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红外线加热器
- 2019-04-28-

1.历史
德国 - 英国  天文学家 威廉·赫歇尔爵士在1800年发现了红外线。他制造了一种称为光谱仪的仪器   来测量不同波长的辐射功率  。该仪器由三件制成:一个是用于捕捉阳光并将颜色直接分散到桌子上的棱镜,第二个是一小块纸板,其宽度足以让单一颜色通过它,然后是三个水银玻璃温度计。通过他的实验,赫歇尔发现红光在光谱中具有高程度的温度变化, 然而,红外加热直到第二次世界大战才被普遍使用 。在第二次世界大战期间,红外线加热被更广泛地使用和认可 主要应用于金属表面处理领域,特别是军事设备上油漆和清漆的固化和干燥。灯泡的使用非常成功,但按照今天的标准,电源强度非常低。该技术提供的干燥时间比当时的燃料对流烤箱快得多。减少了生产瓶颈,维持了军队的军事供应。第二次世界大战后,红外加热技术的采用仍在继续,但速度要慢得多。在20世纪50年代中期,汽车工业开始对用于油漆固化的红外线能力表现出兴趣,并且许多生产线红外隧道开始使用。 [

2.元素
用于电红外线加热器的常见的灯丝材料是  钨丝,其被盘绕以提供更大的表面积。钨的低温替代品是  碳,或铁,铬和铝的合金(商标和商标名  Kanthal)。虽然碳丝生产更加易变,但它们比基于FeCrAl长丝的类似中波加热器更快地加热。

当在加热器中不希望或不需要光时,陶瓷红外辐射加热器是优选的选择。它们包含8米的盘绕合金电阻丝,它们在加热器的整个表面上散发出均匀的热量,陶瓷是90%的辐射吸收剂。由于吸收和发射基于每个物体中相同的物理原因,因此陶瓷非常适合作为红外加热器的材料。

工业红外线加热器有时在石英管上使用金涂层,该金涂层反射红外辐射并将其引向待加热的产品。因此,撞击在产品上的红外辐射几乎加倍。使用金是因为其抗氧化性和非常高的IR反射率约为95%。

3.类型:
红外加热器通常用于组合多个加热器的红外模块(或发射器组)中以实现更大的加热区域。

红外线加热器通常 按其发射的波长分类  :

(1)近红外(NIR)或短波红外加热器在高于1800°C的灯丝温度下工作,并且当在场中布置时,达到几百kW / m 2的高功率密度。它们的峰值波长远低于水的吸收光谱,因此不适合许多干燥应用。它们非常适合加热需要深度渗透的二氧化硅。

(2)中波和碳(CIR)红外加热器在灯丝温度约  1000°C下工作。它们的功率密度可达  60 kW / m 2(中波)和  150 kW / m 2  (CIR)。

(3)远红外线发射器(FIR)通常用于所谓的低温远  红外线桑拿房中。这些仅构成红外桑拿市场的更高和更昂贵的范围。远红外发射器不使用发射近红外和中红外辐射,热和光的碳,石英或高瓦特陶瓷发射器,而是使用低瓦特陶瓷板保持冷却,同时仍然发射远红外辐射。

温度和峰值波长之间的关系用  Wien的位移定律表示。

4.金属丝元素
金属丝加热元件早出现在20世纪20年代。这些元素由铬镍合金制成。 Chromel  由镍和 铬制成,也被称为镍铬合金。然后将该线材卷成螺旋状并缠绕在陶瓷体上。当加热到高温时,它会形成氧化铬保护层   ,保护电线免受燃烧和腐蚀,这也会导致元件发光。

5.加热灯
加热灯 是一种白炽灯泡  ,其用于产生热量的主要目的。 由灯发出的黑体辐射光谱  被移动以产生更多的红外光。许多加热灯包括红色滤光器以小化发射的可见光的量。加热灯通常包括内部反射器。

加热灯通常用于淋浴和浴室,以温暖沐浴者和餐馆的食物准备区域,以便在食用前保持食物温暖。它们也常用于畜牧业。用于家禽的灯通常被称为育雏灯。除了年轻的鸟类,其他类型的动物可以从加热灯受益包括:爬行类, 两栖类,昆虫, 蛛形纲动物,和年轻一些的哺乳动物。

用于加热灯的插座通常是陶瓷的,因为 当暴露于灯产生的大量废热时,塑料插座会熔化或燃烧,特别是在“基座向上”位置操作时。灯的护罩或罩通常是金属的。护罩前部可能有防护罩,以防止接触灯泡的热表面。

普通家用白色白炽灯泡也  可用作加热灯,但红色和蓝色灯泡用于育雏灯和爬行灯。250 瓦的  加热灯通常包装在“R40”(5“反射灯)外形中,带有中间螺丝底座。

当其他治疗无效或不实用时,加热灯可用作医疗处理以提供干热。[7]

6.陶瓷红外加热系统
陶瓷红外加热元件用于需要长波红外辐射的各种工业过程中。它们的有用波长范围为2-10μm。它们通常也用于动物/宠物保健领域。陶瓷红外线加热器(发射器)采用三个基本发射面制造:槽(凹面),平面和灯泡或爱迪生螺丝元件,通过E27陶瓷灯座进行正常安装。

7.远红外
这种加热技术用于一些昂贵的红外线桑拿房。它也存在于空间加热器中。这些加热器使用低瓦特密度的陶瓷发射器(通常是相当大的面板)发射长波红外辐射。由于加热元件处于相对较低的温度,远红外线加热器不会产生灰尘,污垢,甲醛,油漆涂层等有毒烟雾等排放物和气味。这使得这种类型的空间加热在人们中非常受欢迎。 欧洲严重过敏和  多种化学敏感性。因为远红外技术不能直接加热房间的空气,所以可用表面的曝光是很重要的,然后重新发出温暖,以提供均匀的环境温暖。

8.石英加热灯

透明石英元素
卤素灯是充满高压卤素气体的白炽灯。该气体与少量的溴  或碘结合,通过减少长丝的蒸发使钨原子再生。与白炽灯相比,这导致卤素灯的寿命更长。由于卤素灯产生的高压和高温,它们相对较小并且由石英玻璃制成,因为它具有比标准玻璃更热的熔点  。卤素灯的常见用途是台式加热器。

石英红外加热元件发射中波红外能量,在需要快速加热器响应的系统中特别有效。石英灯泡中的管状红外灯产生波长为1.5-8μm的红外辐射。封闭的灯丝工作在2500 K左右  ,比开放式线圈源产生更多的波长更短的辐射。这些灯具于20世纪50年代在  通用电气公司开发,产生约  100 W / in  (4 W / mm),可组合发射每平方英尺500瓦(5400 W / m 2)。为了实现更高的功率密度,  卤素灯 被使用了。石英红外灯用于高度抛光的反射器,以均匀和集中的方式引导辐射。

石英加热灯用于食品加工,化学加工,油漆干燥和冷冻材料的解冻。它们还可用于寒冷地区,孵化器以及其他加热,干燥和烘烤应用中的舒适加热。在空间再入汽车的发展,石英红外灯组被用来测试在功率密度高达28千瓦/平方英尺(300千瓦/米热屏蔽材料2。

常见的设计包括缎面  乳白色石英玻璃管  或 带有电阻元件的透明石英,通常是  钨丝,或铁 - 铬 - 铝合金的薄线圈。 除去大气并用惰性气体如氮气和氩气填充,然后密封。在石英卤素灯中,添加少量卤素气体以延长加热器的使用寿命。

 释放的大部分红外和可见能量是由石英材料的直接加热引起的  ,97%的近红外线被石英玻璃管吸收,导致管壁温度升高,这导致硅 - 氧键辐射远红外线。[ 引证需要 ]  石英玻璃加热元件设计用于照明应用,但是当灯处于全功率时,小于5%的发射能量在可见光谱中。

9.石英钨

石英加热器
石英钨红外加热器发出中波能量达到操作温度高达1500℃(中波)和  2600℃下  (短波)。它们在几秒钟内达到工作温度。峰值波长发射约为1.6μm(中波红外)和1μm(短波红外)。

10.碳加热器

碳纤维加热器
碳加热器使用碳纤维加热元件,能够产生长,中,短波远红外线热量。需要为要加热的空间准确指定它们。

11.燃气
有两种基本类型的红外辐射加热器:发光或高强度、辐射管加热器;

用于工业和商业建筑空间加热的辐射管燃气加热器燃烧  天然气  或  丙烷  以加热钢发射管。通过控制阀的气体   流过  杯形燃烧器  或  文丘里管。燃烧产物气体加热发射管。当管子加热时,来自管子的辐射能量撞击地板和该区域的其他物体,使它们变暖。这种形式的加热即使在突然引入大量冷空气时也能保持温暖,例如在维修  车库中。然而,他们不能打击冷落。

红外加热器的效率是加热器消耗的总能量与产生的红外能量相比的等级。虽然通过该过程总会产生一定量的对流热量,但任何引入加热器的空气运动都会降低其红外转换效率。采用新的无涂层反射器,辐射管的向下辐射效率约为60%。[另外40%包括不可恢复的向上辐射+对流损失,以及烟道损失。

12.健康影响
除了接触热灯泡或元件的危险性之外,当皮肤暴露时间过长或加热器位置太靠近受试者时,高强度短波红外辐射可能导致间接热灼伤。长时间暴露于大量红外辐射(如玻璃鼓风机和弧焊机)的个体可能会出现虹膜的色素沉着   和房水的不透明性  ,因此应缓和暴露。

13.效率
电加热红外线加热器可将其输入的86%作为辐射能量辐射出来。[15]  几乎所有的电能输入都 在灯丝中转换成红外  辐射热,并 通过反射器导向产品[ 需要澄清 ]。通过传导  或  对流从加热元件中去除一些热能  ,对于在加热空间中需要所有电能的一些设计,或者在仅有辐射的情况下可能被认为是损耗,这可能完全没有损失。传热是期望的或有效的。

对于实际应用,红外加热器的效率取决于匹配发射波长和待加热材料的吸收光谱。例如,水的吸收光谱   在3000nm附近具有峰值  。这意味着中波或碳红外加热器的发射比近红外或短波红外辐射更好地被水和水基涂层吸收。许多塑料  如PVC或聚乙烯也是如此  。它们的峰值吸收约为  3500 nm。另一方面,一些金属仅在短波范围内吸收,并且在介质和远红外线中显示出强烈的反射率。这样就可以仔细选择合适的红外线加热器类型,这对于加热过程中的能源效率非常重要。[ 引证需要 ]

陶瓷元件中的在2000年的生产红外波长300至700℃(570至1290°F)的温度操作  10 000  纳米  范围内。大多数塑料和许多其他材料在此范围内吸收红外线,这使陶瓷加热器适合这项任务。[ 引证需要 ]

14.应用

用于烹饪烤肉串的红外线加热器
红外线加热器可满足各种加热要求,包括:

极高的温度,主要受发射器高温度的限制;响应时间快,大约1-2秒;温度梯度,特别是在高热输入的材料网上;相对于传导和对流加热方法聚焦加热区域,非接触,因此不会像传导或对流加热方法那样干扰产品

因此,IR加热器适用于多种用途,包括:加热系统、涂料的固化、塑料收缩、成型前塑料加热、塑料焊接、玻璃和金属  热处理、烹饪、在动物园或兽医诊所加温哺乳动物或圈养动物、热瑜伽健身课程,以减轻对流加热引起的呼吸问题。


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