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紅外線加熱應用-紅外線技術

一、何謂紅外線?

不是特定的加熱器才會釋放出紅外線! 紅外線是一種名詞上的定義。
任何物體只要溫度高於絕對零度(0〫K或攝氏-273℃)皆會發射出紅外線,人體體溫約為36℃高於絕對零度,所以也會發出紅外線只是發熱體的溫度過低所以實際應用是有限的,一般來說要適用在工業應用,通常發熱體的需要在500°C至2200°C範圍內。

紅外線是一種電磁波,其波長分布自780nm(近紅外線)到14,000nm(遠紅外線), 一般工業用紅外線波長定義如下。

  • 短波(近)紅外線:波長小於2000nm(2µm)。
    中波紅外線:波長介於2000nm~4000nm之間。
    長波(遠)紅外線:波長大於4000nm以上

二、波長與溫度的關系

紅外線所發射出的波長主要取決於發熱體的溫度,以透明石英管紅外線加熱器來說,就是燈絲的溫度,溫度與主波長的關系根據維恩定律可以用下列公式來做簡單的計算。

峰值波長(µm) = 2898 / 絕對溫度(〫k) ; (絕對溫度〫k,為攝氏度℃ + 273) 。
例:1.若一發熱體溫度為900攝氏度(℃),其峰值波長為多少?
  2898 / (900 + 273) = 2.47µm , 其峰值波長為2.47µm,屬於中波段波長。

三、紅外線作用原理

紅外線電磁波遇到物體有三種狀況,反射、穿透、吸收,反射及穿透的能量是無法加熱物體,僅有被吸收的能量才能轉化成熱能這一過程中,每種材料均有著自身的吸收頻譜,也就是說在該範圍內電磁輻射最容易被吸收,當紅外輻射器的發射頻譜與材料的吸收頻譜達到最佳匹配時,材料,內部的加熱將變得明顯更快、更加有效。

四、如何挑選紅外線加熱器

對於成功的紅外線加熱或烘乾製程,選擇適合的被加熱物吸收的波長是非常的重要的! 與被加熱物吸收特性精準的匹配的輻射能可以很快在被加熱物吸吸而轉換成熱能,相對被反射及穿透的能量就變少了,這樣一來就不會有多餘的熱能散發到周圍的環境中,造成無謂的熱能損失,這樣可以大大節省加熱的時間及成本!!

下圖為各類型燈管放射光譜及物體吸收光譜分怖比較 由上圖得知若加熱的目標物是水份(例如一般的烘乾製程) 適合使用中波段的加熱燈管,加熱金屬類的物體則適合使用短波段的燈管。
依上述得知加熱水份適合使用中波紅外線,我們來實際分析為什麼中波紅外線會比短波紅外線適合!

  • 上圖為鹵素短波及中波燈管的放射光譜曲線

  • 上圖為液態水的吸收光譜曲線

  • 我們把放射光譜曲線和吸收光譜曲線重疊後可以得到下面二張比較圖

左上圖紅色區域加上綠色區域是鹵素短波燈管所發射出的總能量,綠色部份則是水份有辦法吸收的能量,右上圖也是一樣,藍色區域加上黃色區域是中波燈管所發射出的總能量,黃色部份則是水份有辦法吸收的能量,當放射光譜曲線與吸收光譜曲線重疊的部份愈多,表示該燈管所發射出來的能量愈適合該物體吸收!所以中波燈管適合應用於加熱水份的製程!

五、紅外線加熱的優點

  1. 1. 可快速加熱產品

    除少數例外情況外,熱輻射傳遞比對流快得多。由於即使在加熱循環結束時,源溫度通常比產品的溫度高得多,所以獲得更恆定的加熱速率。
  2. 2. 加熱時間短,能源成本低

    選擇適合的波長加熱,能量可被大幅的利用,並且只在需要的地方和時間施加熱能,不會無謂的浪費能量。
  3. 3. 乾淨的熱源

    由於熱輻射不需要介質來當傳導媒介,所以不會產生其它必要的污染。
  4. 4. 熱分怖可客製化

    可依加熱管軸心的方向量身打造熱分怖的配置。