Ultravioletverwarming

Hoe werkt ultravioletverwarming?

Bij ultraviolet verwarming worden producten behandeld door ze te bestralen met ultraviolet licht. De ultraviolet lichtbron lijkt op de infrarood bron. Bij ultraviolet wordt het licht echter niet door een hete metalen draad opgewekt maar door een gasontlading. Meestal worden daarvoor met kwikdamp gevulde kwartsbuizen gebruikt. In de buis bevinden zich elektroden waartussen een hoge spanning staat. Deze hoge spanning wekt de gasontlading op. De golflengte van ultraviolet licht, opgewekt met kwikdampbuizen, ligt tussen 100 tot 400 nanometer. In plaats van buizen worden tegenwoordig ook UV-LED's gebruikt als lichtbron. Ultraviolet lampen zenden behalve ultraviolet licht ook zichtbaar en ten dele ook infrarood licht uit. Bij ultravioletverwarming is eigenlijk niet zo zeer sprake van verwarming maar van het bewerkstelligen van chemische reacties. De reacties worden in gang gezet door de energie van de straling.

Straling

Volgens de kwantumtheorie wordt stralingsenergie uitgezonden in kleine energiekwanta, fotonen. De energie van een foton hangt af van de frequentie van de straling en wordt volgens de Wet van Planck gegeven door E = h f. Hierin is h de constante van Planck ( h = 6,62608 10^-34 Js) en f de frequentie (in Hz). De energie van een foton is dus heel klein. Normaal gesproken wordt energie in deze orde van grootte niet gegeven in Joule maar in eV; 1 eV = 1.6022 10^-19 J.

In de figuur wordt de stralingsenergie van fotonen gegeven in eV voor infrarood en ultraviolet licht, voor röntgen en voor gammastralen. Voor ultraviolet is de energie van de straling hoog; in de orde van eV. Deze energie ligt in dezelfde orde van grootte of is hoger dan de chemische bindingsenergie. Chemische bindingen kunnen door ultraviolet licht worden bewerkstelligd, bijvoorbeeld via het vernetten van inkt, vernis en lak. Chemische bindingen kunnen ook worden aangetast. Dit type straling wordt ook wel gekarakteriseerd als ioniserende straling.

De stralingsenergie, die door een ultravioletlamp wordt uitgezonden en die naar een product wordt gestraald, wordt maar voor een deel door het product geabsorbeerd. Het andere deel van de straling wordt voor een deel door het product doorgelaten en voor een deel door het product gereflecteerd.

In het plaatje is A de geabsorbeerde warmte, D is de doorgelaten energie en R de gereflecteerde energie. De mate waarin een product reflecteert, absorbeert of doorlaat is sterk afhankelijk van het materiaal waar het product van is gemaakt en van de hoek waaronder de straling op het product valt. De meest gunstige situatie bij stralingsverwarming is de situatie waarbij het product alles absorbeert. Ultraviolet verwarming kan alleen goed worden toegepast op producten van een materiaal die de straling goed absorbeert.

Ultraviolet straling wordt ingedeeld naar de golflengte van het uitgestraalde licht. In praktijk liggen de gebruikte golflengtes van ultraviolet stralers tussen 200 en 380 nm. Afhankelijk van de golflengte in nanometers worden drie gebieden onderscheiden;

• UV-A; golflengte tussen 315 en 380 nm
• UV-B; golflengte tussen 280 en 315 nm
• UV-C; golflengte tussen 200 en 280 nm

Installatie

De basis van een ultraviolet installatie wordt gevormd door een buiselement. Het vermogen van een ultraviolet buis ligt tussen de 8 tot 12 kW per meter buis. Buizen zijn beschikbaar vanaf enkele centimeters tot een paar meter. Het rendement ligt rond de 50% ofwel de helft van het toegevoerde vermogen wordt als licht uitgestraald. Daarvan wordt maar ongeveer een derde deel in het gewenste ultraviolet gebied met een golflengte van 240 tot en met 370 nanometer uitgestraald. Om het licht goed te kunnen richten worden zowel elliptische als parabolische reflectoren toegepast. Tijdens gebruik van de ultraviolet buizen neemt het vermogen langzaam af als gevolg van de aantasting van de kwartsbuis. Na ongeveer 3000 bedrijfsuren is het vermogen met ongeveer de helft afgenomen. Ultraviolet buizen moeten dus regelmatig vervangen worden. De levensduur van de buizen kan worden verlengd door:

• de buis niet met de blote hand aan te pakken
• de reflectoren schoon te houden
• condensatie van damp op de buis te vermijden
• de buis goed te koelen
• de buis niet te veel aan en uit te schakelen
• door in plaats van uit te schakelen de buis op half vermogen te zetten

De UV-buizen worden in toenemende mate vervangen door UV-LED's. Met de huidige generatie UV-LED's, kan heel gericht UV straling van een bepaalde golflengte worden uitgestraald. Er is veel minder energie nodig voor het droogproces dan met de traditionele UV-buizen. Daarnaast is de levensduur van de UV-LED's vele malen hoger (ongeveer 25000 branduren) dan van UV-buizen (ongeveer 1000 branduren).

Voor- en nadelen

Toepassingen

Ultraviolet wordt vooral toegepast voor het vernetten, polymeriseren en uitharden van (polymere) coating (verf, lak, vernis en dergelijke) en van inkt op substraten van papier, hout, kunststof en metaal. Bij toepassen van ultraviolet gaat het niet om verwarmen maar om het starten van een chemische reactie in het product door de ultraviolette straling. Daarnaast wordt ultraviolet licht ook gebruikt voor het steriliseren van medische apparatuur, van voedsel en van drinkwater.

Links voor aanvullende informatie