Pemanas inframerah
Sejarah [ Sunting ]
Ahli astronomi Jerman-Inggeris Sir William Herschel dikreditkan dengan penemuan inframerah pada tahun 1800. Dia membuat instrumen yang dipanggil spektrometer untuk mengukur magnitud kuasa bersinar pada panjang gelombang yang berbeza. Instrumen ini dibuat dari tiga keping. Yang pertama adalah prisma untuk menangkap cahaya matahari dan mengarahkan dan menyebarkan warna ke meja, yang kedua adalah panel kecil kadbod dengan celah yang cukup lebar untuk hanya satu warna untuk melewatinya dan akhirnya, tiga merkuri-in- termometer kaca. Melalui percubaannya Herschel mendapati bahawa cahaya merah mempunyai tahap perubahan suhu yang paling tinggi dalam spektrum cahaya , bagaimanapun, pemanasan inframerah tidak biasa digunakan sehingga Perang Dunia II . Semasa pemanasan inframerah Perang Dunia II menjadi lebih banyak digunakan dan diiktiraf. Aplikasi utama adalah di bidang penamat logam, terutama dalam pengawetan dan pengeringan cat dan lacquers pada peralatan ketenteraan. Mentol lampu bank telah digunakan dengan sangat baik tetapi oleh piawaian hari ini, intensiti kuasa sangat rendah. Teknik ini menawarkan lebih banyak masa pengeringan daripada ketuhar konveksi bahan api pada masa itu. Kesesakan pengeluaran dikurangkan dan bekalan tentera kepada angkatan bersenjata dikekalkan. Selepas Perang Dunia II penggunaan teknik pemanasan inframerah diteruskan tetapi pada dasarnya lebih perlahan. Pada pertengahan tahun 1950-an industri kenderaan bermotor mula menunjukkan minat terhadap keupayaan inframerah untuk menyembuhkan cat dan sejumlah terowong inframerah barisan pengeluaran telah digunakan. [
Elemen [ sunting ]
Bahan filamen yang paling biasa digunakan untuk pemanas elektrik inframerah adalah dawai tungsten , yang digulung untuk menyediakan lebih banyak kawasan permukaan. Alternatif suhu rendah untuk tungsten adalah karbon , atau aloi besi, kromium, dan aluminium (tanda dagangan dan jenama Kanthal ). Walaupun filamen karbon lebih berubah-ubah untuk menghasilkan, ia menjadi lebih cepat daripada pemanas gelombang sederhana yang boleh dibandingkan dengan filamen FeCrAl.
Apabila cahaya tidak diingini atau tidak diperlukan dalam pemanasan, pemanas radiasi inframerah seramik adalah pilihan pilihan. Mengandungi 8 meter dawai rintangan aloi bergelung, mereka mengeluarkan haba seragam di seluruh permukaan pemanas dan seramik adalah 90% penyerap radiasi. Sebagai penyerapan dan pelepasan berdasarkan kepada punca fizikal yang sama dalam setiap badan, seramik sangat sesuai sebagai bahan untuk pemanas inframerah.
Pemanas inframerah perindustrian kadang-kadang menggunakan salutan emas pada tiub kuarza yang mencerminkan sinaran inframerah dan mengarahkannya ke arah produk yang dipanaskan. Akibatnya, radiasi inframerah yang menimpa produk hampir dua kali ganda. Emas digunakan kerana rintangan pengoksidaan dan pemantulan IR sangat tinggi kira-kira 95%. [4]
Jenis [ sunting ]
Pemanas inframerah biasanya digunakan dalam modul inframerah (atau bank pemancar) yang menggabungkan beberapa pemanas untuk mencapai kawasan yang lebih besar dipanaskan.
Pemanas inframerah biasanya dikelaskan dengan panjang gelombang yang mereka pancarkan:
Di dekat inframerah (NIR) atau pemanas inframerah gelombang pendek beroperasi pada suhu filamen yang tinggi melebihi 1800 ° C dan apabila disusun dalam bidang mencapai ketumpatan kuasa yang tinggi dari ratusan kW / m 2 . Panjang gelombang puncak mereka jauh di bawah spektrum penyerapan untuk air, menjadikannya tidak sesuai untuk banyak aplikasi pengeringan. Mereka sesuai untuk memanaskan silika di mana penembusan yang mendalam diperlukan.
Pemancar inframerah gelombang sederhana dan karbon (CIR) beroperasi pada suhu filamen sekitar 1000 ° C. Mereka mencapai kepadatan kuasa maksimum sehingga 60 kW / m 2 (gelombang sederhana) dan 150 kW / m 2 (CIR).
Pemancar inframerah jauh (FIR) biasanya digunakan dalam apa yang dipanggil rendah suhu jauh sauna inframerah . Ini hanya terdiri daripada rangkaian sauna inframerah yang lebih tinggi dan lebih mahal. Daripada menggunakan pemancar seramik karbon, kuarza atau watt tinggi, yang memancarkan radiasi inframerah, haba dan cahaya inframerah dekat dan sederhana, pemancar inframerah jauh menggunakan plat seramik watt rendah yang tetap sejuk, sementara masih memancarkan sinaran inframerah jauh. [5]
Hubungan antara suhu dan panjang gelombang puncak dinyatakan oleh undang-undang anjakan Wien .
Unsur Kawat Logam [ Edit ]
Unsur pemanasan dawai logam mula-mula muncul pada tahun 1920-an. Unsur-unsur ini terdiri daripada dawai yang terbuat dari kromel. Chromel diperbuat daripada nikel dan krom dan ia juga dikenali sebagai nichrome . Kawat ini kemudiannya bergelung menjadi lingkaran dan dibalut dengan badan seramik. Apabila dipanaskan pada suhu tinggi ia membentuk lapisan perlindungan kromium-oksida yang melindungi wayar daripada pembakaran dan kakisan, ini juga menyebabkan unsur menjadi bersinar. [6]
Lampu Panas [ Edit ]
Lampu haba adalah mentol lampu pijar yang digunakan untuk tujuan utama mewujudkan haba. Spektrum sinaran badan hitam yang dipancarkan oleh lampu dialihkan untuk menghasilkan lebih banyak cahaya inframerah . Banyak lampu haba termasuk penapis merah untuk meminimumkan jumlah cahaya yang boleh dilihat yang dipancarkan. Lampu haba sering termasuk reflektor dalaman.
Lampu haba biasanya digunakan di bilik mandi dan bilik mandi untuk mandi hangat dan di kawasan persediaan makanan di restoran untuk menjaga makanan hangat sebelum disajikan. Mereka juga biasa digunakan untuk penternakan . Lampu yang digunakan untuk ayam sering dipanggil lampu merenung. Selain dari burung muda, jenis haiwan lain yang dapat memanfaatkan lampu panas termasuk reptilia , amfibia , serangga , araknida , dan muda dari beberapa mamalia .
Soket yang digunakan untuk lampu panas biasanya seramik kerana soket plastik boleh mencairkan atau membakar apabila terdedah kepada jumlah besar haba buangan yang dihasilkan oleh lampu, terutamanya apabila dikendalikan dalam kedudukan "asas". Kafan atau tudung lampu biasanya logam. Mungkin ada penjaga wayar di hadapan kafan, untuk mengelakkan menyentuh permukaan panas mentol.
Mentol pijar putih rumah biasa juga boleh digunakan sebagai lampu haba , tetapi mentol merah dan biru dijual untuk digunakan dalam lampu induk dan lampu reptil. Lampu haba 250 watt biasanya dibungkus dalam faktor bentuk "R40" (5 "lampu reflektor) dengan asas skru perantaraan.
Lampu haba boleh digunakan sebagai rawatan perubatan untuk menyediakan haba kering apabila rawatan lain tidak berkesan atau tidak praktikal. [7]
Sistem Haba Inframerah Seramik [ Sunting ]
Unsur pemanasan inframerah seramik digunakan dalam pelbagai proses perindustrian di mana radiasi sinar inframerah panjang diperlukan. Julat panjang gelombang bergunanya adalah 2-10 μm. Mereka sering digunakan di kawasan penjagaan kesihatan haiwan / haiwan kesayangan juga. Pemanas inframerah seramik (pemancar) dibuat dengan tiga muka pemancar asas: palung (cekung), rata, dan mentol atau elemen skru Edison untuk pemasangan biasa melalui pemegang lampu seramik E27.
Far-Infrared [ Edit ]
Teknologi pemanasan ini digunakan di beberapa sauna inframerah yang mahal. Ia juga terdapat dalam pemanas ruang. Pemanas ini menggunakan pemancar keramik ketumpatan rendah (biasanya panel yang agak besar) yang memancarkan sinar inframerah gelombang panjang. Kerana unsur pemanasan berada pada suhu yang agak rendah, pemanas jauh inframerah tidak memberi pelepasan dan bau dari habuk, kotoran, formaldehid, asap beracun dari salutan cat, dan lain-lain. Ini telah menjadikan pemanasan ruang jenis ini sangat popular di kalangan orang dengan alergi teruk dan sensitiviti kimia berganda di Eropah. Oleh kerana teknologi jauh inframerah tidak memanaskan udara di dalam bilik secara langsung, adalah penting untuk memaksimumkan pendedahan permukaan yang sedia ada yang kemudian memancarkan kehangatan untuk memberikan kehangatan sekeliling walaupun semua.
Lampu Haba Kuarza [ Edit ]
Elakkan unsur kuarza
Lampu halogen adalah lampu pijar yang diisi dengan gas halogen yang sangat bertekanan. Gas ini digabungkan dengan sejumlah kecil bromin atau iodin yang menyebabkan atom tungsten menjadi regenerasi dengan mengurangkan penyejatan filamen. Ini membawa kepada kehidupan lampu halogen yang lebih panjang daripada lampu pijar. Oleh kerana lampu halogen tekanan tinggi dan suhu menghasilkan, ia agak kecil dan dibuat daripada kaca kuarza kerana ia mempunyai titik lebur yang lebih panas daripada kaca biasa. Kegunaan umum untuk lampu halogen adalah pemanas atas meja. [8] [9]
Unsur-unsur pemanasan inframerah kuarza memancarkan tenaga inframerah gelombang sederhana dan sangat berkesan dalam sistem di mana tindak balas pemanas pantas diperlukan. Lampu inframerah tubular dalam mentol kuarza menghasilkan radiasi inframerah dalam panjang gelombang 1.5-8 μm. Filamen yang dilampirkan beroperasi pada sekitar 2500 K , menghasilkan radiasi gelombang lebih pendek daripada sumber gegelung dawai terbuka. Dibangunkan pada tahun 1950-an di General Electric , lampu ini menghasilkan kira-kira 100 W / in ( 4 W / mm ) dan boleh digabungkan untuk memancarkan 500 watt setiap kaki persegi ( 5400 W / m 2 ). Untuk mencapai kepadatan kuasa yang lebih tinggi, lampu halogen digunakan. Lampu inframerah kuarza digunakan dalam reflektor yang sangat digilap untuk radiasi langsung dalam corak seragam dan pekat.
Lampu haba kuarza digunakan dalam pemprosesan makanan, pemprosesan kimia, pengeringan cat, dan pencairan bahan beku. Mereka juga boleh digunakan untuk pemanasan selesa di kawasan sejuk, dalam inkubator, dan dalam aplikasi lain untuk pemanasan, pengeringan, dan penaik. Semasa pembangunan kenderaan masuk semula ruang, bank-bank lampu inframerah kuarza digunakan untuk menguji bahan perisai haba pada kepadatan kuasa setinggi 28 kilowatts / kaki persegi (300 kW / m 2 ). [10]
Reka bentuk yang paling umum terdiri daripada tiub kaca kuarza susu putih atau kuartza yang jelas dengan unsur tahan elektrik, biasanya dawai tungsten , atau gegelung nipis aloi besi-kromium-aluminium. [11] Udara atmosfera dikeluarkan dan diisi dengan gas lengai seperti nitrogen dan argon kemudian dimeteraikan. Dalam lampu halogen kuarza, sedikit gas halogen ditambah untuk memanjangkan hayat operasi pemanas.
Kebanyakan tenaga inframerah dan ketara yang dilepaskan disebabkan oleh pemanasan langsung bahan kuarza , 97% daripada inframerah berhampiran diserap oleh tiub kaca kuarza silika menyebabkan suhu dinding tiub meningkat, ini menyebabkan ikatan silikon-oksigen untuk memancarkan sinar inframerah jauh. [ petikan diperlukan ] Elemen pemanasan kaca kuarza pada asalnya direka untuk aplikasi lampu, tetapi apabila lampu berada pada kuasa penuh kurang daripada 5% daripada tenaga yang dipancarkan berada dalam spektrum yang kelihatan. [12]
Tungsten kuarza [ sunting ]
Pemanas kuarza
Pemanas inframerah tungsten kuarz memancarkan tenaga gelombang sederhana yang mencapai suhu operasi sehingga 1500 ° C (gelombang sederhana) dan 2600 ° C (gelombang pendek). Mereka mencapai suhu operasi dalam beberapa saat. Pelepasan panjang gelombang puncak kira-kira 1.6 μm (inframerah gelombang sederhana) dan 1 μm (inframerah gelombang pendek).
Pemanas Karbon [ Edit ]
Pemanas Serat Karbon
Pemanas karbon menggunakan elemen pemanasan serat karbon yang mampu menghasilkan gelombang haba yang panjang, sederhana dan pendek jauh inframerah . Mereka perlu ditentukan dengan tepat untuk ruang dipanaskan. [13]
Gas Dipandu [ Edit ]
Terdapat dua jenis pemanas radiasi inframerah.
Bercahaya atau intensiti tinggi
Pemanas tiub radius
Pemanas gas tiub api yang digunakan untuk pemanasan ruang bangunan industri dan komersial membakar gas asli atau propana untuk memanaskan tiub pemancar keluli. Gas yang melalui injap kawalan mengalir melalui pembakar cawan atau venturi . Gas produk bakar memanaskan tiub pemancar. Sebagai tiub memanaskan, tenaga bersinar dari tiub menyerang lantai dan objek lain di kawasan itu, memanaskannya. Bentuk pemanasan ini mengekalkan kehangatan walaupun jumlah besar udara sejuk tiba-tiba diperkenalkan, seperti dalam garaj penyelenggaraan. Mereka tidak boleh melawan draf sejuk.
Kecekapan pemanas inframerah adalah penarafan jumlah tenaga yang digunakan oleh pemanas berbanding dengan jumlah tenaga inframerah yang dihasilkan. Walaupun sentiasa terdapat beberapa haba konvensional yang dihasilkan melalui proses ini, sebarang pengenalan gerakan udara di seluruh pemanas akan mengurangkan kecekapan penukaran inframerahnya. Dengan reflektor untarnished yang baru, tiub berseri mempunyai Kecekapan Sedang Turun sekitar 60%. [Yang lain 40% terdiri daripada kerugian yang tidak dapat dipulihkan ke atas + kerugian konveksi, dan kerugian serombong.]
Kesan Kesihatan [ Sunting ]
Sebagai tambahan kepada bahaya menyentuh bohlam atau elemen panas, sinaran inframerah gelombang pendek intensiti tinggi boleh menyebabkan luka haba tidak langsung apabila kulit terdedah terlalu lama atau pemanas diposisikan terlalu dekat dengan subjek. Individu yang terdedah kepada sejumlah besar sinaran inframerah (seperti pengilap kaca dan pengimpal arka) sepanjang tempoh masa yang panjang mungkin mengalami depigmentasi iris dan kelegapan humor air , jadi pendedahan harus dimoderasikan. [14]
Kecekapan [ sunting ]
Pemanas inframerah yang disambungkan secara elektrik memancarkan sehingga 86% daripada input mereka sebagai tenaga berseri. [15] Hampir semua input tenaga elektrik ditukarkan menjadi haba berseri inframerah dalam filamen dan diarahkan kepada produk [ klarifikasi yang diperlukan ] oleh reflektor. Sesetengah tenaga panas dikeluarkan dari elemen pemanasan melalui konduksi atau perolakan , yang mungkin tidak ada kerugian sama sekali untuk sesetengah reka bentuk di mana semua tenaga elektrik diingini di ruang yang dipanaskan, atau mungkin dianggap kerugian, dalam keadaan di mana hanya radiasi pemindahan haba dikehendaki atau produktif.
Untuk aplikasi praktikal, kecekapan pemanasan inframerah bergantung kepada pencocokan panjang gelombang yang dipancarkan dan spektrum penyerapan bahan yang hendak dipanaskan. Sebagai contoh, spektrum penyerapan untuk air mempunyai puncaknya pada sekitar 3000 nm . Ini bermakna bahawa pelepasan dari gelombang sederhana atau pemanas inframerah karbon lebih baik diserap oleh salutan berasaskan air dan air daripada NIR atau sinaran inframerah gelombang pendek. Begitu juga dengan kebanyakan plastik seperti PVC atau polyethylene. Penyerapan puncak mereka adalah sekitar 3500 nm . Sebaliknya, sesetengah logam menyerap hanya dalam jarak gelombang pendek dan menunjukkan pemantulan yang kuat dalam inframerah sederhana dan jauh. Ini menjadikan pilihan berhati-hati jenis pemanasan inframerah yang betul penting untuk kecekapan tenaga dalam proses pemanasan. [ rujukan? ]
Unsur-unsur seramik beroperasi pada suhu 300 hingga 700 ° C (570 hingga 1,290 ° F) menghasilkan panjang gelombang inframerah pada jarak 2000 hingga 10 000 nm . Kebanyakan plastik dan banyak bahan lain menyerap terbaik inframerah dalam julat ini, yang menjadikan pemanas seramik paling sesuai untuk tugas ini. [ rujukan? ]
Aplikasi [ sunting ]
Pemanas inframerah untuk memasak döner kebab
Pemanas IR boleh memenuhi pelbagai keperluan pemanasan, termasuk:
Suhu yang sangat tinggi, sebahagian besarnya terhad oleh suhu maksimum pemancar
Masa tindak balas yang cepat, mengikut urutan 1-2 saat
Gradien suhu, terutamanya pada bahan web dengan input haba yang tinggi
Kawasan yang dipusatkan dengan tumpuan berbanding kaedah pemanasan konduktif dan konveksi
Bukan hubungan, dengan itu tidak mengganggu produk sebagai kaedah pemanasan konduktif atau konveksi
Oleh itu, pemanas IR digunakan untuk pelbagai tujuan termasuk:
Sistem pemanasan
Menyembuhkan salutan
Pemanasan plastik sebelum membentuk
Kimpalan plastik
Kaca & logam merawat haba
Memasak
Pemanasan haiwan yang menyusu atau haiwan di zoo atau klinik veterinar
Kelas kecergasan Yoga panas untuk mengurangkan masalah pernafasan yang ditimbulkan oleh pemanasan pemutus [16]
