근적외선의 방사선 가열에는 할로겐 히터를 사용합니다. 약 3000℃의 발열체로부터 방사되는 전자파 중, 최대 파장은 근적외선의 영역의 약 1μm입니다. 최대 파장을 정점으로 볼록한 포물선을 그려 단파장에서 장파장까지 방사하고 있습니다.
원적외선의 방사선 가열에도 할로겐 히터의 사용이 가능합니다. 이는 할로겐 히터에도 원적외선 영역의 방사선이 포함되어 있기 때문입니다. 그래프로부터 물체 온도가 높은 쪽이 모든 파장에 있어서 방사 에너지 밀도가 높은 것으로부터 알 수 있습니다. 파장이 길어지면 유리한 측면도 떨어집니다.
할로겐 히터도, 출력을 조정하면 피크 파장을 원적외선~근적외선까지 바꿀 수 있습니다만, 필라멘트 온도를 제어하는 것은 어렵고, 임의의 온도(최대 파장)에 조정 맞추어를 출력하는 것은 어렵습니다 . 원적외선 히터는 발열체의 종류에 따라 가능합니다.
결론적으로 근적외선 가열 할로겐 히터는 고온 가열과 순간 가열에 적합합니다. 그것은 발열체 온도를 고온으로 할 수 있고, 상승 시간도 원적외선 히터에 비해 빠르기 때문입니다. 원적외선 히터는 발열체 온도가 낮기 때문에 피크 파장과 다른 파장의 차이가 완만합니다. 이 특성 때문에 불균일이 있는 물체의 가열이나 고온에서는 가열할 수 없는 물체에 적합합니다.
근적외선 히터를 선택하는 가열 예
예 1, 금속의 경우, 일반적으로 파장이 짧은 방사선이 흡수율이 높기 때문에 할로겐 히터가 유리합니다. 원적외선 히터에서의 가열은 파장의 차이와 밀도의 차이로부터 어느 정도의 온도로는 상승하지만, 할로겐 히터의 가열 온도까지는 상승하지 않습니다.
예 2, 히터의 외형 치수가 동일하면 일반적으로 파장이 짧고 고출력이 가능한 할로겐 히터가 유리합니다. 원적외선 히터에서 고출력 가열이 어려워 할로겐 히터의 가열 온도까지는 상승하지 않습니다.
원적외선 히터를 선택하는 가열 예
예 1: 검은 글자가 인쇄된 흰 종이를 원적외선 히터로 가열하면 비교적 전체 온도가 상승합니다. 근적외선 히터의 경우 검은 글자 부분이 다른 흰색 부분보다 강하게 가열되고 가열 지점에 불균일이 나타납니다. 이 원인은 색의 차이에 따라 적외선 흡수율이 달라, 근적외선 히터는 발열체 온도가 높고 최대 파장과 다른 파장의 차이가 크기 때문에 발생합니다.
예 2, 페인트를 칠한 재료를 원적외선 히터로 가열하면 칠한 페인트 전체가 건조됩니다. 근적외선 히터의 경우, 페인트 표면은 건조하지만 내부는 건조하지 않은 상태가 발생합니다. 이 원인은 근적외선 히터와 원적외선 히터의 에너지 밀도의 차이입니다. 당연히 발열체 온도가 높은 근적외선 히터가 밀도가 높기 때문에 빨리 건조하지만 순간적으로 점등하기 때문에 표면과 내부의 차이가 나옵니다.
램프에서 방사되어 물체에 입사한 빛은 통상의 불투명한 물체에서는 일부가 반사되어 일부가 흡수됩니다. 흡수한 빛이 가열에 기여합니다. 물체에서 반사된 빛을 돔형 반사율이 높은 소재로 덮음으로써 물체에서 반사된 빛이 재반사되어 물체에 입사하여 일부 빛을 다시 흡수합니다. 이 사이클을 반복함으로써 단시간에 효율적인 가열이 가능합니다. 돔형으로 물체를 덮는 방법이 최선입니다만, 물체의 주위를 둘러싸는 것만으로도 효과가 있습니다.
이 방법을 「재반사 가열법」이라고 부릅니다. 자세한 내용은 “재반사 가열 방법”페이지를 참조하십시오.
효율적으로 가열하기 위해서는 과열 대상물이 어느 파장 범위에서 흡수율(방사율)이 높은지 어느 온도까지 과열 대상물을 승온시키는가가 포인트입니다. 예를 들어, 석영 유리는 자외선, 가시광, 적외선을 폭넓게 투과하는 물질이지만, 4μm를 넘는 적외선의 투과율은 0 부근까지 저하합니다. 석영 유리의 가열은 원적외선 파장이 유리하다.
모든 파장에서 흡수율이 100%인 이상적인 물질을 흑체라고 부릅니다. 플랑크의 법칙에 따라 물체 온도가 낮아지면 원적외선 방향으로, 높아지면 근적외선 방향으로 최대 파장은 시프트 흡수율이 4㎛를 최대 파장으로 하는 흑체는 451℃입니다.가열 온도가 451℃일 때에 최대 파장을 4㎛로 조정하면 매우 효율적인 가열을 할 수 있습니다만, 451℃ 이상의 가열은 할 수 없습니다.
흑체 온도가 높을수록 최대 파장시를 포함한 모든 파장에서도 방사 에너지 밀도가 발열체 온도가 낮은 것보다 높아집니다. 따라서 고온 가열에서는 물체 온도가 높을수록 유리할 수 있습니다. 할로겐 히터의 발열체인 텅스텐 필라멘트의 방사선은 흑체 방사선과 대부분 일치합니다. 즉, 원적외선 영역의 가열에서도 고온 가열의 이용에서는 할로겐 히터가 적합하다고 말할 수 있습니다.
