所有栏目
63

红外加热原理和红外加热管

2021/1/5

红外线加热管应用在许多工业加热过程中,包括涂料干燥和固化、成型、压花、层压、连接、焊接、褐变、加热、预热和微生物还原。
红外线加热管
所有材料吸收红外光谱的一部分,在表面反射一部分,并允许一部分辐射通过材料。通过选择合适光谱的加热管,让材料最大程度地吸收红外辐射并且转化为热量。

石英玻璃红外加热管经常被证明优于传统热源,如暖空气、蒸汽、陶瓷、气体或金属发射器。因为红外加热管能够传递大量的能量,并且精确地匹配到产品材料和形状,是理想的加热工具。其有以下优点:

红外辐射不需要接触产品,也不需要传递介质;红外加热管能够与被加热的材料精确匹配,即有效被材料吸收;快速的响应时间,能够控制输出热量;能够对材料局部或者全部加热,可控制加热区域,可控制加热时间。与热气加热相比,这意味着更少的能耗,更快的加热速度和更好的加热效果。

为了实现成功的加热过程,重要是选择适合的红外线加热管,其波长、形状和功率输出要与被加热的产品匹配。精确匹配才能保证红外辐射在产品中迅速转化为热量,而不会将不必要的热量转移到周围,同时也节省了时间和金钱。

1. 波长选择

在不同的加热温度下,红外加热管中的红外发射器,在不同的波长区间表现出不同的辐射特性。

波长对加热过程有显著影响。短波辐射(<2um)可以穿透到一些固体材料中,保证加热均匀。中波辐射(2-4um)大部分被表面吸收,即主要加热表面,经常被用来加热塑料、玻璃和水。
红外线加热管
表1,典型红外发射器在不同温度、不同波长下的热量分布

其中,

Ceramic/Metal Sheathed 陶瓷加热器/金属套电阻加热器;Standard Medium Wave 标准中波;Carbon 碳纤维;Fast Response Medium Wave 快中波;Short Wave 短波;Halogen/NIR 卤素/近红外;High Powered Halogen/NIR 高功率卤素/近红外。2. 加热管的正确选择

如果一个短波红外加热管温度大大降低,那么其中波段红外能量会大大增加。然而,这么做会导致短波加热管输出功率大大降低,损失了经济性。因此,对于中波的加热应用,只能使用中波红外线加热管,其在相同温度下输出功率能够增加五倍。

图1:不同的红外发射器在不同波长的功率输出(相对比较)

图2:塑料如PE和PVC,对中波红外能量吸收效果好

图3:用中波红外,水蒸发更快,因为在这个波段水吸收红外效果好。

3. 红外加热管组成

典型的红外加热管构成如下。外形上有单管、双管和灯珠等形式。

图4 红外加热管构成

加热管内的红外发射器,根据应用要求,可设计为碳纤维、短波、快中波、标准中波、卤素短波/近红外。试验对比表明, 碳纤维红外对水基涂料干燥效率,明显优于短波红外,且能够节约大约70%的能量。同时,碳纤维红外也更适用于对玻璃和塑料的加热过程。

图5 上图从左到右,依次为 碳纤维、短波、快中波、标准中波红外加热管

图6 上图从左到右,依次卤素短波/近红外、碳纤维红外加热管

碳纤维红外加热管,结合中波红外的高能量密度和快速响应速度的优点。短波红外加热管,光谱特性与卤素红外相类似,但在寿命、强度和耐久性等方面具有明显优势。快中波红外加热管,光谱特性介于短波和中波红外发射器之间。长度可达6.5米。中波红外加热管,具有经济性、稳定性和良好的使用寿命。适用于大多数材料的加热过程。卤素短波/近红外加热管,光谱位于近红外区域,最大功率密度为每平方米1兆瓦,响应时间非常快。

4. 异型红外加热管

红外加热管已经开发出多种形式,以解决对不同产品的局部区域精准加热的问题。其优势如下:

可对边、角、圈和小面进行准确加热;小区域意味着高功率;响应时间快,在1s内实现开启和关闭;单元易于集成在自动化线中;局部加热,节约能源。


4.1 仿产品轮廓的红外加热管


这些红外加热管的形状与被加热产品的形状相匹配。常被用来塑料焊接,以及去毛刺。红外加热管按照塑料件上有毛刺的轮廓造型,以无接触方法加热,在几秒钟内将毛刺熔化掉。另外,红外加热管按照焊接筋轮廓造型,在十几秒钟内熔化焊接区域。

4.2 聚光红外加热管

聚光红外加热管,能够给很小的区域带来高强度的热量。该形式加热管非常适合去毛刺、焊接或铆接等工艺。采用短波红外加热管,能够在几秒内开启和关闭,应用灵活,也避免对周围元件的损害。光斑直径2-5mm。

4.3 螺旋红外加热管

能够均匀加热由塑料、玻璃或金属制成的圆盘、棒和管材。其有短波和中波红外加热管可选。

4.4 小表面短波红外加热管

非常容易安装在产品边缘,在短时间内向有限区域传递较高的能量。

4.5 Omega红外加热管

非常适合用于塑料焊接和铆接,也是弯曲管子、拉伸塑料或玻璃纤维的理想工艺。

4.6 带槽红外加热器