Nóng hồng ngoại
Lịch sử [ Chỉnh sửa ]
Nhà thiên văn Anh William William Herschel của Đức và Anh đã ghi nhận phát hiện ra hồng ngoại vào năm 1800. Ông đã làm một dụng cụ được gọi là quang phổ để đo cường độ năng lượng bức xạ ở các bước sóng khác nhau. Dụng cụ này được làm từ ba miếng. Người thứ nhất là lăng kính để bắt ánh nắng mặt trời và chỉ đạo và phân tán các màu xuống trên bàn, thứ hai là một bảng nhỏ các tông với một khe rộng đủ cho chỉ một màu duy nhất để đi qua nó và cuối cùng là ba thủy ngân- kính nhiệt kế . Qua thử nghiệm của ông, Herschel phát hiện ra rằng ánh sáng đỏ có mức độ thay đổi nhiệt độ cao nhất trong quang phổ ánh sáng , tuy nhiên, sưởi ấm hồng ngoại thường không được sử dụng cho đến Thế chiến II . Trong Chiến tranh thế giới II, sưởi ấm hồng ngoại trở nên được sử dụng rộng rãi hơn và được công nhận. Các ứng dụng chính là trong các lĩnh vực hoàn thiện kim loại, đặc biệt là trong việc bảo dưỡng và làm khô sơn và sơn dầu trên các thiết bị quân sự. Các bóng đèn bóng đèn được sử dụng rất thành công nhưng theo các tiêu chuẩn ngày nay, cường độ điện năng rất thấp. Kỹ thuật này có thời gian sấy nhanh hơn nhiều so với lò sấy đối lưu trong thời gian đó. Các nút thắt cổ chai đã được giảm nhẹ và nguồn cung quân sự cho lực lượng vũ trang được duy trì. Sau Thế chiến thứ hai việc áp dụng các kỹ thuật sưởi hồng ngoại tiếp tục nhưng trên cơ sở chậm hơn nhiều. Vào giữa những năm 1950, ngành công nghiệp ô tô đã bắt đầu thể hiện sự quan tâm đến khả năng của hồng ngoại để xử lý sơn và một số đường hầm hồng ngoại của dây chuyền sản xuất đã được sử dụng. [
Các yếu tố [ Chỉnh sửa ]
Các vật liệu dây tóc thông dụng nhất được sử dụng cho lò sưởi hồng ngoại điện là dây vonfram , được xoắn để cung cấp thêm diện tích bề mặt. Các chất thay thế vonfram có nhiệt độ thấp là carbon , hoặc các hợp kim của sắt, crom và nhôm (thương hiệu và tên thương hiệu Kanthal ). Mặc dù các sợi filament ít biến đổi hơn, chúng sẽ nóng lên nhanh hơn so với máy nóng sóng trung bình tương đương dựa trên sợi FeCrAl.
Khi ánh sáng không được mong muốn hoặc không cần thiết trong lò sưởi, gốm sứ hồng ngoại bức xạ là sự lựa chọn ưa thích. Chứa 8 mét dây dây thép hợp kim cuộn dây, chúng phát ra nhiệt lượng đồng nhất trên toàn bộ bề mặt của lò sưởi và gốm là 90% hấp thụ bức xạ. Vì sự hấp thụ và phát xạ dựa trên các nguyên nhân vật lý tương tự trong mỗi cơ thể, gốm là lý tưởng cho vật liệu cho lò sưởi hồng ngoại.
Công nghiệp hồng ngoại sưởi ấm đôi khi sử dụng một lớp phủ vàng trên ống thạch anh phản ánh bức xạ hồng ngoại và hướng nó về phía sản phẩm để được làm nóng. Do đó, bức xạ hồng ngoại gây ảnh hưởng lên sản phẩm hầu như tăng gấp đôi. Vàng được sử dụng vì tính chống oxy hóa và độ phản xạ hồng ngoại rất cao xấp xỉ 95%. [4]
Các loại [ Chỉnh sửa ]
Bộ tản hồng ngoại thường được sử dụng trong các mô đun hồng ngoại (hoặc các ngân hàng phát) kết hợp nhiều lò sưởi để đạt được các khu vực sưởi ấm lớn hơn.
Các lò sưởi hồng ngoại thường được phân loại theo bước sóng mà chúng phát ra:
Gần tia hồng ngoại (NIR) hoặc tia hồng ngoại ngắn hoạt động ở nhiệt độ cao trên 1.000 ° C và khi bố trí trong một lĩnh vực đạt mật độ công suất cao khoảng vài trăm kW / m 2 . Bước sóng đỉnh cao hơn nhiều so với phổ hấp thụ của nước, làm cho chúng không phù hợp với nhiều ứng dụng sấy. Chúng rất thích hợp để sưởi ấm silica, nơi có sự thâm nhập sâu.
Ánh sáng hồng ngoại trung bình và carbon (CIR) hoạt động ở nhiệt độ sợi tóc khoảng 1000 ° C. Họ đạt mật độ công suất tối đa lên đến 60 kW / m 2 (sóng trung bình) và 150 KW / m 2 (CIR).
Các bộ phát hồng ngoại xa (FIR) thường được sử dụng trong các phòng xông hơi hồng ngoại xa nhiệt độ thấp được gọi là nhiệt độ thấp. Đây chỉ là phạm vi cao hơn và đắt hơn của thị trường phòng tắm hơi hồng ngoại. Thay vì sử dụng các thiết bị phát điện bằng cacbon, thạch anh hoặc cao watt, phát ra bức xạ hồng ngoại gần và trung bình, nhiệt và ánh sáng, các bộ phát hồng ngoại xa sử dụng các tấm gốm có tỷ trọng thấp ở nhiệt độ thấp, trong khi vẫn phát ra bức xạ hồng ngoại xa. [5]
Mối quan hệ giữa nhiệt độ và bước sóng đỉnh được thể hiện bằng luật định vị của Wien .
Kim loại dây Element [ Chỉnh sửa ]
Các yếu tố làm nóng dây kim loại lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 1920. Những yếu tố này bao gồm dây làm từ chromel. Chromel được làm từ niken và chrome và nó còn được gọi là nichrome . Dây này sau đó được cuộn thành một xoắn ốc và quấn quanh một thân gốm. Khi nung nóng ở nhiệt độ cao nó tạo thành một lớp bảo vệ crôm-oxit bảo vệ dây khỏi cháy và ăn mòn, điều này cũng làm cho các nguyên tố này phát sáng. [6]
Đèn Nhiệt [ Chỉnh sửa ]
Ánh sáng nhiệt là bóng đèn sợi đốt được sử dụng cho mục đích chính của việc tạo ra nhiệt. Phổ của bức xạ cơ thể đen phát ra bởi bóng đèn được dịch chuyển để tạo ra nhiều ánh sáng hồng ngoại . Nhiều bóng đèn nhiệt bao gồm một bộ lọc màu đỏ để giảm thiểu lượng ánh sáng nhìn thấy được phát ra. Đèn nung thường bao gồm một bộ phản xạ bên trong.
Đèn nung thường được sử dụng trong phòng tắm và phòng tắm để làm ấm người tắm và trong các khu vực chuẩn bị thức ăn của nhà hàng để giữ ấm thức ăn trước khi phục vụ. Chúng cũng thường được sử dụng cho chăn nuôi . Đèn cho gia cầm thường được gọi là đèn trũng. Bên cạnh những con chim non , các loại động vật khác có thể được hưởng lợi từ đèn sưởi bao gồm bò sát , lưỡng cư , côn trùng , chim nhạn và trẻ của một số động vật có vú .
Các ổ cắm dùng cho đèn nhiệt thường là gốm vì ổ cắm bằng nhựa có thể tan chảy hoặc phơi ra khi phơi ra một lượng lớn nhiệt thải do đèn tạo ra, đặc biệt khi hoạt động ở vị trí "cơ sở". Các tấm lót hoặc mui xe của đèn thường là kim loại. Có thể có một dây bảo vệ trên mặt trước của tấm vải liệm, để tránh chạm vào bề mặt nóng của bóng đèn.
Những bóng đèn sợi đốt gia đình thông thường cũng có thể được sử dụng làm đèn sưởi , nhưng bóng đèn màu đỏ và xanh được bán để sử dụng trong bóng đèn và đèn bò. Bóng đèn nóng 250 W thường được đóng gói trong "R40" (đèn phản xạ 5 ") với một bộ đệm vít trung gian.
Đèn nung có thể được sử dụng như một phương pháp điều trị y tế để cung cấp nhiệt khô khi các phương pháp điều trị khác không có hiệu quả hoặc không thực tế. [7]
Hệ thống nhiệt hồng ngoại Ceramic [ Chỉnh sửa ]
Các bộ phận gia nhiệt bằng tia hồng ngoại được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp đa dạng, nơi cần phải có bức xạ hồng ngoại dài. Dải bước sóng hữu ích của chúng là 2-10 μm. Chúng thường được sử dụng trong lĩnh vực chăm sóc thú vật / vật nuôi. Các bộ tản nhiệt bằng tia hồng ngoại được sản xuất với ba mặt cơ bản của bức xạ: trough (lõm), phẳng, và bóng đèn hoặc bộ phận ốc vít Edison để lắp đặt bình thường thông qua bộ giữ đèn bằng sứ E27.
Viễn hồng ngoại [ Chỉnh sửa ]
Công nghệ sưởi ấm này được sử dụng trong một số phòng xông hơi hồng ngoại đắt tiền. Nó cũng được tìm thấy trong máy sưởi không gian. Những lò sưởi này sử dụng các máy phát gốm có mật độ phát xạ thấp (thường là các tấm lớn) phát ra bức xạ hồng ngoại dài. Vì các bộ phận nung nóng ở nhiệt độ tương đối thấp nên các lò sưởi hồng ngoại không phát thải và mùi hôi từ bụi, chất bẩn, formaldehyde, khói độc hại từ lớp phủ sơn, vv Điều này đã làm cho không gian nóng này phổ biến trong số những người có dị ứng nghiêm trọng và nhạy cảm hóa học nhiều ở Châu Âu. Bởi vì công nghệ hồng ngoại xa không làm nóng không khí trực tiếp của căn phòng, điều quan trọng là tối đa hoá việc tiếp xúc với các bề mặt có sẵn và sau đó phát ra ấm lại để tạo ra một sự ấm áp xung quanh quanh.
Quartz nhiệt Đèn [ Chỉnh sửa ]
Clear thạch anh nguyên tố
Đèn halogen là loại đèn sợi đốt chứa đầy khí halogen được áp suất cao. Khí này được kết hợp với một lượng nhỏ bromua hoặc iodine gây ra các nguyên tử vonfram tái tạo bằng cách làm giảm sự bay hơi của dây tóc. Điều này dẫn đến sự sống lâu hơn của bóng đèn halogen so với bóng đèn sợi đốt. Do áp suất cao và đèn halogen nhiệt độ sản xuất, họ là tương đối nhỏ và được làm từ thủy tinh thạch anh bởi vì nó có một điểm nóng hơn nóng hơn so với thủy tinh tiêu chuẩn. Các ứng dụng phổ biến cho bóng đèn halogen là máy sưởi mặt bàn. [8] [9]
Các bộ phận tỏa nhiệt hồng ngoại phát ra năng lượng hồng ngoại trung bình và đặc biệt hiệu quả trong các hệ thống yêu cầu phản ứng nóng nhanh. Ống hồng ngoại trong bóng đèn thạch anh tạo ra bức xạ hồng ngoại ở bước sóng 1,5-8 μm. Các dây tóc đính kèm hoạt động ở khoảng 2500 K , tạo ra bức xạ bước sóng ngắn hơn các nguồn cuộn dây mở. Được phát triển vào những năm 1950 tại General Electric , các loại đèn này sản xuất khoảng 100 W / inch ( 4 W / mm ) và có thể kết hợp để tỏa ra 500 watt mỗi foot vuông ( 5400 W / m 2 ). Để đạt được mật độ năng lượng cao hơn, đèn halogen đã được sử dụng. Đèn hồng ngoại thạch anh được sử dụng trong các phản xạ đánh bóng cao để trực tiếp bức xạ trong một mẫu đồng nhất và tập trung.
Đèn thạch anh Quartz được sử dụng trong chế biến thực phẩm, chế biến hóa học, sấy sơn, và làm tan băng các chất liệu đông lạnh. Chúng cũng có thể được sử dụng để sưởi ấm thoải mái ở những nơi lạnh, trong vườn ươm, và trong các ứng dụng khác để sưởi ấm, làm khô, và nướng. Trong quá trình phát triển các phương tiện thu hồi không gian, các ngân hàng của bóng đèn hồng ngoại thạch anh được sử dụng để kiểm tra các vật liệu lá chắn nhiệt ở mật độ công suất lên đến 28 kilowatts / foot vuông (300 kW / m 2 ). [10]
Hầu hết các thiết kế thông thường bao gồm một ống thủy tinh thạch anh satin trắng hoặc thạch anh rõ ràng với một thành phần chống điện, thường là dây vonfram , hoặc một cuộn dây mỏng bằng hợp kim sắt-crôm-nhôm. [11] Không khí trong bầu khí quyển được lấy đi và chứa đầy các khí trơ như nitơ và argon sau đó được niêm phong. Trong bóng đèn halogen thạch anh, một lượng nhỏ khí halogen được thêm vào để kéo dài tuổi thọ của lò sưởi.
Phần lớn năng lượng hồng ngoại và năng lượng nhìn thấy được giải phóng là do sự nung nóng trực tiếp của vật liệu thạch anh , 97% hồng ngoại gần được hấp thụ bởi ống thủy tinh silic thạch anh làm cho nhiệt độ của ống tăng lên, điều này làm cho liên kết silic-oxy để tia tia hồng ngoại xa. [ cần dẫn nguồn ] Các yếu tố làm nóng thủy tinh thạch anh ban đầu được thiết kế cho các ứng dụng chiếu sáng, nhưng khi một bóng đèn có năng lượng đầy đủ ít hơn 5% năng lượng phát ra nằm trong phổ nhìn thấy. [12]
Quartz Tungsten [ Chỉnh sửa ]
Quạt thạch anh
Bộ tản nhiệt hồng ngoại vonfram thạch anh phát ra năng lượng sóng trung bình đạt tới nhiệt độ hoạt động lên tới 1500 ° C (sóng trung bình) và 2600 ° C (sóng ngắn). Chúng đạt nhiệt độ hoạt động trong vài giây. Phát xạ bước sóng tối đa xấp xỉ 1,6 μm (sóng hồng ngoại trung bình) và 1 μm (sóng ngắn).
Carbon Heater [ Chỉnh sửa ]
Máy nóng sợi carbon
Lò sưởi bằng carbon sử dụng bộ phận làm nóng sợi cacbon có khả năng tạo ra làn sóng nhiệt hồng ngoại dài, trung bình và ngắn. Chúng cần phải được xác định chính xác cho không gian để được làm nóng. [13]
Gas-Fired [ Chỉnh sửa ]
Có hai loại lò sưởi hồng ngoại cơ bản.
Luminous hoặc cường độ cao
Lò sưởi Radiant
Lò nung đốt bằng ống nano dùng cho việc gia công không gian xây dựng công nghiệp và thương mại làm cháy khí đốt tự nhiên hoặc propan để làm nóng ống thép. Khí đi qua van điều khiển chảy qua một cái nồi chén hoặc ống thông venturi . Các sản phẩm khí đốt đốt nóng ống phát. Khi ống nóng lên, năng lượng bức xạ từ ống chạm sàn và các vật khác trong khu vực, làm nóng chúng. Hình thức sưởi ấm này duy trì nhiệt độ ngay cả khi một lượng lớn không khí lạnh đột nhiên được đưa ra, chẳng hạn như trong các nhà để xe bảo trì. Tuy nhiên, chúng không thể chống lại một bản nháp lạnh.
Hiệu suất của một lò sưởi hồng ngoại là một đánh giá của tổng năng lượng tiêu thụ bởi lò sưởi so với lượng năng lượng hồng ngoại được tạo ra. Trong khi luôn có một lượng hơi nóng đối lưu được tạo ra trong suốt quá trình, bất kỳ sự chuyển động không khí nào qua lò sưởi sẽ làm giảm hiệu quả chuyển đổi hồng ngoại. Với các gương phản xạ không bị trầy xước mới, các ống rực rỡ có hiệu suất bức xạ xuống thấp khoảng 60%. [40% khác bao gồm tổn thất bức xạ đối với bức xạ trở lên và tổn thất đối lưu, và sự mất mát của ống khói]
Hiệu ứng Sức khỏe [ Chỉnh sửa ]
Ngoài những nguy hiểm khi chạm vào bóng đèn hoặc phần tử nóng, bức xạ hồng ngoại cường độ cao có cường độ cao có thể gây bỏng nhiệt gián tiếp khi da tiếp xúc quá lâu hoặc thiết bị gia nhiệt nằm quá gần đối tượng. Các cá nhân tiếp xúc với một lượng lớn bức xạ hồng ngoại (như Máy thổi thủy tinh và máy hàn hồ quang) trong một khoảng thời gian dài có thể phát triển manh mún và độ mờ đục của sự hài hước trong nước , do đó, sự phơi nhiễm phải được kiểm duyệt. [14]
Hiệu quả [ Chỉnh sửa ]
Các lò sưởi hồng ngoại được làm nóng bằng điện tỏa tới 86% lượng đầu vào của chúng như năng lượng bức xạ. [15] Gần như tất cả các đầu vào năng lượng điện được chuyển đổi thành nhiệt bức xạ hồng ngoại trong dây tóc và hướng vào sản phẩm [ làm rõ cần thiết ] bằng các tấm phản xạ. Một số năng lượng nhiệt được lấy ra khỏi bộ phận làm nóng bằng dẫn hoặc đối lưu , có thể không mất mát ở tất cả đối với một số thiết kế, nơi mà tất cả năng lượng điện là mong muốn trong không gian nóng, hoặc có thể được xem là một tổn thất, trong những tình huống chỉ có sự bức xạ truyền nhiệt là mong muốn hoặc hiệu quả.
Đối với các ứng dụng thực tế, hiệu quả của máy sưởi hồng ngoại phụ thuộc vào việc phù hợp với bước sóng phát ra và phổ hấp thụ của vật liệu được nung nóng. Ví dụ, phổ hấp thụ nước có đỉnh cao khoảng 3000 nm . Điều này có nghĩa là sự phát thải từ các lò sưởi sóng trung bình hoặc hồng ngoại được hấp thụ tốt hơn bởi lớp phủ nước và nước hơn là NIR hoặc bức xạ hồng ngoại ngắn. Điều này cũng đúng đối với nhiều loại nhựa như PVC hoặc polyethylene. Độ hấp thụ đỉnh cao của chúng khoảng 3500 nm . Mặt khác, một số kim loại chỉ hấp thụ trong dải sóng ngắn và cho thấy phản xạ mạnh trong hồng ngoại trung và hồng ngoại. Điều này làm cho việc lựa chọn cẩn thận loại máy sưởi hồng ngoại thích hợp quan trọng cho hiệu suất năng lượng trong quá trình gia nhiệt. [ cần dẫn nguồn ]
Các yếu tố gốm sứ hoạt động ở nhiệt độ từ 300 đến 700 ° C (570 đến 1.290 ° F) tạo ra các bước sóng hồng ngoại trong dải từ 2000 đến 10.000 nm . Hầu hết các chất dẻo và nhiều chất liệu khác hấp thụ hồng ngoại tốt nhất trong phạm vi này, làm cho lò sưởi gốm phù hợp nhất cho nhiệm vụ này. [ cần dẫn nguồn ]
Ứng dụng [ Chỉnh sửa ]
Lò sưởi hồng ngoại dùng để nấu cơm kebab
Máy đun hồng ngoại có thể đáp ứng được nhiều yêu cầu về sưởi ấm, bao gồm:
Nhiệt độ cực kỳ cao, được hạn chế phần lớn bởi nhiệt độ cực đại của bộ phát
Thời gian phản ứng nhanh, theo thứ tự 1-2 giây
Nhiệt độ gradients, đặc biệt là trên web vật liệu với đầu vào nhiệt cao
Khu vực nóng tập trung liên quan đến các phương pháp sưởi ấm và dẫn nhiệt
Không tiếp xúc, do đó không làm phiền các sản phẩm như phương pháp làm nóng dẫn hoặc đối lưu làm
Như vậy, lò sưởi hồng ngoại được áp dụng cho nhiều mục đích bao gồm:
Hệ thông sưởi âm
Chữa lớp phủ
Nhựa đun nóng trước khi hình thành
Hàn nhựa
Xử lý nhiệt kính và kim loại
Nấu nướng
Làm nóng động vật bú hoặc động vật nuôi trong vườn thú hoặc phòng khám thú y
Các lớp tập thể dục Yoga nóng để giảm thiểu các vấn đề hô hấp gây ra bởi sự nóng lên đối lưu [16]
