|
|
|
||||||||
|
Физическая сущность подогрева с применением инфракрасных электрообогревателей состоит в передаче тепловой энергии в виде инфракрасного излучения с излучающей поверхности непосредственно на обогревае-мый объект без подогрева окружающего воздуха. Основными нагревательными элементами обогревателей данного типа являются инфракрасные керамические излучатели (далее – ИК-излучатели, излучатели), которые представляют собой электрические нагревательные элементы сопротивления, генерирующие инфракрасное излучение при разогреве керамической излучающей поверхности путем передачи ей тепловой энергии от встроенной внутрь керамического корпуса разогретой электрической спирали. В принципе действия инфракрасных обогревателей заложена их универсальность и высокая экономичность: благодаря заданным характеристикам инфракрасного излучения излучатели нагревают людей, предметы, ограждающие конструкции здания, находящиеся под излучателями и практически не нагревают воздух. В результате не требуются дополнительные затраты энергии на нагрев воздуха, который при конвективном отоплении скапливается под потолком выше зоны обитания. Таким образом, существует реальная возможность отопления инфракрасным излучением с созданием различных температурных зон в одном помещении, например, дополнительный местный обогрев рабочих мест в больших производственных помещениях. Благодаря эффективному и безопасному нагреву человеческого тела инфракрасным излучением определенной длины волны и мощности керамические ИК-излучатели нашли широкое применение, как источники теплового излучения для инфракрасных саун и физиотерапевтических установок. Генерируя спектр инфракрасного излучения в области длин волн 1,5-10 мкм с пиком в диапазоне 1,5-6 мкм керамические ИК-излучатели НОМАКОН™ серий ИКН-100 и ИКН-200 обеспечивают оптимальное поглощение тепла эпидермисом и соединительно-тканным слоем кожи, а также поверхностью кожи человека. Радиационная сушка инфракрасным излучением, как технологический процесс, основана на том, что инфракрасное излучение определенной длинны волны активно поглощается водой, содержащейся в материале, но не поглощается, или незначительно поглощается самим высушиваемым материалом. Таким образом, удаление влаги путем ее испарения возможно без существенного разогрева материала, т.е. при невысокой температуре сушки от 40 до 60°С. Такой процесс, например, при сушке пищевых продуктов позволяет практически полностью сохранить витамины, биологически активные вещества, естественный цвет, вкус и аромат готовой продукции, а также существенно сократить время сушки и затраты тепловой энергии. Керамические ИК-излучатели НОМАКОН™ серий ИКН-100 и ИКН-200 благодаря заданному спектру генерируемого инфракрасного излучения и интенсивности (мощности) излучения позволяют эффективно осуществлять сушку материалов в областях спектра интенсивного инфракрасного поглощения воды с пиками на длинах волн 2,93, 4,7 и 6,2 мкм. Керамические инфракрасные излучатели НОМАКОН™ серий ИКН-100 и ИКН-200 в полной мере соответствуют основным требованиям к источникам инфракрасного излучения, подбираемым для практического применения. Согласно закону Кирхгофа материал, из которого они изготовлены (керамика - шамот, муллит) должен обладать максимальным коэффициентом черноты: способностью поглощать (излучать)инфракрасные лучи в разогретом состоянии. Нагретый керамический материал ИК-излучателей ИКН имеет степень черноты не менее 0,92 , в то время, как сталь и металлические сплавы - около 0,60, полированный алюминий - менее 0,10, железо листовое оцинкованное – не более 0,23. Таким образом, применяемые металлические нагревательные элементы всегда будут иметь более низкую излучающую способность, и чтобы получить необходимый поток инфракрасного излучения, их нужно разогревать до большей температуры, чем керамические. При этом пик спектра излучения сдвигается в область более коротких волн и видимого излучения, что не всегда приемлемо с точки зрения физики процесса, и в данном случае значительно возрастают невосполнимые конвективные потери тепла. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Излучатели инфракрасные керамические серии НОМАКОН™ ИКН-100 со сферической излучающей поверхностью применяются в электрообогревателях инфракрасного излучения бытового и промышленного назначения, в электрообогревателях для инфракрасных саун, в сушильных и жарочных электрошкафах, в радиационных инфракрасных сушилках с распределенными источниками излучения и большой поверхностной интенсивностью излучения. Излучатели инфракрасные керамические серии НОМАКОН™ ИКН-200 с плоской излучающей поверхностью применяются в плоских панелях инфракрасного низкотемпературного длинноволнового обогрева элементов технологических систем, в плоских панелях радиационной инфракрасной сушки тонкопленочных материалов с минимальным расстоянием до поверхности излучения и равномерным распределением интенсивности излучения.
ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Инфракрасное излучение — это часть спектра излучения Солнца, которая непосредственно примыкает к красной части видимой области спектра. Человеческий глаз не в состоянии видеть в этой области спектра, но мы можем чувствовать это излучение, как тепло. Инфракрасное излучение имеет две важные характеристики: длину волны (частоту) излучения и интенсивность излучения. В зависимости от длины волны выделяют три области инфракрасного излучения: ближнюю (0,75−1,5 микрометров), среднюю (1,5 — 5,6 мкм) и дальнюю (5,6−100 мкм). Учитывая физиологические особенности человека, современная медицина делит инфракрасную область спектра излучения на 3 диапазона: - длина волны 0,75-1,5 мкм - излучение проникающее в глубь кожи человека (диапазон IR-A); - длина волны 1,5-5 мкм - излучение, поглощаемое эпидермисом и соединительно-тканным слоем кожи диапазон IR-B); - длина волны более 5 мкм - излучение поглощаемое на поверхности кожи (диапазон IR-C). Причем, наибольшее проникновение наблюдается в диапазоне от 0,75 до 3 мкм и этот диапазон называется "окном терапевтической прозрачности".  рисунок 1 Если учесть тот факт, что сама вода интенсивно поглощает ИК-излучение в диапазоне 1,5-10 мкм с пиками на длинах волн 2,93, 4,7 и 6,2 мкм (Юхневич Г.В. Инфракрасная спектроскопия воды, М, 1973), то наиболее эффективными для процессов обогрева и сушки следует считать ИК-излучатели, излучающие в средней и дальней области инфракрасного спектра с пиком интенсивности излучения в диапазоне длин волн 1,5-6,5 мкм. Полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей излучающей поверхности называют излучательной способностью ИК-излучателя E, Вт/м². Энергия излучения зависит от длины волны λ и температуры излучающей поверхности и является интегральной характеристикой, поскольку учитывает энергию излучения волн всех длин. Излучательную способность, отнесенную к интервалу длин волн dλ, называют интенсивностью излучения I, Вт/(м²∙мкм).  Интегрирование выражения (1) позволяет определить излучательную способность (удельную интегральную энергию излучения) исходя из определенного экспериментальным путем спектра интенсивности излучения в диапазоне длин волн от λ1 до λ2:   рисунок 2 С увеличением мощности излучателя и, соответственно, температуры излучающей поверхности возрастает интенсивность излучения, а спектр излучения сдвигается в область меньших длин волн (закон смещения Вина). При этом пик интенсивности излучения (85-90 % спектра) приходится на диапазон длин волн 1,5-6 мкм, что соответствует оптимальной для данного случая физике процесса инфракрасного обогрева и сушки. Интенсивность инфракрасного излучения и, соответственно, удельная энергия излучения уменьшается с увеличением расстояния от источника излучения. На рисунке 3 приведены кривые изменения удельной энергии излучения керамических излучателей НОМАКОН™ ИКН-101 в зависимости от расстояния между излучающей поверхностью и точкой измерения по нормали к излучающей поверхности. Измерения проводились селективным радиометром в диапазоне длин волн 1,5-8 мкм с последующим интегрированием спектров интенсивности излучения. Как видно из приведенного графика удельная энергия излучения E, Вт/м² снижается обратно пропорционально расстоянию L, м до источника излучения. |
