| FORFATTER | DATE LAGET | VERSJON | DOKUMENTNUMMER |
|---|---|---|---|
| Dr. Peter Marshall | 9 februar 2017 | V1.5 | CC11 - 00107 |
Introduksjon
Denne artikkelen beskriver undersøkelser av det beste glasset for å beskytte Ceramicx 'kvarts-kassettvarmere, noe som muliggjør best overføring av infrarød stråling. En rekke forskjellige briller er tilgjengelige; disse vil imidlertid ha forskjellige karakteristiske transmisjonsspektre på grunn av forskjellige sammensetninger. Ved å innstille emisjonsspekteret til elementet til transmisjonsspekteret i glasset, kan den optimale kombinasjonen for oppvarmingsprosess energieffektivitet identifiseres.
Metode
2.1 Materialer
Fem forskjellige kvartsglass ble hentet, hver med en tykkelse på 3 mm. Det første glasset var Ceramicx standard beskyttelse Robax® glass. Ytterligere to briller ble hentet fra Schottglass NextremaTM-serien (Materials 712-3 & 724-3). Ytterligere to glass ble hentet fra en annen tredjepart. Disse var gjennomsiktige med en lett grå fargetone og en hvit, ugjennomsiktig farge eller frostet utseende.
Hvert glass ble montert rett foran et 500W, 230V HQE-element (dimensjoner: 123.5 x 62.5 mm). Varmespolen ble plassert innenfor 6 av de 7 tilgjengelige kvartsglassrørene, mens det sentrale røret ble igjen uoppvarmet. Et bilde av hvert av de 5 glassene in situ på HQE-varmeovnene er vist i figur 1
Dataarket for de tre Schott-brillene (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 & Robax®) viser de infrarøde transmisjonsspektra som er vist i figur 2. Dette viser NextremaTM 712-3 overfører liten eller ingen stråling i det synlige spekteret, i samsvar med den mørke fargen på materialet, mens langt mer stråling overføres av NextremaTM 724- 3 (Figur 2Feil! Referansekilde ikke funnet.) Og Robax® briller. Ved lengre bølgelengder er den prosentvise strålingen som sendes av NextremaTM 724-3-materialet høyere enn Robax® glass.
HQE 500W varmeapparatet har en topp spektral effekttetthet (utslipp) i bølgebåndet på 2 - 4.2μm som vist i spekteret (Feil! Referansekilde ikke funnet.). Derfor kan det forventes at glasset med størst transmisjon i denne regionen vil ha den største varmefluksen i eksperimentet. Dette er spesielt viktig ved lavere bølgelengder som er mer energiske enn lengre bølgelengder.
2.2 Metode
Varmeapparatene ble montert i Herschel-plattformen og strømforsynt. Spenningen ble justert slik at effektuttaket var 500 ± 1 W. Varmeapparatet fikk varme opp i 10 minutter før testingen begynte. Hver varmer ble testet tre ganger for å øke nøyaktigheten.
2.3 Herschel
Ceramicx Herschel varmefluksrobot undersøker den totale varmefluksen (W.cm.)-2) som er hendelse på sensoren. Varmeapparater kan monteres i Herschel og analyseres ved bruk av 3D Infrarød varmefluks kartleggingsrutine. Dette automatiserte systemet bruker en infrarød sensor som er robotstyrt rundt et forhåndsbestemt koordinatsystem foran varmeavgiveren som testes. Sensoren har et maksimalt varmefluksnivå på 2.3 W.cm-2 og måler IR i båndet 0.4-10 mikrometer. Koordinatsystemet er et kubikknett 500mm foran varmeavgiveren, se figur 3. Roboten beveger sensoren i trinn i 25mm langs en serpentinbane i X- og Z- retningene, mens varmeutstrålingen er montert på en glidevogn som trinnvis i 100mm trinn langs Y-retningen.
Resultatene fra maskinen kan transformeres til en prosentandel av den totale energiforbruket som returneres som strålende varmefluks fra varmeren. Dette avtar med økende avstand fra varmeren etter hvert som den strålende varmefluxen avviker fra varmeren.
Resultater
Resultatene av testen viser noen interessante data som må tolkes ved siden av henholdsvis transmisjons- og utslippsspektre for henholdsvis glass og Ceramicxs HQE-varmeelementer. Alle konturplott ble laget med samme fargeskala for å sikre visuell sammenligning er mulig.
3.1 NextremaTM 712-3
Dette mørkt tonede glasset viser liten eller ingen strålingstransmisjon i det synlige spekteret (figur 2); men ved lengre bølgelengder er den mer gjennomsiktig. Overføringen faller ned til <10% i bølgebåndet på ≈ 2.8 - 3.2 μm, men gjenoppretter til ≥40% i båndregionen 3.5 - 4.2 μm.
Resultatene viser at ved 100 mm er det en topp effektdensitet på 0.6 W. cm-2som vist i figur 4. Dette viser at toppvarmefluxen, som forventet, kommer fra midten av elementet og avtar konsentrisk med avstand både fra midten av elementet.
En lignende tomt kan produseres for alle avstander fra ovnen; Imidlertid er den generelle trenden med reduserende varmefluks fra elementets sentrum den samme.
Tilsvarende reduseres den prosentvise registrerte varmefluks som registreres etter hvert som avstanden fra elementet øker (langs y-aksen) som angitt i avsnitt 2.3. Størrelsen på denne nedgangen er vist på figur 5
3.2 NextremaTM 724-3
Det gjennomsiktige NextremaTM-glasset (724-3) viser litt høyere varmestrøm enn 712-3-glasset. Dette er primært på grunn av bedre gjennomsiktighet (~ 90%) i de mer energiske, synlige og nær-IR-områdene (0.5 <λ <2.8 μm). Når det kombineres med utslippsspekteret til kvartselementet, sees en bedre samsvar som bekreftes av den høyere varmestrømmen som er registrert på kartet (figur 6)
Nedgangen i energi detektert som en funksjon av avstand fra varmeren er veldig lik den som er vist i figur 5 for det samme elementet med 712-3 beskyttelsesglass.
3.3 Robax®
Robax® glass viser en utpreget høyere varmefluks ved det sentrale punktet av elementet som er utenfor den generelle skalaen som ble påført, som vist i figur 7. I dette tilfellet er toppstrålingsvarmefluksen 0.80 W.cm-2. Den høyere varmefluksen i sentrum indikerer større overføring på grunn av høyere kildetemperatur (kortere IR-bølgelengder).
Årsaken til denne litt bedre ytelsen er den økte IR-overføringen i primærbåndet (0.4 <λ <2.8μm). For Robax®-glass oppstår overføringsfallet med litt lengre bølgelengde, noe som øker effekten fra varmeren. Den reduserte og smalere båndbredden i transmisjonen i sekundærbåndet (3.2 <λ <4.2μm) har ikke samme innflytelse da disse bølgelengdene ikke er like energiske som de kortere bølgelengdene. Den totale varmestrømmen registrert ved 100 mm er, som forventet, litt høyere enn for glassene som er undersøkt i avsnitt 3.1 og 3.2 på grunn av de forbedrede overføringsegenskapene til glasset. Dette er vist i figur 8 nedenfor.
3.4 Frostet glass
Varmestrømningskartet for det frostede glassbeskyttede varmeapparatet er vist i figur 9. Dette viser et lignende mønster av energiutslipp fra varmeren til det som er beskrevet ovenfor. Den oppdagede varmefluksstørrelsen er høyere enn de med NextremaTM beskyttelse, men lavere enn Robax® glass. Ettersom ikke noe overføringsspekter er tilgjengelig for dette materialet, kan det ikke gis innsikt i årsakene til dette.
Når avstanden mellom emitteren og varmefluksføleren økes, faller den detekterte varmefluksen av. Den prosentvise varmefluksen som er påvist ved 100 mm er lavere enn Robax® glass som er vist i figur 7, men høyere enn NextremaTM briller.
3.5 Gjennomsiktig glass
Varmestrømningskartet for det gjennomsiktige glasset er vist i figur 11. Dette viser veldig liten merkbar forskjell til det frostede glassmaterialet som ble undersøkt i kapittel 3.4, noe som indikerer veldig liten endring i glassets transmisjonsspekter i det aktive bølgebåndområdet ( 2-4.2μm).
Den totale varmefluksen er litt forhøyet sammenlignet med den fra det frostede glasset; det er imidlertid fortsatt under Robax® glass. Uten overføringsspekterdata kan ingen forklaring tilbys for denne observasjonen.
Tabell 1 viser den gjennomsnittlige maksimale varmefluksen som ble registrert for elementet i de tre gjennomførte testene, så vel som den gjennomsnittlige prosentvise varmefluksen registrert ved 100 og 200 mm fra elementoverflaten. Dette indikerer at de to NextremaTM og de frostede brillene presterte dårlig, men det er lite som skiller Robax® og de gjennomsiktige brillene.
Et målefenomen oppstår under varmefluks-kartlegging hvor den innledende avlesning som er tatt er en referanseverdi, betegnet som null og hver registrerte verdi måles i forhold til dette. Ved korte separasjoner kan derfor varmefluxen registreres som negativ som gir opphav til de ufargede områdene i kontur plottene.
Normalisering av rådata viser at Robax® og Transparent-glassene faktisk er det mest effektive glasset for overføring av stråling, som vist i tabell 2.
Gitt at det ikke er tilgjengelige spektrale data for det gjennomsiktige glasset, er det ikke mulig å gi en endelig grunn til hvorfor forskjellen mellom dette og Robax® oppstår og om det er gjennomsiktighetsnivået i det synlige / nær-IR (0.5 - 2.8μm ) eller i mellombølgeregionen (≥3 um).
Det merkes at den maksimale varmefluksen som er registrert for Robax® er høyere enn for gjennomsiktig glass. Dette kan indikere en endring i den infrarøde transparensen som en funksjon av temperaturen, med Robax® blir mer gjennomsiktig ved høye temperaturer sett i den sentrale delen av elementet.
konklusjonen
Resultatene fra eksperimentet over viser at Robax® glass, som for tiden brukes av Ceramicx, for å beskytte varmeovnene har en av de beste IR-transmisjonsegenskapene for kvarts kassettvarmer. Dette fordi transmisjonsspekteret for dette glasset er maksimalt i det aktive bølgebåndet til varmeren.
For optimal oppvarming bør overføringsspekteret til beskyttelsesglasset matches med emisjonsspektret til varmeren det beskytter. I dette tilfellet bør glasset være så gjennomsiktig som mulig i 1 - 3.2 mikrometer bølgebånd.
Det skal bemerkes at krafttettheten til elementet og en rekke andre faktorer vil påvirke resultatene av dette eksperimentet. Skulle strømmen per enhetsareal av elementet endres, vil resultatene endre seg. Resultatene som er indikert i dette eksperimentet er ikke representative for en konfigurasjon av platetypen.
1 En 1000W FQE og 500W HQE har samme tetthet og derfor like utslippskarakteristika
Ansvarsfraskrivelse
Disse testresultatene bør vurderes nøye før du avgjør hvilken type infrarød emitter som skal brukes i en prosess. Gjentatte tester utført av andre selskaper kan ikke oppnå de samme funnene. Det er en mulighet for feil ved oppnåelse av oppsettsbetingelsene og variablene som kan endre resultatene inkluderer: merkevaren for emitter som er brukt, effektiviteten til emitteren, strømmen som leveres, avstanden fra det testede materialet til emitteren som brukes og miljø. Stedene der temperaturene blir målt, kan også variere og påvirker derfor resultatene.
