[科普中国]-电红外加热

加热原理

利用由电能产生的红外辐射来传递热能的电加热， 又称电红外辐射加热或电红外线加热。红外辐射是一种电磁波， 其波长范围大约为0.77～1000 μm， 介于可见光(0.36～0.77μm) 与微波 (1mm～1m) 之间。根据国际电工委员会标准IEC50 (841) ，红外辐射分为近(短波)红外辐射 (波长≤2 μm)、中 (中波)红外辐射(波长2～4 μm)和远(长波)红外辐射(波长>4μm)三个波段，见图1。但在电红外加热的实际应用中，电红外辐射一般只分红外辐射与远红外辐射两个波段。工业上应用的电红外加热主要是采用后者，其波长范围为2.5～30μm。2

电红外辐射入射到物料表面时，一部分被吸收，一部分被反射，还有一部分透射过物料。被物料吸收的电红外辐射重新转变成热能使物料加热。

加热特点与应用电红外加热的红外辐射能透入被加热物料表面一定深度，而对加热空间内的空气、媒介物基本上不加热，故具有热效率高、加热速度快、电能消耗少、加热质量高、作业环境好等优点，特别在低温(50～650℃)区段，这些特点尤为显著。因此，电红外加热特别适合于650℃以下低温区段的加热。另外，在设备方面，电红外加热还具有设备结构简单、设备费用低、易维护、占地面积小、易实现连续化自动化生产等优点。

电红外加热的用途很广，主要用于汽车、自行车、机电零部件、家电、木工制品、树脂制品等表面涂铈物的烘烤、干燥，电子元件的烧成，橡胶的二次硫化，化学药品原材料的焙烧干燥处理，皮革涂饰，药品处理后的干燥，陶瓷成形品彩釉涂敷前的预加热和涂敷后的烘烤，木材、纤维、纸张的脱水干燥，食品的烤制、杀菌，谷物、茶叶、烟叶、蔬菜、水产品的脱水干燥，钢铁材料焊接前的预加热与焊缝退火，以及人体的医疗、保健、美容等。2

应用条件不同物料对电红外辐射的吸收能力不同，即使是同一种物料，对不同波长的电红外辐射的吸收能力也不尽相同。例如，水对波长为3、6、15μm附近的电红外辐射吸收率高达90%以上，而对2、4 μm附近的电红外辐射吸收率只有10%左右。因此，电红外辐射加热时，必须根据被加热物料的种类选择合适的电红外辐射源与辐射源表面温度，使辐射功率足够大，并且辐射的峰值波段应与物料高吸收率波段相匹配，使辐射能能被充分吸收。另外，还可采用在电红外加热元件的表面涂红外涂料，适当选择辐射源与被加热物料之间的距离，以及利用反射镜集中辐射等措施提高电红外辐射加热的效果。

电红外加热元件电红外加热元件与设备常用的电红外加热元件有灯式、管式和板式几种类型，见图2。这些元件辐射表面的温度在300～1000℃，辐射波长集中在远红外波段。为提高元件单位面积的辐射功率，有的元件常采用在元件表面涂敷高辐射率红外涂料——TiO2-Fe2O3、NiO-Cr2O3、SiC、SiO2、TiO2-ZrO2等。电红外加热设备由电红外加热元件、固定架、物料支承机构、送料机构等构成。元件的供电和控制与电阻炉相类似。

(1)灯式电红外加热元件的结构与一般照明灯泡相类似。为使电能尽可能多地转换为红外线，钨丝的温度比照明灯泡低，约为2400～2500 K，辐射波长在1～2.5μm。玻璃壳内壁涂有反射层，能使红外线集中地向一个方向辐射。

(2)管式电红外加热元件主要有金属管式、石英管式等几种型式，其代表制品是石英管式电红外加热元件。结构上，这种电红外加热元件大体上与普通管式加热元件相同，所不同的是套管采用具有强红外辐射能力的红外石英管，并配有金属反射罩或陶瓷反射板，石英管内充惰性气体对加热元件——钨丝进行保护。其辐射波长集中在5 μm以上的波段内，用于远红外辐射加热。

(3)板式电红外加热元件有导电陶瓷板式、碳化硅板式、石英板式等多种型式，其中，碳化硅板式电红外加热元件是目前远红外工业加热领域中使用最多的一种加热元件。

历史与发展红外辐射是英国天文学家F.W.赫歇尔(F.W.Herschel)于1800年在观察太阳光辐射时发现的。1835年法国科学家安培进一步证实了红外辐射与可视光是同一种类型的光波 (电磁波)。

20世纪30年代美国福特汽车制造公司首次将电红外辐射加热用于汽车车身表面涂铈的烘干固化。早期使用的电红外加热设备是钨丝红外灯，属近红外辐射加热。60年代末日本开发了远红外辐射加热器，并成功地应用于工业生产。与此同时，提出了远红外 “匹配吸收加热的干燥理论”。

中国于50年代开始电红外加热技术的应用，70年代开展了远红外加热技术的研究与应用，80年代末锦州红外加热研究所等单位进行了乳白石英管电红外辐射加热器的研究与应用，并于1993年成功地开发了“高强度电红外辐射”加热技术。90年代美国推出了“远红外定向强辐射”加热技术。产品均已投放市场。