적외선 히터 유형: 단파, 중파, 장파 — 차이점은 무엇입니까?

적외선 가열 대부분의 구매자가 즉시 인식하지 못하는 방식으로 대류 및 전도성 가열과 근본적으로 다릅니다. 적외선 복사는 주변 공기나 전도성 매체를 먼저 가열할 필요 없이 가열되는 재료에 직접 에너지를 전달합니다. 에너지 전달 속도와 침투 깊이는 방출되는 방사선의 파장에 따라 결정적으로 달라지며, 다양한 재료는 매우 다른 효율로 다양한 파장을 흡수합니다. 이는 응용 분야에 적합한 적외선 히터를 선택하는 것이 단순히 전력 출력을 열 부하에 맞추는 문제가 아니라 방출 파장을 처리 중인 특정 재료의 흡수 특성에 맞추는 문제임을 의미합니다.

이 가이드에서는 세 가지 주요 범주를 다룹니다. 적외선 히터 , 방출 파장을 결정하는 요소, 다양한 재료가 각 파장 대역에 어떻게 반응하는지, 이것이 산업 및 상업용 응용 분야의 사양 결정에 의미하는 바.

적외선 가열의 작동 원리

모든 물체는 표면 온도에 따라 전자기 복사를 방출합니다. 표면이 뜨거울수록 최대 방출 파장은 짧아지고 총 복사 전력은 커집니다. 이 관계는 플랑크의 법칙으로 설명되며 단순화된 실제 표현은 Wien의 변위 법칙(피크 파장(μm) = 2898 / 표면 온도(K))입니다. 2500K(약 2227°C)의 요소 표면은 약 1.2μm(단파 근적외선)에서 최대 방사선을 방출합니다. 700K(약 427°C)의 요소는 약 4.1μm(중적외선)에서 최대 방사선을 방출합니다. 500K(약 227°C)의 요소는 약 5.8μm(원적외선)을 방출합니다.

핵심은 적외선 히터 요소 온도가 방출 파장을 직접 제어한다는 것입니다. 더 뜨거운 요소는 더 짧은 파장의 방사선을 방출합니다. 더 차가운 요소는 더 긴 파장의 방사선을 방출합니다. 요소 온도는 와트 밀도, 외피 재료 및 작동 조건에 따라 제어됩니다. 따라서 구매자가 "단파" 또는 "장파" 적외선을 선택하면 암시적으로 요소 온도와 이미터 설계가 지정됩니다.

입사 적외선 복사의 흡수율은 입사 파장에서 물질의 흡수율에 따라 달라집니다. 물, 극성 폴리머, 많은 유기 코팅과 같은 일부 재료는 장파 적외선을 매우 효율적으로 흡수합니다. 유리, 일부 세라믹, 석영과 같은 일부 재료는 근적외선에 투명하고 더 긴 파장에서는 불투명해집니다. 탄소 기반 소재와 일부 금속은 단파장 적외선을 잘 흡수합니다. 방출 파장을 재료의 흡수 피크와 일치시키면 효율적이고 빠른 가열이 생성됩니다. 불일치로 인해 방사선이 재료를 그대로 통과하거나 표면에서 반사될 수 있습니다.

단파(근적외선) 히터

근적외선 또는 NIR 히터라고도 하는 단파 적외선 히터는 매우 높은 요소 온도(일반적으로 텅스텐 필라멘트 유형의 경우 2000~2500°C, 기타 금속 요소 유형의 경우 1200~1800°C)에서 작동합니다. 이 온도에서 방출 피크는 1~2μm 파장 범위에 있습니다. 단파 히터는 몇 초 안에 전체 작동 온도에 도달하므로(텅스텐 할로겐 유형은 1~2초 내에) 빠른 온/오프 주기와 정밀한 열 제어가 필요한 응용 분야에 적합합니다.

단파 적외선은 표면에서 완전히 흡수되지 않고 특정 재료를 어느 정도 깊이까지 관통할 수 있어 관통 가열 응용 분야에 유용합니다. 이는 또한 대부분의 금속 표면에 의해 반사되고 특정 재료를 통해 투명합니다. 이러한 침투 및 전송 동작은 다중 재료 어셈블리의 특정 구성 요소만 가열해야 하는 선택적 가열에 단파를 유용하게 만들거나 방사선이 투명한 커버 재료를 통과하여 아래의 기판을 가열해야 하는 경우에 유용합니다.

단파 히터의 요소 온도가 매우 높기 때문에 요소에 적합한 하우징과 석영 유리 튜브 봉투가 필요합니다(필라멘트 주변의 대기를 포함하고 필라멘트가 산화되는 것을 방지하기 위해). 단파 히터는 고온 필라멘트가 열충격과 진동에 민감하기 때문에 중파 또는 장파 설계보다 기계적으로 더 섬세합니다.

일반적인 단파 적외선 응용 분야에는 금속 기판의 표면 코팅 및 페인트 건조 및 경화; 성형 전 금속 시트의 예열; 식품 가공(대량 조리 없이 빠른 표면 가열이 필요한 갈변 및 표면 캐러멜화); 조직 깊이까지 빠른 복사열이 필요한 의료/치료 응용 분야.

중파 적외선 히터

중파 적외선 히터는 약 800~1200°C의 요소 온도에서 작동하여 2~4μm 파장 범위에서 최대 방출을 생성합니다. 이 온도 범위는 금속 외장 튜브의 저항 합금 가열 요소(니켈-크롬 또는 철-크롬 합금)를 사용하여 달성할 수 있습니다. 이는 카트리지 히터 및 공기 가열 튜브에 사용되는 것과 동일한 기본 구조이지만 전도성 또는 대류 열 전달보다는 복사 방출에 최적화되어 있습니다.

중파 방출은 많은 유기 물질, 극성 용매 및 폴리머의 흡수 밴드와 겹칩니다. 물의 주요 적외선 흡수 대역은 약 2.9μm에 집중되어 있으며(확실히 중파 범위에 위치), 중파 히터는 수성 코팅, 접착제 및 기타 수성 재료를 건조하는 데 매우 효과적입니다. 2~4 µm 범위는 또한 많은 바니시, 수지 및 유기 작용기의 흡수와 일치하므로 중파 히터는 코팅 및 복합 산업의 경화 공정에 매우 적합합니다.

중파 히터는 단파 히터보다 예열 속도가 느리지만(일반적으로 작동 온도에 도달하는 데 30~90초 소요) 더 견고하고 기계적 방해에 덜 민감합니다. 금속 피복 구조는 오염되거나 습한 환경에서 더 나은 보호 기능을 제공합니다. 히터가 빠르게 순환하는 대신 지속적으로 작동하는 연속 산업 공정의 경우 중파 히터는 단파 히터보다 더 나은 성능과 내구성 조합을 제공합니다.

일반적인 중파 적외선 응용 분야에는 수성 잉크, 코팅 및 접착제 건조; 경화 분말 코팅 및 UV 활성화 수지; 열성형을 위한 플라스틱 예열; 라미네이팅 공정; 및 직물 건조 및 마무리.

장파(원적외선) 히터

장파 또는 원적외선 히터는 일반적으로 300~600°C의 낮은 요소 온도에서 작동하여 4~10μm 파장 범위의 방출을 생성합니다. 이러한 온도에서 방출 스펙트럼은 실질적으로 더 긴 파장 쪽으로 이동합니다. 원적외선 방출은 많은 유기 물질과 액체 상태의 물의 열 운동 흡수 밴드에 해당하며, 가장 밀도가 높은 폴리머 및 복합재의 강력한 흡수에도 해당합니다.

장파 적외선은 어떤 깊이까지 침투하지 않고 가장 밀도가 높은 물질의 표면에서 거의 완전히 흡수됩니다. 에너지는 매우 얇은 표면층에 축적되어 그곳에서 안쪽으로 전도됩니다. 이러한 표면 흡수 특성은 표면 가열만 필요한 응용 분야 또는 가열할 재료 자체가 표면 흡수 에너지를 벌크를 통해 빠르게 분산시키는 우수한 열 전도체인 응용 분야에 장파 히터를 효율적으로 만듭니다.

장파 히터는 세 가지 범주 중에서 예열 시간(분)이 가장 느리고 요소 온도가 가장 낮습니다. 이는 장점이 있습니다. 더 견고하고, 열충격 고장이 덜 발생하며, 가연성 물질이 있는 환경이나 작업자 노출이 우려되는 환경에서 더 안전한 낮은 강도의 방사선을 생성합니다. 또한 요소 온도가 낮다는 것은 동일한 사용 주기에 대해 요소 서비스 수명이 길어진다는 것을 의미합니다.

일반적인 장파 적외선 응용 분야에는 다음이 포함됩니다. 공간 및 안락한 난방(방사선 파장은 표면의 인간 피부와 조직에 효율적으로 흡수됨) 종이, 목재, 직물과 같은 수분 흡수 물질의 건조; 바닥 및 패널 난방 시스템; 데우는 음식 진열대; 강렬한 국지적 가열보다 온화하고 분산된 복사열이 선호되는 응용 분야.

요약 비교

석영 튜브 대 세라믹 대 금속 외장 요소

각 파장 범주 내에서 적외선 히터는 설치, 내구성 및 방출 특성에 영향을 미치는 다양한 요소 구성으로 제공됩니다.

석영 튜브 적외선 히터는 단파 및 중파 적외선 모두에 투명한 석영 유리 튜브 내부에 텅스텐 또는 니켈-크롬 저항 요소를 포함합니다. 석영 엔벨로프는 요소가 오염으로부터 보호하면서 고온에서 작동할 수 있도록 하며, 밀폐된 분위기는 산화를 방지하기 위해 불활성 가스 또는 진공일 수 있습니다. 석영 튜브는 금속 피복 요소보다 기계적으로 더 취약하지만 텅스텐 필라멘트 요소에는 필수적입니다.

금속 피복 적외선 요소는 표준 관형 가열 요소와 동일한 MgO 절연 저항선 구조를 사용하지만 제어된 요소 온도를 통해 중장파 범위에서 작동하도록 설계되었습니다. 뛰어난 기계적 내구성, IP 등급 보호 수준을 제공하고 손상 없이 청소할 수 있으므로 식품 가공, 습하거나 신체적으로 까다로운 환경에 선호됩니다. 피복재(스테인레스 스틸, 인콜로이, 티타늄)는 사용 환경과의 호환성을 고려하여 선택됩니다.

세라믹 적외선 이미터는 세라믹 기판에 내장되거나 세라믹 기판 주위에 감긴 저항 가열 요소를 사용합니다. 세라믹 표면은 더 긴 파장(원적외선)을 효율적으로 방출하고 넓은 확산 방출 표면을 제공합니다. 세라믹 이미터는 공간 난방, 직물 가공 및 방사선원이 물리적으로 견고하고 기계적 접촉을 견딜 수 있어야 하는 응용 분야에 사용됩니다.

자주 묻는 질문

단파 적외선 히터를 사용하여 중파보다 더 빠르게 수성 코팅을 건조할 수 있습니까?

반드시 그런 것은 아니며 잠재적으로 반대의 결과가 나올 수도 있습니다. 코팅에서 수분 증발 효율은 입사 적외선 복사량이 코팅 내 물에 의해 흡수되는 정도에 따라 달라지며, 물의 1차 흡수 대역(약 2.9μm)은 중파 범위에 속합니다. 1~2μm의 단파 복사는 중파 복사보다 낮은 효율로 물에 흡수됩니다. 단파 에너지의 대부분은 물을 직접 가열하는 대신 물층을 통해 전달되어 기판에 흡수될 수 있습니다. 수성 코팅 건조의 경우 중파 히터는 특히 물의 흡수 특성에 맞춰져 있으며 일반적으로 동일한 출력 밀도에서 단파 히터보다 더 빠르고 에너지 효율적인 건조를 생성합니다. 단파 히터는 금속 예열 및 대상 물질이 중파보다 단파 방사선을 더 잘 흡수하는 응용 분야에 더 효율적입니다.

적외선 히터는 가열되는 재료에 얼마나 가까이 배치해야 합니까?

거리는 재료에 도달하는 방사조도(단위 면적당 전력)와 재료 표면 전체에 걸친 가열 균일성에 영향을 미칩니다. 역제곱법칙이 적용됩니다. 즉, 히터에서 재료까지의 거리가 두 배로 늘어나면 복사조도가 4배로 줄어듭니다. 실제 설치 거리는 히터 유형 및 용도에 따라 다릅니다. 집중 반사경이 있는 단파 히터는 높은 복사조도를 유지하면서 더 멀리(300~600mm) 배치할 수 있습니다. 확산형 중파 패널 히터는 일반적으로 효과적인 열 전달을 위해 더 가깝게(50~200mm) 설치됩니다. 대부분의 산업용 건조 및 경화 응용 분야에서 최적의 거리는 필요한 조도 수준과 사용 가능한 구역 길이에 따라 결정됩니다. 즉, 히터를 더 가까이 이동하면 조도가 증가하고 처리 시간이 단축되지만 제품 폭 전체에 걸쳐 가열이 덜 균일해집니다. 영역 균일성은 일반적으로 정적 배치 프로세스보다 연속 웹 또는 컨베이어 프로세스에서 더 중요하며, 반사기 형상은 프로세스 영역 전체에 걸쳐 균일한 방사조도 분포를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다.

적외선 히터는 산업용 건조용 대류 히터보다 에너지 효율적입니까?

대부분의 건조 응용 분야에서 그렇습니다. 적외선 히터는 주변 공기 및 공정 인클로저 가열과 관련된 손실 없이 가열되는 재료에 직접 에너지를 전달합니다. 대류 오븐에서는 입력 에너지의 상당 부분이 오븐 구조와 순환 공기를 가열하고 증발된 용매나 물을 제거하기 위해 오븐을 환기할 때 공기와 함께 배출됩니다. 적외선 오븐에서 방사선은 재료 표면에 의해 직접 흡수되며 재료가 방사체에 대해 효율적으로 배치되면 건조 과정에 기여하는 입력 에너지의 비율이 더 높아집니다. 즉, 적외선의 효율성 이점은 특정 물질-파장 일치에 따라 달라집니다. 일치하지 않는 적외선(예: 물질이 흡수하기보다는 반사하거나 투과하는 파장 대역)은 스펙트럼 흡수와 무관한 대류 가열보다 덜 유용한 에너지를 전달합니다. 핵심은 올바른 파장 선택입니다. 따라서 단파, 중파, 장파의 차이를 이해하는 것은 단순히 기술적 호기심이 아니라 운영 비용에 실제 영향을 미치는 실질적인 효율성 문제입니다.

적외선 히터 | 공기 가열 튜브 | 밴드히터 | 카트리지 히터 | 이머젼 히터 | 문의하기