Infračervené vykurovanie z uhlíkových vlákien: Princípy a aplikácie

Včera popoludní sme odoslali 15 vykurovacie rúrky z uhlíkových vlákien, každý s dĺžkou 1,8 metra, so špecifikáciou 380 V a 2000 W. Táto dĺžka je pomerne veľká. Dnes budem pokračovať v predstavovaní princípu ohrevu vykurovacích trubíc z uhlíkových vlákien a rozoberiem odvetvia, v ktorých sa primárne používajú. Podelím sa o niekoľko prípadových štúdií z rôznych priemyselných odvetví, aby sa každý mohol poučiť.

Základné poznatky o infračervenom žiarení

Najprv začnime základnými poznatkami o infračervenom žiarení. Toto je stručný prehľad; podrobné vysvetlenie by ľahko zaplnilo celú prednášku z fyziky, preto sa spoločne naučme viac.

Proces ohrevu vykurovacích rúrok z uhlíkových vlákien

Keď sa vykurovacia rúrka z uhlíkových vlákien je pod napätím, vyžaruje oranžovo-červené svetlo a zároveň produkuje infračervené žiarenie, ktoré ohrieva okolité predmety. Povrchová teplota vykurovacej trubice môže presiahnuť 500 °C. Proces ohrevu integruje tri bežné spôsoby prenosu tepla: tepelné vedenie, tepelnú konvekciu a tepelné žiarenie, pričom tepelné žiarenie je primárnym spôsobom. Ďalej predstavím tieto tri spôsoby prenosu tepla.

Tepelná vodivosť

Tepelná vodivosť označuje proces, pri ktorom sa teplo prenáša z časti objektu s vyššou teplotou do časti objektu s nižšou teplotou. Tepelné vedenie sa vyskytuje v pevných látkach, kvapalinách a plynoch, ale prísne vzaté, ide o čisté tepelné vedenie len v pevných látkach. Aj v nehybných kvapalinách dochádza k prirodzenej konvekcii v dôsledku rozdielu hustoty spôsobeného teplotným gradientom, čo znamená, že v kvapalinách prebieha tepelná konvekcia a tepelná vodivosť súčasne. Bežným príkladom v každodennom živote je zahrievanie jedného konca železnej tyče nad ohňom a pocit, že druhý koniec sa zahrieva - to je tepelná kondukcia. Ďalším príkladom je rukoväť špachtle, ktorá sa počas varenia zohrieva, čo je tiež forma tepelnej vodivosti.

Tepelná konvekcia

Tepelná konvekcia, známy aj ako konvekčný prenos tepla, je proces prenosu tepla spôsobený relatívnym pohybom častíc v kvapaline. Tento spôsob prenosu tepla sa môže vyskytovať len v kvapalinách (plynoch a kvapalinách) a je vždy sprevádzaný vedením spôsobeným pohybom molekúl kvapaliny.

Tepelnú konvekciu možno všeobecne rozdeliť na dva typy:

• Podľa média: Konvekcia plynu a konvekcia kvapaliny, pričom konvekcia plynu je zjavnejšia ako konvekcia kvapaliny.
• Podľa príčiny: Prirodzená konvekcia, spôsobená výlučne rozdielmi v hustote medzi horúcou a studenou časťou kvapaliny, má vo všeobecnosti nízku rýchlosť prúdenia. Nútená konvekcia, spôsobená tlakom rôznych čerpadiel, ventilátorov alebo iných vonkajších síl, má často vysoký prietok.

Najbežnejším príkladom tepelnej konvekcie v každodennom živote je var vody.

Tepelné vyžarovanie

Tepelné žiarenie označuje jav, pri ktorom objekt vyžaruje elektromagnetické vlny v dôsledku svojej teploty. Každý objekt s teplotou vyššou ako absolútna nula môže vyžarovať tepelné žiarenie a čím vyššia je teplota, tým väčšia je celková vyžarovaná energia. Spektrum tepelného žiarenia je spojité a teoreticky pokrýva vlnové dĺžky od 0 do ∞. Väčšina tepelného žiarenia sa šíri prostredníctvom dlhších vlnových dĺžok vo viditeľnom svetle a infračervenom spektre.

Pri nižších teplotách sa žiarenie vyskytuje najmä v neviditeľnej infračervenej oblasti. Keď teplota dosiahne 300 °C, najsilnejšia vlnová dĺžka tepelného žiarenia spadá do infračervenej oblasti. Keď je teplota medzi 500 °C a 800 °C, najsilnejšia zložka vlnovej dĺžky sa presúva do oblasti viditeľného svetla.

Energia vyžarovaná (alebo absorbovaná) povrchom za jednotku času a na jednotku plochy súvisí s povahou a teplotou povrchu. Čím je povrch tmavší a drsnejší, tým väčšia je jeho schopnosť vyžarovať (alebo absorbovať) energiu. Všetky objekty vyžarujú energiu do svojho okolia vo forme elektromagnetických vĺn. Keď tieto vlny na svojej dráhe šírenia narazia na objekt, excitujú mikroskopické častice v objekte a spôsobujú jeho zahrievanie.

Aj vo väčšej vzdialenosti od plameňa cítime teplo - je to spôsobené infračerveným žiarením, ktoré nám dáva pocit tepla. Najčastejšie sa tepelné žiarenie využíva pri sedení pri ohni, zatiaľ čo napríklad ohrievač rúk využíva iný spôsob prenosu tepla a nemal by sa zamieňať. Infračervené žiarenie, ktoré vyžarujú vykurovacie trubice z uhlíkových vlákien, sa nachádza v rovnakom pásme vlnových dĺžok ako žiarenie produkované horiacimi plameňmi, a to v rozsahu od 2,0 do 15 mikrónov.

Materiály, ako sú potraviny, textílie, farby a plodiny, absorbujú tento rozsah vlnových dĺžok najľahšie. Preto keď sú tieto materiály vystavené infračervenému žiareniu vyžarovanému vykurovacími trubicami z uhlíkových vlákien, absorbujú žiarenie a premieňajú ho na teplo, čím zvyšujú teplotu materiálu a dosahujú účinky sušenia, ohrievania alebo vytvrdzovania. Pri ohrievaní infračerveným žiarením ohrievaná látka absorbuje žiarenie účinnejšie vďaka rezonancii medzi absorpčným pásmom materiálu a infračervenou vlnovou dĺžkou. Tým sa maximalizuje absorpcia infračerveného tepla, rýchlo sa zvyšuje teplota a zlepšuje účinnosť ohrevu, čo následne zvyšuje efektívnosť výroby.

Použitie v automobilovom priemysle

V procese výroby automobilov, vykurovacie rúrky z uhlíkových vlákien sa najčastejšie používajú v lakovacích kabínach, ako bolo uvedené v predchádzajúcich článkoch. Preto tu nebudem ďalej rozoberať použitie infračervených vyhrievacích trubíc z uhlíkových vlákien v lakovacích kabínach.

Použitie v textilnom tlačiarenskom a farbiarenskom priemysle

V textilnom tlačiarenskom a farbiarenskom priemysle sú typickými príkladmi infračerveného ohrevu zariadenia, ako sú platňové stroje, tunelové sušičky a mobilné sušiace stroje. Keď je vykurovacia trubica z uhlíkových vlákien pod napätím, vyžaruje oranžovo-žlté svetlo a infračervené žiarenie s pásmom vlnovej dĺžky 2,0 až 15 mikrónov. Tento rozsah vlnových dĺžok zodpovedá absorpčnému pásmu mnohých textílií a vo vode rozpustných farbív. Pri zahrievaní infračerveným žiarením textil alebo farbivo rýchlo absorbuje infračervené teplo vďaka zodpovedajúcej vlnovej dĺžke, čím sa rýchlo zvýši teplota, zlepší sa účinnosť zahrievania a zvýši sa efektivita výroby.

GlobalQT je popredný výrobca špecializujúci sa na vysokokvalitné kremenné vykurovacie rúrky a riešenia. Viac informácií nájdete na našej stránke webovej stránky alebo nás kontaktujte na contact@globalquartztube.com.