Infračervené vytápění z uhlíkových vláken: Principy a aplikace

Včera odpoledne jsme odeslali 15 topné trubky z uhlíkových vláken, každý o délce 1,8 metru, se specifikací 380 V a 2000 W. Tato délka je poměrně dlouhá. Dnes budu pokračovat v představování principu ohřevu topných trubek z uhlíkových vláken a rozeberu odvětví, ve kterých se primárně používají. Podělím se s vámi o několik případových studií z různých průmyslových odvětví, aby se všichni mohli poučit.

Základní znalosti infračerveného záření

Nejprve si řekněme několik základních informací o infračerveném záření. Toto je stručný přehled; podrobný výklad by snadno zaplnil celou přednášku z fyziky, proto se pojďme společně dozvědět více.

Proces ohřevu topných trubek z uhlíkových vláken

Když se topná trubka z uhlíkových vláken je pod napětím, vyzařuje oranžovo-červené světlo a současně produkuje infračervené záření, které ohřívá okolní předměty. Povrchová teplota topné trubice může přesáhnout 500 °C. Proces ohřevu integruje tři běžné způsoby přenosu tepla: tepelnou kondukci, tepelnou konvekci a tepelné záření, přičemž tepelné záření je primárním způsobem. Níže představím tyto tři způsoby přenosu tepla.

Tepelná vodivost

Tepelná vodivost označuje proces, při kterém se teplo přenáší z části objektu s vyšší teplotou do části objektu s nižší teplotou. Tepelná vodivost se vyskytuje v pevných látkách, kapalinách i plynech, ale přísně vzato se jedná o čistou tepelnou vodivost pouze v pevných látkách. I ve stacionárních kapalinách dochází k přirozené konvekci v důsledku rozdílu hustot způsobeného teplotním gradientem, což znamená, že v kapalinách probíhá tepelná konvekce a tepelná vodivost současně. Běžným příkladem v každodenním životě je zahřívání jednoho konce železné tyče nad ohněm a pocit, že se druhý konec zahřívá - to je tepelná kondukce. Dalším příkladem je rukojeť špachtle, která se při vaření zahřívá, což je také forma tepelné kondukce.

Tepelná konvekce

Tepelná konvekce, známý také jako konvekční přenos tepla, je proces přenosu tepla způsobený relativním pohybem částic v kapalině. Tento způsob přenosu tepla může probíhat pouze v tekutinách (plynech a kapalinách) a je vždy doprovázen vedením způsobeným pohybem molekul tekutiny.

Tepelnou konvekci lze obecně rozdělit na dva typy:

• Podle média: Konvekce plynu a konvekce kapaliny, přičemž konvekce plynu je zřejmější než konvekce kapaliny.
• Podle příčiny: Přirozená konvekce, způsobená čistě rozdílem hustoty mezi horkou a studenou částí kapaliny, má obecně nízkou rychlost proudění. Nucená konvekce, způsobená tlakem různých čerpadel, ventilátorů nebo jiných vnějších sil, má často vysoký průtok.

Nejběžnějším příkladem tepelné konvekce v každodenním životě je vaření vody.

Tepelné záření

Tepelné záření označuje jev, kdy objekt vyzařuje elektromagnetické vlny v závislosti na své teplotě. Každý objekt s teplotou vyšší než absolutní nula může vyzařovat tepelné záření, a čím vyšší je teplota, tím větší je celková vyzařovaná energie. Spektrum tepelného záření je spojité a teoreticky pokrývá vlnové délky od 0 do ∞. Většina tepelného záření se šíří prostřednictvím delších vlnových délek ve viditelném světle a infračerveném spektru.

Při nižších teplotách se záření vyskytuje především v neviditelné infračervené oblasti. Když teplota dosáhne 300 °C, nejsilnější vlnová délka tepelného záření spadá do infračervené oblasti. Při teplotě mezi 500 °C a 800 °C se nejsilnější vlnová složka přesouvá do oblasti viditelného světla.

Energie vyzařovaná (nebo pohlcovaná) povrchem za jednotku času a na jednotku plochy souvisí s povahou a teplotou povrchu. Čím je povrch tmavší a drsnější, tím větší je jeho schopnost vyzařovat (nebo pohlcovat) energii. Všechny objekty vyzařují do svého okolí energii ve formě elektromagnetických vln. Když se tyto vlny na své dráze šíření setkají s objektem, vybuzují mikroskopické částice uvnitř objektu a způsobují jeho zahřívání.

I ve velké vzdálenosti od plamene cítíme teplo - je to způsobeno infračerveným zářením, které nám dává pocit tepla. Nejčastějším využitím tepelného záření je sezení u ohně, zatímco například ohřívač rukou využívá jiný způsob přenosu tepla a neměl by být zaměňován. Infračervené záření, které vyzařují topné trubice z uhlíkových vláken, se nachází ve stejném pásmu vlnových délek jako záření hořících plamenů, tedy v rozmezí od 2,0 do 15 mikronů.

Materiály, jako jsou potraviny, textilie, barvy a plodiny, absorbují tento rozsah vlnových délek nejsnáze. Proto jsou-li tyto materiály vystaveny infračervenému záření vyzařovanému trubicemi s uhlíkovými vlákny, absorbují záření a přeměňují je na teplo, čímž zvyšují teplotu materiálu a dosahují sušení, ohřevu nebo vytvrzování. Při zahřívání infračerveným zářením zahřívaná látka absorbuje záření účinněji díky rezonanci mezi absorpčním pásmem materiálu a vlnovou délkou infračerveného záření. Tím se maximalizuje absorpce infračerveného tepla, rychle se zvyšuje teplota a zlepšuje účinnost ohřevu, což následně zvyšuje efektivitu výroby.

Použití v automobilovém průmyslu

V procesu výroby automobilů, topné trubky z uhlíkových vláken se nejčastěji používají v lakovacích kabinách, jak bylo uvedeno v předchozích článcích. Proto se zde nebudu dále zabývat použitím infračervených topných trubic z uhlíkových vláken v lakovacích kabinách.

Použití v průmyslu tisku a barvení textilií

V textilním tiskařském a barvířském průmyslu jsou typickým příkladem infračerveného ohřevu zařízení, jako jsou plošné stroje, tunelové sušičky a mobilní sušicí stroje. Když je topná trubice z uhlíkových vláken pod napětím, vyzařuje oranžovožluté světlo a infračervené záření s vlnovou délkou v pásmu 2,0 až 15 mikronů. Tento rozsah vlnových délek odpovídá absorpčnímu pásmu mnoha textilií a ve vodě rozpustných barviv. Při zahřívání infračerveným zářením textilie nebo barvivo rychle absorbují infračervené teplo díky odpovídající vlnové délce, čímž rychle zvyšují teplotu, zlepšují účinnost zahřívání a zvyšují efektivitu výroby.

GlobalQT je přední výrobce specializující se na vysoce kvalitní křemenné topné trubice a řešení. Další informace naleznete v naší webová stránka nebo nás kontaktujte na contact@globalquartztube.com.