红外加热（精选七篇）
红外加热 篇1
1.本红外光波流体加热技术, 利用市场上成熟的碳纤维加热管成品, 将电能转换成高能量的红外辐射热, 在密闭的空间内直接作用于流体。拓展了红外光波的应用领域和流体的加热类型, 特别是在电热水龙头、厨电宝和电热水器的应用中, 由于出水温度一般小于60℃, 而且辐射加热是在一厚度区域内流动加热, 避免了水垢的产生条件, 所以从理论上讲, 该加热方式不起水垢。同时, 光波在涂有金属表面层的密闭空间内进行吸收和反射, 使金属层被加热后迅速把热能传导给待加热流体。进而获得了低成本、高品质的加热效果, 经初步测试, 加热效率可达98%。
2.本装置采用耐湿热、耐电压, 红外光波透射率高的石英玻璃做隔离。所以洁净、绿色、高效、安全。在需要时, 可加紫外线灯进行灭菌消毒, 获得更加洁净的加热效果。
3.本装置采用涂有金属表面膜的反射加热层和延长加热通道的结构保证热交换充分进行。
4.本技术生产工艺简单, 易于制造, 生产成本低, 实用性强, 具有广阔的发展前景和市场空间。
5.本技术可广泛应用于水、化工液、气体、油料、空气、蒸汽等流体加热。也可应用于高效的生产水蒸气。
综合以上特点, 目前, 已设计出以下几种类型的加热装置。
1.多管串联加热装置:这种加热器全部用金属材料或石英玻璃内层加金属反射层制成, 可用于各行业油品、化工液体等的加热以及热风机。这种装置要使用大量的金属材料, 自重较大。
2.板式加热装置:这种装置灵巧、薄, 可多套重叠使用, 做成单位集体或家庭的集中供热器, 在社会市场上做成热水集中供应点。也可集中供暖气, 并且供出的暖气被红外线杀菌后健康、卫生, 就像在阳光下晒热的空气。这种装置节约材料, 制造简单, 成本低, 可加紫外线杀菌。
3.集管式加热装置:这种加热装置, 加热空间是相对密闭的, 为防止散热装置与空气进行热交换, 可在散热装置外加套用进水进行隔离或喷涂聚氨酯保温泡沫隔热。这种加热装置可加紫外线杀菌。
4.圆柱形或盒形电热水龙头、厨电宝和电热水器:可加紫外线杀菌, 效率高, 健康环保, 成本低, 维修更换方便, 由于出水温度要求低, 且加热是在一厚度区域内流动辐射加热, 不易起水垢。克服了现有市场上热水龙头使用不久易产生水垢的弊端。有良好的市场前景。
红外加热 篇2
红外加热笼覆盖系数对热流均匀性的影响研究
通过设定红外加热笼与卫星表面之间不同距离,改变加热笼的覆盖系数,仿真模拟了卫星表面到达热流的分布,研究了加热笼的`覆盖系数对卫星表面到达热流密度均匀性的影响,分析结果表明:当加热笼距离卫星表面100mm以上,选取覆盖系数大于0.06的加热笼,即可满足到达卫星表面热流的均匀性要求.
作 者：杨晓宁 孙玉玮 YANG Xiaoning SUN Yuwei 作者单位：北京卫星环境工程研究所,北京,100094刊 名：航天器工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING年，卷(期)：17(5)分类号：V444.3关键词：卫星 真空 热试验 红外加热笼 覆盖系数 热流均匀性
红外加热 篇3
辽宁省高速公路管理局是辽宁省交通厅直属的副厅级行政事业单位, 对全省已建成通车的高速公路实施集中统一管理, 具体负责高速公路养护、路政、收费、通信监控和综合服务的监督管理工作。局下辖18个管理处、1个应急处置中心和1个国有企业。截至2011年底, 全省高速公路通车总里程为3 300公里, 共设置收费站225个、服务区104个, 全局共有职工14 130人。
辽宁省地处东北地区南部, 属大陆性季风气候, 冬季相对漫长, 平均气温在-15℃左右, 采暖期约6个月。由于高速公路收费站大多远离城区, 且具有二十四小时连续运转的行业特点, 因此采暖期间保证收费亭供暖效果和7 000余名收费人员身体健康并降低能耗, 是必须面对和解决的现实问题。2007年10月, 高速公路管理局首先在京哈高速公路沈四段的昌图等6个收费站的收费亭内安装了43套红外辐射加热装置, 取得较好效果。2008年开始, 逐渐加大了该技术的推广应用力度, 目前, 辽宁省高速公路总计安装了1 450套红外辐射智能加热系统。该系统具有供暖效果好、节能和美观耐用的特点, 相比传统电暖器加空凋的供暖方式, 节电率在20%以上, 不仅改善了一线收费人员的工作环境, 也节约了能源。
2 节能原理
(1) 基本构造
红外辐射智能加热系统主要包括红外辐射加热系统、智能温控系统两部分。红外辐射加热系统, 由亭内顶部和侧部的面状定向辐射板及防静电电热地板三部分构成, 它将电能转换成红外辐射热能, 为亭内收费员提供正常工作所需热量;智能温度控制系统稳定控制辐射板和防静电地板的加热温度, 温度到达设定值后自动停止加热进入保温阶段, 待温度下降后自动启动加热系统, 保证亭内温度基本恒定。
(2) 节能原理
热能传递的方法有三种:传导、对流和辐射。用电取暖设备一般采用对流和辐射两种传热方式。
普通电暖器属于对流传热制热设备, 对流加热需要利用中间介质来传递热量, 中间介质 (以空气为例) 的分子碰撞到热源的高温表面时, 吸收热量, 其靠近热源空气的温度升高, 热空气上升, 上升过程中与冷空气发生热交换。其传热特点是:必须通过介质传热, 受热物体只有表面接受热量。
红外辐射加热是从热源表面直接发射出红外辐射波, 只要中间没有阻挡, 就直接射向物体 (人) , 中间的空气分子不会吸收红外辐射热能, 而大多数物体 (人) 表面具有吸收特性, 可以吸收红外辐射热能。辐射加热的特点是:直接传递热量、传递速度快, 吸收热量大、部分透入物体表面, 物体受热比较均匀。因此, 良好的辐射源, 能够使受热物体吸收更多热能, 增加能源利用效率, 是一项重要节能技术。
高速公路收费站地处旷野, 收费亭壁相对较薄、保温性能较差, 由于需经常打开一侧窗口进行收费, 导致亭内热量不断流失, 热能损失较大, 因此需要不间断的进行制热供暖。在应用红外辐射智能加热系统前, 收费亭取暖采用普通电暖器与空调结合的供暖方式, 由于电暖器加热无精确温度控制, 不能随着外部环境的变化而调整供热量, 造成收费亭取暖能耗高, 每平米耗能近1 kwh, 超出国家规定的建筑耗能指标10倍, 但供暖效果差, 亭内人员仍需要穿棉鞋、大衣进行收费。应用该技术后, 可以根据需要对亭内温度进行设定, 温度分布比较均匀, 亭内工作人员反映良好, 穿单鞋、秋装就可以工作。
为对比红外辐射智能加热系统与传统电暖器与空调结合的供暖效果, 2007年2月, 对京哈高速公路的锦州收费站分别采用两种供暖装置的收费亭内多个位置的温度进行了连续72小时的实测, 结果如图1和图2所示。
通过曲线数据可知, 采用电暖器与空调取暖结合的收费亭内温度分布上下不均, 收费亭顶部温度高, 收费亭下部温度低, 底部温度更低, 接近亭外环境温度。此外, 还存在白天日照充足时亭内温度较高, 夜晚温度急剧下降的情况。
采用红外辐射智能加热系统可通过智能温度控制系统实时对亭内温度进行精确控制, 亭内顶部辐射板对收费员上部及腿部辐射加热, 底部和侧边辐射板不仅为收费员的脚部和腿部提供热量, 同时侧边辐射板产生的少量对流热量形成热风幕, 避免了亭外冷风直接吹向人体。除收费窗口侧温度较低外, 其余亭内空间的温度分布较均匀, 工作人员始终在恒定的温度下工作, 提高了工作的舒适度。
两种加热系统效果模拟, 如图3和图4所示:
通过对比分析可知, 红外辐射加热系统具有以下技术特点:
(1) 将红外辐射加热装置设计成高效面状辐射源, 并面向收费员构成局部立体加热区, 充分利用有限热源。
(2) 人体具有良好红外吸收特性, 能够有效吸收辐射热源, 热能利用率高。
(3) 除集中加热区外, 其他区域温度相对低, 即亭内与内壁接触的空气温度相对低, 热能散失较少。
(4) 红外辐射加热系统热蓄少、加热快, 有利于温度自动化精度控制, 实现恒温供暖, 减少加热过程中的热能损耗。
(5) 消除了安全隐患。新系统与收费亭有机结合, 不仅节省了亭内空间, 而且解决了电暖器加热方式存在的易引发火灾、漏电、烫伤等安全隐患的问题。
(6) 使用寿命长、可靠性强。红外辐射智能加热系统的使用寿命在20年以上, 且解决了长期使用热效率低、可靠性差、易出现故障等问题。
4 技术内容
为保证项目实施的可靠性, 采取了先行试点再逐步推广的工作方式。高速公路管理局在2006年至2007年冬季, 分别选取了辽宁省内高速公路最北端的毛家店收费站和中部地区的锦州收费站作为试点单位。这两个收费站一个地处辽北, 一个地处辽西, 气候条件不同, 冬季温差在10℃左右, 具有很强的代表性。进行工况测试时, 同时采用新、旧两种供暖方式对相邻的两个收费亭进行测试, 在亭内安装电度表、温度表、湿度表等测量设施, 指派专人负责数据的采集和定期上报。
从表中的数据可知, 锦州站两个月的测试期内, 在亭内温度提高3℃的同时, 红外辐射供暖装置节电率分别达到24%和48%;毛家店站两个月的测试期内, 在亭内平均温度提高4℃的同时, 红外辐射供暖装置节电率分别达到18.3%和14.6%。两个站的总平均节电率达到了26.2%, 同时亭内各处温度均匀性良好, 感觉舒适, 取得了很好的供暖效果。2007年10月, 应用于京哈高速公路沈四段的43个收费亭时, 对收费亭的结构进行了改进, 在保证收费亭内各项设施的电气性能不受影响和使用安全的前提下, 将红外辐射供暖装置嵌入收费亭顶棚和侧壁, 同时改进了电热地板的防静电性能, 使红外辐射加热装置与收费亭成为一体 (如图5) , 既减少了占地空间, 又美观整洁。通过几个供暖期的应用, 收费亭的供暖和节电效果较稳定。
2008年10月, 高速公路管理局在沈阳绕城和沈吉高速公路各收费站的收费亭安装了157套红外辐射供暖加热装置;2010年10月, 在沈海等7条高速公路110个收费站的717个收费亭安装了红外辐射供暖装置。此外, 2010年至2011年间, 对199个收费亭实施改建的同时, 同步在其中加装了嵌入式红外辐射供暖装置。为推广红外辐射供暖加热装置的应用, 自2009年起, 全省新开通高速公路的收费亭全部采用红外辐射智能加热系统。
4 推广应用条件
本项目适用于我国北方地区高速公路收费亭及各种移动的超限亭、执勤亭等, 取暖效果较好。
5 效益分析
5.1 节能效益
截至目前, 辽宁省高速公路共有收费亭近1 600个, 应用红外辐射供暖系统1 450套, 其中单向亭1 250套, 双向亭200套。高速公路收费亭为24小时供暖, 具体节能量计算如下:
(1) 单向收费亭
单向收费亭原使用1个电暖器, 加热功率为2 k W, 亭内为1P空调, 压缩机功率 (850 W) 与制热功率 (500 W) 共计1.35 k W, 供暖期内日均运行11小时;红外辐射智能加热系统的最大运行功率为2 k W, 可根据需要设定亭内环境温度, 日均工作13小时;每个供暖期的运行天数设定为180天 (10月中旬至次年4月中旬, 下同) 。
电暖器+1P空调日均用电量:
红外辐射智能加热系统日均用电量:
单向亭红外辐射供暖系统日节电量:
单向亭应用红外辐射智能加热系统和传统电暖器与空调结合系统相比节能率为:
单点供暖期节电量:10.85×180=1 953 (k Wh) ;
1 250套单向亭供暖期总节电量:
换算标准煤:2 441 250×0.333×10-3=812.94 (吨) 。
注:电能折算标准煤的系数取值为0.333 kgce/k Wh (按中国电力企业联合会公布的2010年6 000千瓦及以上电厂供电煤耗取值)
(2) 双向收费亭
双向收费亭使用2个电暖器, 加热功率为4 k W, 亭内空调为1.5 P, 制热功率为压缩机功率 (1275 W) 与制热功率 (750 W) 共计2.025 k W, 供暖期内日均运行11小时;红外辐射智能加热系统的最大运行功率为4 k W, 可根据需要设定亭内环境温度, 日均工作13小时;每个供暖期的运行天数设定为180天。
电暖器+1.5 P空调日均用电量:
红外辐射智能加热系统日均用电量:
双向亭红外辐射智能加热系统的日节电量:
双向亭应用红外辐射智能加热系统和传统电暖器与空调结合系统相比节能率为:
单点供暖期节电量:
200套双向亭供暖期总节电量:
换算标准煤:
综上, 辽宁省高速公路应用的1450套红外辐射供暖系统年节能量约为295.52万度电, 换算成标准煤约为984.07吨。
红外辐射加热系统的使用寿命为20年, 寿命期内节能量为:
寿命期内节能量=使用寿命×年节能量=20×984.07=19 681.4 (吨标准煤) ;
5.2 经济效益
以单向亭为例, 每套红外辐射加热系统的平均造价为4 000元, 寿命期为20年以上;每台电暖器的价格为500元左右, 寿命期为4年。
以红外辐射加热系统的20年寿命期为计算依据 (不考虑空调系统) , 计算如下:
初投资额:电暖器共需更新5次, 投资金额为5×500=2 500元;红外辐射加热系统投资金额为4 000元;
使用红外辐射加热系统与电暖器供暖增加的投资为:4 000-2 500=1 500 (元) ;
使用红外辐射加热系统节省的费用为:10.85×180×0.85=1 660.05元 (电费按照0.85元/度) , 一个供暖期即可收回寿命期内追加成本。
目前全省高速公路收费亭应用的红外辐射智能加热系统, 每年节约电量295.52万度, 节省电费251.19万元, 经济效益明显。
5.3 社会效益
红外加热 篇4
关键词：远红外加热技术,茶叶加工,应用
茶叶加工工艺包括多道复杂的工序, 加热是其中一道非常重要的工序。过去人们都是使用煤炭、柴禾等传统能源对茶叶进行加工, 这种加热方式不仅会造成能源资源的浪费, 而且还会对环境造成严重的污染, 同时也不利于茶叶加工形成标准化的加工模式, 加工的水平难以获得大幅度的提升[1,2]。近年来, 人们通过借鉴其他农产品利用远红外加热技术进行生产的方式, 将此项技术应用在了茶叶加工当中, 致使远红外加热技术在茶叶加工中的应用成为一个重要的研究课题。
1 远红外加热技术工作原理
远红外加热技术 (FIR) 工作的过程就是利用辐射进行加工的过程, 远红外辐射材料可以有效的将其它能源进行有效的转化, 从而达到加热干燥的目的。这种加热方式不需要使用中间介质就可以直接加热, 因此和其它加热技术相比具有热效率高、加热质量好以及节约资源等多种优点[3]。
利用远红外加热技术对茶叶进行加工过程中, 主要是通过红外辐射装置加热板产生的热辐射能对茶叶进行酶活性破坏和干燥, 这就要求需要使用辐射能较强的加热板, 并且需要根据茶叶的性质选择茶叶容易吸收的波长, 只有这样才能提高茶叶加工的质量和效率, 保证茶叶的品质[4]。
2 远红外加热技术在茶叶加工当中的应用
2.1 远红外加热技术在茶叶萎调工艺中的应用
通过研究发现, 利用远红外加热技术对茶叶进行加温萎调有利于提高乌龙茶的品质, 是乌龙茶加工的一种新工艺。在乌龙茶萎调工序当中, 将温度调整为40℃左右, 然后再以1kw的远红外线进行照射, 同时其它加工工序仍按常规方式进行加工, 使用这种方法制成的茶叶品质明显高于常规工艺生产的茶叶, 多种生化物质含量较高, 在感官品质上表现为香味醇厚, 且具有混合型花香。因为利用远红外加热技术对茶叶进行加工, 热量以射线形式进行茶叶的叶肉组织, 导致茶叶内分子产生共振, 并迅速产生热能, 有利于叶子内外均匀受热, 提高茶叶细胞膜的透性和各种酶的活性, 促使酚类化合物发生转化, 产生芳香物质。经过检验发现, 利用远红外加热技术加工而成的乌龙茶所含的芳香物质含量比常规方法加工而成的茶叶高出5%~10%, 并且在色香味方面都优于常规方法加工而成的乌龙茶。
2.2 远红外加热技术在茶叶杀青工艺中的应用
远红外加热技术在茶叶杀青工艺中具有重要的应用价值, 不仅制作的茶叶感官品质好, 而且杀青的效率高, 连续性也比较好, 这为实现茶叶初制加工中杀青工艺的连续化和电气化都开辟了一条新的途径。在乌龙茶及绿茶初制加工中, 杀青是一道重要的工序, 因为杀青时的高温容易对茶叶内含成分造成破坏, 而利用远红外加热技术进行杀青可以有效降低高温对的茶叶内含成分的影响, 从而提高茶叶的品质。
此外, 远红外加热技术杀青与微波技术杀青联合使用也是茶叶加工的研究方向之一。微波技术杀青具有升温迅速、温度均匀、热效率高等优点, 但成品茶香气较低, 二者联用可以有效提高绿茶香气。研究证明, 在秋茶加工中, 联合应用2种杀青技术, 并将微波辐射的强度和转速提高, 可以有效地提高茶叶杀青的效率;而在春茶加工中, 联合应用2种技术, 并适当降低微波辐射的强度和转速, 杀青效果更好, 茶叶的品质明显优于使用传统方法杀青制成的茶叶。朱德文研究了微波远红外耦合技术对绿茶杀青效果和品质的影响, 通过多次试验得到了较好的耦合工艺参数, 具体如下:投叶量每分钟0.5kg, 将微波杀青的功率确定为10kw, 而耦合远红外线设定为6kw, 杀青时先采用微波照射1.5min, 然后采用远红外线辐射1.5min, 使用这种工艺加工得到的茶叶质量明显优于一般的茶叶, 并且耗费的成本也较低[5,6]。
2.3 远红外加热技术在茶叶烘焙工艺及提香上的应用
研究证明, 和热风干燥相比, 利用远红外加热技术对茶叶进行加工, 不仅茶叶表面呈现出润泽状态, 茶叶的成色较好, 而且香味浓厚。这主要是因为利用远红外茶叶干燥机烘焙茶叶可以快速干燥茶叶, 烘焙的时间短于使用热风方式进行烘焙的时间, 有利于茶叶香气的保存与发挥。和微波干燥相比, 远红外线干燥技术的优势更加明显, 不仅使茶叶可以更加均匀的受热, 而且还可以避免茶叶迅速失水, 从而避免茶香流失。远红外线干燥的工作原理和传统的炭火烘焙原理类似, 可以取得与炭火烘焙相近的香气, 从而提高茶叶的品质。
远红外加热技术符合茶叶加工的工艺要求。利用远红外加热技术对茶叶进行加工效率较高, 可以有效降低茶叶加工成本, 提高经济效益。同时, 利用远红外加热技术对茶叶进行加工不会对能源造成浪费, 对环境也不会造成污染, 具有节能环保特点。
3 问题与展望
虽然远红外加热技术在茶叶加工中具有明显的优势, 但是应用的范围相对较小, 这主要是因为远红外加热装置技术含量较高, 造价昂贵, 且维修和保养费用也高, 导致远红外加热技术推广的难度较大。但是, 不可否认远红外加热技术符合当今社会低碳、节能及环保的要求, 是未来茶产业清洁化、高效化、标准化生产主要的研究方向之一。
随着科学技术的不断发展, 远红外加热技术在茶叶加工领域的研究取得了良好进展, 为该技术在茶叶加工中进一步推广和应用奠定了重要的基础, 但仍需要对远红外加热技术装置进行改造及升级, 降低生产及维护成本, 并根据茶叶的特性筛选较佳的辐射元件, 以提高在茶叶加工中的应用效率。
参考文献
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[2]唐小林.我国茶叶加工技术装备现状分析与对策研究[J].中国农机化, 2010 (2) :20-23, 30.
[3]吴全金, 孙威江, 吴占富, 等.远红外加热技术在茶叶加工及制品中的研究进展[J].农机化研究, 2014 (4) :220-224, 228.
[4]莫怀鸿, 廖勤明.生化技术在茶叶加工中的应用[J].南方园艺, 2014 (4) :54-56.
[5]陈玲, 温顺位, 田景涛, 等.铜仁市茶叶加工发展战略浅析[J].吉林农业, 2014 (15) :12.
红外加热 篇5
为了减少水对路面的影响，人们采用了用拖布对轮子进行抹油的办法，这样虽然有效的改变了水对沥青的特性影响，但抹油的办法成本太高，不仅施工工人的劳动强度大而且不安全，而且不同程度的对路面造成一定程度的人为污染，同样影响路面的使用寿命。因此，开发一种既不使沥青石子粘轮又对路面无损伤的经济实用技术重任便摆在了我们的面前，轮胎压路机智能远红外加热系统就是在此情况下被成功开发和使用起来。
轮胎压路机智能远红外加热系统的开发成功和推广使用，可以有效的解决轮胎粘沥青问题，同时又对沥青的特性和路面没有影响和损坏。该系统不仅技术含量高而且质量可靠，具有广阔市场前景。
1 系统组成
轮胎压路机智能远红外加热系统由温控系统、前轮加热器、后轮加热器、红外传感器、液化气瓶、压力调节阀、气体管路、电子气阀、电缆线、空挡开关及加热器挡风罩组成。其中温度控制系统由电源总开关、前后轮故障指示灯、前后轮开关、4只温控设备及内部电子线路板组成。前轮加热器的作用是对轮胎压路机的前轮进行加热，它由针对每个轮胎的燃烧室组成，每个燃烧室有独立的电子点火针及感应针。后轮加热器的作用是对轮胎压路机的后轮进行加热，它也由针对每个轮胎的燃烧室组成，每个燃烧室同样有独立的电子点火针及感应针。前后轮加热器各自有独立的电磁阀及温控设备，配有2个红外测温传感器，有各自独立的控制回路，能够进行独立的开关及温控。温控系统的作用是对红外测温传感器进行独立的设定、加热器控制、温度控制及温度显示等功能。温控系统是本系统的核心。图1为温控系统的操作界面。
2 系统特点
1)加热效果好由于本系统采用了先进的远红外转换材料，热转换效率高，辐射效果好，能够达到对轮胎进行动态快速加热的目的。
2)安全性能高由于是对胶轮进行加热，因此对轮胎的加热上限温度控制显得非常重要。本系统采用冗余温控技术，极大提高了系统的安全性。本系统可以根据压路机给出的行驶信号进行联动操作，实现压路机停止，系统自动关闭，确保系统的安全性。另外，本系统在每个燃烧室内都配有独立的电子点火针及感应针，在点火的过程中，任何一个燃烧室点火不成功，系统都自动切断本组燃烧器的气路，确保液化气不泄露。
3)智能化程度高本系统采用全自动的智能化控制技术，能够对整个点火过程及其后的加热过程进行全程智能控制。
3 系统工作原理及操作方法
理论和事实证明，轮胎压路机轮胎的温度和沥青铺层的温度相近或者温度相差在一定范围内的时候，轮胎的表面不会粘上沥青和石子，本系统的工作原理就是利用这一原理和现象，通过对轮胎的动态加热实现沥青石子和轮胎表面的分离，并且对轮胎和路面都没有损伤。本系统中采用了先进的远红外材料，热转换效率高，辐射效果好，能够达到最佳的加热效果，从而达到对轮胎进行动态快速加热的目的。智能远红外加热系统框图如图2所示。
压路机工作时，操作人员首先要打开液化气瓶上的压力调节阀，并将压力调至0.05MPa左右。其次要打开温度控制系统的电源总开关，此时温控系统将进行2～4s的自检，自检完成后，接着要打开控制前轮加热器和后轮加热器的电源开关，对其设定温度进行标定，同一施工环境只需要标定一次，剩余工作便自动完成，即系统开始自动点火，系统点火的时间为1min，如果在1min内仍然有燃烧室没有点火成功，系统会自动切断气源，声光报警后再进行第2次点火，如果3次点火均未成功，报警灯常亮，蜂鸣器常鸣。系统点火成功后，前后轮加热器正常工作，即液化气在前轮加热器和后轮加热器内正常燃烧，燃烧产生的热能通过红外转换板对轮胎进行辐射加热，轮胎的温度将迅速上升到操作人员事先设定的温度，当前轮红外传感器测量的前轮胎温度达到设定的温度时，温控系统便发出指令，关断前轮加热器内的电子阀门，切断气路。当后轮红外传感器测量的后轮胎温度达到设定的温度时，温控系统同样发出指令，关断后轮加热器内的电子阀门，切断气路，燃烧停止。等到轮胎温度下降到设定的温度后，系统又会自动开启，加热器重新工作，继续对轮胎进行自动加热。在加热器对轮胎加热的过程中，为了使轮胎的温度迅速上升，本系统设置了前轮加热器挡风罩和后轮加热器挡风罩，可以尽量的减少热量损失。本系统的工作和压路机的行驶信号相关联，当压路机停止的时候，空挡开关发出信号切断温度控制系统电源，使本系统不能工作，也就是说，加热器不会对轮胎进行定点加热，从而避免把轮胎加热烧坏的现象出现，当压路机行走后，空挡开关发出信号，供给温度控制系统电源，使本系统正常工作。
4 系统应用
红外加热 篇6
随着茶叶加工技术日趋绿色、环保、节能，利用煤炭、柴禾等传统能源的茶叶加热方式已经无法满足茶叶工程标准化、清洁化的要求。为此，学者们借鉴在粮食、果蔬、烟草等其他农产品广泛应用的远红外加热方式，探索其在茶叶加工关键环节的应用效果[1]。近年来，远红外加热技术在茶叶及其制品加工中得到了一定的应用，也越来越受到茶叶研究者的青睐，逐渐成为茶叶加工及其品质调控的研究热点。
远红外辐射加热技术优势明显，运用该技术进行灭酶和干燥具有可选择性加热(辐射能被加热物体大量吸收)、加热速率快、能量利用效率高及生产营养价值高的产品等特点[2]。若能充分发挥远红外加热技术在茶叶加工中的效能，对于推动我国茶叶加工装备技术升级有重要作用。因此，主要综述了远红外辐射技术在国内外的研究概况，包括在茶叶加温萎凋、杀青、干燥等工艺上的应用，以及茶叶远红外杀青机、远红外烘干机的设计研究现状，旨在推动远红外加热技术在茶叶加工中得到更好的应用和发展。
1 远红外加热工作原理
根据美国材料检测协会的分类法规定，远红外线(Far Infrared，简称FIR)波长为25～1 000μm。远红外加热技术是利用辐射能进行加热的过程。其加热原理是:远红外辐射材料对其它能量的有效转换，同时远红外线被加热物质吸收而达到杀青干燥等目的。因物质分子中的电子本身处于一定的能级，受到辐射能的激发会产生能级跃迁等复杂的运动;当远红外辐射波长与物质吸收波长一致(匹配)时，该物质会大量吸收远红外线，产生类似“共振”的强烈振动和旋转，并扩大了以平衡位置为中心的各种运动的振幅，使物体内能增加，其宏观反映就是物体温度的升高[1];而周围的空气由于吸收波长与远红外辐射波长不匹配，所以不吸收或透过红外线。换言之，远红外加热技术与对流和传导方式相比，不需对中间介质进行加热，因此远红外技术具有热效率高、加热质量好、节约能源等优点。由于该技术优势明显，其应用和推广将成为未来茶叶加热技术的发展趋势。
红外辐射传热装置是依靠加热板的热辐射能进行灭酶和干燥物料的过程。这类装置的关键是选择辐射能强的加热板和茶叶容易吸收的波长，使其分子振动波长与远红外光谱的波长相匹配，因此必须根据加热物料的特性来选择最适合的辐射元件。过去一般用3μm以下的近红外波段加热，而目前应用较多的是远红外陶瓷加热板[3]。红外辐射传递机制依赖物料的含水量，通常只能穿透含水物料表层[4]。在辐射加热过程中，制品的反射和吸收的能力随着含水量的减少而降低[5]。因此，远红外加热适用于薄层物料加热，而对于厚层物料采用短波加热效果更好;但是由于短波加热温度高，容易在农产品干燥过程中造成变色和质量下降，所以近年来多集中于中远红外区域研究农产品的加热[6]。
茶叶在杀青和干燥过程中会发生物理和化学特性等方面的变化。其变化与茶叶本身水分含量和分布密切相关，主要发生两个过程:一是热量传递，二是水分蒸发(固定茶叶品质)，即杀青和干燥都发生着复杂的传热传质过程[7]。就目前来看，红外技术在粮食、果蔬中的应用较广泛。胡洁等研究远红外真空干燥表明，采用远红外真空干燥能显著改善产品的外观、复水性，而且对营养成分的保留也有明显的效果[8]。但由于茶叶与果蔬、粮食相比差异大，尤其是茶叶加工中杀青、干燥等关键工艺及其理论研究较少，所以基于远红外加热技术的茶叶加工学研究尚处于初级阶段，而茶叶加工厂又亟需置换落后和污染型机械，因此有必要进一步对红外灭酶、干制技术和设备进行研究[2,7]。
2 远红外加热技术在茶叶生产加工中的应用
2.1 远红外加温萎凋提高乌龙茶品质
采用先进的微波远红外机械晒青设备、远红外晒青设备及红外电热管连续化萎凋设备，可实现茶青的如意晒青，在阴雨天也能做出好茶。日本每年要从我国福建、广东及台湾进口1万t以上的乌龙茶[9]，为降低成本，日本开始研究自制乌龙茶。但由于日本多数品种较适合制作绿茶，而且生长环境与我国乌龙茶产区也有较大差异，加上未能掌握乌龙茶加工的关键工艺，所以日本自产乌龙茶品质显著低于我国乌龙茶。为此，日本开展了大量研究，研究发现采用远红外线加温萎凋可显著提高乌龙茶品质:以萎凋温度40℃、远红外线辐照强度为1kW照射茶叶进行加温萎凋[10]，之后按常规方法加工乌龙茶。这样制成的乌龙茶的醇类和吲哚等芳香物质比常规方法高5%～10%，而且其色香味均优于常规加工的乌龙茶。
福建农林大学、福建省安溪县韵和机械有限公司联合致力于乌龙茶清洁化生产线关键技术装备的研究，该生产线中第1道工艺(自动晒青)采用冷、热风及远红外对茶青进行全天候处理，改变了乌龙茶依赖日光晒青的现状，极好地解决雨水青的加工问题。
2.2 远红外杀青技术研究
2.2.1 运用远红外技术优化杀青工艺
微波杀青技术虽然具有升温迅速、温度均匀、热效率高、杀青均匀一致等特点，但成品茶香气不高。潘科[11]通过改变微波辐射强度和转速，同时辅助远红外照射，探索微波、远红外杀青处理对绿茶杀青和品质的影响。秋茶试验表明，微波结合远红外辅助杀青时，在高微波辐射强度、高转速情况下，杀青效果较好，其杀青叶含水量在61%左右。春茶试验表明，微波结合远红外辅助杀青时，在低微波辐射强度、低转速情况下，杀青效果较好。审评结果表明，成品茶的香气、滋味略优于传统杀青制成的绿茶。可见，远红外技术能优化杀青效果和提高成品茶品质。
朱德文[12]研究微波远红外耦合对绿茶杀青效果和品质的影响，通过正交试验设计，优化微波远红外耦合杀青工艺，得到较好的耦合工艺参数:投叶量0.5kg/min，微波的杀青功率10kW，耦合远红外辐照6kW，杀青时间为先采用微波1.5min，后采用远红外辐照1.5min。此工艺制成的绿茶的香气、滋味、品质优于其他杀青方式，杀青时间和能耗成本也比传统杀青节省。该杀青工艺极好地克服了微波杀青成品茶香气不高的缺点，同时能较大程度地保留茶叶品质成分，减少杀青作业对茶叶品质成分的破坏，为茶叶杀青工艺的优化和节能提供参考。
2.2.2 结合远红外杀青技术进行单机节能和改造
系统节能和单机节能是低碳经济的要求。其中，热源设备的节能改造是单机节能的重要组成部分[13]。目前，我国在杀青设备中，低效高污染的老式设备占大多数。传统的滚筒式茶叶杀青机具有生产效率高、操作方便、成品茶香气高和滋味醇和等特点，但传统杀青机所用能源多为煤碳、柴禾或液化气，加热方式落后[14]，温度难以控制，杀青效果也常常依赖制茶师的经验判断(杀青时需要制茶师在出料口守候，揉捏和嗅闻杀青叶，以判断杀青是否适度)，若未及时出叶，极易出现焦叶[15];而红外辐射杀青技术是高效、节能的技术[16]，学者多集中于研究以红外辐射加热代替或辅助传统加热，并设计模糊控制系统，改造茶叶杀青机。
郝朝会[17]以红外辐射管为热源，设计改造滚筒杀青机(如图1所示)，对筒体设置了倾斜角度，并改变传统以柴禾、液化气等为热源的杀青方式，以红外辐射为热源对茶叶进行杀青。将加热器放在滚筒的中心位置，杀青时驱动装置通过主动托辊驱动筒体旋转，茶树鲜叶(萎凋叶)在离心力作用下沿着加热器和滚筒轴向做斜抛往复和向前推进运动，至出料口端流出杀青完成。其中，滚筒的倾斜角度至关重要。但笔者认为，单靠倾斜角度的调整可能无法将杀青叶及时送至出料口，杀青时间延长，会造成杀青过度，影响杀青效果。因而，需要在滚筒内壁增设旋转轴(或导叶板)，同时调整滚筒的倾斜角度和旋转速度，从而更好控制杀青时间和温度，确保杀青适度，使杀青叶的内含物向有利于发展优异品质的方向转化。针对滚筒式茶叶杀青机的温度易波动和难以控制等特点，郝朝会[18]设计了一套自适应模糊PID自动控温系统。其原理是根据投叶量的不同，采用红外测温器实时监测滚筒内温度，并反馈到控制电路，及时对热源进行变功率调节，可根据投叶量的多少调控杀青时间和温度，使茶叶杀青均匀和适度[17]。但由于该研究没有制作成样机进行相关试验验证，因此该设备的适应性和实用性还需要进一步探讨[14]。
1.主动托辊2.前支架3.控制柜4.后支架5.辅助托辊6.风选装置7.出料口8.红外测温器9.拨板10.保温层11.红外辐射器12.滚筒壁13.进料斗14.驱动转置
2.3 红外干燥技术研究
2.3.1 茶叶干燥现状及其存在问题
目前，茶叶烘焙主要有传导、对流和热辐射等方式。其中，微波和远红外辐射均为电磁辐射技术。与传导、对流干制相比，远红外辐照不需要加热空气，可以直接提高叶温，因而干燥率较高;而微波干燥时，微波辐射引发茶叶内部的水等极性分子频繁碰撞而瞬时产生摩擦热，使茶叶内部先热并迅速失水，容易造成加热不均匀，也不利于香气的生成，因而其焙香效果不如远红外烘焙;红外干燥时，茶叶大量吸收红外线后，引起内部分子发生振动并转变为热能，使茶条内外加热均匀并达到烘焙的目的，由于其加热原理更接近传统炭火烘焙，所以它能达到与炭火烘焙相近的香气[19]。
虽然红外加热技术优势明显，但在茶叶领域的应用并不广泛。陈兆凤等人分析了红外技术在国内外茶叶加工中难以推广的原因，提出红外辐射能虽然具有环保节能的优点，但是红外辐射装置造价较高，其维护和检修也比较复杂，加上国内电力供应紧张，从而导致其难以广泛应用[20]。不过，远红外加热技术适应低碳节能的要求，无疑将成为日后茶叶加工的主要能源之一。
2.3.2 结合远红外干燥技术进行单机节能和改造
采用红外线干燥工艺，水分子的热运动转换为热振动，这样物料的加热速度更快、效率更高[21]。有报道称，浙江省金华工科研制了一款振动的蒸汽热风耦合远红外的茶叶烘干机，烘干时翻滚运动中的茶叶一边接受热风、远红外辐射的双重干燥作用，一边散失水分并紧条，其能耗节约20%左右[7]。
日本蒸青煎茶的精制工艺与我国炒青绿茶精制工艺类似，其茶叶复火机械独具特色(如图2所示)。在精制厂中大量推广使用远红外-传导滚筒复火机，导叶板螺旋角很小，滚筒轴线处安有一棒型燃气远红外发射器，下设有石油液化气加热炉具[22]。
1.棒形燃气远红外发射器2.导叶板3.液化气加热炉具4.驱动装置
权启爱等研究红外烘干机在名优绿茶加工中的应用效果，分析茶叶生化成分和感官审评结果，并对红外烘干机的结构和原理进行阐述。研究表明，该烘干机干燥效果良好，对比传统电热烘干的茶叶，色泽更绿、香气更清新、滋味更鲜爽[23]。李兵[19]等根据六安瓜片烘焙工艺的要求，设计了用于拉火工序的远红外烘焙机，并研制了模糊PID系统控制温度(如图3所示)，机内置有陶瓷红外线辐射器，通过温度传感器来采集叶温。试验表明:叶温为80℃时，远红外烘焙的碎茶率为5%(对照人工烘焙碎茶率为15%)，审评结果为茶叶品质优于炭火烘焙。
1.排湿装置2.远红外辐射装置3.温度传导装置4.烘干机机架5.远红外辐射器支架6-8.分别为上、中、下输送带9.中间振动送料器10,11.上下振动送料器
对红外辐射技术的进一步研究发现，美国农业部科研院所和加利福尼亚大学联合发明了一种同步灭酶脱水技术(IDBD)。该技术能够使杀青和干燥一步到位，而且运用该技术制得的茶叶产品品质优于传统蒸汽灭酶[2,24]。这有望应用于蒸青绿茶的加工，从而保持蒸青绿茶“干茶绿、汤色绿、叶底绿”的“三绿”特性。但该技术对其它茶类的加工应用性不大，因其他茶类注重香气和滋味，需要在茶叶特定加工工序中，诱导内含物适度、有效转化;如果时间过快，直接影响茶叶香气、滋味等品质成分的形成。
2.4 远红外辐照技术对茶叶品质和理化成分的影响
2.4.1 远红外辐照技术提高茶叶品质及其功能成分
Seung-Cheol Lee[25]为研究远红外辐照对成品绿茶的物理化学特性的影响，采用远红外辐照技术，辐照成品绿茶，试验设置8个温度(80,90,100,110,120,130,140,150℃)，各辐照10min。结果表明，非辐照处理的绿茶(作为对照)，茶多酚总量为244.7mg/g，黄烷醇总量为122.0mg/g;90℃远红外照射下的绿茶，茶多酚总量为368.5mg/g，黄烷醇总量为178.7mg/g。试验表明，远红外辐照能较大限度地保留绿茶茶多酚和黄烷醇的总量。此外，远红外辐照也显著影响EGC和EGCG的含量，二者保留量都有所增加。亚硝酸盐清除能力也随着远红外辐照温度的升高而提高，直到温度达到110℃不再提高。同时，绿茶受90℃和100℃辐照后，整体色泽几乎不受影响，表明绿茶制品适应90～100℃的辐照范围。研究表明，成品绿茶的品质化学成分和亚硝酸盐清除能力显著受到远红外辐照的影响。
So-Young Kim[26]运用远红外辐照技术研究对加工过程中绿茶品质的物理化学特性的影响。以90℃的远红外照射10min(取代传统杀青)，其他工序按常规加工。结果表明，常规加工绿茶的茶多酚总量为475.6mg/g，远红外辐照杀青技术制成的绿茶茶多酚为811.1mg/g;二者的黄烷醇总量分别为175.7,208.7mg/g,EGC含量分别57.68,89.88mg/g,EGCG含量分别为9.60,16.33mg/g。此外，辐照后抗坏血酸、咖啡因和亚硝酸盐清除能力也显著增加;对绿茶色泽的影响不大。研究表明，远红外辐照能显著影响加工过程中绿茶的化学性质和成分，并且能够获得优质绿茶。
Ji-Hee Park[27]设置3个远红外辐照处理:处理1—杀青时进行远红外辐照;处理2—初干时进行远红外辐照处理;处理3—杀青时进行红外辐照结合足干后再辐照处理。以常规加工工艺为对照(不进行远红外辐照)，结果如表1所示。由表1可知:经辐照后，绿茶的品质成分(如茶多酚总量、黄烷醇总量及儿茶素组分)得到较大限度的保留。亚硝酸盐清除能力在p H值3.0和pH值4.2时显著增加，但在p H值6.0没有显著的差异。绿茶的甜醇、鲜味和香气在辐照后增强了，而苦涩味降低了。研究同样表明，远红外加热技术对绿茶加工过程中的化学成分和品质有显著影响。
Pitchaporn Wanyo[28]等为提高桑茶的色泽和抗氧化性能，结合远红外辐射与热空气对流技术进行干燥。结果表明，经远红外辐照后，干茶色泽接近鲜叶色泽，而常规加工的干茶色泽比较深暗。远红外辐照的干茶的总酚酸含量(TPC)和黄酮总量(TFC)的保留量显著大于常规加工的桑茶。DPPH法研究结果也表明，经辐照后的桑茶清除自由基能力更强。研究表明，远红外辐照技术在保留桑茶抗氧化性和酚类化合物方面有显著作用。
综上所述可知:与常规加工相比，远红外辐照处理的茶叶及其茶制品的品质化学成分(如茶多酚及其氧化产物)得到更好的保留;同时，其抗氧化效果也较优。但是，目前学者们尚未对红外辐照技术能够提高绿茶品质成分保留量的机理进行研究，因此其机理尚不明确。
2.4.2 远红外复干改善茶叶品质
在茶叶复干方面，国内的韵和机械公司研发了多能量茶叶醇化机。该设备内部设有微波发射装置和远红外加热装置，在复合烘干工序，微波和远红外线耦合可均匀地辐照在烘焙中的茶叶上，短时、一次性完成醇化提香，从而提高乌龙茶品质、降低加工成本，应用性较强。微波处理茶样香气清香或清花香，远红外处理茶样偏火功香或带花香;微波处理使茶汤滋味转纯正和清纯，鲜爽性好，远红外处理茶样鲜爽度不够;而微波远红外耦合烘焙的效果最佳，能有效弥补二者的不足，使香气芬芳、滋味鲜爽。
国外在茶叶复干方面也有一定研究。俄罗斯是红茶的主要进口国，为解决红茶积压、陈化问题，研究出一种“先添加芳香浸出液，再采用远红外线复干”的新方法:将食用植物的芳香浸出液添加到陈化红茶中，再运用远红外线辐射烘干;工艺参数为芳香浸出液添加量1.2%，复烘温度74℃，加热5.5min[10]。通过热作用使加入的芳香液浸入茶叶内部，并转化形成次生芳香物质，从而驱散陈味。研究表明，芳香液结合远红外加热复干，不仅能改善陈化红茶的色泽，也能有效提高其内质香气和滋味。
3 问题和展望
目前，远红外加热技术在茶叶领域的研究不断发展，但还需在以下环节加强研究:(1)在加工工艺上，根据茶叶的物理化学特性选择合适的辐射元件，并优化工艺参数。研究茶叶杀青和干燥时不同波长下的吸收率和穿透率，使操作过程最优化，以获得最佳参数和最佳产品[2]。同时，加强红外能灭酶和干燥的理论研究，生成杀青和干燥曲线、辐射温度变化曲线、茶叶温度变化曲线，以便准确、实时反映茶叶红外辐射过程特性，获得茶叶在红外能加热条件下的传热传质参数，从而优化加工工艺和提高品质。(2)在设备节能和单机改造上，进行红外杀青、脱水干燥设备的优化设计，加强远红外加热器、远红外涂料和远红外真空干燥设备在茶叶上的应用研究[29,30]。(3)在连续化生产线上，鉴于茶叶加工工程机械化、自动化、智能化的要求，红外杀青、干燥等工序的连续化系统研究将成为研究热点和难点之一。(4)远红外耦合微波等加热方式能有效改善茶叶的香气和品质，达到相得益彰的效果，因此也要加强该方面的研究。
红外加热 篇7
唐钢第二钢轧厂型钢车间自成立时加热炉出钢根数一直延用黑板手动记录每炉钢的炉号、根数及班产量。在更换品种时, 要在钢坯入炉时在钢坯上放置耐火砖, 用来区分钢坯轧制品种。操作工人在每根钢坯出炉时, 都要在黑板上画上一笔, 同时操作工人又要操作控制开关, 控制钢坯前进, 翻转并通过水除磷后顺利进入650轧机。为了降低工人的劳动强度, 用自动化设备替换工人手动记录钢坯根数, 提高操作记录的准确性。
炉尾装钢时, 将同炉号的钢坯分东西两排对称装入炉内, 因此在前排拉钢时, 要将东西两排对称将钢坯拉出炉膛。将红外测温仪放置在加热炉出口处, 当钢坯出炉时检测到钢坯温度信号。在设计的程序中累加一根。轧制品种多是型钢生产的特点, 品种有:角钢U型钢, 工字钢, 轻轨等多个品种, 每个品种又分为多种规格, 每一种规格又有差异, 因此根据钢坯的炉号进行钢坯计数统计, 最后要做班产量 (8小时) 累计统计。
2 系统构成及控制原理
2.1 工作原理
本系统采用西门子s7-300模块化微型PLC系统实现自动控制。整套系统只使用了一个电源模块, 一个CPU模块及一个模拟量模块。当系统通过一次仪表红外测温仪采集到钢坯温度, 并将4-20m A信号远传输出, 送入s7模拟量模块。其工作原理图如 (图1) 所示:
2.2 系统启动及操作流程
在画面中根据实际情况将炉号输入程序中, 将每一炉号钢坯根数对称输入东西两排。以东排钢坯为例:每排根数递减, 直至钢坯根数为零时, 下一炉钢坯炉号自动下移一行, 同时下一炉钢坯根数也将自动下移一排, 以此类推。系统启动流程图如下 (图2) 所示。
具体操作步骤如下:
(1) 每班接班后, 先将东西排拉钢根数清零。 (2) 输入炉号及东排西排钢坯入炉根数。输入炉号时, 先输入西排炉号, 然后按 按钮, 东排炉号自动生成, 无需再输入。输入炉号由下自上输入, 最下面的是第一炉。即为当前炉号。 (3) 进行数据采集, 测温仪安装在加热炉出炉口的正对面, 随时采集出炉口的温度, 当钢坯从出炉口滑落时, 钢坯温度大于1000℃, 测温仪采集到温度信号, 系统进行出炉钢坯总跟数累加, 且当前炉号钢坯根数减1。 (4) 加热炉对钢坯的加热, 产生的氧化铁皮有时也随着钢坯的滑落而滑落下来, 氧化铁皮的温度也是高于1000℃的范围之内, 为防止发生数据采集错误, 在画面上制作两个调整按钮, 操作工及时查看根数, 发现上述情况时, 操作工可即时调整+1或-1按钮修正, 防止炉号和根数发生错乱。 (5) 当前炉号和钢坯数递减为零时, 下一炉的炉号和钢坯根数自动下一只当前状态, 东排、西排根数接着自动累加, 依次类推。当本班停车时, 东排、西排及班产量可以从画面上直接得到。 (6) 系统还制作了钢坯根数、每炉的钢坯根数及东西排钢坯根数的趋势图, 以方便操作人员、调度人员随时查找, 整体控制轧钢的速度, 保证轧制产量。 (7) 在WINCC换面中还制作了文本输入画面, 方便炉号输入, 记录生产事项如换品种、改尺等可以输入的文本。
3 结语
红外测温仪对型钢加热炉出炉钢坯根数的自动控制系统自试运行后, 一直运行平稳。在试运行期间, 能够准确地记录出炉钢坯根数, 将原有用粉笔在小黑板上的记录方式从根本上解决了。由手动记录方式改进为自动控制记录方式。很大程度的提高了工作效率, 降低了操作工人的工作强度。
红外测温仪对型钢加热炉出炉钢坯根数的自动控制在实施过程中, 效益会不断体现, 自动化控制必须坚持“以数据为中心, 实现数据标准化, 完善数据最优化”的原则。其价值在于数据的真实性、准确性、及时性。只有通过建立健全数据管理的规范及制度, 并针对暴露出来的问题进行有效处理, 不断优化, 才能保证系统数据质量, 保证生产的顺利进行!
摘要：本文主要论述了第二钢轧厂型钢车间加热炉出炉钢坯根数的控制原理、操作流程以及运行状况。
