Газови инфрачервени излъчватели за промишлени помещения: устройство, принцип на действие, разновидности

ИК уредите, които генерират топлинни и светлинни потоци, се използват активно в разнообразни сфери на производството и частното стопанство. Най-търсени са газовите инфрачервени излъчватели за промишлени помещения. Тяхното действие се основава на способността на нагрятото тяло да отделя в пространството получената топлина.

Всичко за принципите на работа на инфрачервеното оборудване ще научите от предложената от нас статия. Ще разкажем за разновидностите на инфрачервеното оборудване и за техните характерни отличия. Ще ви запознаем с водещите на пазара модели.

Същност на инфрачервеното излъчване

Инфрачервеното излъчване се различава от обикновената и толкова позната видима светлина. Сходни са по скоростта, с която се разпространяват и пресичат пространството. И двата вида са способни да се пречупват, отразяват и събират «на сноп».

За разлика от обикновеното светлинно излъчване, което представлява електромагнитни вълни, ИК потокът притежава както вълнови, така и квантови свойства. Тоест той предава и светлина, и топлина.

И обикновената светлина, и инфрачервеното излъчване представляват потоци от електромагнитни вълни. Разликата е в това, че в първия случай преобладава видимата съставка, а във втория – видимата съставка се съчетава с топлинна.

Светлината, доставяна от инфрачервените уреди, се движи вълнообразно. Електромагнитните светлинни колебания се намират в сегмента на спектъра от 760 нм (нанометра) до 540 мкм (микрометра). Топлината, отделяна от ИК излъчвателите, е поток от кванти. Тяхната енергия заема интервал от 0,0125 до 1,25 еВ (електронволта).

Топлинният и светлинният потоци, излъчвани от инфрачервените уреди, са взаимосвързани. С увеличаване на интензивността на светлината се намалява квантовият поток на топлината. В зависимост от температурата инфрачервеното излъчване може да се възприема и да не се възприема от нашите очи. Топлинното излъчване визуално не се определя.

Тази специфика на инфрачервеното излъчване се използва в промишлеността за ускоряване на процесите на полимеризация и втвърдяване. Топлинната част на инфрачервеното излъчване дава възможност да се определи присъствието и разположението на човек или животно в слабо осветен и неосветен нощен период.

Инфрачервените нагревателни уреди излъчват светлина в съчетание с топлинна енергия, използвана за формиране на комфортен микроклимат на строителни площадки, в работилници, в производствени цехове, птицеферми, оранжерии и множество други обекти.

Нестандартността на работа на инфрачервените уреди, които излъчват светлина в съчетание с топлина, стана основа за разработване на устройства за нощно виждане. Тя се прилага в дефектоскопията, в средствата за скрита сигнализация и в техническите приспособления за фотографиране в тъмното време на денонощието.

И двете съставни части на инфрачервеното излъчване почти не се разсейват в обработваното пространство, те като че ли се фокусират върху обектите, намиращи се в зоната на тяхното въздействие. Топлината прониква в тялото на нагрявания предмет, дълбочината на проникване зависи от свойствата, структурата и материала на обекта. Дълбочината варира от десета част от мм до няколко мм.

Инфрачервените нагреватели се инсталират на пода, закрепват се към стените, окачват се на тавана. Уредите се отличават с безпламъчно горене, запазване на кислорода в околното пространство, не повдигат стълбове прах за разлика от конвекторите.

При използване за промишлени цели дължината на вълната от инфрачервените излъчватели се подбира въз основа на техническите характеристики на предмета или веществото. ИК лъчите преминават свободно през въздушната маса, затова нагряването се извършва без осезаеми загуби. Това обстоятелство основателно се счита за съществен плюс в производството.

Освен за нагряване и осветяване на обработваната от уреда зона, инфрачервените излъчватели се използват за решаване на следните задачи:

Видове източници на инфрачервено излъчване

Към най-простите източници на ИЧ лъчение спадат отлично познатите на всички нас лампи с нажежаема жичка, работещи при ниско напрежение. При такива условия те основно излъчват инфрачервени потоци. Делът на светлинните електромагнитни вълни при това е незначителен, но все пак се определя оптически.

В момента частният потребител, строителните и производствените организации разполагат с множество различни типове ИЧ излъчватели.

Сферата на тяхното приложение се определя от:

• работната температура;
• максималната стойност на дължината на вълната;
• зоната, в която инфрачервеният поток се разпределя равномерно.

С оглед на изброените характеристики се подбира и излъчващият уред, предназначен за решаване на конкретни задачи.

Към най-разпространените разновидности на ИЧ излъчвателите спадат:

• Лампи с огледални отражателни устройства. При максимално излъчване дължината на вълната им е 1,05 мкм.
• Кварцови тръбни лампи. Дължината на вълната им при максимално излъчване е в диапазона от 2 до 3 мкм.
• Пръчковидни неметални нагреватели. Конструктивно те се допълват с рефлектори, максималната дължина на вълната е от 6 до 8 мкм.
• Тръбни електронагреватели. Широко разпространени в бита, използвани в производството уреди с ТЕН-ове.
• Инфрачервени горелки. Те се оборудват с керамични или метални перфорирани приставки. Прилагат се в строителството за отопление на открити и закрити площи по време на издигане на сграда, извършване на довършителни работи.

Източниците на инфрачервени лъчи са намерили приложение в селското стопанство. С тяхна помощ се извършва отопление на птичи малки и наскоро родени домашни животни. Излъчвателите се инсталират в оранжерии за стимулиране на растежа на култивирани видове, в овчарници и зърнохранилища за сушене.

Източниците на инфрачервени потоци се подразделят на:

• Инфрачервени лампи. Това са „светлинни“ излъчватели и уреди, доставящи топлинно лъчение.
• Отоплители. Устройства, използвани за отопление на затворени помещения и открити пространства. Сред тях са модели, работещи на електрическо захранване, течно или газообразно гориво. Нагревателният елемент може да бъде както ТЕН, така и спирала от сплав с високо съпротивление.

Според класификацията по дължина на вълната инфрачервените източници се делят на две основни групи: тъмни и светли. Първите работят, като излъчват в пространството дълги вълни, а вторите – къси.

Тъмни и светли ИК излъчватели

Според определението „светлите“ източници са способни да излъчват светлина. Излъчваните от тях потоци се възприемат от зрението, въпреки че трудно могат да бъдат наречени ярко осветление и изобщо не си струва да се използват точно за тази цел.

„Тъмните“ уреди доставят невидим за човека поток топлина, усещан от кожата на потребителя, но визуално неопределим. Граничната стойност между „светлите“ и „тъмните“ се счита дължината на вълната, равна на 3 μм. Граничната температура на нагряваната повърхност е 700º.

Свойството на инфрачервените излъчватели да доставят топлинна енергия се използва активно в оранжериите, в кокошарниците и фермите за поддържане на малките животни.

Най-известният представител на „тъмния“ отоплителен агрегат е тухлената руска печка, която в продължение на много векове успешно отоплява нискоетажни къщи. Сред „светлите“, както вече разбрахме, фигурира електрическата крушка с нажежаема жичка, ако тя доставя не повече от 12% светлина. Основната ѝ енергия при това е насочена към генериране на топлина.

Особености на устройството на светлите уреди

Конструктивно светлите източници са подобни на типичната крушка с нажежаема жичка. Въпреки това има разлики в телата на нажежаване. При светлите инфрачервени уреди температурата не може да надвишава границата от 2270-2770 К. Това е необходимо за увеличаване на топлинния поток за сметка на намаляване на отделянето на светлина.

Точно както при стандартните крушки тялото на нажежаване, изработено от волфрамова нишка, се поставя в стъклена колба. Само че колбата е оборудвана с отражател, благодарение на който цялата лъчиста енергия се фокусира върху нагрявания предмет. При това незначителна част от енергията се изразходва за нагряване на цокъла на крушката.

Колбата на светлите инфрачервени източници се нагрява до високи температури, поради което тя също участва в процеса на пренос на топлина в пространството. Топлинната енергия от нагрятата колба не се фокусира от рефлектора и излиза в необработваното пространство, а тя именно е компонентът, който намалява КПД на уреда.

По конструкция и начин на свързване инфрачервените лампи са много подобни на обикновените крушки с нажежаема жичка. Въпреки това работната температура на тялото на нажежаване при тях е значително по-ниска, благодарение на което многократно е увеличен експлоатационният срок.

Производителността на светлинния инфрачервен източник средно не надвишава 65%. Увеличават я, като поставят волфрамовото нагревателно тяло в тръба от кварцово стъкло или подобна колба. Такова решение позволява да се увеличи дължината на вълната до 3,3 µm, а температурата да се намали до 600º.

Този вариант се прилага в кварцови инфрачервени нагреватели, в които около кварцов прът се навива хромникелова жица и всичко това заедно се разполага в кварцова тръба.

Светлинните инфрачервени излъчватели се отличават с ниска производителност. КПД на техния инфрачервен поток не надвишава обикновено 65%.

Същността на работата се състои в двойното използване на нажежаването на жицата. Отделяната топлинна енергия частично отива за директно отопление, частично за повишаване на температурата на кварцовия прът. Нажеженият до червено прът също отделя топлинни потоци.

Към плюсовете на тръбните уреди аргументирано се отнасят устойчивостта на всички компоненти, изработени от кварц и керамика, към атмосферните влияния. За минус се смята крехкостта на керамичните части.

Специфика на работата и конструкцията на тъмните нагреватели

Така наречените «тъмни» източници на ИК потоци са значително по-практични от «светлите» си събратя. Техният излъчващ елемент по строеж се различава в по-добра посока. Нагряваният проводник сам не излъчва топлинна енергия, а я доставя обграждащата метална обвивка.

В резултат работната температура на уреда не надвишава 400 – 600º. За да не се губи топлинната енергия напразно, тъмните излъчватели се оборудват с рефлектори, които пренасочват потоците в нужната посока.

Дълговълновите излъчватели от тъмната група не се страхуват от удари и подобни механични въздействия, тъй като крехкият полимерен или керамичен елемент в тях е защитен от метално подобие на кожух и защитен топлоизолационен слой. КПД на излъчвателите от тази група достига 90%.

Но и те не са лишени от недостатъци. Нагревателите от тъмната група зависят от конструктивните особености на уреда. Ако разстоянието между основния излъчващ елемент и повърхността на уреда е голямо, то тя ще бъде обливана и охлаждана от преминаващия отстрани въздух. КПД в резултат намалява.

Поради конструктивни особености тъмните модели се монтират за отопление на помещения с ниски тавани и на площадки, изискващи линейно подаване на топлина. Светлите се поставят там, където е необходимо третиране на помещения с висок таван и вертикално издължени площадки.

Газови горелки като източник на ИК лъчи

Уредите, в които се извършва безпламъчна преработка на газ, се наричат газови горелки или газови инфрачервени излъчватели. Отделяната с голяма интензивност топлинна енергия се предава от тях в пространството през излъчващата повърхност на агрегата.

Именно газовите инфрачервени нагреватели от типа на горелките се използват в промишлен мащаб при извършване на строителни и монтажни работи. Преобладаващият обем топлинна енергия се предава от излъчващите керамични дюзи на горелките.

Като дюзи се използват:

• керамични плочи с перфорация, които биват плоски или релефни;
• керамични плочи с равномерно разпределени пори;
• керамични елементи с мрежест нихромов екран, мрежести метални и всевъзможни каталитични дюзи.

Всички изброени видове отвори в керамичния или металния елемент са огнени канали.

Генерирането на топлина от каталитичната дюза се основава на процеса на окисление, активиран при подаване на газ върху плочата.

Гориво за работа на този вид инфрачервени излъчватели служи магистрален газ, както и неговият втечнен вариант или изкуствено създадени газове. В Русия произвеждат горелки, предназначени за преработка на втечнен и магистрален газ. Чуждестранното оборудване е предназначено основно за преработка на втечнения и изкуствения вариант.

Инфрачервените газови горелки преработват газ с коефициент на изгаряне на въздушна маса, фактически равен на единица. Работят те на магистрален, втечнен и изкуствен газ.

Ако правилата за експлоатация не се нарушават, продуктите на горене от работата на газовата горелка се отделят в минимално количество с незначително съдържание на азотни оксиди и въглероден оксид.

За подаване на газ газовите инфрачервени горелки (ГИГ) се оборудват с дюзи, през които газът се нагнетява с висока скорост. Такова подаване на газ осигурява инжекция на необходимия за горене въздух. Той се „избутва“ от високоскоростния поток през инжектора в разпределителната камера.

Над излъчващата дюза на уреда се разполага метална конструкция. Тя увеличава КПД и служи като опора за съдове, ако се готви на горелките.

Газът не само инжектира въздух, но и се смесва с него в инжектора, в резултат на което се получава подходяща за пълно изгаряне газовъздушна смес. Тази смес се придвижва до повърхността на керамичната дюза през нейните пори, перфорирани отвори или процепи, където изгаря напълно в тънък слой с дебелина не повече от 1,5 mm.

Горелки с плоски керамични накрайници

Преобладаващият обем топлинна енергия се предава на керамичните плочки, нагрявани до свръхвисоки температури за период по-малък от минута. Външната повърхност на керамичния елемент се превръща в допълнителен източник на топлинен поток.

На дела на керамичната дюза се падат от 40 до 60% от излъчването, предавано от промишления газов ИЧ нагревател. С цел увеличаване на ефективността на уреда над дюзата се монтира мрежест екран. За увеличаване на топлопредаващата повърхност перфорираните плочки се залепват с помощта на огнеупорна замазка.

Важен показател е диаметърът на огневите канали. От него зависи какъв газ може да преработва уредът. От диаметъра зависи общият брой отвори в керамичната плочка. Колкото повече са те, толкова по-крехък ще бъде топлоизлъчващият елемент и ще бъде чувствителен към механични повреди на ГИГ.

Нагреватели с ребрист тип накрайник

Освен плоските керамични дюзи с перфорация, се използват релефни елементи. Използването на оребрена повърхност в този случай стимулира протичането на топлообмен между излъчващата повърхност и горящия газ. Оребрената керамична плочка се нагрява по-добре, без да се увеличава топлинното натоварване на излъчващия елемент.

Плоските и оребрените керамични дюзи се нагряват до 1473 K. А порестите керамични елементи само до 1237 K. Порестият вариант е по-прост за производство, следователно по-евтин. Освен това в производството му се използват отпадъци от керамичната промишленост.

Използването на керамични дюзи с релефен топлоизлъчващ елемент позволява значително да се увеличи площта, предаваща топлина на потребителя.

Дебелината на порестите плочки достига 30 мм, което значително повишава устойчивостта на дюзата на механично въздействие. По време на работа на горелката с такава дюза, газовъздушната смес, излязла от разпределителната камера, изгаря на външната повърхност на керамичната плочка в слой до 2 мм.

Областта на горене в порестата дюза се премества от външната повърхност на дълбочина до 3-5 мм. При това температурата на нагряване достига само 1123 K.

Недостатък на порестите дюзи за ГИГ е прекалено високото хидравлично съпротивление, поради което не е възможно да се използва магистрален газ с ниско налягане.

Оборудване с метални мрежи

Въпреки това, всички от изброените видове дюзи са изработени от керамика, което означава, че въпреки дебелината и всякакви хитрини на производителя, желаещ да повиши здравината, те все пак са крехки. Крехкостта е особено притеснителна, ако уредът трябва постоянно да се премества.

Затова за отопление на площадки при извършване на строителни или монтажни работи е разработен по-издръжлив тип горелка, оборудвана с метална двойна мрежа. В такъв уред газовъздушната смес се преработва в промеждутъка между дюзата и мрежите. Повърхността на външната мрежа се нагрява само до 1023 K.

Използването на метална мрежа даде възможност значително да се увеличи топлинната мощност на ИК излъчвателя, както и да се защити керамичната дюза от повреди.

В ГИГ с мрежести дюзи тези елементи се изработват от топлоустойчиви сплави с хром и никел. Дюзите се правят така, че размерът на клетките на горната мрежа да позволява на пламъка да преминава свободно, а на долната – да бъде минимален, критичен за прескачане на огъня. Тук излъчватели на ИК топлина могат да бъдат и двете мрежи, или само една.

Ако инфрачервената горелка преработва магистрален газ или пропан-бутанова втечнена смес от газова бутилка, в разпространението на топлинна енергия участва само горната мрежа. Ако се преработва газ с нисък товар, топлината се излъчва от двете мрежи. По този начин се увеличава топлопредаването.

Въпреки това максималната стойност на КПД на ГИГ с мрежи не надвишава 60%, тъй като хидравличното съпротивление на дюзите е два пъти по-голямо, отколкото при перфорираните керамични плочки от всички видове. Вярно е, че то е по-малко, отколкото при порестите дюзи.

Уреди с увеличена топлинна мощност

Доста ниската ефективност на инфрачервените газови излъчватели с керамични плочи и мрежи наложи да се търсят начини за увеличаване на топлинната мощност. Резултатът беше постигнат чрез внедряване на нов вид дюза, която представлява керамичен панел с редица процепи.

В разрез процепите имат внезапно разширение, входните им отвори са по-малки от изходните. Такова решение повишава ефективността на работа на горелката чрез рециркулация на продуктите на горене, т.е. връщането им към основата на пламъка в рамките на огнения канал. Освен това пламъкът в такива модели е по-стабилен и много по-рядко угасва на открито при вятър.

За увеличаване на топлинната мощност се използват различни похвати, един от които е изместването на процепните отвори един спрямо друг. Това решение също така допринася за защита от въздействието на ветрове.

Живото сечение на процепните панели е средно 55 – 60% от реалното им общо сечение. Оборудваните с тях горелки работят на газ със средно налягане. Външната равнина на дюзата се нагрява до 1723 К.

Излъчватели с устойчивост на вятърно натоварване

Устойчивостта на работа при вятърно натоварване е важен показател за избор на газова инфрачервена горелка, използвана в строителството или монтажа на производствени инсталации. Това качество притежават далеч не всички промишлени инфрачервени излъчватели, които преработват газ.

За открити площадки са необходими специални уреди, които:

• отличават се със стабилна инжекция, която не зависи от поривите на вятъра;
• снабдени са с устройство, предотвратяващо отклонението на струята, излизаща от дюзата;
• защитени са от активно охлаждане на излъчващата повърхност, което се дължи на въздействието на ветровете.

В техническия паспорт на газовото оборудване, което може да загрява при поривист вятър и да не угасва, е посочена ветроустойчивостта. Тази характеристика при серийно произвежданите инфрачервени горелки е приблизително еднаква както при пряко, т.е. челно въздействие на вятъра, така и при странично обдухване.

Намаляването на коефициента на инжекция предизвиква поява на пламък по външната повърхност на излъчващия панел. В същото време температурата рязко спада. Намалява я студеният въздух, който прониква в зоната на горене.

Ветроустойчивостта е физически свързана с специфичното топлинно натоварване и обема на въздуха, постъпващ към дюзата по време на горене. При излишък и висока скорост на въздушния поток ефективността на инфрачервения излъчвател намалява. Намаляването е съпроводено от поява на пламъчни езици, потъмняване на излъчващата повърхност и спиране на работата на агрегата в безпламъчен режим.

Обзор на производителите на ИК нагреватели

Газовите уреди за създаване на благоприятен микроклимат на строителна площадка, в работилница, производствен цех и подобни обекти се произвеждат както от местни компании, така и от чуждестранни фирми.

Според потребителите рейтингът на продуктите от руско производство се оглавява от газови горелки марка Солярогаз. В представената от тази компания гама има модели, предназначени за отопление на различни по обем площи. Агрегатите могат да се използват в оранжерии, гаражи и на открити площадки.

Един от най-търсените на местния пазар и проверен на практика вид газово инфрачервено оборудване е линията газови горелки и плочки от компания Солярогаз.

Единственият минус, който трябва да вземат предвид купувачите и реалните собственици на модели газови горелки и плочки от столичния производител, е липсата на сензори за системи за безопасност. Поради това те могат да се използват в бита, но при спазване на мерки за предпазливост.

Не отстъпват по популярност изделията на компания Следопит. Въпреки това в предложената на купувача търговска линия преобладава продукция за битова употреба и туристически варианти.

Напълно основателна популярност се радват на плочките, които се използват както за отопление, така и за приготвяне на прости ястия, и мини горелки от газова бутилка.

Отлични характеристики от потребителите получиха газовите нагреватели с логото Aeroheat. Това оборудване привлича със своята надеждност, основана на използването на висококачествени компоненти, и достъпна цена. Добре се представиха плочките и горелките, работещи на газ, от Диксон и Сибирячка.

Списъкът на достойните газови нагреватели от чуждестранни доставчици се оглавява от газови горелки и плочки от южнокорейската фирма Kovea. Продукцията на марката активно се използва в малки работилници, на площадки за бояджийски и строителни работи, в туристически походи и на риболов.

Газовите плочки и горелки от Hyundai по качество и технически характеристики не отстъпват на уредите от европейски производители. По отделни показатели дори ги превъзхождат.

За оборудване на цехове по-често се използват газови нагреватели от италианската компания Sistema. Активно се търсят модели от южнокорейците Hyundai, италианските газови печки Bartolini, които могат да се използват както в бита, така и в офиса. С надеждност и стабилна работа се отличават шведските печки Timberk, китайското оборудване Ballu.

Изводи и полезно видео по темата

Подробно за принципа на работа и предимствата на инфрачервените газови горелки ще разкаже авторът на следващото видео:

Подробности за организацията на инфрачервеното отопление са представени в следващото видео:

Етапите на инсталиране на газов отоплителен уред от таванен тип са демонстрирани тук:

В Руската федерация се произвеждат различни видове инфрачервени горелки, сред които има и ветроустойчиви модели. Предлаганият от предприятието асортимент позволява да се избере уред за отопление на открити и закрити площадки.

Важно е преди покупката да се определи с каква цел и при какви условия ще се експлоатира оборудването, след което да се избере или по-производителен, или по-здрав модел, който не се страхува от многократни премествания.