråling. [5]
Forholdet mellom temperatur og toppbølgelengde er uttrykt ved Wiens forskyvningslov .
Metal Wire Element [ Rediger ]
Metal wire varmeelementer dukket opp først på 1920-tallet. Disse elementene består av wire laget av kromel. Kromel er laget av nikkel og krom og det er også kjent som nichrome . Denne ledningen ble deretter viklet inn i en spiral og viklet rundt en keramisk kropp. Ved oppvarming til høye temperaturer danner det et beskyttende lag av krom-oksyd som beskytter ledningen mot brenning og korrosjon, dette medfører også at elementet gløder. [6]
Varmelys [ Rediger ]
En varmelampe er en glødelampe som brukes til hovedformålet med å skape varme. Spekteret av svart kroppsstråling utgitt av lampen skiftes for å produsere mer infrarødt lys . Mange varme lamper inkluderer et rødt filter for å minimere mengden synlig lys som sendes ut. Varmelamper inkluderer ofte en intern reflektor.
Varmelamper brukes vanligvis i dusjer og bad for å varme badere og i matlagingsområder av restauranter for å holde maten varm før servering. De er også ofte brukt til husdyrhold . Lys som brukes til fjørfe kalles ofte brooding lamper. Bortsett fra unge fugler , kan andre typer dyr som kan dra nytte av varmelamper inkludere reptiler , amfibier , insekter , arachnids og de unge av noen pattedyr .
Stikkontaktene som brukes til varmelamper, er vanligvis keramiske fordi plastuttakene kan smelte eller brenne når de blir utsatt for den store mengden av spillvarme som produseres av lamper, spesielt når de brukes i "base up" -posisjonen. Lampenes lokk eller hette er vanligvis metall. Det kan være en trådbeskyttelse over fronten av lommen, for å unngå å berøre den varme overflaten av pæren.
Vanlige husholdnings hvite glødelamper kan også brukes som varmelamper , men røde og blå pærer blir solgt til bruk i lyskilder og reptillamper. 250 watt varmelamper pakkes vanligvis inn i "R40" (5 "reflektorlampe) formfaktor med en mellomliggende skruebase.
Varmelamper kan brukes som medisinsk behandling for å gi tørr varme når andre behandlinger er ineffektive eller upraktiske. [7]
Keramiske infrarøde varmesystemer [ Rediger ]
Keramiske infrarøde varmeelementer brukes i et mangfoldig utvalg av industrielle prosesser der det kreves langbølget infrarød stråling. Deres nyttige bølgelengdeområde er 2-10 um. De brukes ofte også innen dyre- og kjæledyrhelsetjenesten. De keramiske infrarøde varmeovnerne (emittere) er produsert med tre grunnleggende emitterflater: Trough (konkave), flat og pære eller Edison skrueelement for normal installasjon via en E27 keramisk lampholder.
Far-Infrarød [ Rediger ]
Denne oppvarmingsteknologien brukes i noen dyre infrarøde badstuer. Det finnes også i romvarmere. Disse varmeovner bruker keramiske emittere med lav watt tetthet (vanligvis ganske store paneler) som avgir langbølget infrarød stråling. Fordi varmeelementene er relativt lave temperaturer, gir langt infrarøde varmeovner ikke utslipp og lukt fra støv, smuss, formaldehyd, giftige damp fra malingsbelegg etc. Dette har gjort denne typen romoppvarming svært populær blant personer med alvorlige allergier og flere kjemiske følsomheter i Europa. Fordi fjern infrarød teknologi ikke oppvarmer luften direkte i rommet, er det viktig å maksimere eksponeringen av tilgjengelige overflater, som deretter gir varme igjen for å gi en jevn allround omgivelsesvarme.
Quartz Heat Lamps [ Rediger ]
Klar kvartselement
Halogenlamper er glødelamper som er fylt med svært trykksatt halogengass . Denne gassen kombineres med en liten mengde brom eller jod som forårsaker at wolframatomer regenererer ved å redusere fordampningen av filamentet. Dette fører til et langt lengre liv av halogenlamper enn glødelamper. På grunn av høytrykk og temperatur produserer halogenlamper, de er relativt små og laget av kvartsglass fordi det har et varmere smeltepunkt enn standard glass . Vanlige bruksområder for halogenlamper er bordoppvarmere. [8] [9]
Quartz infrarøde varmeelementer utsender mediumbølge infrarød energi og er spesielt effektive i systemer hvor hurtigvarmerrespons er nødvendig. Rørformede infrarøde lamper i kvartspærer produserer infrarød stråling i bølgelengder på 1,5-8 μm. Den vedlagte filamentet opererer ved rundt 2500 K , og produserer mer kortere bølgelengde-stråling enn åpne trådspolekilder. Disse lampene utviklet på 1950-tallet på General Electric , og produserer ca 100 W / mm ( 4 W / mm ) og kan kombineres for å utstråle 500 watt per kvadratmeter ( 5400 W / m 2 ). For å oppnå enda høyere effektdensiteter ble halogenlamper brukt. Quartz infrarøde lamper brukes i svært polerte reflektorer for direkte stråling i et jevnt og konsentrert mønster.
Kvartsvarmepærer brukes i matvarebehandling, kjemisk behandling, malingstørking og opptining av frosne materialer. De kan også brukes til komfortoppvarming i kalde områder, i inkubatorer, og i andre applikasjoner for oppvarming, tørking og baking. Under utviklingen av rominnføringsvogner ble banker av kvartsinfrarøde lamper benyttet til å teste varmeskjoldmaterialer ved krafttettheter så høyt som 28 kilowatt / kvadratmeter (300 kW / m 2 ). [10]
De vanligste designene består av enten et satinmelk-hvitt kvarts glassrør eller klart kvarts med et elektrisk motstandsdyktig element, vanligvis en wolframtråd eller en tynn spole av jern-krom-aluminiumslegering. [11] Den atmosfæriske luften fjernes og fylles med inerte gasser som nitrogen og argon og deretter forsegles. I kvarts halogenlamper, tilsettes en liten mengde halogengass for å forlenge varmerens levetid.
Mye av den infrarøde og synlige energien som frigis, skyldes direkte oppvarming av kvartsmaterialet , og 97% av den nærliggende infrarøde absorberes av silikakvartsglasrøret som forårsaker at rørveggenes temperatur øker. Dette fører til at silisium-oksygenbinding å utstråle langt infrarøde stråler. [ Citation needed ] Krystallvarmeelementer var opprinnelig designet for belysningsapplikasjoner, men når en lampe har full effekt, er mindre enn 5% av den utstrålede energien i det synlige spektret. [12]
Quartz Tungsten [ Rediger ]
Kvartsvarmer
Quartz wolfram infrarøde varmeapparater gir medium bølgenergi som når driftstemperaturer på opptil 1500 ° C (middels bølge) og 2600 ° C (kort bølge). De når driftstemperaturen innen sekunder. Peak bølgelengde utslipp på ca 1,6 μm (medium bølge infrarød) og 1 μm (kort bølge infrarød).
Carbon Heater [ Rediger ]
Carbon Fiber Heater
Kul varmeovner bruker et oppvarmingselement av karbonfiber som er i stand til å produsere lang, medium og kortbølge fjern infrarød varme. De må nøyaktig spesifiseres for de rom som skal varmes opp. [1. 3]
Gassfyrt [ Rediger ]
Det er to grunnleggende typer infrarøde strålevarmere.
Lysende eller høy intensitet
Radiant rørvarmere
Radiant rør gassfyrte varmeovner brukt til industriell og kommersiell byggeplass oppvarming brenner naturgass eller propan for å varme et stålemitterrør. Gass som går gjennom en kontrollventil strømmer gjennom en koppbrenner eller en venturi . Forbrenningsproduktgassene oppvarmer emitterrøret. Når røret hatter, treffer strålende energi fra røret gulv og andre gjenstander i området, og oppvarmer dem. Denne form for oppvarming opprettholder varme selv når et stort volum kald luft innføres plutselig, for eksempel i vedlikeholdsgarasjer. De kan imidlertid ikke bekjempe et kaldt utkast.
Effektiviteten til en infrarød varmeapparat er en vurdering av den totale energiforbruket av varmeren i forhold til mengden infrarød energi som genereres. Mens det alltid vil være noen mengde konvektiv varme generert gjennom prosessen, vil enhver innføring av luftbevegelse over varmeren redusere sin infrarøde konverteringseffektivitet. Med nye uoppvarmede reflektorer har strålingsrørene en nedadgående stråleeffektivitet på ca 60%. [De andre 40% består av uopprettelig oppadgående stråle + konvektive tap, og flue tap.]
Helseeffekter [ Rediger ]
I tillegg til farene ved å røre den varme pæren eller elementet, kan høy-intensitet kortbølget infrarød stråling føre til indirekte termiske brannskader når huden blir utsatt for lenge eller varmen er plassert for nær motivet. Personer utsatt for store mengder infrarød stråling (som Glassblåsere og lysbuesveisere) over en lengre periode kan utvikle depigmentering av iris og opasitet av det vandige humøret , slik at eksponeringen må modereres. [14]
Effektivitet [ Rediger ]
Elektrisk oppvarmede infrarøde varmeapparater utstråler opptil 86% av deres inngang som strålingsenergi. [15] Nesten all elektrisk energiinngang blir omdannet til infrarød strålevarme i filamentet og rettet inn på produktet [ presisering nødvendig ] av reflektorer. Enkelte varmeenergier fjernes fra varmeelementet ved ledning eller konveksjon , noe som ikke kan være noe tap for noen konstruksjoner hvor all elektrisk energi er ønsket i oppvarmet rom, eller kan betraktes som et tap i situasjoner hvor bare strålingsvirkningen varmeoverføring er ønsket eller produktiv.
For praktiske anvendelser avhenger effektiviteten til den infrarøde varmeapparatet av å matche den utstrålede bølgelengden og absorpsjonsspekteret av materialet som skal oppvarmes. For eksempel har absorpsjonsspektret for vann sin topp ved rundt 3000 nm . Dette betyr at utslipp fra mediumbølge- eller karboninfrarøde varmere absorberes mye bedre av vann og vannbaserte belegg enn NIR eller kortbølget infrarød stråling. Det samme gjelder for mange plastprodukter som PVC eller polyetylen. Deres toppabsorpsjon er rundt 3500 nm . På den annen side absorberer noen metaller bare i kortbølgens rekkevidde og viser sterk refleksjon i medium og langt infrarød. Dette gjør et nøye utvalg av riktig infrarød varmeapparat som er viktig for energieffektivitet i varmeprosessen. [ referanse nødvendig ]
Keramiske elementer opererer i en temperatur på 300 til 700 ° C (570 til 1.290 ° F) som produserer infrarøde bølgelengder i området 2000 til 10 000 nm . De fleste plastmaterialer og mange andre materialer absorberer infrarød best i dette området, noe som gjør at den keramiske varmeapparatet passer best for denne oppgaven. [ referanse nødvendig ]
Programmer [ Rediger ]
Infrarød varmeapparat til matlaging döner kebab
IR-varmeovner kan tilfredsstille en rekke varmekrav, inkludert:
Ekstremt høye temperaturer, begrenset i stor grad av emittentens maksimale temperatur
Rask svartid på 1-2 sekunder
Temperaturgradienter, spesielt på materialbaner med høy varmeinngang
Fokusert oppvarmet område i forhold til ledende og konvektive oppvarmingsmetoder
Ikke-kontakt, og dermed ikke forstyrre produktet som ledende eller konvektive oppvarmingsmetoder
Dermed brukes IR-varmelegemer for mange formål, inkludert:
Oppvarming systemer
Herding av belegg
Plastvarme før forming
Plast sveising
Glass og metall varmebehandling
Matlaging
Oppvarmende diende dyr eller fange dyr i dyreparker eller veterinærklinikker
Hot Yoga fitness klasser å redusere luftveis problemer forårsaket av konveksjon oppvarming [16]
