紅外線加熱爐設(shè)計(jì)原理

紅外線加熱爐設(shè)計(jì)原理

紅外線加熱乾燥系統(tǒng)之開發(fā)，首先要從系統(tǒng)加熱乾燥製程的觀點(diǎn)來(lái)著手，以單位產(chǎn)品能源損耗及產(chǎn)品品質(zhì)為依據(jù)，配合上下游的製造流程來(lái)應(yīng)用紅外線技術(shù)。第一考慮要件為選擇適當(dāng)?shù)妮椛湓词乖陬l譜分佈上能和受熱物的紅外線特性相吻合，第二需要熱風(fēng)輔助系統(tǒng)及通風(fēng)排放系統(tǒng)之密切配合以幫助揮發(fā)物之排除，以避免輻射能量的傳送損失，來(lái)彰顯紅外線加熱乾燥之特殊效果，第三為傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，使受熱物能依實(shí)際需要在設(shè)計(jì)規(guī)格下得到最佳的加熱乾燥成效，第四為選擇最適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)以統(tǒng)合上述之各項(xiàng)裝置系統(tǒng)，適時(shí)適量提供能量，達(dá)到最適化的加熱乾燥。

(一)分析被加熱物吸收特性
分析被加熱物吸收特性，是判斷是否適用紅外技術(shù)，如何應(yīng)用紅外技術(shù)的依據(jù)。如果被加熱物在整個(gè)紅外區(qū)間吸收特性極差，那麼就不能用紅外加熱方式，而應(yīng)考慮採(cǎi)用微波加熱、紫外加熱等其它輻射加熱技術(shù)或其它種類的加熱手段。因此，只有那些在紅外區(qū)間有較高的平均吸收率，或有幾段較強(qiáng)烈的吸收帶，或可以採(cǎi)用紅外助吸收涂料，而且在工作溫度時(shí)輻射源發(fā)出的輻射能量的主輻射波段處?kù)都t外區(qū)的被加熱物體，才能採(cǎi)用紅外技術(shù)。一般而言，有機(jī)物質(zhì)，高分子物質(zhì)，含水物質(zhì)在紅外區(qū)部有較強(qiáng)烈的吸收峰區(qū)，它們的加熱乾燥過(guò)程都可以應(yīng)用紅外技術(shù)。被加熱物的吸收特性可以通過(guò)三條途徑了解：

1.透過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜查閱?，F(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜收集了在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)定的許多物質(zhì)的紅外吸收特性曲線。

2.如果被加熱物的成分事先并不知道，或者該物質(zhì)的吸收特性在各種標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜上尚未收入。那麼，也可通過(guò)紅外分光光度計(jì)來(lái)直接測(cè)定其紅外吸收特性曲線。

3.對(duì)一些特定種類的簡(jiǎn)單物質(zhì)，可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式求取其吸收特性曲線。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是一般吸收光譜多在常溫下測(cè)定，而實(shí)際物體的吸收率和輻射率一樣，隨溫度而變，以常溫輻射特性來(lái)推測(cè)高溫輻射特性只是一種近似的分析。必要時(shí)應(yīng)測(cè)定工作溫度區(qū)間的吸收特性及其在溫度區(qū)間的溫度變化規(guī)律，以便掌握其動(dòng)態(tài)吸收特性。
(二)合理選擇紅外輻射源
紅外加熱技術(shù)取得成效的必備條件是有一個(gè)良好的紅外吸收體和一個(gè)與之能實(shí)現(xiàn)紅外光譜匹配的輻射源，這樣才能形成完整的紅外加熱技術(shù)，取得高效率傳熱，達(dá)到節(jié)約能源的效果。紅外輻射源可分為兩類：
1. 追求波段型光譜匹配的覆蓋性紅外輻射源。
2. 追求波長(zhǎng)型光譜匹配的選擇性紅外輻射源
由於配製技術(shù)上的難度和考慮使用時(shí)具備一定的寬容度以適應(yīng)多種加熱乾燥對(duì)象，故現(xiàn)在極少生產(chǎn)和使用選擇性紅外輻射源。大量推廣應(yīng)用的幾乎都是波段型匹配的覆蓋性紅外輻射源。
市售的紅外輻射源現(xiàn)有紅外輻射器和紅外涂料兩種。前者是整體的紅外輻射元件。后者僅是將紅外涂料涂覆在一般熱源表面改造成紅外輻射源。究竟選用整體的紅外輻射器還是選用紅外涂料，應(yīng)視具體需要和條件而定。一般建造新的加熱爐時(shí)多購(gòu)置現(xiàn)成的紅外輻射器產(chǎn)品來(lái)組裝使用，改造舊有加熱設(shè)備時(shí)常選用紅外涂料涂覆到原有發(fā)熱體表面藉以改變其輻射特性，形成紅外輻射源。此外，紅外元件輻射性能隨著時(shí)間而衰減到一定程度時(shí)，也往往利用在其表面重新涂覆一層紅外涂料的辦法來(lái)恢復(fù)其強(qiáng)紅外輻射特性。紅外輻射器的種類很多，有燈式、管式、板式、帶式、圈式以及其它特殊型式，不同熱源的紅外輻射源的結(jié)構(gòu)也不同，目前最多的是電熱式紅外輻射器，恒盛爐業(yè)也有以煤氣、天然氣、液化石油氣和蒸汽為熱源的紅外輻射器。
1. 電氣式紅外線加熱器
電氣紅外線加熱器是利用電流通過(guò)電阻而發(fā)熱(焦耳效應(yīng))，高溫的電阻器以輻射電磁波方式將能量傳出。最常用的電阻器有鎢絲與鎳鉻線，鎢絲流通電流后溫度可升高到約2200~2500度，輻射的電磁波穿透石英玻璃外殼后傳至被加熱物。由於鎢絲升溫迅速，藉由電力電子元件如硅半導(dǎo)體控制整流器的控制，電氣放射器可快速、準(zhǔn)確地達(dá)到預(yù)定的溫度，產(chǎn)生所需波段的紅外線，更由於鎢絲可達(dá)高溫，易產(chǎn)生高強(qiáng)度紅外線，適合用於需要高能量密度、溫度控制精確，而又響應(yīng)迅速的紅外線應(yīng)用場(chǎng)合。主要有下列幾種型式：
(1)紅外線燈泡
橢圓球面內(nèi)部側(cè)面鍍有反射材料，內(nèi)部為鎢絲，通電產(chǎn)生近紅外線與可視光由拋物線錐面反射出來(lái)，加熱效果略遜，早期汽車板金烤漆之紅外線加熱爐常被採(cǎi)用。
(2)鹵素紅外線加熱燈管(T3燈管)
管狀石英玻璃管內(nèi)封入燈絲抽掉空氣充填鹵素氣體，通電燈絲色溫高達(dá)2500K，波長(zhǎng)較短，屬於近紅外線區(qū)，投入電力約85%轉(zhuǎn)換成紅外線，本型加熱燈管之燈絲熱容量小，在電源ON-OFF的瞬間隨溫度上升100%，下降到室溫，升溫快，瞬間達(dá)到1800度之高溫。在額定電壓下之操作壽命為5000小時(shí)。燈管兩端引線固定座需加以冷卻，通常用空氣或水套冷卻，使它保持在300度以下，以確保使用壽命，超過(guò)300度以上引線固定座之扁平狀鉬線易起氧化，在封口處之玻璃與引線之間逐漸產(chǎn)生空隙，使空氣進(jìn)入玻璃管內(nèi)，最后使高溫?zé)霟嶂u絲燒斷，這點(diǎn)是在裝設(shè)燈管時(shí)必須留意的事項(xiàng)。
(3)板式遠(yuǎn)紅外線加熱器
板式加熱器是在板式的遠(yuǎn)紅外線輻射體(金屬板表面有遠(yuǎn)紅外線涂料或陶瓷化處理兩種)之內(nèi)面裝有電阻絲，從電阻發(fā)熱體經(jīng)傳熱以加熱輻射體，再?gòu)妮椛潴w輻射出遠(yuǎn)紅外線。本型加熱器之特徵為能量密度較高，不需使用反射板，均溫性良妤，適用於薄且面積大的工作件，各區(qū)段溫度控制容易。
(4)管棒狀紅外線加熱器
管、棒狀加熱器之管子可為不銹鋼無(wú)縫管外皮以電漿處理成紅外線輻射率很高的輻射面，而內(nèi)部則穿入鎳鉻絲，并將空隙填充入絕緣物如氧化鎂之類，以增加溫度之均勻性，兩端通電即發(fā)出遠(yuǎn)紅外線。另外管子也有採(cǎi)用石英管(中波紅外線)及陶磁管，管內(nèi)放置鎳鉻線，通電后發(fā)出紅外線來(lái)加熱工件。
各種加熱器選擇依工件之吸收特性，操作條件來(lái)選定。

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