工业生产中,不仅有大量的无机物需要加热,而且有愈来愈多的有机物和高分子化合物需要加热。由于电热丝等构成的电热元件辐射的红外线频率不能与大多数有机高分子的振动频率相匹配,吸收的只是一小部分,所以热效率不高。远红外辐射元件就是为提高热效率,节约能源而发展起来的。其原理是根据每种物质都有其自身的振动光谱特性,物质吸收了与其本身固有波谱相适应的远红外线后能产生自燃效应,由于这种效应直接产生在物体内部,所以能快速有效的加热物体。一般有机高分子物质的振动波谱在3～100μm之间,因此用于构成远红外辐射元件的辐射涂层材料的固有波谱也必须在3～100μm这个远红外光谱范围内。

1. 远红外辐射元件的组成

(1) 远红外涂层: 它黏结在基体上,其功能是在一定温度下能发射出 具有所需波段宽度和较大辐射功率的远红外线。

(2) 发热体或热源: 发热体主要为电热式的电阻发热体。热源指蒸气、燃烧的气体或余热烟气等。其功能是向远红外涂层提供足够的能量。

a.管状

b.灯状

c.板状

图10-6 三种远红外辐射元件

(3) 基体及附件: 是用来安装发热体或涂层的。

远红外辐射元件的形状一般分管状、灯状和板状三种,如图10-6所示,也可以根据需要而特制。金属管状辐射元件的结构如图10-7所示。

图10 -7 金属管状辐射元件的结构

1.远红外辐射涂料 2.锗管 3.绝缘端盖 4.氧化镁 5. 电阻丝发热体元件

2. 远红外辐射加热技术应用分类

远红外辐射加热技术应用范围大体可分为四大类:

(1) 对物体的加热处理,如塑料的加热注塑成型。

(2) 脱水干燥与烘烤,如纺织品、谷物的脱水干燥及食品行业的烘烤。

(3) 涂料的固化与干燥,如漆膜或树脂涂层的干燥。

(4) 其他应用,如TDP治疗仪、频谱仪用于治疗冻疮、关节炎、腰肌损伤等疾病。

各种远红外涂料,它们的辐射波谱范围、部分远红外辐射器的主要技术性能见表10-23～表10-31。

表10-23 常用的远红外涂料

元素 氧化物 碳化物 氮化物 硼化物
B
Cr
Si		 B2O3
Cr2O3
SiO2		 B4C
Cr3C2
SiC		 BN
CrN
SiN		 CrB-Cr3B4
Ti
Zr
Al
Fe
Mn
Ni
Co		 TiO2
ZrO2
Al2O
Fe2O3
MnO2
Ni2O3
Co2O3		 TiC
ZrC		 TiN
ZrN		 TiB2
ZrB2

表10-24 铝系远红外涂料

Al2O3 Fe2O3 Co2O3 Cr2O3 SiO2 TiO2
72 1　　 2 5
85
90
98		 7.5
5
0.95		 5
3.3
0.7		 2.5
1.7
0.35		　　

表10-25 氟化镁系远红外涂料配比表

MgF2 ZrO2 TiO2 NiO BnO2 BN
50 8 2　　 40
50
70
80
90		 20
7
15
7		 5
2
4
2		 5
1
1
1		 3 17
20

表10-26 氧化硅系远红外涂料配比表

材料 配方1 配方2 配方3 配方4 配方5 配方6 配方7 配方8
SiO2
SiC		 80 40 30 30
10		 30 30
10		 30 79.8
ZrO2 8　　 10 30 30 10　
MgO
CaO		 7
5		 10 30 10
10		 10 10 10　
Fe2O3　　　 10　　 10　
TiO2
Cr2O3		　 40 20 10
10		　 15 10　
TiC　　 10　 10 5　　
BN
WC
Mo3B4		　 10 10　 10
10		 5
5		　　
CN
V2O5		　　　　　　 10
10		　
C　　　　　　　 20.2

表10-27 各种涂料的辐射波谱范围

涂料系列名称 辐射波谱范围/μm 涂料系列名称 辐射波谱范围/μm
铝系远红外 5～40 稀土复合氧化物
系远红外		 3～50
氟化镁系远红外 2～25 碳化硅(金刚砂)
远红外		 0.8～10
氧化钴系远红外 1～10 高硅分子筛远红外 2. 6～3
5. 5～6.5
8～12.5
氧化硅系远红外
钛—锆系远红外
铁系远红外		 3～50
5～50
2～9		　　

表10-28 常用远红外黏结剂配方

原料名称 基材种类(按质量比)　
陶瓷复合物 金属
中性水玻璃
有机硅酸盐		 1 1
填料
水		 1
适量		 1
适量

表10-29 合金电阻带远红外辐射器规格

型号 单件额
定功率
/kW		 单件额
定电压
/V		 单件额
定电流
/A		 冷态
电阻
/Ω		 电阻带功
率密度
W/cm2		 尺寸/mm
(长×宽×高)
DYF—220/55-1.6-A
DYF—380/63-3-A
DYF—220/73.7-3-4-A
DYF—380/95-5-A
DYF—220/110-6-A
DYF—220/110-6-B
DYF—220/110-7-A
DYF—380/190-8-A
DYF—220/220-10-A
DYF—220/110-14-A
DYF—220/110-14-B		 1.6
3. 0
4. 0
5. 0
6. 0
6. 0
7. 0
8. 0
10. 0
14. 0
14. 0		 55
63
73. 3
95
110
110
110
190
220
110
110		 29. 1
47. 4
54. 5
52. 7
54. 5
54. 5
64
42. 3
45
127. 3
127. 3		 1.88
1.33
1.33
1.8
2
2
1. 73
4. 52
4. 84
0. 86
0. 86		 1.1
2. 91
1.97
1.83
1.97
1.97
2. 69
1.83
2. 68
2. 52
2. 52		 680×1 000×80
750×460×80
680×1 145×80
1 020×1 020×80
1 080×770×80
850×1 370×80
1 020×900×80
1 200×14 000×80
1 960×800×80
1 280×600×80
1 190×1 120×80

注:合金电阻带辐射器其波长3～50μm。

表10-30 远红外高温板式辐射器主要技术性能

名称 额定电压
/V		 额定功率
/kW		 介质使用温度
/℃		 外形尺寸
/mm		 质量
/kg
HDO—13J
HDO—6J		 73. 3
36		 13
6		 800
800		 612×406×170
612×203×170		 12
7

注:高温板式辐射器,其波长0.7～20μm。

表10-31 碳化硅远红外加热器(波长大于4μm)

型号 规格/mm 名称 功率/W 说明
HT—1
HT—2
HT—3
HT—4
HT—5
HT—6
HT—7
HT—8		 240×160×11
330×240×14
330×240×18
1 000×50×18
400×250×18
800×50×18
280×135×12
720×180×14		 板
式		 800～1 000
2 000～2 500
2 000×2 500
1 000～1 200
2 500
1 000
1 200
2 500		 广泛应用于金属表
面油漆的烘烤印刷、
印染、皮革、食品的
加热与脱水

续表

型号 规格/mm 名称 功率/W 说明
JRQ—K61
JRQ—K62
JRQ—K63
JRQ—K64
JRQ—K65		 250×170×40
280×135×40
330×240×40
736×196×50
1 410×52×28		 加热器 800～1 000
1 000～1 200
2 000～2 500
2 500
1 200		 用于各种油漆的烘
烤,蔬菜、食品的脱
水、加热以及塑料加
热
JRG—1
JRG—2
JRG—3
JRG—4
JRG—5
JRG—6
JRG—7
JRG—8
JRG—9
JRG—300		 420×25×10
500×25×10
600×25×10
800×25×10
1 000× 25×10
1 200× 25×10
340×25×15
490×25×15
650×25×15
300×16×15		 加热管 500
600
600
800
800～1 000
1 000
300W组装		 用于小型烘道、烘
箱、橡胶压机、皮
革、食品、油漆的烘
干
HC—01
HC—02
HC—03
HC—04
HC—05
HC—06
HC—07
HC—08
HC—09
HC—10
HC—11		 φ80×50
φ90×50
φ95×50
φ100×50
φ80×70
φ90×70
φ100 ×70
φ80×100
φ90×100
φ100×100
φ120×100		 加热圈 600
600
800
800
800
800
1 000
1 000
1 000
1 200
1 500		 用于各种挤塑机、
注塑机、橡胶挤出机
2SK—1
2SK—2
2SK—3		 290×180×50
290×180×50
290×180×50		　 800
1 000
1 200