| AUTHOR | VYTVORENÉ DÁTUM | VERZIA | ČÍSLO DOKUMENTU |
|---|---|---|---|
| Peter Marshall | 9 2017 februára | V1.5 | CC11 - 00107 |
úvod
Tento dokument podrobne popisuje výskum najlepšieho skla na ochranu ohrievačov kaziet z Ceramicxu, ktoré umožňujú najlepší prenos infračerveného žiarenia. K dispozícii je množstvo rôznych pohárov; tieto však budú mať odlišné charakteristické spektrá prenosu kvôli rôznym zloženiam. Naladením emisného spektra prvku na prenosové spektrum skla je možné identifikovať optimálnu kombináciu pre energetickú účinnosť procesu zahrievania.
Metóda
2.1 Materiály
Získalo sa päť rôznych kremenných pohárov, každé s hrúbkou 3 mm. Prvým sklom bolo sklo Robax® so štandardnou ochranou Ceramicx. Dve ďalšie poháre boli získané z radu Nextrema ™ spoločnosti Schott glass (materiály 712-3 a 724-3). Ďalšie dva poháre pochádzali od inej tretej strany. Boli priehľadné s mierne sivým odtieňom a bielou, nepriehľadnou farbou alebo matným vzhľadom.
Každé sklo bolo namontované priamo pred prvok 500W, 230V HQE (rozmery: 123.5 x 62.5 mm). Ohrievacia špirála sa umiestnila do 6 z dostupných skúmaviek z kremeňového skla 7, pričom stredná rúrka zostala nevyhrievaná. Obrázok každého z okuliarov 5 in-situ na ohrievačoch HQE je znázornený na obrázku 1.
Údajový list pre tri okuliare Schott (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 a Robax)®zobrazuje infračervené prenosové spektrá, ktoré sú znázornené na obrázku 2. To ukazuje, že Nextrema ™ 712-3 prenáša malé alebo žiadne žiarenie vo viditeľnom spektre, čo je v súlade s tmavou farbou materiálu, zatiaľ čo omnoho viac žiarenia prenáša Nextrema ™ 724-3 (obrázok 2Error! Referenčný zdroj nebol nájdený) a Robax.® okuliare. Pri dlhších vlnových dĺžkach je percento žiarenia prenášaného materiálom Nextrema ™ 724-3 vyššie ako Robax.® skla.
Ohrievač HQE 500W má špičkovú hustotu spektrálneho výkonu (emisie) vo vlnovom pásme 2 - 4.2μm, ako je uvedené v spektre (Chyba! Zdroj referencie nebol nájdený.). Preto by sa dalo očakávať, že sklo s najvyššou priepustnosťou v tejto oblasti bude vykazovať najväčší tepelný tok v experimente. Toto je obzvlášť dôležité pri nižších vlnových dĺžkach, ktoré sú energetickejšie ako dlhšie vlnové dĺžky.
Metóda 2.2
Ohrievače boli namontované na platforme Herschel a boli pod napätím. Napätie bolo upravené tak, aby výstupný výkon bol 500 ± 1 W. Ohrievač sa nechal zahriať na dobu 10 minút pred začatím testovania. Každý ohrievač bol testovaný trikrát, aby sa zvýšila presnosť.
2.3 Herschel
Robot tepelného toku Ceramicx Herschel skúma celkový tepelný tok (W.cm)-2), ku ktorému došlo na snímači. Ohrievače môžu byť namontované v Herscheli a analyzované pomocou rutinného mapovania toku infračerveného toku 3D. Tento automatizovaný systém využíva infračervený senzor, ktorý je roboticky vedený okolo vopred určeného systému súradnicovej siete pred skúšaným žiaričom. Senzor má maximálnu hladinu tepelného toku 2.3 W.cm-2 a meria IR v pásme 0.4-10 mikrometrov. Súradnicový systém je kubická mriežka 500mm pred žiaričom, viď obrázok 3. Robot pohybuje senzorom v prírastkoch 25mm pozdĺž hadej dráhy v smere X a Z, zatiaľ čo žiarič je namontovaný na posuvnom vozíku, ktorý sa zvyšuje v smere 100mm pozdĺž smeru Y.
Výsledky zo stroja sa môžu transformovať na percento z celkovej spotrebovanej energie vrátenej ako tok sálavého tepla z ohrievača. Toto sa zmenšuje so zvyšujúcou sa vzdialenosťou od ohrievača, keď sa sálavý tepelný tok odkláňa od ohrievača.
výsledky
Výsledky testu ukazujú niektoré zaujímavé údaje, ktoré sa musia interpretovať spolu s transmisným a emisným spektrom skla a vykurovacích prvkov HQE Ceramicx. Všetky obrysové grafy boli vytvorené s použitím rovnakej farebnej škály, aby sa zabezpečilo vizuálne porovnanie.
3.1 Nextrema ™ 712-3
Toto tmavé tónované sklo zobrazuje malý alebo žiadny prenos žiarenia vo viditeľnom spektre (obrázok 2); pri dlhších vlnových dĺžkach je však priehľadnejší. Prenos klesá vo vlnovom pásme ≈ 10 - 2.8 μm na <3.2%, ale v oblasti pásma 40 - 3.5 μm sa obnovuje na ≥4.2%.
Výsledky ukazujú, že pri 100mm je hustota špičkového výkonu 0.6 W.cm-2, ako je znázornené na obrázku 4. To ukazuje, že maximálny tepelný tok, ako sa očakávalo, pochádza zo stredu prvku a koncentricky sa znižuje so vzdialenosťou od stredu prvku.
Podobný pozemok sa dá vytvoriť pre všetky vzdialenosti od ohrievača; všeobecný trend znižovania tepelného toku zo stredu prvku je však rovnaký.
Podobne aj percento zaznamenaného tepelného toku žiarenia klesá so zvyšujúcou sa vzdialenosťou od prvku (pozdĺž osi y), ako je uvedené v časti 2.3. Rozsah tohto poklesu je uvedený na obrázku 5
3.2 Nextrema ™ 724-3
Priehľadné sklo Nextrema ™ (724-3) zobrazuje o niečo vyšší výkon tepelného toku ako sklo 712-3. Je to primárne kvôli jeho lepšej priehľadnosti (≈ 90%) v energeticky viditeľnejších a blízkych IR oblastiach (0.5 <λ <2.8 μm). V kombinácii s emisným spektrom kremenného prvku možno pozorovať lepšiu zhodu, čo potvrdzuje vyšší tepelný tok zaznamenaný na mape (obrázok 6).
Zníženie energie zistené ako funkcia vzdialenosti od ohrievača je veľmi podobné zníženiu, ktoré je znázornené na obrázku 5 pre ten istý prvok s ochranným sklom 712-3.
3.3 Robax®
Robax® sklo ukazuje výrazne vyšší tepelný tok v centrálnom bode prvku, ktorý je mimo všeobecnej mierky, ktorá bola použitá, ako je znázornené na obrázku 7. V tomto prípade je maximálny tok žiarenia 0.80 W.cm-2, Vyšší tepelný tok v strede naznačuje väčší prenos v dôsledku vyššej teploty zdroja (kratšie infračervené vlnové dĺžky).
Dôvodom tohto mierne lepšieho výkonu je zvýšený IR prenos v primárnom pásme (0.4 <λ <2.8 μm). V prípade skla Robax® dochádza k poklesu prenosu pri mierne vyššej vlnovej dĺžke, čo zvyšuje výkon z ohrievača. Znížená a užšia šírka pásma prenosu v sekundárnom pásme (3.2 <λ <4.2 μm) nemá rovnaký vplyv, pretože tieto vlnové dĺžky nie sú také energetické ako kratšie vlnové dĺžky. Celkový tepelný tok zaznamenaný pri 100 mm je podľa očakávania o niečo vyšší ako v prípade okuliarov skúmaných v oddieloch 3.1 a 3.2 z dôvodu zlepšených prenosových vlastností skla. To je znázornené na obrázku 8 nižšie.
3.4 Matné sklo
Mapa tepelného toku pre ohrievač chránený pred mrazom je uvedený na obrázku 9. To ukazuje podobný vzorec emisie energie z ohrievača ako ten, ktorý je podrobne opísaný vyššie. Zistená veľkosť tepelného toku je vyššia ako u NextremaTM ochrana, ale nižšia ako ochrana Robaxu® skla. Pretože pre tento materiál nie je k dispozícii žiadne transmisné spektrum, nie je možné dať hlboký prehľad o dôvodoch.
Keď sa vzdialenosť medzi žiaričom a snímačom tepelného toku zväčšuje, zistený tepelný tok klesá. Percentuálny tepelný tok zistený pri 100 mm je nižší ako v prípade robaxu® sklo, ktoré je znázornené na obrázku 7, ale vyššie ako sklo NextremaTM okuliare.
Priehľadné sklo 3.5
Mapa tepelného toku pre priehľadné sklo je znázornená na obrázku 11. To ukazuje veľmi malý rozpoznateľný rozdiel od materiálu matného skla, ktorý bol skúmaný v časti 3.4, čo naznačuje veľmi malú zmenu v transmisnom spektre skla v aktívnej vlnovej oblasti (2-4.2μm).
Celkový tepelný tok je v porovnaní s matným sklom mierne zvýšený; je však stále pod úrovňou Robaxu® skla. Bez údajov o prenosovom spektre nie je možné pre toto pozorovanie poskytnúť vysvetlenie.
Tabuľka 1 ukazuje priemerný maximálny tepelný tok, ktorý bol zaznamenaný pre prvok počas troch vykonaných testov, ako aj priemerné percento tepelného toku zaznamenaného pri 100 a 200 mm od povrchu prvku. To naznačuje, že dva NextremaTM a matné poháre mali slabú výkonnosť, Robax však nie je možné oddeľovať® a priehľadné okuliare.
Fenomén merania sa vyskytuje počas mapovania tepelného toku, pričom počiatočné odčítané množstvo je referenčná hodnota, označená ako nula a každá zaznamenaná hodnota sa voči nemu meria. Pri krátkych separáciách je preto možné tepelný tok zaznamenať ako negatívny, čo vedie k vzniku nezafarbených oblastí v obrysových grafoch.
Normalizácia prvotných údajov ukazuje, že okuliare Robax® a priehľadné sklá sú skutočne najúčinnejšie sklo na prenos žiarenia, ako je uvedené v tabuľke 2.
Vzhľadom na to, že pre priehľadné sklo nie sú k dispozícii žiadne spektrálne údaje, nie je možné uviesť definitívny dôvod, prečo dochádza k rozdielu medzi týmto a Robax® a či je to úroveň priehľadnosti vo viditeľnom / blízkom IR (0.5 - 2.8μm). alebo v oblasti stredných vĺn (≥ 3 μm).
Je zrejmé, že maximálny tepelný tok zaznamenaný pre Robax® je vyššia ako pri priehľadnom skle. To môže naznačovať zmenu infračervenej priehľadnosti v závislosti od teploty pomocou Robaxu® stávajú sa priehľadnými pri zvýšených teplotách pozorovaných v strednej časti prvku.
záver
Výsledky vyššie uvedeného experimentu ukazujú, že Robax® Sklo, ktoré Ceramicx v súčasnosti používa na ochranu svojich ohrievačov, má jednu z najlepších vlastností prenosu infračerveného žiarenia pre ohrievače kremenných kaziet. Dôvodom je to, že prenosové spektrum pre toto sklo je v aktívnom vlnovom rozsahu ohrievača na maximum.
Pre optimálne zahrievanie by sa malo priechodné spektrum ochranného skla prispôsobiť emisnému spektru ohrievača, ktorý chráni. V takom prípade by malo byť sklo čo najtransparentnejšie vo vlnovom pásme 1 - 3.2 μm.
Malo by sa poznamenať, že hustota výkonu prvku a celý rad ďalších faktorov ovplyvnia výsledky tohto experimentu. Ak sa zmení výkon na jednotku plochy prvku, výsledky sa zmenia. Okrem toho výsledky uvedené v tomto experimente nie sú reprezentatívne pre konfiguráciu doskového typu.
1 1000W FQE a 500W HQE majú rovnakú hustotu výkonu, a preto podobné emisné charakteristiky
Vylúčenie zodpovednosti
Tieto výsledky testu by sa mali starostlivo zvážiť pred určením, ktorý typ infračerveného žiariča sa má použiť v procese. Opakované testy vykonané inými spoločnosťami nemusia dosiahnuť rovnaké zistenia. Pri dosahovaní nastavovacích podmienok a premenných, ktoré môžu meniť výsledky, existuje možnosť chyby: značka použitého žiariča, účinnosť žiariča, dodávaná energia, vzdialenosť od testovaného materiálu k použitému žiariču a prostredie. Miesta, v ktorých sa teploty merajú, sa môžu tiež líšiť, a preto ovplyvňujú výsledky.
