| АВТОР | ДАТА НА СЪЗДАВАНЕ | ВЕРСИЯ | НОМЕР НА ДОКУМЕНТ |
|---|---|---|---|
| Д-р Питър Маршал | 9 февруари 2017 | V1.5 | CC11 - 00107 |
Въведение
Тази книга подробно разследва най-доброто стъкло за защита на кварцовите касетни нагреватели на Ceramicx, което позволява най-доброто предаване на инфрачервено лъчение. Предлагат се редица различни очила; те обаче ще имат различни характерни спектри на предаване поради различни състави. Чрез настройка на емисионния спектър на елемента към предавателния спектър на стъклото може да се определи оптималната комбинация за енергийна ефективност на процеса на нагряване.
Начин на доставка
2.1 материали
Получени бяха пет различни кварцови чаши, всяка с дебелина 3 мм. Първото стъкло беше стъкло Cebax стандартна защита Robax®. Две други чаши бяха получени от гамата Nextrema ™ на Schott glass (Материали 712-3 и 724-3). Още две чаши бяха доставени от друга трета страна. Те бяха прозрачни с лек сив оттенък и бял, непрозрачен цвят или замръзнал вид.
Всяка чаша е монтирана директно пред 500W, 230V HQE елемент (размери: 123.5 x 62.5mm). Нагревателната намотка беше поставена в рамките на 6 от наличните кварцови стъклени тръби от 7, като централната тръба е оставена незагрята. Изображение на всяка от очилата 5 in-situ на HQE нагревателите е показано на фигура 1
Информационният лист за трите стъкла на Schott (Nextrema ™ 712-3, Nextrema ™ 724-3 и Robax®) показва инфрачервените спектри на предаване, които са показани на фигура 2. Това показва NextremaTM 712-3 предава малко или никакво излъчване във видимия спектър в съответствие с тъмния цвят на материала, докато далеч повече радиация се предава от NextremaTM 724-3 (Фигура 2Error! Референтен източник не е намерен.) И Robax® очила. При по-големи дължини на вълната процентът радиация, предаван от материала NextremaTM 724-3, е по-висок от Robax® стъкло.
Нагревателят HQE 500W има пикова спектрална плътност на мощността (емисия) във вълновата лента на 2 - 4.2μm, както е показано в спектъра (Грешка! Референтен източник не е намерен.). Следователно би се очаквало стъклото с най-голямо предаване в този регион да прояви най-голям топлинен поток в експеримента. Това е особено важно при по-ниски дължини на вълната, които са по-енергични от по-дългите вълни.
2.2 метод
Нагревателите бяха монтирани в рамките на платформата Herschel и захранвани. Напрежението беше настроено така, че изходната мощност беше 500 ± 1 W. Нагревателят бе оставен да се загрява за период от 10 минути преди началото на изпитването. Всеки нагревател е тестван три пъти за повишаване на точността.
2.3 Herschel
Роботът на топлинния поток Ceramicx Herschel изследва общия топлинен поток (W.cm-2), който е инцидент върху сензора. Нагревателите могат да бъдат монтирани в Herschel и анализирани с помощта на 3D инфрачервената схема за картографиране на топлинен поток. Тази автоматизирана система използва инфрачервен сензор, който се ръководи робот около предварително определена координатна решетка система пред изпитвания излъчвател. Сензорът има максимално ниво на топлинен поток от 2.3 W.cm-2 и измерва ИЧ в диапазона 0.4-10 микрометри. Координатната система е кубична решетка 500mm пред нагревателя, вижте Фигура 3. Роботът движи сензора на стъпки от 25mm по протежение на серпентин в посоките X- и Z-, докато излъчващият нагревател е монтиран върху плъзгаща се карета, която нараства на 100mm стъпки по посока Y.
Резултатите от машината могат да се трансформират в процент от общата консумирана енергия, върната като лъчезарен топлинен поток от нагревателя. Това намалява с увеличаване на разстоянието от нагревателя, тъй като лъчистият топлинен поток се отклонява от нагревателя.
Резултати
Резултатите от теста показват някои интересни данни, които трябва да бъдат интерпретирани заедно с спектъра на предаване и излъчване на стъклото и HQE нагревателните елементи на Ceramicx, съответно. Всички контурни участъци са направени с една и съща цветова скала, за да се гарантира визуално сравнение.
3.1 NextremaTM 712-3
Това тъмно оцветено стъкло показва малко или никакво излъчване на лъчение във видимия спектър (Фигура 2); при по-дълги вълни обаче той е по-прозрачен. Предаването пада до <10% в обхвата на вълната от ≈ 2.8 - 3.2 μm, но се възстановява до ≥40% в областта на 3.5 - 4.2 μm лента.
Резултатите показват, че при 100mm има максимална плътност на мощността от 0.6 W.cm-2, както е показано на фигура 4. Това показва, че пиковият топлинен поток, както се очаква, идва от центъра на елемента и намалява концентрично с разстояние както от центъра на елемента.
Подобен парцел може да се произведе за всички разстояния от нагревателя; въпреки това, общата тенденция на намаляване на топлинния поток от центъра на елемента е същата.
По подобен начин регистрираният процент на излъчващ топлинен поток намалява с увеличаването на разстоянието от елемента (по оста на у), както е посочено в раздел 2.3. Големината на това намаление е показана на Фигура 5
3.2 NextremaTM 724-3
Прозрачното стъкло Nextrema ™ (724-3) показва малко по-висока мощност на топлинния поток от стъклото 712-3. Това се дължи преди всичко на по-добрата му прозрачност (≈90%) в по-енергийните видими и близки до IR области (0.5 <λ <2.8 μm). Когато се комбинира с емисионния спектър на кварцовия елемент, се вижда по-добро съвпадение, което се потвърждава от по-високия топлинен поток, записан на картата (Фигура 6)
Намалението на енергия, открито като функция на разстояние от нагревателя, е много подобно на това, което е показано на фигура 5 за същия елемент със защитно стъкло 712-3.
3.3 Robax®
Робаксът® стъклото показва значително по-висок топлинен поток в централната точка на елемента, който е извън общата скала, която се прилага, както е показано на фигура 7. В този случай максималният излъчващ топлинен поток е 0.80 W.cm-2, По-високият топлинен поток в центъра е показателен за по-голямо предаване поради по-високата температура на източника (по-къси дължини на вълната на IR).
Причината за тази малко по-добра производителност е увеличеното IR предаване в първичната лента (0.4 <λ <2.8 μm). За стъклото Robax® спадът на предаването се получава при малко по-голяма дължина на вълната, което увеличава мощността от нагревателя. Намалената и по-тясна честотна лента на предаване във вторичния обхват (3.2 <λ <4.2 μm) няма същото влияние, тъй като тези дължини на вълните не са толкова енергични, колкото по-късите дължини на вълната. Общият топлинен поток, регистриран при 100 mm, е, както се очаква, малко по-висок от този за стъклата, изследвани в раздели 3.1 и 3.2, поради подобрените пропускателни свойства на стъклото. Това е показано на Фигура 8 по-долу.
3.4 Матирано стъкло
Картата на топлинния поток за нагревателя с матирано стъкло е показана на фигура 9. Това показва подобен модел на излъчване на енергия от нагревателя като този, описан по-горе. Установената величина на топлинния поток е по-висока от тези с NextremaTM защита, но по-ниска от тази на Robax® стъкло. Тъй като не е наличен спектър на предаване за този материал, не може да се даде поглед върху причините за това.
С увеличаване на разстоянието между излъчвателя и сензора за топлинен поток откритият топлинен поток пада. Процентният топлинен поток, открит при 100mm, е по-нисък от този на Robax® стъкло, което е показано на фигура 7, но по-високо от NextremaTM очила.
3.5 Прозрачно стъкло
Картата на топлинния поток за прозрачното стъкло е показана на фигура 11. Това показва много малка разлика в материала от матирано стъкло, който беше разгледан в раздел 3.4, което показва много малка промяна в спектъра на предаване на стъклото в активната зона на вълната (2-4.2μm).
Общият топлинен поток е леко повишен в сравнение с матираното стъкло; Въпреки това, тя все още е под тази на Robax® стъкло. Без данни от спектъра на предаване не може да се предложи обяснение за това наблюдение.
Таблица 1 показва средния максимален топлинен поток, който е записан за елемента в трите проведени изпитвания, както и средния процент на топлинен поток, записан при 100 и 200mm от повърхността на елемента. Това показва, че двете NextremaTM и матираните очила се представиха лошо, но Robax има малко за разделяне® и прозрачните очила.
Явление на измерване се случва по време на картографирането на топлинния поток, при което първоначалното отчетено отчитане е референтна стойност, обозначена нула и всяка записана стойност се измерва спрямо тази. При кратко разделяне топлинният поток може, следователно, да бъде записан като отрицателен, което поражда неоцветените участъци в контурните участъци.
Нормализирането на суровите данни разкрива, че стъклата Robax® и Transparent са наистина най-ефективното стъкло за предаване на радиацията, както е показано в таблица 2.
Като няма налични спектрални данни за прозрачното стъкло, не е възможно да се даде окончателна причина защо възниква разликата между това и Robax® и дали това е нивото на прозрачност във видимото / близкото до IR (0.5 - 2.8μm) или в областта на средната вълна (≥3 μm).
Прави впечатление, че максималният топлинен поток, регистриран за Robax® е по-висока, отколкото за прозрачното стъкло. Това може да е показателно за промяна в инфрачервената прозрачност като функция на температурата, с Robax® става по-прозрачен при повишените температури, наблюдавани в централната част на елемента.
Заключение
Резултатите от експеримента по-горе показват, че Robax® стъклото, което в момента се използва от Ceramicx за защита на своите нагреватели, притежава едно от най-добрите свойства за предаване на инфрачервени лъчи за кварцовите касетни нагреватели. Това е така, защото спектърът на предаване на това стъкло е максимум в активната вълна на нагревателя.
За оптимално нагряване, спектърът на пропускане на защитното стъкло трябва да бъде съобразен със спектъра на излъчване на нагревателя, който той защитава. В този случай стъклото трябва да бъде възможно най-прозрачно в 1 - 3.2 μm вълнова лента.
Трябва да се отбележи, че плътността на мощността на елемента и редица други фактори ще повлияят на резултатите от този експеримент. Ако мощността на единица площ на елемента се промени, резултатите ще се променят. Освен това резултатите, посочени в този експеримент, не са представителни за конфигурация тип валяк.
1 1000W FQE и 500W HQE имат еднаква плътност на мощността и следователно сходни характеристики на емисиите
Отказ от отговорност
Тези резултати от изпитванията трябва да бъдат внимателно обмислени преди да се определи кой тип инфрачервен излъчвател да се използва в процеса. Повторните тестове, проведени от други компании, може да не постигнат същите резултати. Има възможност за грешка при постигане на зададените условия и променливи, които могат да променят резултатите, включват: марката на използвания емитер, ефективността на излъчвателя, подадената мощност, разстоянието от тествания материал до използвания емитер и околен свят. Местата, където се измерват температурите, също могат да се различават и следователно да повлияят на резултатите.
