Інфрачервоний обігрів у промисловості

Інфрачервоне випромінювання є тепловою енергією електромагнітного поля з довжиною хвилі не більше 1 мм. Передача тепла виконується через підвищення температури повітря, а з допомогою цільового нагрівання поверхонь, предметів, людей. Розрізняють короткохвильове (0,78-1,5 мкм), середньохвильове (1,5-5,6 мкм) та довгохвильове (5,6-1000 мкм) випромінювання. Кожен діапазон відрізняється глибиною проникнення та поглинання, що визначає подальше використання хвиль у промислових процесах.

З яких елементів зроблений ІЧ-нагрівач

Розглянемо основні компоненти обладнання.

1. Генератор випромінювання, виготовляється з металу (дає оперативне нагрівання), кераміки (служить довше, відрізняється рівномірністю підвищення температури), вуглецевих ниток (має високу ефективність), вольфраму.
2. Корупна частина необхідна для безпечної експлуатації пристрою та захисту внутрішніх елементів. Буває пластиковим та з металу.
3. Електросистема. За допомогою блоку керування вдається регулювати параметри нагрівання. Термостат відповідає за стабілізацію температури та недопущення перегріву.
4. Рефлектор необхідний для відображення інфрачервоного випромінювання в бажаному напрямку. Якщо він зроблений з алюмінію, має невелику вагу. Аналог із нержавіючої сталі служить довше.

Датчики потрібні, щоб заміряти термічний рівень і не допускати поломок через критичний перегрів. Таймер стане в нагоді для встановлення тривалості нагріву.

В якості джерела живлення частіше вибирають електричний струм, але є моделі, що працюють на газі.

Типи промислових ІЧ-нагрівачів

Розроблено 3 моделі пристроїв різного вигляду.

1. До групи електричних пристроїв входять:

• кварцові випромінювачі (розраховані на короткий та середньохвильовий спектр);
• трубчасті (створюють середньохвильове випромінювання);
• керамічні (використовують для середніх та довгохвильових діапазонів);
• панельні, з плоскою поверхнею (для короткого та середньохвильового випромінювання).

2. Газові пристрої:

• з пористими керамовипромінювачами;
• з каталітичним окисленням (окислення газу відбувається на каталітичній площині);
• з променистими трубками (газ згоряє всередині труб, які внаслідок цього нагріваються та виділяють ІЧ-енергію).

3. комбіновані системи. Містять різні типи пристроїв для досягнення заданих параметрів випромінювання.

Які переваги дає ІЧ-обігрів у промисловому секторі

Інфрачервоні технології обігріву лідирують у сучасній промисловості завдяки суттєвим перевагам перед конвекційними та кондуктивними методами.

1. Енергоефективність та економічність

Скорочується енергоспоживання в індустріальних процесах. У конвекційних системах багато енергії витрачається на нагрівання повітря, в результаті об'єкти отримують меншу порцію тепла. За рахунок інфрачервоного випромінювання можна підвищити енергоефективність на 30-50%.

2. Гнучкість та спрямованість впливу

Створюється точкова конфігурація теплового потоку без впливу на навколишні області. Це особливо важливо там, де потрібне локальне нагрівання або селективна термообробка.

3. Збільшена швидкість нагрівання

Пряма передача енергії об'єктам забезпечує оперативний вихід на робочі температури. Це спричиняє скорочення часу проведення технологічних циклів. Також інфрачервоне нагрівання допомагає точно контролювати температуру оброблюваних поверхонь.

4. Екологічність та безпека

У процесі ІЧ-обігріву немає викидів шкідливих речовин, не утворюються побічні продукти згоряння при використанні електричних випромінювачів. Технологія вважається екологічно безпечною.

5. Екологічність застосування

Знижується циркуляція алергенів та пилу в повітрі, зберігається вихідний рівень вологості у приміщеннях.

6. Відсутність звукового фону

В ІЧ-обігрівачах немає елементів, що рухаються і обертаються, що змінюють рівень звукового фону. Тому вони не впливають на працездатність людей.

Пристрої, що продукують тепло, служать довго і без поломок.

Використання інфрачервоного обігріву в промислових цілях

Нагрів використовується дуже часто в різних процесах. Розглянемо деякі галузі економіки.

Металургія та автомобілебудування. Інфрачервоні промені допоможуть ефективно розігріти метали перед зварюванням, виконати швидке формування пластикових виробів, рівномірно просушити кузов забарвленої машини виконати відпал металу або його загартування.

Легка промисловість. Нагрів потрібний для сушіння пофарбованих матеріалів, фіксації кольору пофарбованих речей, термічного скріплення волокон синтетики.

Агропромисловий сектор. У холодний період необхідний обігрів парників, теплиць, місць утримання тварин, складських зон зберігання насіннєвого матеріалу.

Будівельна сфера. Рівномірне нагрівання знадобиться для виготовлення різних видів скла, прискорення твердіння бетону, підготовки до укладання асфальтової суміші, сушіння відформованих виробів у печах, агрегації та ламінування композитів.

Піщепром. ІЧ-промені знадобляться для підсушування насіння, виготовлення сухофруктів, обсмажування зерен кави. Устаткування для нагрівання використовують при пастеризації молока, стерилізації продуктів та тари, розморожуванні продуктів після глибокого заморожування, випікання хлібобулочних виробів та кондитерського асортименту.

Виготовлення упаковки та поліграфічного асортименту. Промені інфрачервоної дії допоможуть у спайці плівок, сушінні лаків та фарб, що використовуються в друку та ін.

Крім технологічних ліній, ІЧ-обігрів обирають для підтримки комфортного мікроклімату в заводських цехах, на складах, в офісних приміщеннях, на відкритих майданчиках.

Основні технологічні процеси із застосуванням інфрачервоного нагріву

Покажемо, які технології найчастіше затребувані у промисловості.

1. Інфрачервоне висушування. Видалення вологи дозволяє отримати такі переваги:

- збереження структури та властивостей матеріалів;

- зменшення часу, що витрачається на часткову або повну дегідратацію;

- рівномірне видалення внутрішньої вологи без появи непотрібних затверджень структури зовні;

- економія місця під час встановлення ІЧ-нагрівачів.

2. Затвердіння покриттів. Це допомагає:

- зменшити енерговитрати та час на завершення процесу;

- покращити кінцеву якість покриттів, а також підвищити їхню довговічність;

- знизити викиди шкідливих летких компонентів.

3. Термічна обробка та високотемпературне формування. Тут вдається досягти швидкої швидкості набору робочих температур, рахунок проведення точних вимірів дотримуватися необхідних значень температурних показників. Заготівлі нагріваються рівномірно. Тепло не розсіюється, а надходить саме в ту зону, де є необхідність.

Що таке спектральна селективність і чому вона така важлива

Матеріали по-різному реагують на інфрачервоне випромінювання, виявляючи вибіркове поглинання. Полімери найкраще «сприймають» довжину ІЧ-випромінювання 3,3-3,5 мкм. Метали активно поглинають короткі хвилі. Деревині для нагрівання підходить середньохвильова теплова дія. Для нагрівання води використовують хвилі 5,8-7,5 мкм. Якщо спектральні параметри роботи випромінювача відповідають поглинальним особливостям матеріалу, вдається знизити споживання, зменшити витрати енергії на виробничий цикл.

Правильний підбір спектральних характеристик ІЧ-випромінювача під матеріал, що нагрівається, може підвищити ККД системи на 15-30%, істотно скоротивши енергоспоживання. Період окупності при купівлі та монтажі інфрачервоних систем обігріву дорівнює в середньому 1-4 роки.

Що потрібно знати, виконуючи проектування систем для промислового обігріву ІЧ-випромінювачами

Проектування включає інженерні обґрунтування та комп'ютерне моделювання процесів. Спочатку збирають та оцінюють вихідну інформацію.

Розрахунок та проектування промислових інфрачервоних систем обігріву

Ефективність інфрачервоних систем обігріву в промисловості безпосередньо залежить від правильного розрахунку та проектування. Сучасне проектування ІЧ-систем потребує комплексного підходу, що включає як інженерні розрахунки, і комп'ютерне моделювання теплових процесів. Враховують 6 параметрів.

1. Спектральні показники матеріалу:

• коефіцієнт поглинання при коротких, середніх та довгих ІЧ-хвилях;
• вплив температури з урахуванням зміни зовнішніх властивостей матеріалу;
• селективність поглинання хвиль за певних термічних діапазонів.

2. Розміри об'єктів нагрівання:

• форму, товщину (з урахуванням теплофізичних властивостей);
• варіант подачі тепла, тобто постійне нагрівання або дискретне;
• розмір поверхні опромінення.

3. Енергетичні та потужнісні показники:

• вид енергоносія (газ, пара або струм);
• створення системи аварійного відключення;
• тарифи на носії з метою отримання максимальної економії коштів;
• необхідні умови для показників потужності підключення.

4. Умови, що створюються на виробництві:

• температурно-вологісні показники;
• наявність у повітрі агресивних речовин, антистатичного ефекту, концентрація пилу;
• умови для досягнення пожежної безпеки.

5. Робочі показники ІЧ-процесу:

• час для досягнення потрібної температури та показник її критичних значень;
• допустимий термічний градієнт усередині матеріалу для збереження необхідних властивостей;
• правильна швидкість нагрівання.

Враховують також параметри виробництва, такі як цикл випуску продукції, швидкість переміщення матеріалу по технологічній лінії, зміни умов нагріву при зміні типорозмірів майбутніх виробів.

На думку фахівців компанії «Інтмакс», інфрачервоне випромінювання, з яким люди познайомилися понад 200 років тому, перетворюється на невід'ємну технологію сучасної, енергоефективної промисловості.