炭素繊維赤外線加熱：原理と応用

昨日の午後、我々は15台を出荷した。 カーボンファイバーヒーティングチューブ長さ1.8メートル、380V、2000W。この長さは比較的長い。今日も引き続き、炭素繊維加熱管の加熱原理を紹介し、主にどのような産業で使用されているかをお話しします。皆さんに学んでいただけるよう、さまざまな業界の事例を紹介します。

赤外線の基礎知識

まず、赤外線についての基本的な知識から始めましょう。これは簡単な概要であり、詳しい説明をすれば物理学の講義1回分を簡単に埋めることができる。

炭素繊維加熱管の加熱プロセス

そのとき 炭素繊維加熱管 が通電されると、オレンジがかった赤色の光を発すると同時に赤外線を発生し、周囲の物体を加熱する。加熱管の表面温度は500℃を超えることもある。加熱プロセスは、熱伝導、熱対流、熱放射の3つの一般的な熱伝達モードを統合しており、熱放射が主要なモードである。以下、これら3つの熱伝導モードについて紹介する。

熱伝導

熱伝導 熱伝導とは、物体の温度の高い部分から低い部分へと熱が移動する過程を指す。熱伝導は固体、液体、気体で起こるが、厳密に言えば、純粋な熱伝導は固体でのみ起こる。静止している流体でも、温度勾配による密度差によって自然対流が起こるので、流体では熱対流と熱伝導が同時に起こっていることになる。日常生活でよくある例は、鉄の棒の一端を火で熱し、もう一端が熱くなるのを感じることである。また、調理中にヘラの柄が熱くなるのも熱伝導の一種である。

熱対流

熱対流対流熱伝達とも呼ばれるこの熱伝達は、流体内の粒子の相対的な動きによって引き起こされる熱伝達のプロセスである。この熱伝導は流体（気体や液体）でのみ起こり、常に流体分子の動きによる伝導を伴う。

熱対流は2つのタイプに大別できる：

• ミディアム:気体対流と液体対流があり、気体対流の方が液体対流よりはっきりしている。
• 原因によって:自然対流は、純粋に流体の熱い部分と冷たい部分の密度差によって起こるもので、一般に流量は少ない。強制対流は、様々なポンプやファンなどの外力によって引き起こされ、多くの場合流量が多い。

日常生活で熱対流の最も一般的な例は、水が沸騰するときである。

熱放射

熱放射 物体がその温度によって電磁波を放射する現象を指す。絶対零度以上の温度であれば、どんな物体でも熱輻射を放出することができ、温度が高いほど放出される総エネルギーは大きくなる。熱放射のスペクトルは連続的で、理論的には0から∞までの波長をカバーする。熱放射のほとんどは、可視光線と赤外線スペクトルの長い波長を通して透過する。

より低い温度では、放射は主に目に見えない赤外線領域で起こる。温度が300℃に達すると、熱放射で最も強い波長は赤外線領域に入る。温度が500℃から800℃になると、最も強い波長成分は可視光領域に移る。

単位時間当たり、単位面積当たりに表面が放出（または吸収）するエネルギーは、表面の性質と温度に関係している。表面が黒く粗いほど、エネルギーを放出（または吸収）する能力は高くなる。すべての物体は、電磁波の形で周囲にエネルギーを放射している。これらの波が伝搬経路の途中で物体に出会うと、物体内の微小粒子を励起し、発熱させる。

炎から少し離れていても、私たちは熱を感じることができる。熱放射の最も一般的な用途は、火のそばに座ることであるが、例えばハンドウォーマーは別の熱伝達様式を使用しており、混同してはならない。炭素繊維ヒーティング・チューブから放射される赤外線は、燃焼する炎から発生するものと同じ波長帯にあり、2.0～15ミクロンの範囲にある。

食品、繊維、塗料、農作物などの素材は、この波長域を最も容易に吸収する。そのため、これらの素材が炭素繊維加熱管から放射される赤外線にさらされると、放射線を吸収して熱に変換し、素材の温度を上昇させて乾燥、加熱、硬化などの効果を得ることができます。赤外線で加熱する場合、材料の吸収帯と赤外線波長との共鳴により、加熱される物質はより効率的に放射線を吸収する。これにより、赤外線の熱の吸収が最大化され、温度が急速に上昇し、加熱効率が向上し、生産効率が高まります。

自動車産業への応用

自動車の製造工程で カーボンファイバーヒーティングチューブ は、以前の記事で述べたように、塗装ブースで最も一般的に使用されています。従って、塗装ブースにおける炭素繊維赤外線ヒーターチューブの用途については、ここではこれ以上詳しく説明しません。

捺染・染色産業への応用

捺染業界では、プラテン機、トンネルドライヤー、移動式乾燥機などが赤外線加熱の代表例である。炭素繊維加熱管に通電すると、2.0～15ミクロンの波長帯域の橙黄色の光と赤外線を放射する。この波長帯は、多くの繊維や水溶性染料の吸収帯と一致する。赤外線で加熱すると、波長が一致するため、繊維や染料は赤外線の熱を素早く吸収し、急速に温度が上昇し、加熱効率が向上し、生産効率が向上する。

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