Промышленное использование карбоновых инфракрасных нагревателей

Что такое карбоновый инфракрасный нагреватель?

Карбоновый инфракрасный нагревательный элемент — это высокотемпературный нагреватель резистивного типа. Такие нагреватели представляют собой запаянную на концах кварцевую трубку, прозрачную или с напылением, нагревательным элементом внутри которой является карбоновая спираль, работающая в вакууме. Карбон, или углеткань — это скрученные между собой углеродные волокна, отличающиеся гибкостью и термостойкостью.

Инфракрасные нагревательные элементы можно разделить на три типа:

• керамические — вольфрамовая или нихромовая спираль в керамическом корпусе;
• галогеновые — вакуумные лампы, наполненные инертным газом;
• кварцевые — вольфрамовые нити в кварцевой трубке;
• карбоновые — углеродное волокно в кварцевой трубке.

Основное конструктивное отличие карбоновых нагревательных элементов от всех других состоит в том, что нагревательная спираль в них сделана из неметалла. Углеродные волокна имеют большую теплоемкость и почти моментальную скорость нагрева. В обычных эксплуатационных условиях карбоновые нагреватели достигают рабочей температуры меньше чем за минуту.

Разные виды карбоновых нагревательных элементов

Принцип работы карбоновых нагревательных элементов

Карбоновые нагреватели предназначены для создания направленного потока инфракрасного излучения и, соответственно, локального нагрева расположенных в зоне их работы предметов и поверхностей. Такие нагреватели не пользуются тепловым излучением для нагрева среды, за счет инфракрасного излучения они нагревают только физические объекты. Поскольку излучение от нагретых предметов человек ощущает в виде тепла, то ИК-излучение тоже часто ошибочно называют «тепловым».

В инфракрасных обогревателях электричество преобразуется в инфракрасные волны, которые являются частью электромагнитного спектра. Эти волны находятся в диапазоне между красным цветом, который мы можем видеть (с длиной волны около 0,74 микрометра), и самыми короткими радиоволнами (1-2 миллиметра). Инфракрасное излучение подразделяется на три категории: коротковолновое (от 0,74 до 2,5 микрометров), средневолновое (от 2,5 до 50 микрометров) и длинноволновое (от 50 до 1000 микрометров).

При невысокой температуре нагрева трубки излучение полностью расположено в инфракрасной области спектра, поэтому нагреватель выглядит темно-бордовым. Чем выше температура нагревателя, тем в большей степени излучаемые волны смещаются в видимую часть спектра, при этом цвет нагревателя от бордового постепенно доходит до белого.

Карбоновые нагревательные элементы в трубках из цветного стекла

Технические характеристики карбоновых нагревателей

• Максимальная рабочая температура нагревателя: 750 °C.
• Нагревательный элемент: карбоновая спираль.
• Вариант обработки кварцевой трубки: прозрачная кварцевая трубка, красная трубка, золотая трубка, золотой отражающий слой.
• Варианты подключения: керамические или стальные оконцовки, герметичные выводы проводов.
• Возможные формы исполнения нагревателя: прямая, грушевидная, круглая, U-образная, S-образная, Ω-образная.

Карбоновый нагревательный элемент в кварцевой трубке с золотым напылением

Трубки нагревателей изготовлены из кварцевого стекла по ГОСТ 15130. Благодаря его пропускающей способности КПД карбоновой лампы, то есть коэффициент эмиссии электрической энергии в энергию инфракрасного излучения достигает 90%. Это делает карбоновые нагреватели одними из самых экономичных излучателей на рынке.

Карбоновые нагревательные элементы очень чувствительны к конденсату и поверхностным загрязнениям. Оптимальное климатическое исполнение для ламп с такими нагревательными элементами — УХЛ4: эксплуатация в закрытых отапливаемых помещениях при температуре воздуха от +1 до +40°С, наличии вентиляции и отсутствии песка, пыли и конденсации влаги из наружного воздуха.

Для надежной работы карбоновых трубчатых нагревателей важно сохранять их положение во время включения и обогрева. Резкие изменения положения, такие как вращение, ускоренное перемещение или вибрационные нагрузки, могут привести к неравномерному распределению нагретой карбоновой спирали внутри стеклянной колбы, и, вследствие, к разрушению спирали, что связано с ограниченной механической устойчивостью углеродных волокон.

Промышленное применение карбоновых нагревателей

Трубчатые инфракрасные нагреватели на основе углеродного волокна представляют собой эффективное решение для сушки красок на пластиковых и металлических поверхностях. Они излучают волновые длины в дальнем и среднем инфракрасном спектре, которые идеально подходят для поглощения водорастворимых красок, обеспечивая высокую эффективность использования энергии. Углеродные нагревательные элементы значительно повышают энергоэффективность сушильных камер. Кроме того, наличие дополнительной системы горячего воздуха в сушильной камере усиливает эффект отопления, делая процесс еще более продуктивным.

Часто встречается применение ИК излучателей в качестве нагревательного элемента аэрогриля. Широко распространены также карбоновые ТЭНы для сауны.

Карбоновые нагреватели для бытовых приборов

Другие области применения карбоновых нагревателей в промышленности и на производствах:

• В качестве первичного или вспомогательного источника тепла для отопления помещений различного назначения: жилых, складов, магазинов и производственных зон.
• Для обеспечения теплом рабочих и сервисного персонала в просторных и высоких помещениях без централизованное отопление.
• Для поддержания оптимальной температуры на сельскохозяйственных объектах, таких как теплицы и животноводческие фермы, в том числе для обогрева молодняка (телят, поросят и т.д.).
• Отопление почвы в аграрном секторе.
• Эффективная сушка краски и штукатурки в процессе ремонтных и покрасочных работ.
• Сушка зерновых и другой аграрной продукции.
• Поддержание температуры жидкостей, включая воду и различные растворы, на уровне выше точки замерзания без прямого контакта.
• Термическая обработка пластиковых изделий.
• Сушка лакокрасочного покрытия в камерах обжига краски.
• Процесс формовки стекла.
• Сушка краски по бумаге и ткани в туннельных и мобильных сушильных камерах крупных типографий.
• Инфракрасный нагрев в типографии с использованием карбоновых ламп, обеспечивающих быстрый нагрев и эффективность процессов сушки.
• Сушка и формовка обуви и других кожаных и текстильных изделий.
• Использование в полупроводниковой промышленности в условиях повышенной влажности с водонепроницаемыми трубками с золотым покрытием.

Преимущества использования карбоновых нагревателей

Карбоновые нагревательные элементы

Основное преимущество карбоновых ИК-излучателей — износостойкость. За счет того, что карбоновая нагревательная спираль почти не подвержена тепловому расширению, ресурс одной лампы составляет примерно сто тысяч часов. Также к отличительным особенностям КК ламп из карбона можно отнести очень быстрый и равномерный нагрев, аналогично быстрое остывание, низкую тепловую инерцию и высокий КПД излучателя. За счет того, что нагрев происходит с помощью инфракрасного, а не теплового излучения ИК лампы не выжигают кислород и не сушат воздух в помещении.

Несмотря на все плюсы, в некоторых случаях использование карбоновых нагревателей неоправданно. Например, керамические нагреватели благодаря своим свойствам чаще используются для создания обогревателей, подходящих для использования в условиях с повышенной влажностью, например, в шахтах или подвалах. Керамические излучатели обладают особенным покрытием излучающей поверхности, сделанным из оксида циркония. Это покрытие устойчиво к загрязнениям и пыли и легко очищается щеткой от органических веществ, которые на нем не задерживаются. Также оно не реагирует на влажность и конденсат, а также на химические вещества в воздухе.

Итог

Карбоновые инфракрасные нагреватели — это высокотемпературные устройства, использующие углеродные волокна в кварцевых трубках для обогрева объектов с помощью инфракрасного излучения. Такое излучение эффективно нагревает объекты без нагрева окружающей среды. ИК-лампы быстро достигают рабочей температуры в 750°C. Эти нагреватели применяются в промышленности для сушки красок, отопления помещений и сельскохозяйственных объектов, а также в полупроводниковой промышленности. Они экономичны, с КПД до 90%, и отличаются износостойкостью, быстрым нагревом и охлаждением, и низкой тепловой инерцией, что делает их предпочтительным выбором для многих применений. Наряду с физическими характеристиками обогревателей при выборе нагревательного элемента важно руководствоваться эксплуатационными характеристиками.