红外线加热炉设计原理

红外线加热炉设计原理

红外线加热乾燥系统之开发，首先要从系统加热乾燥製程的观点来著手，以单位產品能源损耗及產品品质為依据，配合上下游的製造流程来应用红外线技术。第一考虑要件為选择适当的辐射源使在频谱分佈上能和受热物的红外线特性相吻合，第二需要热风辅助系统及通风排放系统之密切配合以帮助挥发物之排除，以避免辐射能量的传送损失，来彰显红外线加热乾燥之特殊效果，第三為传动装置的设计，使受热物能依实际需要在设计规格下得到******的加热乾燥成效，第四為选择最适当的控制系统以统合上述之各项装置系统，适时适量提供能量，达到最适化的加热乾燥。

(一)分析被加热物吸收特性
分析被加热物吸收特性，是判断是否适用红外技术，如何应用红外技术的依据。如果被加热物在整个红外区间吸收特性极差，那麼就不能用红外加热方式，而应考虑採用微波加热、紫外加热等其它辐射加热技术或其它种类的加热手段。因此，只有那些在红外区间有较高的平均吸收率，或有几段较强烈的吸收带，或可以採用红外助吸收涂料，而且在工作温度时辐射源发出的辐射能量的主辐射波段处於红外区的被加热物体，才能採用红外技术。一般而言，有机物质，高分子物质，含水物质在红外区部有较强烈的吸收峰区，它们的加热乾燥过程都可以应用红外技术。被加热物的吸收特性可以通过三条途径了解：

1.透过标準红外图谱查阅。现有的各种标準红外图谱收集了在实验室条件下测定的许多物质的红外吸收特性曲线。

2.如果被加热物的成分事先并不知道，或者该物质的吸收特性在各种标準红外图谱上尚未收入。那麼，也可通过红外分光光度计来直接测定其红外吸收特性曲线。

3.对一些特定种类的简单物质，可通过经验公式求取其吸收特性曲线。应该强调的是一般吸收光谱多在常温下测定，而实际物体的吸收率和辐射率一样，随温度而变，以常温辐射特性来推测高温辐射特性只是一种近似的分析。必要时应测定工作温度区间的吸收特性及其在温度区间的温度变化规律，以便掌握其动态吸收特性。
(二)合理选择红外辐射源
红外加热技术取得成效的必备条件是有一个良好的红外吸收体和一个与之能实现红外光谱匹配的辐射源，这样才能形成完整的红外加热技术，取得高效率传热，达到节约能源的效果。红外辐射源可分為两类：
1. 追求波段型光谱匹配的覆盖性红外辐射源。
2. 追求波长型光谱匹配的选择性红外辐射源
由於配製技术上的难度和考虑使用时具备一定的宽容度以适应多种加热乾燥对象，故现在极少生產和使用选择性红外辐射源。大量推广应用的几乎都是波段型匹配的覆盖性红外辐射源。
市售的红外辐射源现有红外辐射器和红外涂料两种。前者是整体的红外辐射元件。后者仅是将红外涂料涂覆在一般热源表面改造成红外辐射源。究竟选用整体的红外辐射器还是选用红外涂料，应视具体需要和条件而定。一般建造新的加热炉时多购置现成的红外辐射器產品来组装使用，改造旧有加热设备时常选用红外涂料涂覆到原有发热体表面藉以改变其辐射特性，形成红外辐射源。此外，红外元件辐射性能随著时间而衰减到一定程度时，也往往利用在其表面重新涂覆一层红外涂料的办法来恢復其强红外辐射特性。红外辐射器的种类很多，有灯式、管式、板式、带式、圈式以及其它特殊型式，不同热源的红外辐射源的结构也不同，目前最多的是电热式红外辐射器，恒盛炉业也有以煤气、天然气、液化石油气和蒸汽為热源的红外辐射器。
1. 电气式红外线加热器
电气红外线加热器是利用电流通过电阻而发热(焦耳效应)，高温的电阻器以辐射电磁波方式将能量传出。最常用的电阻器有钨丝与镍铬线，钨丝流通电流后温度可升高到约2200~2500度，辐射的电磁波穿透石英玻璃外壳后传至被加热物。由於钨丝升温迅速，藉由电力电子元件如硅半导体控制整流器的控制，电气放射器可快速、準确地达到预定的温度，產生所需波段的红外线，更由於钨丝可达高温，易產生高强度红外线，适合用於需要高能量密度、温度控制精确，而又响应迅速的红外线应用场合。主要有下列几种型式：
(1)红外线灯泡
椭圆球面内部侧面镀有反射材料，内部為钨丝，通电產生近红外线与可视光由拋物线锥面反射出来，加热效果略逊，早期汽车板金烤漆之红外线加热炉常被採用。
(2)卤素红外线加热灯管(T3灯管)
管状石英玻璃管内封入灯丝抽掉空气充填卤素气体，通电灯丝色温高达2500K，波长较短，属於近红外线区，投入电力约85%转换成红外线，本型加热灯管之灯丝热容量小，在电源ON-OFF的瞬间随温度上升100%，下降到室温，升温快，瞬间达到1800度之高温。在额定电压下之操作寿命為5000小时。灯管两端引线固定座需加以冷却，通常用空气或水套冷却，使它保持在300度以下，以确保使用寿命，超过300度以上引线固定座之扁平状鉬线易起氧化，在封口处之玻璃与引线之间逐渐產生空隙，使空气进入玻璃管内，最后使高温炽热之钨丝烧断，这点是在装设灯管时必须留意的事项。
(3)板式远红外线加热器
板式加热器是在板式的远红外线辐射体(金属板表面有远红外线涂料或陶瓷化处理两种)之内面装有电阻丝，从电阻发热体经传热以加热辐射体，再从辐射体辐射出远红外线。本型加热器之特徵為能量密度较高，不需使用反射板，均温性良妤，适用於薄且面积大的工作件，各区段温度控制容易。
(4)管棒状红外线加热器
管、棒状加热器之管子可為不锈钢无缝管外皮以电浆处理成红外线辐射率很高的辐射面，而内部则穿入镍铬丝，并将空隙填充入绝缘物如氧化镁之类，以增加温度之均匀性，两端通电即发出远红外线。另外管子也有採用石英管(中波红外线)及陶磁管，管内放置镍铬线，通电后发出红外线来加热工件。
各种加热器选择依工件之吸收特性，操作条件来选定。

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