| AUTOR | DATUM VYTVOŘENÝ | VERZE | ČÍSLO DOKUMENTU |
|---|---|---|---|
| Dr. Peter Marshall | 9 2017 února | V1.5 | CC11 - 00107 |
Úvod
Tento dokument podrobně popisuje výzkumy nejlepšího skla, které chrání Ceramicxovy ohřívače kazet, které umožňují nejlepší přenos infračerveného záření. K dispozici je řada různých brýlí; tyto však budou mít různá charakteristická spektra přenosu kvůli odlišným složením. Naladěním emisního spektra prvku na přenosové spektrum skla lze identifikovat optimální kombinaci energetické účinnosti procesu ohřevu.
Metoda
Materiály 2.1
Bylo získáno pět různých křemenných brýlí, každá o tloušťce 3 mm. Prvním sklem bylo sklo Robax® se standardní ochranou Ceramicx. Dvě další sklenice byly získány z řady NextremaTM společnosti Schott glass (materiály 712-3 a 724-3). Další dvě sklenice pocházely od jiné třetí strany. Byly průhledné s mírným šedým odstínem a bílou, neprůhlednou barvou nebo matným vzhledem.
Každé sklo bylo namontováno přímo před prvek 500W, 230V HQE (rozměry: 123.5 x 62.5mm). Topná cívka byla umístěna do 6 z dostupných zkumavek z křemenného skla 7, přičemž centrální trubice zůstala nevyhřátá. Obrázek všech sklenic 5 in-situ na topných tělesech HQE je znázorněn na obrázku 1
Datový list pro tři brýle Schott (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 a Robax®) ukazuje spektra infračerveného přenosu, která jsou uvedena na obrázku 2. To ukazuje, že Nextrema ™ 712-3 přenáší malé nebo žádné záření ve viditelném spektru, což je v souladu s tmavou barvou materiálu, zatímco mnohem více záření je přenášeno Nextrema ™ 724-3 (obrázek 2Error! Referenční zdroj nebyl nalezen) a Robax® brýle. Při delších vlnových délkách je procento záření přenášené materiálem Nextrema ™ 724-3 vyšší než Robax® sklenka.
Ohřívač HQE 500W má špičkovou hustotu spektrální energie (emise) ve vlnovém pásmu 2 - 4.2μm, jak je ukázáno ve spektru (Chyba! Zdroj referenčního zdroje nebyl nalezen.) Proto by se očekávalo, že sklo s největším přenosem v této oblasti bude vykazovat největší tepelný tok v experimentu. To je zvláště důležité při nižších vlnových délkách, které jsou energetičtější než delší vlnové délky.
Metoda 2.2
Ohřívače byly namontovány na platformě Herschel a byly pod napětím. Napětí bylo nastaveno tak, aby výstupní výkon byl 500 ± 1 W. Ohřívač byl ponechán ohřívat se po dobu 10 minut před zahájením testování. Každý ohřívač byl testován třikrát, aby se zvýšila přesnost.
2.3 Herschel
Robot tepelného toku Ceramicx Herschel zkoumá celkový tepelný tok (W.cm)-2), která je na senzoru. Ohřívače lze namontovat do Herschelu a analyzovat pomocí rutinního mapování tepelného toku 3D. Tento automatizovaný systém používá infračervený senzor, který je roboticky veden kolem předem určeného systému souřadnicové sítě před testovaným emitorem ohřívače. Čidlo má maximální úroveň tepelného toku 2.3 W.cm-2 a měří IR v pásmu 0.4-10 mikrometrů. Souřadnicový systém je krychlová mřížka 500mm před emitorem topení, viz obrázek 3. Robot pohybuje senzorem v krocích 25mm podél serpentinové dráhy ve směru X a Z, zatímco emitor topení je namontován na posuvném vozíku, který se zvyšuje ve směru 100mm podél směru Y.
Výsledky ze stroje lze transformovat na procento celkové spotřebované energie vrácené jako sálavý tepelný tok z ohřívače. To se zmenšuje se zvyšující se vzdáleností od ohřívače, jak se sálavý tepelný tok odchyluje od ohřívače.
výsledky
Výsledky testu ukazují některá zajímavá data, která musí být interpretována společně s transmisními a emisními spektry skla a topných prvků HQE Ceramicx. Všechny obrysové grafy byly vytvořeny pomocí stejné barevné stupnice, aby bylo zajištěno vizuální srovnání.
3.1 Nextrema ™ 712-3
Toto tmavé zabarvené sklo zobrazuje ve viditelném spektru malý nebo žádný přenos záření (obrázek 2); na delších vlnových délkách je však transparentnější. Přenos klesá ve vlnovém pásmu ≈ 10 - 2.8 μm na <3.2%, ale v oblasti pásma 40 - 3.5 μm se obnovuje na ≥4.2%.
Výsledky ukazují, že při 100mm je hustota špičkového výkonu 0.6 W.cm-2, jak je znázorněno na obrázku 4. To ukazuje, že maximální tepelný tok, jak se očekávalo, pochází ze středu prvku a koncentricky se snižuje se vzdáleností od středu prvku.
Podobný graf lze vytvořit pro všechny vzdálenosti od ohřívače; obecný trend snižování tepelného toku ze středu prvku je však stejný.
Podobně procento zaznamenaného tepelného toku sálavého tepla se snižuje se zvyšující se vzdáleností od prvku (podél osy y), jak je uvedeno v sekci 2.3. Velikost tohoto poklesu je uvedena na obrázku 5
3.2 Nextrema ™ 724-3
Průhledné sklo NextremaTM (724-3) vykazuje o něco vyšší výkon tepelného toku než sklo 712-3. Důvodem je především jeho lepší průhlednost (≈ 90%) v energeticky viditelnějších a blízkých oblastech IR (0.5 <λ <2.8 μm). V kombinaci s emisním spektrem křemenného prvku je vidět lepší shoda, což je potvrzeno vyšším tepelným tokem zaznamenaným na mapě (obrázek 6)
Snížení energie zjištěné v závislosti na vzdálenosti od topení je velmi podobné snížení, které je znázorněno na obrázku 5 pro stejný prvek s ochranným sklem 712-3.
3.3 Robax®
Robax® sklo ukazuje výrazně vyšší tepelný tok ve středním bodě prvku, který je mimo obecnou stupnici, která byla použita, jak je znázorněno na obrázku 7. V tomto případě je maximální radiační tok tepla 0.80 W.cm-2. Vyšší tepelný tok ve středu ukazuje na větší přenos v důsledku vyšší teploty zdroje (kratší IR vlnové délky).
Důvodem tohoto mírně lepšího výkonu je zvýšený IR přenos v primárním pásmu (0.4 <λ <2.8 μm). U skla Robax® dochází k poklesu přenosu při mírně delší vlnové délce, což zvyšuje výkon z ohřívače. Snížená a užší šířka pásma přenosu v sekundárním pásmu (3.2 <λ <4.2 μm) nemá stejný vliv, protože tyto vlnové délky nejsou tak energické jako kratší vlnové délky. Celkový tepelný tok zaznamenaný na 100 mm je podle očekávání o něco vyšší než u skel zkoumaných v oddílech 3.1 a 3.2 kvůli zlepšeným propustným vlastnostem skla. To je znázorněno na obrázku 8 níže.
3.4 Matné sklo
Mapa tepelného toku pro ohřívač s ochranou proti zamrznutí je znázorněna na obrázku 9. To ukazuje podobný vzorec emise energie z topného tělesa jako u výše uvedených podrobností. Zjištěná velikost tepelného toku je vyšší než u NextremaTM ochrana, ale nižší než ochrana Robaxu® sklenka. Vzhledem k tomu, že pro tento materiál není k dispozici žádné přenosové spektrum, nelze vysvětlit důvody, které jsou za tím.
Když se vzdálenost mezi emitorem a senzorem tepelného toku zvětšuje, detekovaný tepelný tok klesá. Procentuální tepelný tok detekovaný při 100mm je nižší než pro Robax® sklo, které je zobrazeno na obrázku 7, ale vyšší než NextremaTM brýle.
3.5 Průhledné sklo
Mapa tepelného toku pro průhledné sklo je znázorněna na obrázku 11. To ukazuje velmi malý rozeznatelný rozdíl od materiálu matného skla, který byl zkoumán v sekci 3.4, což svědčí o velmi malé změně v transmisním spektru skla v aktivní vlnové oblasti (2-4.2μm).
Celkový tepelný tok je mírně zvýšený ve srovnání s tokem matného skla; je však stále pod úrovní Robaxu® sklenka. Bez údajů o přenosovém spektru nelze pro toto pozorování nabídnout vysvětlení.
Tabulka 1 ukazuje průměrný maximální tepelný tok, který byl zaznamenán pro prvek během tří provedených testů, jakož i průměrné procento tepelného toku zaznamenaného při 100 a 200 mm z povrchu prvku. To znamená, že dva NextremaTM a Frosted brýle fungovaly špatně, ale Robaxu je málo® a průhledné brýle.
Během mapování tepelného toku dochází k měřenému jevu, přičemž počáteční odečtená hodnota je referenční hodnota, označená nula a každá zaznamenaná hodnota se vůči ní měří. Při krátkých separacích může být tedy tepelný tok zaznamenán jako záporný, což vede ke vzniku nezbarvených oblastí v obrysových grafech.
Normalizace surových dat ukazuje, že brýle Robax® a Transparent jsou skutečně nejúčinnějším sklem pro přenos záření, jak ukazuje tabulka 2.
Vzhledem k tomu, že pro průhledné sklo nejsou k dispozici žádná spektrální data, není možné uvést definitivní důvod, proč k rozdílu mezi tímto a Robaxem dochází a zda je to úroveň průhlednosti ve viditelném / blízkém IR (0.5 - 2.8μm). nebo v oblasti střední vlny (≥3 μm).
Je patrné, že maximální tepelný tok zaznamenaný pro Robax® je vyšší než u průhledného skla. To může svědčit o změně infračervené průhlednosti v závislosti na teplotě s Robaxem® stávat se průhlednějšími při zvýšených teplotách pozorovaných ve střední části prvku.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Výsledky výše uvedeného experimentu ukazují, že Robax® sklo, které Ceramicx v současné době používá k ochraně svých ohřívačů, má jednu z nejlepších vlastností pro přenos infračerveného záření pro ohřívače křemenných kazet. Důvodem je to, že přenosové spektrum pro toto sklo je v aktivním vlnovém rozsahu topného tělesa na maximu.
Pro optimální zahřátí by mělo být přenosové spektrum ochranného skla přizpůsobeno emisnímu spektru ohřívače, který chrání. V tomto případě by sklo mělo být co nejvíce průhledné ve vlnovém pásmu 1 - 3.2 μm.
Je třeba poznamenat, že na výsledky tohoto experimentu bude mít vliv hustota výkonu prvku a řada dalších faktorů. Pokud se změní výkon na jednotku plochy prvku, výsledky se změní. Navíc výsledky uvedené v tomto experimentu nejsou reprezentativní pro konfiguraci typu desky.
1 1000W FQE a 500W HQE mají stejnou hustotu výkonu, a proto podobné emisní charakteristiky
Odmítnutí odpovědnosti
Tyto výsledky zkoušek by měly být pečlivě zváženy před určením, jaký typ infračerveného záření použít v procesu. Opakované testy provedené jinými společnostmi nemusí dosáhnout stejných zjištění. Existuje možnost chyby při dosahování podmínek a proměnných nastavení, které mohou změnit výsledky: značka použitého emitoru, účinnost emitoru, dodaná energie, vzdálenost testovaného materiálu k použitému emitoru a životní prostředí. Místa, kde se teploty měří, se mohou také lišit, a proto ovlivňují výsledky.
