前言


 


傳統加熱方式,熱量是由“外向內”逐步的將產品加熱乾燥,熱量傳達就好象骨牌效應一樣,熱量必須藉由分子一個接著一個倒下來傳達到內部。材料越厚則乾燥過程愈慢。往往產品內部溫度到達所需要的溫度時,外表則已經被過度加熱了。因此傳統加熱方式不僅費時且耗能,並且需要巨大的設備和空間。


到目前為止,我們人類對於加熱之觀念一直都被局限於“對流”、“傳導”、“輻射”三種表面加熱方法而已。近年來利用“被加熱物體本身分子磨擦生熱之原理”所發展出來之誘電加熱(包括高周波與微波加熱)被廣泛應用於工業加熱乾燥用途上面。此種加熱方法不像前述之三種方法,熱量不需要穿透物體表面,而是將電磁波能量直接穿透物體內部轉換成為熱量的一種方法,也被稱為“第四種加熱方式”。


這種新的加熱方式目前被工業界廣泛應用於紡織染整纖維乾燥、紙管乾燥、食品乾燥、殺菌、膨化、冷凍肉品解凍……等用途上面。


1.            何謂高周波(射頻)?


一般商用電源頻率為50Hz60Hz),亦即交流電每秒鐘以正弦波方式正負不斷的變換各50次(60次),而高周波則每秒正負來回變換好幾百萬次,此種高頻率的交流電則被稱之為高周波。


Hz=週期/    K=1×103(千)M=1×106(百萬)G=1×109(兆)









λ(波長)=



300×106(音速)



f(頻率)



2.            頻率範圍:


   0~1KHz——低周波——溶解爐…


   1K~100KHz——中周波——熔解、鍛造、熱處理…


   100KHz~300MHz——高周波——乾燥、熔著、加熱殺菌、解凍…


   300MHz~300GHz——微波(915MHz,2450MHz)——加熱、乾燥、殺菌、解凍…


3.            高周波應用分類:


A)          誘導加熱Induction Heating)——被加熱物為導體——使用頻率一般低於10MHz——應用例:熔解、鍛造、焊接、有縫鋼管製造、淬火、回火、加熱(電磁爐)……


B)          誘電加熱Dielectric Heating)——被加熱物為絕緣體(例如木材、紙、纖維、塑膠……)——使用頻率介於1MHz~2450MHz——應用例:PVC溶著加工,木材膠合成型,食品,纖維之乾燥加工,陶瓷預幹,食品殺菌,解凍……


4.            何謂誘電(介質)加熱?


   大多數對電氣絕緣之物體,例如木材、紙、纖維、塑膠等被置於高周波的高壓電場內都會產生電氣上的損失係數,而這些電氣損失係會在物質上明顯的產生熱量(屬於高損失材料),但某些材料如幹的砂,幹紙,玻璃及PP等則只產生一點點熱量或根本不發熱(屬於低損失材料),大部份射頻(介質)加熱使用的頻率均介於10MHz~1,000MHz之間,而使用較高頻率的微波加熱應用例則不斷的在工業界快速成長中。


   將被加熱物體置於高周波兩片平行電極扳內形成一個電容器式的加熱機構,也被稱為介質高周波射頻或電容式加熱,除了平行電極式外尚有其它的加熱機構,例如迷走電極Stray-Field Electro),或頻率更高的微波共振腔體Cavity)或波導式加熱器等方式,而電極形式也可以採取具有圖案的方式置於壓床內加壓(例如PVC熔著加工成形等)。


   由於熱量直接由物質內部產生,因此具有加熱迅速且均勻之特性,在乾燥之應用上射頻能量的吸收與物質內含水率大小成正比,含水率越高則吸收功率越大,因此具有自己調節功率之特性。


   具體上射頻加熱能將輸入功率50%~60%,有效地在物體上轉換成熱量。


5.            誘電加熱之工作原理:


   一般絕緣物質(介質)均由極性分子非極性分子組成,如果將此物質置於高周波電場內,則物質內之極性分子會隨著高周波頻率迅速不斷的交互重新排列(同性相斥,異性相吸之原理),導致分子間快速轉動摩擦而生熱,就好象我們用雙手相互快速摩擦生熱一樣,摩擦的越快則發生的熱量越大。


   高周波加熱與微波加熱基本原理相同,但加熱方式不同,一般來說高周波加熱需要藉由電極機構來達成,而微波加熱則只需要一個密閉金屬腔體再將微波能以波導導入即可,或直接利用波導開槽縫,加熱物體直接由波導中間之開槽通過加熱。


   另外高周波使用頻率比微波來得低,因此具有較長的波長,對物質的穿透力也較深,適合較大型物體之加熱。


6.            高周波加熱之特色:


A.          加熱速度快


常規的加熱如熱風、紅外線等都需要藉由對流傳導輻射的手段由物質的外部向內部來逐步加熱,如果要使中心部位達到所需之溫度,需要一定的時間,而熱傳導性較差的物質,所需時間更長,往往使得物質表面產生過熱現象而損害物質,而且乾燥過後往往需要一段很長時間來均衡內外溫度與含水率。


高周波(射頻)加熱,熱量是由物質內部自己產生,因此加熱迅速,被加熱物質溫度內外均勻,沒有表面過熱與表面損傷的情況發生,也不需要末段的均衡工程。使得由傳統乾燥需要20~40小時的時間可以大幅減少為10~20分鐘。


B.          選擇性加熱


如果有兩種不同材料一起放置在高周波加熱設備內,高周波之功率強弱會按照物質的損失係數大小比例自動調節。因此我們可以選擇PP材質或玻璃纖維來當作輸送帶材料,因為它們的損失係數很小,不會產生熱量,相同的原理在乾燥紙張或纖維等物質時,高周波能量會集中在較濕的部份(因為含水率越高損失係數越大)而較幹部份則吸收較少的能量,如此可以自動調節產品的含水率達到均勻一致。


C.          減少待機時間與精確溫度控制


高周波加熱機器可立即起動與停止,不需待機時間,藉由輸送速度與功率大小的調節可精確控制產品的最終含水率。


D.          大幅節省空間


因為加熱時間比傳統方式大幅縮減,因此也可以大量節省設置空間,在寸土寸金的今日,可節省一筆土地廠房之投資。


E.          改善操作環境


傳統加熱方式往往產生很多廢熱與損壞的不良產品,而高周波加熱則不產生廢熱,操作環境優雅,產品不良率幾乎降為零。


F.           節省能源


高周波加熱是由被加熱物體自體產生熱量,能量直接轉換為熱量,不需要靠傳導,因此效率極高,可節省大量能源。


7.            高周波基本應用:














































 



           



陶瓷/耐火物



粉料乾燥、三元催化轉化器預幹、絕緣板等乾燥



玻璃纖維



紗、線、布等之乾燥工程



纖維/不織布



筒紗、線、布(不織布)乾燥,地毯背膠乾燥,染色固著



木材



夾板乾燥、纖維板之預熱,原木乾燥



泡棉



乾燥,加熱成型,發泡



/印刷



紙管乾燥,水分平衡,護膜乾燥,水性油墨乾燥,辦公室報表紙膠水快速烘乾,厚紙板乾燥



塑膠



預熱、熱定型、射出成型



食品



預煮、殺菌、解凍、烘培、乾燥



鑄造



砂模砂心硬化定型、脫脂、脫蠟



橡膠



預熱、乾燥與發泡



化學



促進反應、三元催化



醫療



醫療廢棄物的消毒



土壤



被污染的土壤還原再生



 

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