電紅外加熱

紅外線是指波長大約在0.77～1 000μm範圍的電磁波。對工業加熱而言，利用波長2.5～15μm電磁波加熱即為電紅外加熱，我國習慣上也稱之為遠紅外加熱。由於大多數有機化合物對遠紅外線有強烈的吸收特性，因此，利用遠紅外線加熱會有較高的熱效率。遠紅外加熱主要用於塗裝、印染、紡織、食品、造紙、家用電器、醫療器械等行業自動化流水線中的加熱、脫水、乾燥及固化。

基本介紹

• 中文名：電紅外加熱
• 外文名：electric infrared heating
• 套用領域：塗裝、印染、紡織、食品等
• 出現時間：20世紀30年代
• 學科：電氣工程
• 熱源：電能產生的紅外輻射

加熱原理

利用由電能產生的紅外輻射來傳遞熱能的電加熱， 又稱電紅外輻射加熱或電紅外線加熱。紅外輻射是一種電磁波， 其波長範圍大約為0.77～1000 μm， 介於可見光(0.36～0.77μm) 與微波 (1mm～1m) 之間。根據國際電工委員會標準IEC50 (841) ，紅外輻射分為近(短波)紅外輻射 (波長≤2 μm)、中 (中波)紅外輻射(波長2～4 μm)和遠(長波)紅外輻射(波長>4μm)三個波段，見圖1。但在電紅外加熱的實際套用中，電紅外輻射一般只分紅外輻射與遠紅外輻射兩個波段。工業上套用的電紅外加熱主要是採用後者，其波長範圍為2.5～30μm。

電紅外輻射入射到物料表面時，一部分被吸收，一部分被反射，還有一部分透射過物料。被物料吸收的電紅外輻射重新轉變成熱能使物料加熱。

加熱特點與套用

電紅外加熱的紅外輻射能透入被加熱物料表面一定深度，而對加熱空間內的空氣、媒介物基本上不加熱，故具有熱效率高、加熱速度快、電能消耗少、加熱質量高、作業環境好等優點，特別在低溫(50～650℃)區段，這些特點尤為顯著。因此，電紅外加熱特別適合於650℃以下低溫區段的加熱。另外，在設備方面，電紅外加熱還具有設備結構簡單、設備費用低、易維護、占地面積小、易實現連續化自動化生產等優點。

電紅外加熱的用途很廣，主要用於汽車、腳踏車、機電零部件、家電、木工製品、樹脂製品等表面塗鈰物的烘烤、乾燥，電子元件的燒成，橡膠的二次硫化，化學藥品原材料的焙燒乾燥處理，皮革塗飾，藥品處理後的乾燥，陶瓷成形品彩釉塗敷前的預加熱和塗敷後的烘烤，木材、纖維、紙張的脫水乾燥，食品的烤制、殺菌，穀物、茶葉、菸葉、蔬菜、水產品的脫水乾燥，鋼鐵材料焊接前的預加熱與焊縫退火，以及人體的醫療、保健、美容等。

套用條件

不同物料對電紅外輻射的吸收能力不同，即使是同一種物料，對不同波長的電紅外輻射的吸收能力也不盡相同。例如，水對波長為3、6、15μm附近的電紅外輻射吸收率高達90%以上，而對2、4 μm附近的電紅外輻射吸收率只有10%左右。因此，電紅外輻射加熱時，必須根據被加熱物料的種類選擇合適的電紅外輻射源與輻射源表面溫度，使輻射功率足夠大，並且輻射的峰值波段應與物料高吸收率波段相匹配，使輻射能能被充分吸收。另外，還可採用在電紅外加熱元件的表面塗紅外塗料，適當選擇輻射源與被加熱物料之間的距離，以及利用反射鏡集中輻射等措施提高電紅外輻射加熱的效果。

電紅外加熱元件

電紅外加熱元件與設備常用的電紅外加熱元件有燈式、管式和板式幾種類型，見圖2。這些元件輻射表面的溫度在300～1000℃，輻射波長集中在遠紅外波段。為提高元件單位面積的輻射功率，有的元件常採用在元件表面塗敷高輻射率紅外塗料——TiO₂-Fe₂O₃、NiO-Cr₂O₃、SiC、SiO₂、TiO₂-ZrO₂等。電紅外加熱設備由電紅外加熱元件、固定架、物料支承機構、送料機構等構成。元件的供電和控制與電阻爐相類似。

(1)燈式電紅外加熱元件的結構與一般照明燈泡相類似。為使電能儘可能多地轉換為紅外線，鎢絲的溫度比照明燈泡低，約為2400～2500 K，輻射波長在1～2.5μm。玻璃殼內壁塗有反射層，能使紅外線集中地向一個方向輻射。

(2)管式電紅外加熱元件主要有金屬管式、石英管式等幾種型式，其代表製品是石英管式電紅外加熱元件。結構上，這種電紅外加熱元件大體上與普通管式加熱元件相同，所不同的是套管採用具有強紅外輻射能力的紅外石英管，並配有金屬反射罩或陶瓷反射板，石英管內充惰性氣體對加熱元件——鎢絲進行保護。其輻射波長集中在5 μm以上的波段內，用於遠紅外輻射加熱。

(3)板式電紅外加熱元件有導電陶瓷板式、碳化矽板式、石英板式等多種型式，其中，碳化矽板式電紅外加熱元件是目前遠紅外工業加熱領域中使用最多的一種加熱元件。

歷史與發展

紅外輻射是英國天文學家F.W.赫歇爾(F.W.Herschel)於1800年在觀察太陽光輻射時發現的。1835年法國科學家安培進一步證實了紅外輻射與可視光是同一種類型的光波 (電磁波)。

20世紀30年代美國福特汽車製造公司首次將電紅外輻射加熱用於汽車車身表面塗鈰的烘乾固化。早期使用的電紅外加熱設備是鎢絲紅外燈，屬近紅外輻射加熱。60年代末日本開發了遠紅外輻射加熱器，並成功地套用於工業生產。與此同時，提出了遠紅外 “匹配吸收加熱的乾燥理論”。

中國於50年代開始電紅外加熱技術的套用，70年代開展了遠紅外加熱技術的研究與套用，80年代末錦州紅外加熱研究所等單位進行了乳白石英管電紅外輻射加熱器的研究與套用，並於1993年成功地開發了“高強度電紅外輻射”加熱技術。90年代美國推出了“遠紅外定向強輻射”加熱技術。產品均已投放市場。