Carbonfaser-Infrarot-Heizung: Prinzipien und Anwendungen

Gestern Nachmittag haben wir 15 Kohlefaser-Heizrohremit einer Länge von jeweils 1,8 Metern und einer Leistung von 380 V und 2000 W. Diese Länge ist relativ lang. Heute werde ich weiterhin das Heizprinzip von Kohlefaser-Heizrohren vorstellen und die Branchen besprechen, in denen sie hauptsächlich eingesetzt werden. Ich werde einige Fallstudien aus verschiedenen Branchen vorstellen, von denen jeder lernen kann.

Grundlegende Kenntnisse über Infrarot-Strahlung

Lassen Sie uns zunächst mit einigen grundlegenden Kenntnissen über Infrarotstrahlung beginnen. Dies ist ein kurzer Überblick; eine ausführliche Erklärung könnte leicht eine ganze Physikvorlesung füllen, also lassen Sie uns zusammenarbeiten, um mehr zu erfahren.

Erwärmungsprozess von Kohlenstofffaser-Heizrohren

Wenn die Kohlefaser-Heizrohr Wenn die Heizröhre mit Strom versorgt wird, strahlt sie ein orange-rotes Licht aus und erzeugt gleichzeitig Infrarotstrahlung, die die umliegenden Objekte erwärmt. Die Oberflächentemperatur des Heizrohrs kann 500°C überschreiten. Der Erwärmungsprozess umfasst die drei üblichen Wärmeübertragungsarten: Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung, wobei die Wärmestrahlung die wichtigste Art ist. Im Folgenden werde ich diese drei Arten der Wärmeübertragung vorstellen.

Wärmeleitung

Wärmeleitung bezieht sich auf den Prozess, bei dem Wärme vom Teil eines Objekts mit höherer Temperatur auf den Teil mit niedrigerer Temperatur entlang des Objekts übertragen wird. Wärmeleitung tritt in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen auf, aber streng genommen handelt es sich nur in Festkörpern um reine Wärmeleitung. Selbst in ruhenden Flüssigkeiten kommt es aufgrund des durch das Temperaturgefälle verursachten Dichteunterschieds zu natürlicher Konvektion, d. h. Wärmekonvektion und Wärmeleitung finden in Flüssigkeiten gleichzeitig statt. Ein gängiges Beispiel aus dem Alltag ist das Erhitzen eines Eisenstabs über einem Feuer und das Gefühl, dass das andere Ende heiß wird - das ist Wärmeleitung. Ein weiteres Beispiel ist der Griff eines Pfannenwender, der beim Kochen heiß wird, was ebenfalls eine Form der Wärmeleitung ist.

Thermische Konvektion

Thermische KonvektionDie konvektive Wärmeübertragung, auch Konvektionswärmeübertragung genannt, ist der Prozess der Wärmeübertragung, der durch die relative Bewegung von Teilchen in einer Flüssigkeit verursacht wird. Diese Art der Wärmeübertragung kann nur in Fluiden (Gasen und Flüssigkeiten) stattfinden und wird immer von der durch die Bewegung der Fluidmoleküle verursachten Wärmeleitung begleitet.

Die thermische Konvektion lässt sich grob in zwei Arten einteilen:

• Nach Medium: Gaskonvektion und Flüssigkeitskonvektion, wobei die Gaskonvektion stärker ausgeprägt ist als die Flüssigkeitskonvektion.
• Durch Ursache: Die natürliche Konvektion, die allein durch die Dichteunterschiede zwischen dem heißen und dem kalten Teil der Flüssigkeit verursacht wird, hat im Allgemeinen eine geringe Durchflussrate. Erzwungene Konvektion, die durch den Druck verschiedener Pumpen, Ventilatoren oder anderer externer Kräfte verursacht wird, hat oft eine hohe Durchflussrate.

Das häufigste Beispiel für Wärmekonvektion im täglichen Leben ist das Kochen von Wasser.

Thermische Strahlung

Wärmestrahlung bezieht sich auf das Phänomen, dass ein Objekt aufgrund seiner Temperatur elektromagnetische Wellen aussendet. Jedes Objekt, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, kann Wärmestrahlung aussenden, und je höher die Temperatur ist, desto größer ist die insgesamt ausgestrahlte Energie. Das Spektrum der Wärmestrahlung ist kontinuierlich und deckt theoretisch Wellenlängen von 0 bis ∞ ab. Die meiste Wärmestrahlung wird über längere Wellenlängen im sichtbaren Licht und im Infrarotspektrum übertragen.

Bei niedrigeren Temperaturen tritt die Strahlung hauptsächlich im unsichtbaren Infrarotbereich auf. Wenn die Temperatur 300°C erreicht, fällt die stärkste Wellenlänge der Wärmestrahlung in den Infrarotbereich. Bei einer Temperatur zwischen 500°C und 800°C verschiebt sich die stärkste Wellenlängenkomponente in den Bereich des sichtbaren Lichts.

Die von einer Oberfläche pro Zeit- und Flächeneinheit abgestrahlte (oder absorbierte) Energie hängt von der Beschaffenheit und der Temperatur der Oberfläche ab. Je dunkler und rauer die Oberfläche ist, desto größer ist ihre Fähigkeit, Energie abzustrahlen (oder zu absorbieren). Alle Objekte strahlen Energie in Form von elektromagnetischen Wellen an ihre Umgebung ab. Wenn diese Wellen auf ihrem Ausbreitungsweg auf ein Objekt treffen, regen sie die mikroskopisch kleinen Teilchen im Inneren des Objekts an, wodurch es sich erwärmt.

Selbst in einiger Entfernung von einer Flamme können wir die Wärme spüren - das liegt an der Infrarotstrahlung, durch die wir uns warm fühlen. Die häufigste Anwendung von Wärmestrahlung ist das Sitzen am Feuer, während ein Handwärmer zum Beispiel eine andere Art der Wärmeübertragung nutzt und nicht verwechselt werden sollte. Die von Kohlefaserheizrohren abgegebene Infrarotstrahlung liegt im gleichen Wellenlängenbereich wie die von brennenden Flammen, nämlich zwischen 2,0 und 15 Mikrometer.

Materialien wie Lebensmittel, Textilien, Farben und Pflanzen absorbieren diesen Wellenlängenbereich am besten. Wenn diese Materialien der von Kohlefaser-Heizrohren ausgesandten Infrarotstrahlung ausgesetzt werden, absorbieren sie die Strahlung und wandeln sie in Wärme um, wodurch sich die Temperatur des Materials erhöht und Trocknungs-, Heiz- oder Aushärtungseffekte erzielt werden. Bei der Erwärmung mit Infrarotstrahlung absorbiert die zu erwärmende Substanz die Strahlung aufgrund der Resonanz zwischen der Absorptionsbande des Materials und der Infrarot-Wellenlänge effizienter. Dadurch wird die Absorption der Infrarotwärme maximiert, die Temperatur schnell erhöht und die Effizienz der Heizung verbessert, was wiederum die Produktionseffizienz steigert.

Anwendung in der Automobilindustrie

In der Automobilherstellung, Kohlefaser-Heizrohre werden am häufigsten in Lackierkabinen eingesetzt, wie bereits in früheren Artikeln erwähnt. Daher werde ich hier nicht weiter auf die Anwendung von Kohlefaser-Infrarot-Heizrohren in Lackierkabinen eingehen.

Anwendung in der Textildruck- und Färbeindustrie

In der Textildruck- und Färbeindustrie sind Geräte wie Tiegelmaschinen, Tunneltrockner und mobile Trocknungsmaschinen typische Beispiele für Infrarotheizungen. Wenn das Kohlefaser-Heizrohr mit Strom versorgt wird, sendet es orange-gelbes Licht und Infrarotstrahlung mit einem Wellenlängenbereich von 2,0 bis 15 Mikrometer aus. Dieser Wellenlängenbereich entspricht dem Absorptionsbereich vieler Textilien und wasserlöslicher Farbstoffe. Bei der Erwärmung mit Infrarotstrahlung absorbieren die Textilien oder Farbstoffe die Infrarotwärme aufgrund der passenden Wellenlänge schnell, wodurch die Temperatur rasch ansteigt, die Erwärmungseffizienz verbessert und die Produktionseffizienz erhöht wird.

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