| ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ | ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ | ΕΚΔΟΣΗ | ΑΡΙΘΜΟΣ ΕΓΓΡΑΦΟΥ |
|---|---|---|---|
| Δρ Peter Marshall | 9 2017 Φεβρουάριο | V1.5 | CC11 - 00107 |
Εισαγωγή
Αυτό το έγγραφο αναλύει λεπτομερώς το καλύτερο γυαλί για την προστασία των θερμαντήρων κασετών Quartz της Ceramicx που επιτρέπουν την καλύτερη μετάδοση της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Υπάρχουν διάφορα διαφορετικά γυαλιά. Ωστόσο, αυτά θα έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά φάσματα μετάδοσης λόγω διαφορετικών συνθέσεων. Ρυθμίζοντας το φάσμα εκπομπών του στοιχείου στο φάσμα εκπομπής του γυαλιού, μπορεί να αναγνωριστεί ο βέλτιστος συνδυασμός για την ενεργειακή απόδοση της διαδικασίας θέρμανσης.
Μέθοδος
2.1 Υλικά
Πέντε διαφορετικά ποτήρια χαλαζία προήλθαν, το καθένα με πάχος 3 mm. Το πρώτο γυαλί ήταν γυαλί Robax® τυπικής προστασίας Ceramicx. Δύο ακόμη γυαλιά ελήφθησαν από τη σειρά Nextrema ™ της Schott glass (Υλικά 712-3 & 724-3). Δύο ακόμη ποτήρια προέρχονταν από άλλο τρίτο μέρος. Αυτά ήταν διαφανή με ελαφριά γκρι απόχρωση και λευκό, αδιαφανές χρώμα ή παγωμένη εμφάνιση.
Κάθε γυαλί τοποθετήθηκε ακριβώς μπροστά από ένα στοιχείο 500W, 230V HQE (διαστάσεις: 123.5 x 62.5mm). Το πηνίο θέρμανσης τοποθετήθηκε μέσα στο 6 των διαθέσιμων 7 γυάλινων σωλήνων χαλαζία με τον κεντρικό σωλήνα να μην έχει θερμανθεί. Μια εικόνα καθενός από τα γυαλιά 5 in-situ στους θερμαντήρες HQE φαίνεται στο σχήμα 1
Το φύλλο δεδομένων για τα τρία γυαλιά Schott (Nextrema ™ 712-3, Nextrema ™ 724-3 & Robax®) δείχνει τα φάσματα υπέρυθρης μετάδοσης που φαίνονται στο Σχήμα 2. Αυτό δείχνει ότι το NextremaTM 712-3 μεταδίδει μικρή ή καθόλου ακτινοβολία στο ορατό φάσμα, σύμφωνα με το σκούρο χρώμα του υλικού, ενώ πολύ περισσότερη ακτινοβολία μεταδίδεται από το NextremaTM 724-3 (Εικόνα 2Error!® Γυαλιά. Σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, το ποσοστό ακτινοβολίας που μεταδίδεται από το υλικό NextremaTM 724-3 είναι υψηλότερο από το Robax® ποτήρι.
Ο θερμαντήρας HQE 500W έχει μέγιστη φασματική πυκνότητα ισχύος (εκπομπή) στη ζώνη συχνοτήτων 2 - 4.2μm όπως φαίνεται στο φάσμα (Error! Source source not found.). Επομένως, αναμένεται ότι το γυαλί με τη μεγαλύτερη μετάδοση στην περιοχή αυτή θα παρουσιάσει τη μεγαλύτερη ροή θερμότητας στο πείραμα. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε χαμηλότερα μήκη κύματος που είναι πιο ενεργητικά από τα μακρύτερα μήκη κύματος.
Μέθοδος 2.2
Οι θερμαντήρες τοποθετήθηκαν εντός της πλατφόρμας Herschel και ενεργοποιήθηκαν. Η τάση ρυθμίστηκε έτσι ώστε η έξοδος ισχύος να ήταν 500 ± 1 W. Ο θερμαντήρας αφέθηκε να θερμανθεί για μια λεπτή περίοδο 10 πριν από την έναρξη της δοκιμής. Κάθε θερμαντήρας δοκιμάστηκε τρεις φορές για να αυξήσει την ακρίβεια.
2.3 Herschel
Το ρομπότ ροής θερμότητας Ceramicx Herschel εξετάζει τη συνολική ροή θερμότητας (W.cm-2) που είναι προσπίπτον στον αισθητήρα. Οι θερμαντήρες μπορούν να τοποθετηθούν στο Herschel και να αναλυθούν χρησιμοποιώντας τη ρουτίνα χαρτογράφησης ροής θερμότητας 3D Infrared. Αυτό το αυτοματοποιημένο σύστημα χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα υπέρυθρης ακτινοβολίας ο οποίος οδηγείται ρομποτικά γύρω από ένα προκαθορισμένο σύστημα συντεταγμένων πλέγματος μπροστά από τον υπό δοκιμή εκπομπό θερμαντήρα. Ο αισθητήρας έχει μέγιστη στάθμη ροής θερμότητας 2.3 W.cm-2 και μετρά το IR στη ζώνη 0.4-10 micrometres. Το σύστημα συντεταγμένων είναι ένα κυβικό πλέγμα 500mm μπροστά από τον πομπό θέρμανσης, βλέπε Εικόνα 3. Το ρομπότ μετακινεί τον αισθητήρα σε βήματα 25mm κατά μήκος μιας ελικοειδούς διαδρομής κατά τις κατευθύνσεις Χ και Ζ, ενώ ο εκπομπός θέρμανσης είναι τοποθετημένος σε ένα ολισθητήρα που αυξάνει στα βήματα 100mm κατά μήκος της κατεύθυνσης Υ.
Τα αποτελέσματα από τη μηχανή μπορούν να μετατραπούν σε ένα ποσοστό της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας που επιστρέφεται ως ακτινοβόλος ροή θερμότητας από τον θερμαντήρα. Αυτό μειώνεται με την αυξανόμενη απόσταση από τον θερμαντήρα καθώς η ακτινοβολούμενη ροή θερμότητας αποκλίνει από τον θερμαντήρα.
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα της δοκιμής δείχνουν μερικά ενδιαφέροντα δεδομένα τα οποία πρέπει να ερμηνευθούν παράλληλα με τα φάσματα εκπομπής και εκπομπής του γυαλιού και τα θερμαντικά στοιχεία HQE της Ceramicx, αντίστοιχα. Όλα τα γραφήματα περιγράμματος έγιναν χρησιμοποιώντας την ίδια κλίμακα κλίμακας για να εξασφαλιστεί η οπτική σύγκριση.
3.1 NextremaTM 712-3
Αυτό το σκοτεινό χρωματισμένο γυαλί εμφανίζει ελάχιστη ή καθόλου μετάδοση ακτινοβολίας στο ορατό φάσμα (Εικόνα 2). Ωστόσο, σε μεγαλύτερα μήκη κύματος είναι πιο διαφανές. Η μετάδοση πέφτει στο <10% στη ζώνη κυμάτων ≈ 2.8 - 3.2 μm, αλλά ανακτά σε ≥40% στην περιοχή ζώνης 3.5 - 4.2 μm.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, στο 100mm, υπάρχει πυκνότητα ισχύος κορυφής 0.6 W.cm-2, όπως φαίνεται στο σχήμα 4. Αυτό δείχνει ότι η μέγιστη ροή θερμότητας, όπως αναμένεται, προέρχεται από το κέντρο του στοιχείου και μειώνεται συγκεντρικά με την απόσταση τόσο από το κέντρο του στοιχείου.
Ένα παρόμοιο οικόπεδο μπορεί να παραχθεί για όλες τις αποστάσεις από τον θερμαντήρα. Ωστόσο, η γενική τάση μείωσης της ροής θερμότητας από το κέντρο στοιχείων είναι η ίδια.
Ομοίως, η ποσοστιαία ροή θερμικής ακτινοβολίας που καταγράφεται μειώνεται καθώς η απόσταση από το στοιχείο αυξάνεται (κατά μήκος του άξονα y) όπως υποδεικνύεται στο τμήμα 2.3. Το μέγεθος αυτής της μείωσης φαίνεται στο σχήμα 5
3.2 NextremaTM 724-3
Το διαφανές γυαλί Nextrema ™ (724-3) εμφανίζει ελαφρώς υψηλότερη απόδοση ροής θερμότητας από το γυαλί 712-3. Αυτό οφείλεται κυρίως στην καλύτερη διαφάνεια (≈90%) στις πιο ενεργητικές ορατές και πλησίον περιοχές IR (0.5 <λ <2.8 μm). Όταν συνδυάζεται με το φάσμα εκπομπών του στοιχείου χαλαζία, εμφανίζεται καλύτερη αντιστοίχιση που επιβεβαιώνεται από την υψηλότερη ροή θερμότητας που καταγράφεται στον χάρτη (Εικόνα 6)
Η μείωση της ενέργειας που ανιχνεύεται ως συνάρτηση της απόστασης από τον θερμαντήρα είναι πολύ παρόμοια με αυτή που φαίνεται στο σχήμα 5 για το ίδιο στοιχείο με το προστατευτικό γυαλί 712-3.
3.3 Robax®
Ο Robax® το γυαλί παρουσιάζει σαφώς υψηλότερη ροή θερμότητας στο κεντρικό σημείο του στοιχείου που βρίσκεται εκτός της γενικής κλίμακας που εφαρμόστηκε, όπως φαίνεται στο σχήμα 7. Σε αυτή την περίπτωση, η μέγιστη ροή θερμικής ακτινοβολίας είναι 0.80 W.cm-2. Η υψηλότερη ροή θερμότητας στο κέντρο είναι ενδεικτική της μεγαλύτερης μετάδοσης λόγω της υψηλότερης θερμοκρασίας πηγής (μικρότερα μήκη κύματος IR).
Ο λόγος για αυτήν την ελαφρώς καλύτερη απόδοση είναι η αυξημένη μετάδοση IR στην κύρια ζώνη (0.4 <λ <2.8μm). Για το γυαλί Robax®, η πτώση του κιβωτίου ταχυτήτων συμβαίνει σε ένα ελαφρώς μεγαλύτερο μήκος κύματος που αυξάνει την έξοδο από το θερμαντήρα. Το μειωμένο και στενότερο εύρος ζώνης μετάδοσης στη δευτερεύουσα ζώνη (3.2 <λ <4.2μm) δεν έχει την ίδια επίδραση καθώς αυτά τα μήκη κύματος δεν είναι τόσο ενεργητικά όσο τα μικρότερα μήκη κύματος. Η συνολική ροή θερμότητας που καταγράφεται στα 100 mm είναι, όπως αναμενόταν, ελαφρώς υψηλότερη από ό, τι για τα γυαλιά που εξετάστηκαν στα σημεία 3.1 και 3.2 λόγω των βελτιωμένων ιδιοτήτων μετάδοσης του γυαλιού. Αυτό φαίνεται στο σχήμα 8 παρακάτω.
3.4 Γυαλί παγωμένο
Ο χάρτης ροής θερμότητας για τον θωρακισμένο θωρακισμένο γυαλί παρουσιάζεται στο σχήμα 9. Αυτό δείχνει ένα παρόμοιο σχέδιο εκπομπής ενέργειας από τον θερμαντήρα σε εκείνους που αναφέρθηκαν παραπάνω. Το ανιχνευμένο μέγεθος ροής θερμότητας είναι υψηλότερο από αυτό με το NextremaTM αλλά χαμηλότερη από αυτή του Robax® ποτήρι. Καθώς δεν υπάρχει διαθέσιμο φάσμα μετάδοσης για αυτό το υλικό, δεν μπορεί να δοθεί καμιά εικόνα για τους λόγους πίσω από αυτό.
Καθώς η απόσταση μεταξύ του πομπού και του αισθητήρα ροής θερμότητας αυξάνεται, η ροή θερμότητας που εντοπίζεται πέφτει. Η ποσοστιαία ροή θερμότητας που ανιχνεύεται στο 100mm είναι χαμηλότερη από αυτή του Robax® γυαλί που φαίνεται στο Σχήμα 7, αλλά υψηλότερο από το NextremaTM Γυαλιά.
3.5 Διαφανές γυαλί
Ο χάρτης ροής θερμότητας για το διαφανές γυαλί φαίνεται στο σχήμα 11. Αυτό δείχνει πολύ μικρή διακριτή διαφορά στο υλικό από γυαλισμένο γυαλί που εξετάστηκε στο τμήμα 3.4, ενδεικτικό πολύ μικρής μεταβολής στο φάσμα μετάδοσης του γυαλιού στην περιοχή ενεργών ζωνών συχνοτήτων (2-4.2μm).
Η συνολική ροή θερμότητας είναι ελαφρώς αυξημένη σε σύγκριση με αυτή του παγωμένου γυαλιού. Ωστόσο, είναι ακόμα χαμηλότερο από αυτό του Robax® ποτήρι. Χωρίς δεδομένα φάσματος μετάδοσης, δεν μπορεί να δοθεί εξήγηση για την παρατήρηση αυτή.
Ο πίνακας 1 δείχνει τη μέση μέγιστη ροή θερμότητας που καταγράφηκε για το στοιχείο στις τρεις διεξαχθείσες δοκιμές καθώς και τη μέση εκατοστιαία ροή θερμότητας που καταγράφηκε στα 100 και 200mm από την επιφάνεια του στοιχείου. Αυτό δείχνει ότι οι δύο NextremaTM και τα γυαλιά Frosted είχαν κακή απόδοση, ωστόσο, δεν υπάρχει αρκετός διαχωρισμός του Robax® και τα διαφανή γυαλιά.
Ένα φαινόμενο μέτρησης λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της χαρτογράφησης ροής θερμότητας, όπου η αρχική μέτρηση που λαμβάνεται είναι μια τιμή αναφοράς, δηλούμενη μηδέν και κάθε μετρούμενη τιμή μετριέται σε σχέση με αυτό. Σε σύντομους διαχωρισμούς, η ροή θερμότητας μπορεί, συνεπώς, να καταγραφεί ως αρνητική η οποία δημιουργεί τις μη χρωματισμένες περιοχές στα περιγράμματα περιγράμματος.
Η κανονικοποίηση των πρώτων δεδομένων αποκαλύπτει ότι τα γυαλιά Robax® και Transparent είναι πράγματι το πιο αποτελεσματικό γυαλί για τη μετάδοση της ακτινοβολίας, όπως φαίνεται στον Πίνακα 2.
Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν διαθέσιμα φασματικά δεδομένα για το διαφανές γυαλί, δεν είναι δυνατόν να δοθεί οριστικός λόγος για τον οποίο συμβαίνει η διαφορά μεταξύ αυτού και του Robax® και αν είναι το επίπεδο διαφάνειας στο ορατό / σχεδόν IR (0.5 - 2.8μm) ή στην περιοχή μεσαίου κύματος (≥3 μm).
Είναι αξιοσημείωτο ότι η μέγιστη ροή θερμότητας που καταγράφηκε για το Robax® είναι υψηλότερο από ό, τι για το διαφανές γυαλί. Αυτό μπορεί να είναι ενδεικτικό μιας αλλαγής στην υπέρυθρη διαφάνεια ως συνάρτηση της θερμοκρασίας, με το Robax® καθιστώντας πιο διαφανή στις αυξημένες θερμοκρασίες που παρατηρούνται στο κεντρικό τμήμα του στοιχείου.
Συμπέρασμα
Τα αποτελέσματα του παραπάνω πειράματος δείχνουν ότι ο Robax® γυαλί, που χρησιμοποιείται σήμερα από την Ceramicx, για να προστατεύει τους θερμαντήρες του, διαθέτει μία από τις καλύτερες ιδιότητες εκπομπής IR για τους θερμαντήρες κασέτας χαλαζία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φάσμα μετάδοσης για αυτό το γυαλί είναι στο μέγιστο στο ενεργό κύμα ζώνης του θερμαντήρα.
Για βέλτιστη θέρμανση, το φάσμα μετάδοσης του προστατευτικού γυαλιού πρέπει να ταιριάζει με το φάσμα εκπομπών του θερμαντήρα που προστατεύει. Σε αυτήν την περίπτωση, το γυαλί πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο διαφανές στη ζώνη κύματος 1 - 3.2 μm.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η πυκνότητα ισχύος του στοιχείου και μια ποικιλία άλλων παραγόντων θα επηρεάσουν τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος. Σε περίπτωση αλλαγής της ισχύος ανά μονάδα περιοχής του στοιχείου, τα αποτελέσματα θα αλλάξουν. Επιπλέον, τα αποτελέσματα που υποδεικνύονται σε αυτό το πείραμα δεν είναι αντιπροσωπευτικά μιας διαμόρφωσης τύπου πλακών.
1 Τα 1000W FQE και 500W HQE έχουν την ίδια πυκνότητα ισχύος και κατά συνέπεια παρόμοια χαρακτηριστικά εκπομπής
Αποποίηση ευθυνών
Αυτά τα αποτελέσματα των δοκιμών θα πρέπει να εξεταστούν προσεκτικά πριν από τον προσδιορισμό του τύπου του υπέρυθρου πομπού που θα χρησιμοποιηθεί σε μια διαδικασία. Οι επαναλαμβανόμενες δοκιμές που διεξάγονται από άλλες εταιρείες ενδέχεται να μην επιτύχουν τα ίδια ευρήματα. Υπάρχει πιθανότητα σφάλματος κατά την επίτευξη των συνθηκών ρύθμισης και οι μεταβλητές που μπορεί να μεταβάλουν τα αποτελέσματα περιλαμβάνουν: το εμπορικό σήμα του χρησιμοποιούμενου εκπομπού, την απόδοση του εκπομπού, την παρεχόμενη ενέργεια, την απόσταση από το εξεταζόμενο υλικό στον χρησιμοποιούμενο εκπομπό και την περιβάλλον. Οι θέσεις όπου μετριούνται οι θερμοκρασίες μπορεί επίσης να διαφέρουν και συνεπώς να επηρεάζουν τα αποτελέσματα.
