ประโยชน์และโทษของรังสีอินฟราเรด

โดยนายวิรัตน์ ทรงงาม วิศวกรไฟฟ้าชำนาญการพิเศษ
สำนักกำกับและอนุรักษ์พลังงาน กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน

       ในกระบวนการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องใช้พลังงานความร้อนในกระบวนการผลิตเพื่อการแปรรูปสินค้า มีการใช้พลังงานความร้อนที่หลากหลายรูปแบบ ทั้งการหลอม การอบ การต้ม การนึ่ง และรูปแบบอื่นๆ โดยมีแหล่งกำเนิดความร้อนมาจากเชื้อเพลิงหรือไฟฟ้าทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะงานของแต่ละอุตสาหกรรม สำหรับในกรณีการให้ความร้อนด้วยไฟฟ้าโดยทั่วไปมักจะใช้ตัวกำเนิดความร้อนที่เป็นขดลวดไฟฟ้า (Electric Heater) ซึ่งเป็นการส่งผ่านความร้อนจากแหล่งกำเนิดไปยังวัตถุหรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องอาศัยตัวกลางในการนำความร้อน (Conduction) หรือพาความร้อน (Convection) ปัจจุบันได้มีการพัฒนาตัวกำเนิดความร้อนที่เป็นตัวปล่อยรังสีอินฟราเรด (Infrared Emitter) ซึ่งเป็นการให้ความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อน (Radiation) ที่ส่งผ่านความร้อนจากแหล่งกำเนิดไปยังวัตถุหรือผลิตภัณฑ์โดยตรงโดยไม่ต้องอาศัยตัวกลาง ทำให้โมเลกุลของวัตถุที่ได้รับรังสีอินฟราเรดเกิดการสั่นสะเทือนและเกิดความร้อนขึ้นจากภายในเนื้อวัตถุ ซึ่งต่างจากการให้ความร้อนโดยการนำความร้อนหรือการพาความร้อนที่เป็นการให้ความร้อนจากพื้นผิวภายนอกของวัตถุและความร้อนจะค่อย ๆ ซึมเข้าไปภายในเนื้อวัตถุ การให้ความร้อนโดยรังสีอินฟราเรดจะมีประสิทธิภาพในการให้ความร้อนสูงกว่า ใช้พลังงานน้อยกว่า ใช้ระยะเวลาสั้นกว่าและมีการสูญเสียความร้อนน้อยกว่า
       รังสีอินฟราเรด (Infrared : IR) หรือรังสีความร้อน เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.76-1000 um ซึ่งอยู่ในช่วงของแสงที่สายตามองไม่เห็นแต่สามารถรับรู้ถึงความร้อนที่เกิดขึ้นได้ โดยรังสีอินฟราเรดมีคุณสมบัติทางกายภาพเช่นเดียวกับคลื่นแสงที่ตามองเห็นได้ทุกประการ เช่น การหักเห การสะท้อน การดูดซับ หรือการส่องผ่านตัวกลาง 

รังสีอินฟราเรดกับการให้ความร้อนในงานอุตสาหกรรม
การประยุกต์ใช้งานรังสีอินฟราเรดในการให้ความร้อนไนงานอุตสาหกรรม สามารถแบ่งช่วงรังสีอินฟราเรดตามความยาวคลื่นออกได้เป็น 3 ช่วง ดังนี้
       1. รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นสั้น (Short-wavelength infrared : SWIR) มีความยาวคลื่นประมาณ 1.2-2 mm สามารถให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิ 4,000-2175 ºF (2,204-1,190 ºC) ให้ความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ได้สูง ความร้อนผ่านทะลุทะลวงเข้าในเนื้อวัสดุได้ลึกและรวดเร็ว
       2. รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นปานกลาง (Mid-wavelength infrared : MWIR) มีความยาวคลื่นประมาณ 2-4 mm สามารถให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิ 2,175-857 ºF (1,190-458 ºC) ให้ความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ได้ต่ำกว่าแบบช่วงคลื่นสั้น
       3. รังสีอินฟราเรดช่วงคลื่นยาว (Long-wavelength infrared : LWIR) มีความยาวคลื่นประมาณ 4-6 mm สามารถให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิ 875-400 ºF (458-204 ºC) ให้ความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ได้ต่ำกว่าแบบช่วงคลื่นสั้นและแบบช่วงคลื่นปานกลาง
       การดูดซับรังสีอินฟราเรดจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความยาวของคลื่นรังสีอินฟราเรด ส่วนประกอบของวัตถุ ลักษณะของผิววัตถุ มุมตกกระทบ และสีของวัตถุ วัตถุที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่จะดูดซับรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นมากกว่า 2 mm ได้ดี ยกเว้นโลหะที่ขัดขึ้นเงาจะสะท้อนรังสีอินฟราเรดออก การใช้งานรังสีอินฟราเรดจะต้องมีตัวปล่อยคลื่น (IR Emitter) ในลักษณะของหลอดอินฟราเรด ซึ่งแบ่งออกเป็น ตัวปล่อยคลื่นสั้น (Short Wave Infrared Emitters) ตัวปล่อยคลื่นปานกลาง (Medium Wave Infrared Emitters) และตัวปล่อยคลื่นยาว (Long Wave Infrared Emitters) เป็นแหล่งกำเนิดความร้อน
       การให้ความร้อนจากหลอดอินฟราเรด โดยส่วนใหญ่ได้จากการแผ่รังสีความร้อน (Radiation) ซึ่งถือได้ว่ามีค่าสูงกว่าการส่งถ่ายความร้อนโดยนำความร้อน (Conduction) และการพาความร้อน (Convection) เป็นอย่างมาก นอกจากนั้นการให้ความร้อนโดยรังสีอินฟราเรดนี้ยังไม่ก่อให้เกิดปฏิกริยาทางเคมีทางแสง (Photochemical) เหมือนกับการใช้รังสีอัลตร้าไวโอเลต (UV) จึงไม่ทำให้เกิดการเผาไหม้โดยตรงกับผิวหนังร่างกายคน  

       สำหรับปรากฏการณ์ในขณะที่รังสีอินฟราเรดตกกระทบวัตถุมี 3 แบบ คือ ส่งผ่าน (Transmission), ดูดซับ (Absorption) และสะท้อน (Recflection) โดยถ้าเป็นวัตถุหนาความร้อนที่เกิดขึ้นในตัววัตถุจะเป็นปรากฏการณ์การดูดซับ (Apsorption) แต่เพียงอย่างเดียวเท่านั้น   

       ตามตารางที่ 1 เป็นการแสดงคุณสมบัติ (Characteristic) ของการให้ความร้อนโดยรังสีอินฟราเรด (IR Heating) ที่ช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ซึ่งจะเห็นได้ว่าความยาวคลื่นสั้น (Short Wave) จะสามารถทะลุทะลวงได้ดีที่สุด และให้ความร้อนได้รวดเร็ว แต่สำหรับการให้ความร้อนที่ผิวจะด้อยกว่าความยาวคลื่นปานกลาง (Medium Wave) หรือความยาวคลื่นยาว (Long Wave)

                                           ตารางที่ 1 คุณสมบัติของการให้ความร้อนโดยรังสีอินฟราเรดที่ช่วงความยาวคลื่นต่าง ๆ  

ข้อดีของการให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรด
การให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดมีข้อดีดังต่อไปนี้

• การให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรดมีข้อดีดังต่อไปนี้ทำความร้อนและลดความร้อนได้อย่างรวดเร็ว โดยส่วนใหญ่เตาอบไฟฟ้าที่ใช้รังสีอินฟราเรดสามารถทำความร้อนให้ผลิตภัณฑ์ได้ในเวลาไม่กี่วินาที

• เตามีขนาดเล็ก เนื่องจากการให้ความร้อนที่รวดเร็ว ทำให้ต้องการพื้นที่ว่างในเตาน้อยลง
• เป็นเตาที่สะอาด ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
• มีการควบคุมอุณหภูมิในการให้ความร้อนที่แม่นยำ
• มีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
• ค่าบำรุงรักษาต่ำ

การประยุกต์ใช้งานการให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรด
       การประยุกต์ใช้งานการให้ความร้อนด้วยรังสีอินฟราเรด จะต้องพิจารณาถึงลักษณะของงานเป็นกรณีๆ ไป โดยมีปัจจัยหลักที่ต้องพิจารณาคือ ประเภทของวัสดุผลิตภัณฑ์ ขนาดของผลิตภัณฑ์ และช่วงความยาวคลื่นที่ใช้งาน โดยมีตัวอย่างลักษณะการใช้งานที่หลากหลาย ได้แก่ การอบสี การอบผลิตภัณฑ์แป้ง การเคลือบภาชนะในการทำอาหาร การเคลือบสาร PVC บนผนัง  การอบแห้งผลิตภัณฑ์กระจกนิรภัย การอบหนัง การอบแห้งกระดาษ การอบสีและแลคเกอร์ การบัดกรี การทำให้หดตัวของโลหะ การเผากระเบื้อง เป็นต้น

• ประเภทของวัสดุผลิตภัณฑ์
  ชนิดของวัสดุ และลักษณะของพื้นผิวจะมีการดูดซับรังสีอินฟราเรดที่ต่างกัน ซึ่งจะต้องพิจารณาเป็นกรณีๆ ไป

• ขนาดของผลิตภัณฑ์
  ขนาด (ความหนาแน่น) ของผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน ระยะเวลาการทำความความร้อนก็จะต่างกันด้วย

ไฟล์/vdo/ข้อมูล ที่เกี่ยวข้อง: 

ประโยชน์ของรังสีอินฟราเรดคือข้อใด

โทษของรังสีอินฟราเรดมีอะไรบ้าง

รังสีอินฟราเรดมีประโยชน์และอันตรายอย่างไร

อินฟาเรดมีแหล่งกําเนิดจากที่ใดบ้าง