| AUTOR | DATUM STVARAN | VERZIJA | BROJ DOKUMENTA |
|---|---|---|---|
| dr. Peter Marshall | 9 veljače 2017 | V1.5 | CC11 - 00107 |
Uvod
Ovaj je članak detaljno istražio najbolje staklo za zaštitu Ceramicx-ovih kvarcnih kasetnih grijača koji omogućuju najbolji prijenos infracrvenog zračenja. Na raspolaganju su različite čaše; međutim, oni će imati različite karakteristične transmisijske spektre zbog različitih sastava. Podešavanjem spektra emisije elementa na prijenosni spektar stakla može se utvrditi optimalna kombinacija za energetsku učinkovitost procesa grijanja.
način
2.1 materijali
Nabavljeno je pet različitih kvarcnih čaša, svaka debljine 3 mm. Prvo staklo bilo je Ceramicx standardno zaštitno Robax® staklo. Dvije daljnje naočale dobivene su iz Schott-ovog stakla NextremaTM (materijali 712-3 i 724-3). Daljnje dvije čaše dobile su od druge treće strane. Bile su prozirne s blagom sivom nijansom i bijelom, neprozirnom bojom ili matiranim izgledom.
Svaka čaša montirana je direktno ispred 500W, 230V HQE elementa (dimenzije: 123.5 x 62.5mm). Zavojni grijač postavljen je unutar 6 od dostupnih 7 staklenih cijevi od 5, pri čemu je središnja cijev ostala ne zagrijana. Slika svake 1 naočale in situ na HQE grijačima prikazana je na slici XNUMX
List s podacima o tri Schott naočale (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 & Robax®) prikazuje spektra infracrvenog prijenosa koji su prikazani na slici 2. To pokazuje da NextremaTM 712-3 prenosi malo ili nikakva zračenja u vidljivom spektru, u skladu s tamnom bojom materijala, dok daleko više zračenja prenosi NextremaTM 724-3 (Slika 2Error! Referentni izvor nije pronađen) i Robax® naočale. Na većim valnim duljinama postotak zračenja koji prenosi materijal NextremaTM 724-3 je veći od Robax-a® stakla.
HQE 500W grijač ima vršnu spektralnu gustoću snage (emisiju) u valnom pojasu 2 - 4.2μm kako je prikazano u spektru (Pogreška! Referentni izvor nije pronađen.). Stoga bi se očekivalo da će staklo s najvećim prijenosom na ovom području pokazati najveći toplinski tok u pokusu. To je posebno važno kod manjih valnih duljina koje su energičnije od dužih.
2.2 metoda
Grijači su ugrađeni unutar platforme Herschel i napajali se. Napon je bio podešen tako da je izlazna snaga iznosila 500 ± 1 W. Grijač je ostavljen da se zagrije za 10 minutno razdoblje prije početka ispitivanja. Svaki grijač testiran je tri puta kako bi se povećala točnost.
2.3 Herschel
Robot Ceramicx Herschel toplinski tok ispituje ukupni toplinski tok (W.cm-2) koji pada na senzor. Grijači se mogu ugraditi u Herschel i analizirati pomoću 3D infracrvene rutine mapiranja toplinskog toka. Ovaj automatizirani sustav koristi infracrveni senzor koji se robotski vodi oko unaprijed određenog koordinatnog mrežnog sustava ispred emitiranog grijača. Senzor ima maksimalnu razinu toplinskog toka od 2.3 W.cm-2 i mjeri IR u pojasu 0.4-10 mikrometara. Koordinatni sustav je 500 mm kubična mreža ispred emitera grijanja, pogledajte sliku 3. Robot pomiče senzor u koracima od 25 mm duž serpentinske staze u smjerovima X i Z-, dok je emiter grijanja postavljen na klizni nosač koji se uvećava u koracima od 100 mm duž smjera Y-.
Rezultati stroja mogu se pretvoriti u postotak ukupne potrošnje energije vraćene kao zračenja toplinski tok iz grijača. To se smanjuje s povećanjem udaljenosti od grijača, kako zračni tok topline odstupa od grijača.
Rezultati
Rezultati ispitivanja pokazuju neke zanimljive podatke koji se moraju tumačiti zajedno s prijenosnim i emisijskim spektrom stakla i Ceramicx-ovim HQE grijaćim elementima. Sve konturne plohe napravljene su korištenjem iste ljestvice boja kako bi se osigurala moguća vizualna usporedba.
3.1 NextremaTM 712-3
Ovo tamno zatamnjeno staklo prikazuje malo ili nimalo prijenosa zračenja u vidljivom spektru (slika 2); međutim, na dužim valnim duljinama je prozirniji. Prijenos pada na <10% u valnom pojasu od ≈ 2.8 - 3.2 μm, ali se oporavlja na ≥40% u području pojasa 3.5 - 4.2 μm.
Rezultati pokazuju da, kod 100mm, postoji vršna gustoća snage od 0.6 W.cm-2, kao što je prikazano na slici 4. To pokazuje da najviši toplinski tok, kao što se i očekivalo, dolazi iz središta elementa i koncentrično se smanjuje s udaljenošću od centra elementa.
Slična parcela može se proizvesti na svim udaljenostima od grijača; međutim, opći trend smanjenja toplinskog toka iz središta elementa je isti.
Slično tome, zabilježeni postotni protok toplinskog zračenja smanjuje se kako se udaljenost od elementa povećava (duž osi y) kako je naznačeno u odjeljku 2.3. Jačina ovog smanjenja prikazana je na slici 5
3.2 NextremaTM 724-3
Prozirno staklo NextremaTM (724-3) prikazuje nešto veći izlaz topline od stakla 712-3. To je prije svega zbog bolje prozirnosti (≈90%) u energetski vidljivijim i bližim IR područjima (0.5 <λ <2.8 μm). U kombinaciji s emisijskim spektrom kvarcnog elementa, vidi se bolje podudaranje, što potvrđuje veći toplinski tok zabilježen na karti (slika 6)
Pad energije detektiran kao funkcija udaljenosti od grijača vrlo je sličan onome koji je prikazan na slici 5 za isti element sa zaštitnim staklom 712-3.
3.3 Robax®
Robax® staklo pokazuje izrazito veći toplinski tok u središnjoj točki elementa koji je izvan opće skale koja je primijenjena, kao što je prikazano na slici 7. U ovom slučaju, najviši zračni toplinski tok je 0.80 W.cm-2, Veći toplinski tok u sredini ukazuje na veći prijenos zbog veće temperature izvora (kraće IR valne duljine).
Razlog za ove malo bolje performanse je povećani IR prijenos u primarnom opsegu (0.4 <λ <2.8 μm). Za staklo Robax® pad prijenosa događa se na nešto većoj valnoj duljini što povećava izlaz iz grijača. Smanjena i uža širina pojasa prijenosa u sekundarnom pojasu (3.2 <λ <4.2 μm) nema isti utjecaj jer ove valne duljine nisu toliko energične kao kraće valne duljine. Ukupni toplinski tok zabilježen na 100 mm je, kako se očekuje, nešto veći od naočala ispitivanih u odjeljcima 3.1 i 3.2 zbog poboljšanih propusnih svojstava stakla. To je prikazano na slici 8, dolje.
3.4 Zamrznuto staklo
Karta toplinskog toka za grijač sa smrznutim staklom prikazana je na slici 9. Ovo pokazuje sličan obrazac emisije energije iz grijača kao onaj detaljniji gore. Otkrivena veličina toplinskog toka veća je od one s NextremomTM zaštita, ali niža od one u Robaxu® stakla. Kako za ovaj materijal nije dostupan spektar prijenosa, ne može se dati uvid u razloge koji stoje iza toga.
Kako se povećava udaljenost između emitera i senzora toplinskog fluksa, detektirani toplinski tok propada. Postotni toplinski tok otkriven na 100mm niži je od postotka Robaxa® stakla koja je prikazana na slici 7, ali viša od NextremaTM naočale.
3.5 Prozirno staklo
Karta toplinskog toka prozirnog stakla prikazana je na slici 11. To pokazuje vrlo malu uočljivu razliku prema materijalu od smrznutog stakla koji je ispitan u odjeljku 3.4, što ukazuje na vrlo male promjene u prijenosnom spektru stakla u aktivnom području valova (2-4.2μm).
Ukupni toplinski tok je blago povišen u usporedbi s mastilom; međutim, ona je još uvijek ispod one u Robaxu® stakla. Bez podataka o spektru prenosa, ne može se ponuditi objašnjenje za ovo opažanje.
Tablica 1 prikazuje prosječni maksimalni toplinski tok koji je zabilježen za element tijekom tri provedena ispitivanja, kao i prosječni postotni toplinski tok zabilježen na 100 i 200mm od površine elementa. To ukazuje da su dva NextremaTM a čaše od smrznutog izgleda loše, međutim, Robax malo može odvojiti® i prozirne naočale.
Pojava mjerenja pojavljuje se tijekom mapiranja toplinskog toka pri čemu je početno očitanje referentne vrijednosti, označeno kao nula, a svaka zabilježena vrijednost mjeri se u odnosu na to. Stoga, pri kratkom razdvajanju, toplinski tok može se zabilježiti kao negativan, što stvara neobojena područja u konturnim parcelama.
Normaliziranjem neobrađenih podataka otkriva se da su naočale Robax® i prozirne doista najučinkovitije staklo za prijenos zračenja kao što je prikazano u tablici 2.
S obzirom na to da nisu dostupni spektralni podaci za prozirno staklo, nije moguće dati konačan razlog zbog čega se pojavljuje razlika između ovog i Robax®-a i je li to razina prozirnosti u vidljivom / blizu-IR (0.5 - 2.8μm) ili u području srednjeg vala (≥3 μm).
Primjetno je da je za Robax zabilježen maksimalni toplinski tok® veći je nego kod prozirnog stakla. Ovo može ukazivati na promjenu infracrvene prozirnosti u zavisnosti od temperature, s Robaxom® postaju transparentniji pri povišenim temperaturama viđenim u središnjem dijelu elementa.
Zaključak
Rezultati gornjeg eksperimenta pokazuju da je Robax® staklo, koje trenutno koristi Ceramicx za zaštitu svojih grijača, ima jedno od najboljih svojstava IR prijenosa za kvarcne kasetonske grijače. To je zato što je spektar prijenosa za ovo staklo maksimum u aktivnom valnom pojasu grijača.
Za optimalno zagrijavanje, prijenosni spektar zaštitnog stakla treba uskladiti sa spektrom emisije grijača koji štiti. U tom bi slučaju staklo trebalo biti što transparentnije u valnom pojasu 1 - 3.2 μm.
Treba napomenuti da će gustoća snage elementa i niz drugih čimbenika utjecati na rezultate ovog eksperimenta. Ako se snaga jedinice po jedinici elementa promijeni, rezultati će se promijeniti. Štoviše, rezultati navedeni u ovom eksperimentu nisu reprezentativni za konfiguraciju tipa tanjira.
1 1000W FQE i 500W HQE imaju istu gustoću snage i samim tim slične emisijske karakteristike
Izjava o odricanju od odgovornosti
Ove rezultate ispitivanja treba pažljivo razmotriti prije određivanja koju vrstu infracrvenog odašiljača treba koristiti u postupku. Ponovljena ispitivanja koja provode druge tvrtke možda ne mogu postići iste nalaze. Postoji mogućnost pogreške u postizanju postavljenih uvjeta i varijabli koje mogu izmijeniti rezultate uključuju: marku korištenog emitera, učinkovitost odašiljača, isporučenu snagu, udaljenost od ispitivanog materijala do korištenog emitera i okoliš. Mjesta na kojima se mjere temperature također se mogu razlikovati i stoga utječu na rezultate.
