| AUTORE | DATA DI CREAZIONE | VERSIONE | NUMERO DEL DOCUMENTO |
|---|---|---|---|
| Dr. Peter Marshall | 9 Febbraio 2017 | V1.5 | CC11 - 00107 |
Introduzione
Questo documento descrive in dettaglio le ricerche sul miglior vetro per proteggere i riscaldatori a cassetta al quarzo di Ceramicx consentendo la migliore trasmissione delle radiazioni infrarosse. Sono disponibili diversi occhiali; tuttavia, questi avranno spettri di trasmissione caratteristici diversi a causa delle diverse composizioni. Sintonizzando lo spettro di emissione dell'elemento con lo spettro di trasmissione del vetro, è possibile identificare la combinazione ottimale per l'efficienza energetica del processo di riscaldamento.
metodo
Materiali 2.1
Sono stati acquistati cinque diversi bicchieri di quarzo, ciascuno con uno spessore di 3 mm. Il primo vetro è stato il vetro Robax® con protezione standard Ceramicx. Altri due bicchieri sono stati ottenuti dalla gamma NextremaTM di Schott Glass (materiali 712-3 e 724-3). Altri due bicchieri sono stati acquistati da un'altra terza parte. Questi erano trasparenti con una leggera tonalità grigia e un colore bianco opaco o aspetto satinato.
Ogni vetro è stato montato direttamente di fronte a un elemento 500W, 230V HQE (dimensioni: 123.5 x 62.5mm). La serpentina di riscaldamento è stata collocata all'interno di 6 dei tubi di vetro al quarzo disponibili di 7 con il tubo centrale lasciato non riscaldato. Un'immagine di ciascuno degli occhiali 5 in situ sui riscaldatori HQE è mostrata nella Figura 1
La scheda tecnica dei tre bicchieri Schott (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 e Robax®) mostra gli spettri di trasmissione a infrarossi mostrati nella Figura 2. Ciò mostra che NextremaTM 712-3 trasmette radiazioni scarse o assenti nello spettro visibile, coerenti con il colore scuro del materiale, mentre molta più radiazione viene trasmessa da NextremaTM 724-3 (Figura 2Error! Fonte di riferimento non trovata) e Robax® bicchieri. A lunghezze d'onda più lunghe, la percentuale di radiazione trasmessa dal materiale NextremaTM 724-3 è superiore a quella di Robax® bicchiere.
Il riscaldatore HQE 500W ha una densità di potenza spettrale di picco (emissione) nella banda d'onda di 2 - 4.2μm come mostrato nello spettro (errore! Fonte di riferimento non trovata). Pertanto, ci si aspetterebbe che il vetro con la maggiore trasmissione in questa regione mostrerà il massimo flusso di calore nell'esperimento. Ciò è particolarmente importante alle lunghezze d'onda più basse che sono più energiche delle lunghezze d'onda più lunghe.
Metodo 2.2
I riscaldatori sono stati montati all'interno della piattaforma Herschel ed eccitati. La tensione è stata regolata in modo tale che la potenza in uscita fosse 500 ± 1 W. Il riscaldatore è stato lasciato riscaldare per un periodo di 10 minuto prima dell'inizio del test. Ogni riscaldatore è stato testato tre volte per aumentare la precisione.
2.3 Herschel
Il robot del flusso di calore Ceramicx Herschel esamina il flusso di calore totale (W.cm-2) che è incidente sul sensore. I riscaldatori possono essere montati nell'Herschel e analizzati utilizzando la routine di mappatura del flusso di calore a infrarossi 3D. Questo sistema automatizzato utilizza un sensore a infrarossi che viene guidato roboticamente attorno a un sistema di griglia di coordinate predeterminato davanti all'emettitore del riscaldatore in prova. Il sensore ha un livello di flusso di calore massimo di 2.3 W.cm-2 e misura IR nella banda 0.4-10 micrometri. Il sistema di coordinate è una griglia cubica 500mm di fronte all'emettitore di riscaldamento, vedere la Figura 3. Il robot sposta il sensore con incrementi di 25mm lungo un percorso a serpentina nelle direzioni X e Z, mentre l'emettitore di riscaldamento è montato su un carrello scorrevole che aumenta con incrementi di 100mm lungo la direzione Y.
I risultati della macchina possono essere trasformati in una percentuale dell'energia totale consumata restituita come flusso di calore radiante dal riscaldatore. Ciò diminuisce con l'aumentare della distanza dal riscaldatore poiché il flusso di calore radiante diverge dal riscaldatore.
Risultati
I risultati del test mostrano alcuni dati interessanti che devono essere interpretati insieme agli spettri di trasmissione ed emissione del vetro e degli elementi riscaldanti HQE di Ceramicx, rispettivamente. Tutti i grafici di contorno sono stati realizzati utilizzando la stessa scala di colori per garantire il confronto visivo.
3.1 NextremaTM 712-3
Questo vetro colorato scuro mostra poca o nessuna trasmissione di radiazioni nello spettro visibile (Figura 2); tuttavia, a lunghezze d'onda maggiori è più trasparente. La trasmissione scende a <10% nella banda di ≈ 2.8 - 3.2 μm, ma recupera a ≥40% nella regione della banda da 3.5 - 4.2 μm.
I risultati mostrano che, su 100mm, esiste una densità di potenza di picco di 0.6 W.cm-2, come mostrato nella Figura 4. Ciò dimostra che il flusso di calore di picco, come previsto, proviene dal centro dell'elemento e diminuisce concentricamente con la distanza sia dal centro dell'elemento.
Un diagramma simile può essere prodotto per tutte le distanze dal riscaldatore; tuttavia, la tendenza generale alla riduzione del flusso di calore dal centro dell'elemento è la stessa.
Analogamente, il flusso di calore radiativo percentuale registrato diminuisce all'aumentare della distanza dall'elemento (lungo l'asse y) come indicato nella sezione 2.3. L'entità di questa riduzione è mostrata nella Figura 5
3.2 NextremaTM 724-3
Il vetro NextremaTM trasparente (724-3) mostra un flusso di calore in uscita leggermente superiore rispetto al vetro 712-3. Ciò è dovuto principalmente alla sua migliore trasparenza (≈90%) nelle regioni più energiche del visibile e del vicino IR (0.5 <λ <2.8 μm). Quando combinato con lo spettro di emissione dell'elemento di quarzo, si vede una migliore corrispondenza che è confermata dal flusso di calore più elevato registrato nella mappa (Figura 6)
La diminuzione di energia rilevata in funzione della distanza dal riscaldatore è molto simile a quella mostrata nella Figura 5 per lo stesso elemento con il vetro di protezione 712-3.
3.3 Robax®
Il Robax® il vetro mostra un flusso di calore nettamente più elevato nel punto centrale dell'elemento che è fuori dalla scala generale che è stata applicata, come mostrato nella Figura 7. In questo caso, il flusso di calore radiativo di picco è 0.80 W.cm-2. Il maggiore flusso di calore al centro indica una maggiore trasmissione dovuta alla maggiore temperatura della sorgente (lunghezze d'onda IR più brevi).
La ragione di questa prestazione leggermente migliore è la maggiore trasmissione IR nella banda primaria (0.4 <λ <2.8μm). Per il vetro Robax®, la caduta di trasmissione si verifica a una lunghezza d'onda leggermente maggiore che aumenta l'uscita dal riscaldatore. La larghezza di banda ridotta e più stretta di trasmissione nella banda secondaria (3.2 <λ <4.2μm) non ha la stessa influenza poiché queste lunghezze d'onda non sono così energiche come le lunghezze d'onda più corte. Il flusso di calore totale registrato a 100 mm è, come previsto, leggermente superiore a quello dei vetri esaminati nelle sezioni 3.1 e 3.2 a causa delle proprietà di trasmissione migliorate del vetro. Ciò è mostrato nella Figura 8, di seguito.
3.4 Vetro satinato
La mappa del flusso di calore per il riscaldatore protetto con vetro smerigliato è mostrata nella Figura 9. Questo mostra un modello simile di emissione di energia dal riscaldatore a quelli descritti sopra. L'entità del flusso di calore rilevato è superiore a quella di NextremaTM protezione ma inferiore a quella del Robax® bicchiere. Poiché non è disponibile uno spettro di trasmissione per questo materiale, non è possibile fornire informazioni dettagliate sui motivi alla base di questo.
All'aumentare della distanza tra l'emettitore e il sensore del flusso di calore, il flusso di calore rilevato diminuisce. Il flusso di calore percentuale rilevato su 100mm è inferiore a quello del Robax® vetro che è mostrato in Figura 7, ma più in alto del NextremaTM bicchieri.
3.5 Vetro trasparente
La mappa del flusso di calore per il vetro trasparente è mostrata nella Figura 11. Ciò mostra una differenza molto esigua rispetto al materiale di vetro smerigliato che è stato esaminato nella sezione 3.4, indicativo di una variazione minima dello spettro di trasmissione del vetro nella regione della banda d'onda attiva (2-4.2μm).
Il flusso di calore totale è leggermente elevato rispetto a quello del vetro smerigliato; tuttavia, è ancora inferiore a quello del Robax® bicchiere. Senza i dati sullo spettro di trasmissione, nessuna spiegazione può essere offerta per questa osservazione.
La tabella 1 mostra il flusso di calore massimo medio che è stato registrato per l'elemento attraverso i tre test condotti, nonché il flusso di calore percentuale medio registrato a 100 e 200mm dalla superficie dell'elemento. Ciò indica che i due NextremaTM e gli occhiali Frosted hanno funzionato male, tuttavia, c'è poco da separare il Robax® e gli occhiali trasparenti.
Durante la mappatura del flusso di calore si verifica un fenomeno di misurazione in base al quale la lettura iniziale presa è un valore di riferimento, designato zero e ogni valore registrato viene misurato in relazione a questo. A brevi separazioni, il flusso di calore può quindi essere registrato come negativo, dando origine alle regioni non colorate nei grafici di contorno.
La normalizzazione dei dati grezzi rivela che gli occhiali Robax® e Transparent sono effettivamente i vetri più efficienti per la trasmissione della radiazione, come mostrato nella Tabella 2.
Dato che non sono disponibili dati spettrali per il vetro trasparente, non è possibile fornire una ragione definitiva sul perché si verifichi la differenza tra questo e Robax® e se sia il livello di trasparenza nel visibile / vicino IR (0.5 - 2.8μm) o nella regione delle onde medie (≥3 μm).
È evidente che il flusso di calore massimo registrato per Robax® è superiore a quello del vetro trasparente. Ciò può essere indicativo di un cambiamento nella trasparenza a infrarossi in funzione della temperatura, con Robax® diventando più trasparente alle elevate temperature osservate nella porzione centrale dell'elemento.
Conclusione
I risultati dell'esperimento sopra mostrano che il Robax® il vetro, attualmente utilizzato da Ceramicx, per proteggere i propri riscaldatori possiede una delle migliori proprietà di trasmissione IR per i riscaldatori a cassetta al quarzo. Questo perché lo spettro di trasmissione per questo vetro è al massimo nella banda d'onda attiva del riscaldatore.
Per un riscaldamento ottimale, lo spettro di trasmissione del vetro di protezione dovrebbe essere adattato allo spettro di emissione del riscaldatore che sta proteggendo. In questo caso, il vetro dovrebbe essere il più trasparente possibile nella banda d'onda di 1 - 3.2 μm.
Va notato che la densità di potenza dell'elemento e una varietà di altri fattori influenzeranno i risultati di questo esperimento. Se la potenza per unità di area dell'elemento cambia, i risultati cambieranno. Inoltre, i risultati indicati in questo esperimento non sono rappresentativi di una configurazione del tipo di piastra.
1 Un 1000W FQE e 500W HQE hanno la stessa densità di potenza e quindi caratteristiche di emissione simili
Negazione di responsabilità
Questi risultati del test devono essere attentamente considerati prima di stabilire quale tipo di emettitore a infrarossi utilizzare in un processo. Test ripetuti condotti da altre società potrebbero non ottenere gli stessi risultati. Esiste la possibilità di errore nel raggiungere le condizioni di impostazione e le variabili che possono alterare i risultati includono: il marchio dell'emettitore impiegato, l'efficienza dell'emettitore, la potenza fornita, la distanza dal materiale testato all'emettitore utilizzato e il ambiente. Anche le posizioni in cui vengono misurate le temperature possono differire e quindi influenzare i risultati.
