遠(yuǎn)紅外技術(shù)原理 2.1 遠(yuǎn)紅外輻射原理  紅外輻射習(xí)慣上稱為紅外線或紅外, 也有稱為熱輻射。構(gòu)成物質(zhì)的基本質(zhì)點(diǎn):電子、原子或分子, 都在不停地運(yùn)動(dòng)著——振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng),物質(zhì)的基本質(zhì)點(diǎn)不僅發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷, 也擴(kuò)大了以平衡位置為中心的各種運(yùn)動(dòng)幅度, 質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)部能量加大。當(dāng)物質(zhì)(同種雙原子分子構(gòu)成的物質(zhì)除外)遇到具有某個(gè)振動(dòng)數(shù)的紅外線輻照時(shí), 如果紅外線的振動(dòng)數(shù)與基本質(zhì)點(diǎn)的固有頻率相等,則會(huì)發(fā)生與振動(dòng)學(xué)中共振運(yùn)動(dòng)相似的情況。物料內(nèi)部發(fā)生分子之間的碰撞, 產(chǎn)生自熱效應(yīng),部分分子掙脫了原來物質(zhì)對(duì)它的束縛, 水分或有機(jī)溶劑脫離原來的物質(zhì),從而快速有效地加熱物質(zhì)。 2.2  紅外輻射特點(diǎn) 2.2.1 熱輻射效率高  所有的輻射加熱都需要一個(gè)熱輻射源, 由物理學(xué)可知:作為熱源物體的熱輻射效率與物體的材質(zhì)有關(guān),把熱輻率大的理想物質(zhì)稱為黑體, 黑體不僅有大的熱輻率, 同時(shí)也有基大的對(duì)外來輻射的吸收率。遠(yuǎn)紅外線加熱時(shí)為了提高熱輻射效率, 熱源的材質(zhì)一般都選用熱輻射率接近黑體的物質(zhì)。普通食品加工中所使用的加熱溫度范圍一般在300K-500K左右，在這一溫度范圍內(nèi),黑體或者近似黑體的物質(zhì)熱輻射能量密度大的波長正是在2.5-20um的遠(yuǎn)紅外線的波長范圍內(nèi)，也就是說在食品工程加熱的溫度范圍內(nèi)使用遠(yuǎn)紅外線有著較高的輻射效率。  2.2.2 熱損失小，易于控制  遠(yuǎn)紅外輻射熱在空氣中傳播時(shí)的損失很小, 可以把熱直接輻射到被加熱體的表面;因?yàn)椴淮嬖趥鳠峤缑? 所以在食品的凍結(jié)干燥和凍結(jié)升華過程中可以加速干燥過程，這是其他加熱方式難以辦到的。另外, 遠(yuǎn)紅外射線同其他光波一樣具有直線傳播、專漫反射和鏡反射的性質(zhì), 因此可以通過光的集散、遮斷機(jī)構(gòu)來使輻射熱在加熱器中更有效地被利用和控制, 提高加熱質(zhì)量, `減少不必要的熱損失。 2.2.3 傳熱效率高  食品物料在加工工程中大都對(duì)于溫度的限制比較嚴(yán)格, 例如: 有許多食品的加熱要求不超過1000℃。在這樣的要求下,使熱源的溫度也受到限制。例如: 熱風(fēng)干燥時(shí),熱風(fēng)的溫度就不能高于物料的溫度。因?yàn)闊嵩磁c物料的溫差不能過大, 那么單位時(shí)間的能量傳遞也必然受到限制。為了提高工作效率就必然要增加加熱設(shè)備的體積和規(guī)模。然而遠(yuǎn)紅外輻射的特點(diǎn)之一就是在不使物料過熱的情況下,可以使熱源有較高的溫度。因?yàn)閮晌矬w之間熱輻射傳播的速度與這兩物體之間的溫度差的四次方成正上匕因此遠(yuǎn)紅外輻射的實(shí)用能流密度比起傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱大得多, 不僅可以縮短加熱時(shí)間和節(jié)約設(shè)備費(fèi)用, 而且可使一些如燒雞、烤鴨等烤制食品表面很快形成皮膜, 減少內(nèi)部香味成份的損失。 2.2.4熱吸收效率高  在熱輻射傳播中,物體吸收、透過和反射輻射波的程度不僅與其表面狀況有關(guān), 而且也與共材質(zhì)有關(guān)。因?yàn)槲矬w的溫度是其分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的表現(xiàn), 從分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)看, 物體的分子結(jié)構(gòu)與共對(duì)各種電磁波的吸收關(guān)系很大。不同結(jié)構(gòu)的分子都有其固有的振動(dòng)頻率,當(dāng)輻射電磁波的頻率與分子的固有振動(dòng)頻率相同時(shí), 就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象, 也就是說被照射物質(zhì)能夠完全地吸收這一電磁波而激起本身分子更強(qiáng)烈地振動(dòng), 該物體溫度的升高也就較快, 換句話講: 就是被照射物質(zhì)對(duì)該輻射波反射、透過的損失少, 吸收效率聶高。 2.2.5加熱引起食物材料的變化損失較小 在食品的烘烤、干燥等加熱工程中, 避免食物成份的變化和損失是很重要的問題。在熱輻射電磁波中遠(yuǎn)紅外線的光子能量級(jí)比起紫外線、可見光線都要小, 因此一般只會(huì)產(chǎn)生熱效果, 而不會(huì)引起物質(zhì)的化學(xué)變化。而且, 因?yàn)檫h(yuǎn)紅外輻射加熱的效率較高, 可使加熱時(shí)間大大縮短, 這也使得食品成份受熱分解的可能性大為減少。許多實(shí)驗(yàn)已證明: 一些含有葉綠素、V c 等易分解成份的果蔬, 采用遠(yuǎn)紅外輻射代替?zhèn)鹘y(tǒng)的干燥方法后, 可以使這些成份的損失大大減少。常見的遠(yuǎn)紅外加熱器 3.1金屬管狀加熱器  它是靠電阻絲通電加熱后, 金屬殼管也隨著發(fā)熱, 并發(fā)射出紅外輻射。但是, 其能量比較低, 近人們發(fā)現(xiàn)在金屬管表面涂上一層金屬氧化物, 比如氧化鐵、氧化鋯、氧化鈦等, 將大大提高紅外輻射能量碳化硅板狀加熱器  碳化硅本身是良好的遠(yuǎn)紅外輻射材料, 用它制成的加熱器效果比金屬管狀效果好。但是碳化硅加熱器不是所有波段都理想, 所以要在其表面涂加高輻射材料, 才能達(dá)到預(yù)期效果（圖二2）只有當(dāng)物料吸收紅外線時(shí)，紅外線能量才被轉(zhuǎn)換成熱量舊。現(xiàn)實(shí)中被加熱干燥的谷物是由許多不同的成分組成的，如水分、蛋白質(zhì)、淀粉等。因?yàn)槊糠N成分的結(jié)構(gòu)、組成不一樣，所以它們吸收不同波長的紅外線。對(duì)于宏觀的谷物來說，它的紅外吸收波段是內(nèi)部成分相應(yīng)吸收波段相互疊加、耦合的結(jié)果。雖然每種成分對(duì)紅外各波段的吸收強(qiáng)弱不同，但由于各個(gè)成分吸收的紅外輻射頻率并不互補(bǔ)，所以整體疊加、耦合的結(jié)果是谷物對(duì)紅外輻射各波段的吸收強(qiáng)弱不一樣的。即谷物對(duì)紅外吸收具有選擇性。

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