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红外线加热器烤漆原理及应用特性

2014-06-05 11:33阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2347737661

一、红外线辐射原理

红外线加热器烤漆原理及应用特性

红外线辐射是指光谱在0.7um-80um之间的电磁波的发射和传送（传播）。发射和传送伴随着明显的、定向的传播能量。能量的传输不需交换媒介，即使在真空中也可以传输，红外线按照波长可分为短波、中波、长波。如上图：


红外线辐射理论
：辐射传热是将物体的热能转变为电磁波向四周传播，当辐射能落到其他物体上被吸收之后又转变为热能的现象。油漆是由有机高分子组成，其有机涂层具有特殊的能源光谱吸收曲线，在涂层表面和接近涂层表面的地方吸收非常好，并形成一个波峰。
在能源渗透或进入涂层的地方形成波谷，这些高峰和低谷发射器对应着特定的范围，由于有机材料里共同的碳氢键，大部分涂层在波长2.5um-5um有吸收峰。
因此，为了提高油漆对红外线的吸收率，我们必须选择合适波长（即远红外线）的红外线来对油漆进行加热，以加快油漆固化的速度。

二、红外线烤漆的优点
现今,汽车产业迅猛发展,汽车的普及率已非常高.人们对汽车外观烤漆的美观性、保护性也有了更高的要求，相应汽车的烤漆技术也在逐渐向节能、环保、高效经济、高品质的方向发展。
目前，烤漆主要由烤漆房及局部烤漆灯完成，烤漆房按加热方式分为：柴油烤漆房（热风）、普通电热管烤漆房、红外线烤漆房、蒸汽加热烤漆房、废机油烤漆房等。
红外线辐射加热方式以其快速、节能、环保、烘干效果均匀、安装维护方便、减少大量以往使用热风机所产生的机械故障等优点，受到越来越多烤漆房生产商及广大汽车维修企业的重视与欢迎。下面我们可从几方面分析陶瓷红外线烤漆的优点：

☆☆☆☆☆从加热原理上分析
陶瓷红外线烤漆房利用在烤漆房内墙板上安装板状陶瓷红外线辐射器,把红外线波直接辐射在油漆上。同时穿透油漆表层,从油漆内部开始加热,部分直接被金属车体吸收,使漆里的溶剂、稀释剂、固化剂等最先挥发出来，提高油漆对金属表面的附着力，更加坚固、美观。
传统热风烤漆由于是从外到里的热对流传递加热方式，所以常常表面油漆已固化，里层油漆未固化，导致起泡或皱皮等现象，并且如过滤装置差的情况下容易引起二次污染。采用红外线加热则加热过程中不需热风，不会造成二次污染。并且采用热风循环能耗非常巨大，像一个标准7mX4mX2.6m烤漆房，功率要100KW以上，而采用陶瓷红外线只需30KW。
金属发热管的加热原理是通过发热丝发热来加热周围空气，形成热对流，虽然其也有部分能量是以红外线波的形式来传递。但辐射效率低，对油漆的加热也主要是以由外到里的热传递方式来加热，效率比热风稍高一点。
红外石英管属于短波加热器，其原理是灯丝通电加热，热量被石英管吸收转化为热能之后进一步转换为红外线辐射波，另一部分辐射则直接穿透玻璃管。
红外线加热器烤漆原理及应用特性
在正常情况下，这类辐射器的加热线圈能够升温至2600－3000℃。在这种高温的状态下，加热丝的热能大多以峰值波长约为1.6 um的短波红外射线进行辐射。而由上图可见其在波长1.6um时吸收率不高。甚至容易由于表面温度过高而烧焦受热物体表面。

☆☆☆从吸收效率上分析
油漆的干燥固化主要有两个过程，一是：溶剂的挥发，二是：组成油漆各成份之间的交联反应，两个过程都需要吸收能量。而在众多物质中，油漆对于红外线的吸收率是最高的，达90%以上，如图：
红外线加热器烤漆原理及应用特性


众所周知，物质对红外线的吸收与发射效率是对等的，也就是说吸收效率越高，那么相应的发射效率也就越高。陶瓷远红外线的热转换率可达到80%以上，另一部分热能则以热对流的方式对周围空气进行补充加热。由上图可见陶瓷对红外线的吸收效率达到90%以上，而钢铁、铝等物质吸收率仅在15%左右。这就是为什么金属发热管相比陶瓷远红外线辐射器其辐射效率低下，同等功率加热器实际耗能要比陶瓷远红外辐射器高出30%-40%。

☆☆☆☆从节能环保上分析
采用柴油燃烧机热风加热方式，总功率100KW，烤一台整车需要柴油5L，预热时间20分钟，烤漆时间40分钟。并且躁音污染严重，燃油燃烧排出废气污染周边环境。
采用金属发热管加热方式，总功率50KW
预热时间30分钟，烤漆时间35分钟，烤一台整车的电耗为45度。无废气污染。
采用卤素石英发热管加热方式，总功率为40KW，预热时间15分 钟，烤漆时间30分钟，烤一台整车耗电为30度。无污染。
采用爱尔兰ceramicx陶瓷远红外线辐射器加热，总装机功率30KW，预热时间20分钟，烤漆时间15-20分钟，烤一台整车电费成本为9度。烤漆无躁音产生，无废气污染。
即采用爱尔兰ceramicx陶瓷远红外线辐射器可在烤漆时间缩短一半情况下仍减低费用大约36元。
在加热器的购置成本上看，一台燃烧机的价格至少要几千块以上，加上循环系统、热交换器，成本至少在1万以上，一条ceramicx汽车烤漆用红外石英发热管价格200元以上，标准房成本按照30支算6000元，而爱尔兰ceramicx每片陶瓷加热器也在150-200元左右。

面包车直通式面漆烘道，长25米，宽2.4米,高2米,原打胶、补漆等工艺一直用真射加热风600KW的烘道中进行，在新烘道中，安装了爱尔兰陶瓷辐射器产品后，辐射器装机180KW，烘烤质量达到原烘烤质量标准，节能近70%。
货车箱烘烤线，桥式烘道24.5米X2.5米X2.5米，氨基醇酸漆，工艺温度140℃，原热源采用碳化硅红外加热器，功率220KW，预热时间60分钟，改用爱尔兰陶瓷远红外辐射器后，辐射器装机功率84KW，预热时间20分钟即达到设计要求，节能效果显著。

☆☆从使用寿命、可靠性、控温及烘烤均匀度上分析
热风加热方式的使用寿命主要取决于燃烧机和热交换机，寿命较长，但其加热均匀度差，由于气流的影响，可能造成局部温度过高或过低，温度调节较粗糙。故障机率较多,燃油燃烧如安装空间较小,不通风,容易造成安全引隐患。
金属电热管和红外石英管的寿命一般是5000小时，可靠性较差，石英管由于是脆性很强的材料,实际使用过程可能造成玻璃管破损,这种破损不可避免地使空气进入原来密闭的实间,加速加热丝氧化,导致寿命缩短。加热不均匀，由于管状是360度都加热，所以安装发热管对EPS墙面一侧也同样在加热,需加反射罩及隔温措施，否则容易因安装处温度过高而烧毁墙体。由于石英管瞬间升温很快,几秒钟可以提高几百度,所以很难准确控制温度，并且只能通过外置热电偶来调节。
相对而言，爱尔兰ceramicx陶瓷加热器正常使用寿命在20000小时以上，如工作在200℃这样低温情况下，寿命是可以成倍增长。即使陶瓷红外辐射器的陶瓷体被不慎碰碎，只要不触及加热丝，就不会大幅度影响到加热丝的正常发热和工作寿命。因而可靠性较前者强。由于发热丝合理分布在陶瓷体里，相邻之间的距离是相等的，特别是在陶瓷里加装了独特的隔热材料，使陶瓷体所产生的远红外线基本上都定向辐射，最大程度上减少了背面辐射能的损失，达到受热物体受热均匀、提高辐射效率、节能的目的。背面不需加热隔热绵。通过内置热电偶采用可控硅控制温度，可精确到0.1度。

三、爱尔兰陶瓷远红外线辐射器在汽车行业的部分应用实例

红外线加热器烤漆原理及应用特性
装配 ceramicx FTE 650W


红外线加热器烤漆原理及应用特性
装配ceramicx QTS石英灯管


红外线加热器烤漆原理及应用特性


汽车局部烤漆烘烤
红外线加热器烤漆原理及应用特性



汽车内饰件（地毯、顶棚、门内板、隔音垫、仪表盘）热成型（装配SFEH 600W）


目前中国销售陶瓷远红外线辐射器主要来源于：爱尔兰ceramicx、德国、中国内地。从选择红外线辐射器的众多标准上看：辐射效率、能耗、辐射均匀度、使用寿命、环保可靠性、性价比等。从这些选择标准上来看，爱尔兰ceramicx产品性能最佳。
因此，热风改陶瓷远红外烤漆是一项节约能源，提高生产效率，降低生产成本的革新技术，其效益显著。


参考文献:

<红外线辐射技术>
<现代汽车烤漆房技术>
<最新加热器选型设计制造新技术新工艺与产品质量检测标准实用手册>

作者:爱尔兰ceramicx

红外线加热器烤漆原理及应用特性

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