| AVTOR | DATUM USTVARJENA | VERSION | ŠTEVILKA DOKUMENTA |
|---|---|---|---|
| Dr. Peter Marshall | 9 februar 2017 | V1.5 | CC11 - 00107 |
Predstavitev
Ta članek podrobno opisuje preiskave najboljšega stekla za zaščito Ceramicxovih kvarčnih kasetnih grelnikov, kar omogoča najboljši prenos infrardečega sevanja. Na voljo je več različnih očal; vendar imajo ti različni značilnosti prenosa zaradi različnih sestavkov. S prilagajanjem emisijskega spektra elementa na prenosni spekter stekla je mogoče določiti optimalno kombinacijo za energijsko učinkovitost ogrevanja.
Metoda
2.1 materiali
Nabavili smo pet različnih kremenčevih kozarcev, vsaka debeline 3 mm. Prvo steklo je bilo Ceramicx standardno zaščitno steklo Robax®. Dva nadaljnja kozarca smo dobili iz Schott's stekla Nextrema ™ (Materiali 712-3 in 724-3). Nadaljnja dva kozarca je nabavila druga tretja oseba. Ti so bili prozorni z rahlo sivim odtenkom in belo, neprozorno barvo ali zmrznjenim videzom.
Vsak kozarec je bil nameščen neposredno pred elementom 500W, 230V HQE (mere: 123.5 x 62.5mm). Ogrevalna tuljava je bila postavljena znotraj 6 od razpoložljivih kremenčevih steklenih cevi 7, pri čemer je centralna cev ostala neogrevana. Slika 5 stekel na mestu na grelnikih HQE je prikazana na sliki 1
Podatkovni list za tri očala Schott (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 in Robax®) prikazuje infrardeči spekter prenosa, ki sta prikazana na sliki 2. To kaže, da NextremaTM 712-3 oddaja malo ali nič sevanja v vidnem spektru, skladno s temno barvo materiala, medtem ko veliko več sevanja odda NextremaTM 724-3 (slika 2Error! Referenčnega vira ni mogoče najti.) In Robax® očala. Pri večjih valovnih dolžinah je odstotek sevanja, ki ga odda material NextremaTM 724-3, višji od Robaxa® kozarec.
Grelec HQE 500W ima najvišjo spektralno gostoto moči (emisije) v pasu valov 2 - 4.2μm, kot je prikazano v spektru (napaka! Referenčnega vira ni mogoče najti.). Zato bi bilo pričakovati, da bo kozarec z največjim prenašanjem na tem območju pokazal največji toplotni tok v poskusu. To je še posebej pomembno pri nižjih valovnih dolžinah, ki so bolj energijske kot daljše valovne dolžine.
2.2 metoda
Grelniki so bili nameščeni znotraj platforme Herschel in napajali. Napetost je bila nastavljena tako, da je bila izhodna moč 500 ± 1 W. Grelnik je bil pred začetkom preskušanja dovoljen, da se je segreval v času 10 minut. Vsak grelec je bil trikrat preizkušen za povečanje natančnosti.
2.3 Herschel
Ceramicx Herschel robot toplotnega toka preuči skupni toplotni tok (W.cm)-2), ki se dogaja na senzorju. Grelniki se lahko vgradijo v Herschel in analizirajo z 3D infrardečo rutinsko kartiranje toplotnega toka. Ta avtomatizirani sistem uporablja infrardeči senzor, ki se robotsko vodi okoli vnaprej določenega koordinatnega omrežnega sistema pred preizkuševalnikom grelnika. Senzor ima najvišji nivo toplotnega toka 2.3 W.cm-2 in meri IR v pasu 0.4-10 mikrometrov. Koordinatni sistem je kubična mreža 500mm pred grelnikom, glej sliko 3. Robot premika senzor v korakih 25mm po serpentinski poti v smeri X- in Z-, oddajnik za ogrevanje pa je nameščen na drsnem vozičku, ki se poveča v 100mm korakih po smeri Y.
Rezultati stroja se lahko pretvorijo v odstotek celotne porabljene energije, ki se vrne kot sevalni toplotni tok iz grelca. Ta se zmanjšuje s povečevanjem oddaljenosti od grelca, ko sevalni toplotni tok odstopa od grelnika.
Rezultati
Rezultati preskusa kažejo nekaj zanimivih podatkov, ki jih je treba razlagati skupaj s spektrom prenosa in emisij stekla in Ceramicxovih grelnih elementov HQE. Vse konturne ploskve so bile narejene z isto barvno lestvico, da se zagotovi vizualna primerjava.
3.1 NextremaTM 712-3
To temno zatemnjeno steklo v vidnem spektru kaže malo ali nič prepuščanja sevanja (slika 2); pri daljših valovnih dolžinah pa je bolj pregleden. Prenos pade na <10% v valovnem pasu ≈ 2.8 - 3.2 μm, vendar se povrne na ≥40% v območju pasu 3.5 - 4.2 μm.
Rezultati kažejo, da je pri 100mm največja gostota moči 0.6 W.cm-2, kot je prikazano na sliki 4. To kaže, da največji toplotni tok, kot je bilo pričakovano, prihaja iz središča elementa in se koncentrično zmanjšuje z odmikom tako od središča elementa.
Podobno ploskev je mogoče izdelati za vse oddaljenosti od grelnika; vendar je splošni trend zmanjševanja toplotnega toka iz središča elementov enak.
Podobno se zabeleženi odstotek sevalnega toplotnega toka zmanjšuje, ko se oddaljenost od elementa poveča (vzdolž osi y), kot je navedeno v oddelku 2.3. Velikost tega zmanjšanja je prikazana na sliki 5
3.2 NextremaTM 724-3
Prozorno steklo NextremaTM (724-3) ima nekoliko večji izhod toplotnega toka kot steklo 712-3. To je predvsem posledica boljše preglednosti (≈90%) v bolj energičnih vidnih in bližnjih IR območjih (0.5 <λ <2.8 μm). V kombinaciji z emisijskim spektrom kremenovega elementa se vidi boljše ujemanje, kar potrjuje večji toplotni tok, zabeležen na zemljevidu (slika 6)
Zmanjšanje energije, zaznano kot oddaljenost od grelca, je zelo podobno kot na sliki 5 za isti element z zaščitnim steklom 712-3.
3.3 Robax®
Robax® steklo kaže bistveno večji toplotni tok v osrednji točki elementa, ki je zunaj splošne lestvice, ki je bila uporabljena, kot je prikazano na sliki 7. V tem primeru je največji toplotni tok sevanja 0.80 W.cm-2. Višji toplotni tok v sredini kaže na večji prenos zaradi višje temperature vira (krajše valovne dolžine IR).
Razlog za to nekoliko boljšo zmogljivost je povečan IR prenos v primarnem pasu (0.4 <λ <2.8 μm). Pri steklu Robax® pride do padca prenosa pri nekoliko daljši valovni dolžini, kar poveča moč grelca. Zmanjšana in ožja pasovna širina prenosa v sekundarnem pasu (3.2 <λ <4.2 μm) nima enakega vpliva, saj te valovne dolžine niso tako energične kot krajše valovne dolžine. Skupni toplotni tok, zabeležen pri 100 mm, je zaradi povečanih prepustnih lastnosti stekla pričakovano nekoliko večji kot za očala, pregledana v oddelkih 3.1 in 3.2. To je prikazano na sliki 8 spodaj.
3.4 Zmrznjeno steklo
Karta toplotnega toka grelca, zaščitenega z motnim steklom, je prikazana na sliki 9. To kaže podoben vzorec emisije energije iz grelnika kot tisti, ki je podrobno opisan zgoraj. Zaznana jakost toplotnega toka je višja od tiste z NextremaTM zaščita, vendar nižja od zaščite Robaxa® kozarec. Ker za ta material ni na voljo spektra prenosa, ni mogoče dati vpogleda v razloge za to.
Ko se razdalja med oddajateljem in senzorjem toplotnega toka poveča, zaznani toplotni tok odpade. Odstotek toplotnega toka, zaznan pri 100mm, je nižji od deleža v Robaxu® steklo, ki je prikazano na sliki 7, vendar višje od NextremaTM očala.
3.5 Prozorno steklo
Karta toplotnega toka prozornega stekla je prikazana na sliki 11. To kaže na zelo majhno razliko do materiala zmrznjenega stekla, ki je bil pregledan v oddelku 3.4, kar kaže na zelo malo sprememb v prenosu spektra stekla v območju aktivnega valovanja (2-4.2μm).
Celotni toplotni tok je rahlo povišen v primerjavi s steklom; vendar je še vedno pod tistim v Robaxu® kozarec. Brez podatkov o spektru prenosa za to opazovanje ni mogoče razložiti.
Tabela 1 prikazuje povprečni največji toplotni tok, ki je bil zabeležen za element v treh izvedenih preskusih, kot tudi povprečni odstotek toplotnega toka, zabeležen pri 100 in 200mm od površine elementa. To kaže, da sta naslednja NextremaTM in motna očala so slabo delovala, vendar je Robax malo, kar lahko ločimo® in prozorna očala.
Med kartiranjem toplotnega toka se pojavi pojav meritev, pri čemer je začetna odčitana referenčna vrednost, označena z ničlo in vsaka zabeležena vrednost se meri glede na to. Kratek razmik lahko torej vročinski tok zapišemo kot negativen, kar povzroči neobarvana območja na konturnih ploskvah.
Normalizacija surovih podatkov razkriva, da sta očal Robax® in Prosojna stekla res najučinkovitejše steklo za prenos sevanja, kot je prikazano v tabeli 2.
Glede na to, da za prosojno steklo ni na voljo nobenih spektralnih podatkov, ni mogoče navesti dokončnega razloga, zakaj pride do razlike med tem in Robax® in ali je stopnja preglednosti v vidnem / blizu IR (0.5 - 2.8μm) ali v območju srednje valov (≥3 μm).
Opazno je, da je največji toplotni tok zabeležen za Robax® je višji kot pri prozornem steklu. To lahko kaže na spremembo infrardeče prozornosti, ki je odvisna od temperature, pri Robaxu® postanejo bolj prozorne pri povišanih temperaturah, ki jih vidimo v osrednjem delu elementa.
zaključek
Rezultati zgornjega eksperimenta kažejo, da je Robax® steklo, ki ga trenutno uporablja Ceramicx za zaščito svojih grelnikov, ima eno najboljših lastnosti prenosa IR za kvarčne kasetne grelnike. To je zato, ker je spekter prenosa tega stekla največ v aktivnem valovnem pasu grelca.
Za optimalno ogrevanje je treba prepustni spekter zaščitnega stekla prilagoditi emisijskemu spektru grelca, ki ga ščiti. V tem primeru mora biti steklo čim bolj prozorno v valovnem pasu 1 - 3.2 μm.
Upoštevati je treba, da bo gostota moči elementa in številni drugi dejavniki vplivali na rezultate tega eksperimenta. Če se spremeni moč na enoto površine elementa, se bodo rezultati spremenili. Poleg tega rezultati, navedeni v tem eksperimentu, niso reprezentativni za konfiguracijo tipov.
1 1000W FQE in 500W HQE imata enako gostoto moči in zato podobne emisijske značilnosti
Zavrnitev odgovornosti
Te rezultate preskusov je treba natančno razmisliti, preden se določi, katero vrsto infrardečega sevalnika uporabimo v postopku. Ponavljajoči se testi, ki jih izvajajo druga podjetja, morda ne bodo dosegli enakih ugotovitev. Obstaja možnost napake pri doseganju nastavitvenih pogojev in spremenljivk, ki lahko spremenijo rezultate, vključujejo: znamko uporabljenih izdajnikov, izkoristek oddajnika, dobavljeno moč, razdaljo od preizkušenega materiala do uporabljenega sevalnika in okolje. Lokacije, na katerih se merijo temperature, se lahko tudi razlikujejo in zato vplivajo na rezultate.
