적외선,원 적외선 가열장치 원리 및 종류/구조

적외선,원 적외선 가열장치 원리 및 종류/구조

 

 

1. 적외선, 원적외선 가열장치의 개요

고온의 물체에서의 복사에 의하여 가열에 필요한 열량을 재료에 주는 것이 적외선 가열방식이고 적외선 전구에 의한 복사건조가 그 대표적인 예이다.

원적외선에 의한 가열방식은 종래의 근적외선에서는 찾을 수 없는 특징(速熱성, 에너지절약)이 있기 때문에 복사가열로서의 각종 분야에서 주목되고 있다. 또한 원적외선은 공기를 가열하는 것이 아니라 빛이 닿는 물체(사람,식물,가축,양어장의 물고기,기계류,콘크리트 등)를 가열시키므로 층고가 높고 면적이 넓은 장소에서 효과가 높고 쾌적한 분위기를 유지할 수 있다.

 

2. 원리

열의 이동기구에는 전도,대류,복사의 3가지 형태가 있다. 전도,대류는 기체나 액체 혹은 고체 등의 매질을 통하여 에너지가 전달되지만 방사는 공기 등의 매질이 존재하지 않는 즉, 진공중에서도 전자파의 형태로 에너지가 이동한다. 이 전자파에 의한 에너지 이동 가운데 온도차에 의한 것을 열방사라 한다.

전자파의 일종인 적외선은 열작용이 강하므로 열선이라고도 하며 그 파장은 0.1~1000㎛의 범위이며

근적외선 (0.8~1.5), 중적외선(1.5~4.0), 원적외선(4.0~1000)㎛로 나누어진다.

적외선을 방사시키기 위해서는 단순히 물질을 가열하면 그 온도에 대응한 에너지와 파장분포를 갖는 방사특성을 나타낸다. 즉, 어떤 물질이라도 적외선 방사체가 될 수 있는 것이다.

 

3. 종류 및 구조

세라믹형과 세라믹 코팅형이 있으며, 구조상으로 봉상, 면상, 전구상으로 구분되고 발열원으로서 전열선을 내장하고 반사판을 가지고 있다.

1) 적외선전구

필라멘트의 온도는 2400~2500[°k] 정도이고, 수명은 5000~10000[h] 이다.

 

2) 적외선전구의 특징

· 복사에 의하여 직접 피열체의 표면에 열이 공급되므로 도장면의 건조와 같은 표면건조에 효율이 좋다.

· 건조기의 구조가 간단하고 이동하여 사용할 수 있다.

· 조작이 간단하다.

· 건설비가 저렴하다.

 

4. 분광방사특성

· 원적외선 히터의 방사특성은 히터의 표면온도가 일정하면 히터표면의 재질과 상태에 지배된다.

· 재료는 각각 특유의 방사특성이 있으므로 용도나 목적에 알맞도록 분광방사특성을 감안하여야 한다

· 세라믹계 히터는 보통 표면이 거칠기 때문에 방사율은 재료본래의 특성보다 높다.

 

5. 특징

1) 유기재료에서는 열방사의 파장과 분자진동이 공진작용을 하여 효과적으로 흡수된다.

2) 원적외선은 공기에는 거의 흡수되지 않으므로 공간을 직진하여 피가열물에서 흡수되어 가열한다.

3) 전자파의 직진, 반사의 특성을 이용하여 방사의 집중, 분산 등의 기능을 활용할 수 있다.

4) 전자파의 에너지 레벨이 낮기 때문에 화학적인 분해작용도 적다

5) 인체 등 생체에 주는 온도효과가 있고 난방에서는 온감의 유연성 등이 뛰어나다.에너지 강도가 열원과 피가열물 온도차의 4승에 비례하기 때문에 열원 온도의 근소한 변화에 의해 가열효과를 대폭적으로 바꿀 수 있다.

6) 열원이 무공해성이다.

7) 제어성 및 안전성이 높다.

8) 표면가열이므로 두꺼운 재료는 가열이 곤란해진다.

9) 그늘이 되는 부분은 가열되지 않는다(단순한 형태에 적합하다)

10) 수분을 건조시킬 경우 표면층 부근의 포화수증기 층을 제거하여야 한다

 

6. 원적외선 가열의 효과(적외선로나 열풍로 대비)

1) 장치의 구조가 간단하고 취급이 용이하다.

2) 가열속도가 빠르고 처리시간이 단축된다.

3) 작업공정의 일부가 생략되어 성력화된다.

4) 에너지를 절약할 수 있다.

5) 가열온도의 제어가 간단하고 취급이 용이하다.

6) 작업환경이 개선된다.

7) 연료비나 운전비가 저감된다.

8) 색체,재질의 제한이 작다.

 

7. 용도

건조, 예열, 보온, 소성, 소상, 바닥 및 공장의 난방, 보건, 의료, 축산·식물의 유성촉진

 

8. 원적외선장치의 에너지절약 대책

1) 원적외선 가열장치의 구조는 용도나 목적 등 처리 대상물에 따라 특징이 있으므로 획일적인 설계에 따른 다목적 용도의 장치는 그 효과를 충분히 얻을 수 없고 비효율적인 장치가 되므로 주의하여야 한다.

2) 처리대상물은 적외선 흡수특성에의 적합여부를 적외선광도계 등으로 그 흡수특성을 파악한다.

3) 피가열물에 그늘이 지지 아니하도록 하고 부득이한 경우에는 히터의 배치로 보완한다.

4) 반사판은 복사율이 낮은 광택 알루미늄 또는 크롬도금이 유리하며, 흠집이 생기지 아니하도록 하고 청결하게 관리한다.

5) 수증기나 탄산가스가 많이 발생할 경우 환기설비를 고려한다.

6) 밀폐형노의 경우 처리대상물에 따라 단열을 하여 대류열의 유효이용을 도모한다.

7) 피가열물의 온도는 분위기의 온도와 다르므로 판정에 주의한다.(발광이 없으므로 발열상태를 비교적 알기가 쉽지 않다. 따라서 전압계,전류계, 온도계를 취부하여 온도판정에 대처한다.

8) 가열온도의 제어는 전압조정 또는 조사거리의 조정에 의한 방법이 있으며 대상물에 따라 적합한 방법을 선택한다

· 전압조정시 주의사항

히터표면온도의 변화에 따라 방사의 피크가 단파장 또는 장파장측으로 이동하고 가열특성도 변화하므로 주의한다

· 조사거리조정시 주의사항

조사거리가 너무 작아지면 에너지분포가 불 균일하게 되는 경우가 있으므로 주의한다.