6.4. Инфракрасные излучатели
Электрические инфракрасные излучатели (ИК-излучатели)-источники тепловой радиации, в которых электрическая энергия преобразуется в световую с длиной волны от 0,8 до 15 мкм-Для упаривания растворов и высушивания порошков применяют трубчатые ИК-излучатели 1 (рис. 115, а, б), часто размещаемые в отражательных чашах 2 из непрозрачного кварца или огнеупорной керамики. Кварцевая трубка1 содержит нихромовую или вольфрамовую спираль (табл. 22, см. ниже), навитую на тонкий кварцевый стержень.
Рис. 115. Инфракрасные излучатели: спиралевидный (а, б), галогенный («), ламповый (г), силитовый (д) и ТЭН (е):
д: 1 - электрические контакты. 2 - прижимная пружина; 3 - алюминиевый электрод; 4 - элсктроизолятор; 5 - латунный цилиндр; 6 - силитовый стержень; 7 - медная трубка с проточной водой; 8- окно для выхода излучения
При пропускании тока спираль раскаляется до 900 - 1200 °С и излучает тепловой поток энергии с максимумом в области 2-3 мкм.
Для нагревания потоков газа или жидкости в стеклянных трубках применяют галогенные трубчатые лампы (рис. 115, в), которые размешают вокруг нагреваемой зоны в параболических отражателях. Галогенная лампа содержит вольфрамовую спираль 2, размещенную в кварцевом корпусе / внутри вольфрамового Держателя 3, в среде аргона с небольшой добавкой иода. Иод обеспечивает возвращение испаряющегося вольфрама на раскаленную спираль в результате цикла
I,
который предотвращает оседание вольфрама на стенках трубки и ее помутнение. Диаметр трубок таких излучателей 10 - 12 мм,Длина составляет 375 - 750 мм при мощности от 0,5 до 20 кВт.
Более 90% излучения галогенных ламп приходится на область спектра от 0,8 до 3,0 мкм с максимумом, приходящимся в 1 мкм.
Ламповые ИК-излучатели (рис. 115, г) содержат вольфрамовую нить накаливания 7, покрытую карбидом тантала для увеличения доли излучения в ИК-области спектра. Внутренняя поверхность стеклянной колбы 2 лампы покрыта пленкой алюминия для отражения теплового излучения и концентрированном его в нужном направлении, через ребристый рассеиватель Максимум излучения таких ламп падает на область 1,2 - 1,3 мкм.
Определенные зоны в приборах и участки порошкообразных веществ можно нагревать ИК-излучателями с карборундовым нагревателем (рис. 115, д). Карборундовый (силитовый, глобаровый) стержень 6 нагревают при пропускании через него тока до 1000 - 1200 °С. Если стержень покрыт слоем ТhO2, то его рабочую температуру можно поднять , 1900 - 2000 oC. Поток квантов энергии hv излучатель выбрасывает через окна 8 в требуемом направлении. Максимум излучения карборундового стежня лежит в области 4-12 мкм.
Когда по тем или иным причинам свет при нагревании объекта противопоказан даже в ИК-области спектра, применяют "темные" ИК-излучатели с керамическими или металлическими оболочками. В керамических излучателях источником тепловой радиации является трубка, изгототовленная из термостойкого материала (спеченные оксиды магния, циркония, алюминия, силицид магния и др.). Внутри трубки располагают нагревательную спираль. Температура поверхности керамических ИК излучателей лежит обычно в пределах 500 - 800 °С.
ИК-излучатели с металлической оболочкой (ТЭН-ы) представляют собой металлическую трубку 7 (рис. 115, е), изготовленную из нержавеющей стали, меди, алюминия, латуни и другого металла, заполненную электроизоляционной массой внутри которой находится электронагреватель 3. Трубка 7 может иметь спиралевидный, петлевидный вид. Максимум излучения ТЭН-ов приходится на 4 - 5 мкм, а мощность их достигает 0,05 - 25 кВт.
Тепловые ИК-излучатели позволяют осуществлять быстрый перенос энергии в форме теплоты к нагреваемому объекту Применяют ИК-излучатели для выпаривания растворов, высушивания порошкообразных веществ и пленочных покрытий Степень нагрева объекта при помощи ИК-излучателей может колебаться от 40 до 200 °С. Скорость испарения жидкой фазы регулируют, изменяя мощность ИК-излучателя и расстояние от поверхности нагреваемого вещества или раствора.
Поглощение ИК-излучения поверхностью зависит от ее краски и падает в ряду: черная > синяя > зеленая > желтая > белая. Черные и серые порошки при прочих равных условиях высыхают быстрее светлых. Окрашенные поверхности принимают ИК-излучение на небольшую глубину. С такой поверхности интенсивно испаряется жидкая фаза, тогда как остальная часть вещества остается менее нагретой. Водные растворы и растворы бесцветных веществ в органических растворителях сравнительно прозрачны для ИК-излучения. Поэтому упаривать бесцветные растворы следует в сосудах с черной внутренней поверхностью. В этом случае ИК-излучение проникает почти до дна сосуда и нагревает его, а следовательно, и всю массу раствора.
Очень удобны ИК-излучатели для нагревания труднодоступных частей лабораторных установок. Тепловые лучи проникают через стеклянные стенки к нужному узлу и нагревают его.