Gasinfraröda strålare för industrilokaler: konstruktion, funktionsprincip, varianter

IR-apparater som genererar värme- och ljusflöden används aktivt inom olika produktionsområden och i privata hushåll. Mest efterfrågade är gasinfrarödstrålare för industrilokaler. Deras funktion bygger på förmågan hos en uppvärmd kropp att avge den mottagna värmen till omgivningen.

Allt om funktionsprinciperna för infraröd utrustning får du lära dig i den artikel vi erbjuder. Vi berättar om varianter av infraröd utrustning och deras karakteristiska skillnader. Vi presenterar de ledande modellerna på marknaden.

Kärnan i infraröd strålning

Infraröd strålning skiljer sig från vanligt och sådant välbekant synligt ljus. De liknar varandra i den hastighet med vilken de utbreder sig och färdas genom rymden. Båda typerna kan brytas, reflekteras och samlas i en 'stråle'.

Till skillnad från vanlig ljusstrålning, som består av elektromagnetiska vågor, har IR-flödet både våg- och kvantegenskaper. Det vill säga det överför både ljus och värme.

Både vanligt ljus och infraröd strålning är flöden av elektromagnetiska vågor. Skillnaden är att i det första fallet dominerar den synliga komponenten, i det andra – den synliga komponenten kombineras med den termiska.

Ljuset som levereras av infraröda apparater rör sig vågformigt. Elektromagnetiska ljusvibrationer befinner sig i spektrumsegmentet från 760 nm (nanometer) till 540 µm (mikrometer). Värmen som avges av IR-strålare är ett flöde av kvanta. Deras energi täcker intervallet från 0,0125 till 1,25 eV (elektronvolt).

Värme- och ljusflöden som emitteras av infraröda apparater är sammanlänkade. Med ökad ljusintensitet minskar kvantflödet av värme. Beroende på temperatur kan infraröd strålning uppfattas eller inte uppfattas av våra ögon. Termisk strålning kan inte bestämmas visuellt.

Denna specifikation av infraröd strålning används inom industrin för att påskynda polymerisations- och härdningsprocesser. Den termiska delen av infraröd strålning gör det möjligt att upptäcka närvaro och placering av människor eller djur under svagt upplysta och obelysta nattperioder.

Infraröda värmare avger ljus i kombination med termisk energi, som används för att skapa ett behagligt mikroklimat på arbetsplatser, i verkstäder, produktionshallar, fjäderfäfarmer, växthus och många andra anläggningar.

Det ovanliga sättet som IR-enheter fungerar på, genom att avge ljus i kombination med värme, har legat till grund för utvecklingen av mörkerseendeapparater. Den används inom defektoskopi, i dolda larm och i tekniska anordningar för fotografering under dygnets mörka timmar.

Båda komponenterna av infraröd strålning sprids nästan inte i det behandlade utrymmet, de fokuseras snarare på objekt som befinner sig inom deras verkningsområde. Värmen tränger in i kroppen på det uppvärmda föremålet, inträngningsdjupet beror på objektets egenskaper, struktur och material. Djupet varierar från en tiondels mm till flera mm.

Infraröda värmare installeras på golvet, fästs på väggar, hängs upp i taket. Enheterna kännetecknas av flamfri förbränning, bevarande av syre i omgivande utrymme, och lyfter inte upp dammoln till skillnad från konvektorer.

Vid industriell användning väljs våglängden från infraröda strålare utifrån föremålets eller ämnets tekniska egenskaper. IR-strålar passerar fritt genom luftmassan, så uppvärmning sker utan märkbara förluster. Detta anses med rätta vara en stor fördel inom produktionen.

Förutom uppvärmning och belysning av det område som behandlas av enheten, används infraröda strålare för att lösa följande uppgifter:

Typer av infraröda strålningskällor

Till de enklaste källorna till IR-strålning hör de för oss alla välkända glödlamporna, som fungerar under låg spänning. Under sådana förhållanden avger de huvudsakligen infraröda strömmar. Andelen ljuselektromagnetiska vågor är då obetydlig, men den bestäms ändå optiskt.

Nu finns det många olika typer av IR-strålare tillgängliga för privatkonsumenter, bygg- och produktionsorganisationer.

Deras användningsområde bestäms av:

• arbetstemperaturen;
• maximala våglängden;
• området där den infraröda strömmen fördelas jämnt.

Med hänsyn till dessa egenskaper väljs en strålningsapparat som är avsedd för specifika uppgifter.

Till de vanligaste typerna av IR-strålare hör:

• Lampor med spegelreflekterande anordningar. Vid maximal strålning är deras våglängd 1,05 µm.
• Kvartsrörlampor. Deras våglängd vid maximal strålning ligger i intervallet 2 till 3 µm.
• Stavformade icke-metalliska värmare. De kompletteras konstruktionsmässigt med reflektorer, maximal våglängd är från 6 till 8 µm.
• Rörformade elektriska värmare. Vanliga i hushåll och används i produktion med värmeelement.
• Infraröda brännare. De är utrustade med keramiska eller metalliska perforerade munstycken. Används inom bygg för uppvärmning av öppna och slutna ytor under byggnation och efterbehandlingsarbeten.

Infraröda strålningskällor används inom lantbruk. Med deras hjälp värms kycklingar och nyfödda husdjur upp. Strålare installeras i växthus för att stimulera tillväxten av odlade sorter, i magasin och spannmålslager för torkning.

Infraröda strömkällor delas in i:

• Infraröda lampor. Dessa är «ljus»-strålare och apparater som levererar värmestrålning.
• Värmare. Anordningar som används för uppvärmning av slutna utrymmen och öppna ytor. Bland dem finns modeller som drivs med el, flytande eller gasformigt bränsle. Värmeelementet kan vara antingen ett värmeelement eller en spiral av legering med hög resistans.

Enligt klassificeringen efter våglängd delas infraröda källor in i två huvudgrupper: mörka och ljusa. De förra fungerar genom att avge långa vågor, de senare korta vågor.

Mörka och ljusa IR-strålare

Enligt definitionen kan 'ljusa' källor avge ljus. De strömmar de utsänder uppfattas av synen, även om de knappast kan kallas stark belysning och det är inte värt att använda dem i det syftet.

Mörka apparater levererar en för människan osynlig värmeström, som känns av användarens hud men inte kan ses. Gränsvärdet mellan ljusa och mörka anses vara en våglängd på 3 µm. Gränstemperaturen för den uppvärmda ytan är 700°.

Egenskapen hos infraröda strålare att leverera termisk energi används aktivt i växthusodling, hönshus och gårdar för att stödja ungdjur.

Den mest kända representanten för den 'mörka' värmaren är en rysk tegelkamin som i många århundraden framgångsrikt har värmt låghus. Bland de 'ljusa' har vi, som vi redan förstått, en elektrisk glödlampa, om den avger högst 12% ljus. Dess huvudsakliga energi går då till värmeproduktion.

Särdrag hos ljusa apparaters konstruktion

Konstruktionsmässigt liknar ljusa källor en typisk glödlampa. Men det finns skillnader i glödtrådarna. För ljusa infraröda apparater får temperaturen inte överstiga 2270-2770 K. Detta är nödvändigt för att öka värmeflödet genom att minska ljusutsläppet.

Precis som i vanliga glödlampor placeras glödtråden av volframtråd i en glaskolv. Men glaskolven är utrustad med en reflektor, så att all strålningsenergi fokuseras på det föremål som värms upp. En liten del av energin går åt till att värma lamphållaren.

Glaskolven på ljusa infraröda källor värms upp till höga temperaturer, så den deltar också i värmeöverföringen till omgivningen. Värmenergin från den upphettade kolven fokuseras inte av reflektorn och går ut i det obearbetade utrymmet, och det är den som minskar apparatens verkningsgrad.

När det gäller konstruktion och anslutningssätt liknar infraröda lampor vanliga glödlampor. Men arbetstemperaturen för glödtråden är mycket lägre, vilket ökar livslängden många gånger.

Prestandan för en ljus infraröd källa överstiger i genomsnitt inte 65%. Den ökas genom att placera en volframvärmekropp i ett rör av kvartsglas eller en liknande kolv. Denna lösning gör det möjligt att öka våglängden till 3,3 µm och sänka temperaturen till 600º.

Denna variant används i kvarts-IR-värmare, där en kromnickeltråd lindas runt en kvartsstav och allt detta placeras tillsammans i ett kvartsrör.

Ljusa infraröda strålare kännetecknas av låg prestanda. Deras infraröda flödes verkningsgrad överstiger vanligtvis inte 65 %

Arbetsprincipen bygger på dubbel användning av trådens glöd. Den avgivna värmeenergin går delvis till direkt uppvärmning, delvis till att höja temperaturen på kvartsstaven. Den glödande staven avger också värmeflöden.

Till fördelarna med rörformade apparater räknas med goda skäl beständigheten hos alla komponenter av kvarts och keramik mot atmosfärisk påverkan. Nackdelen anses vara keramikdelarnas sprödhet.

Funktion och konstruktion hos mörka värmare

De så kallade 'mörka' källorna för IR-flöden är betydligt mer praktiska än sina 'ljusa' motsvarigheter. Deras strålningselement skiljer sig konstruktionsmässigt till det bättre. Den uppvärmda ledaren själv avger inte termisk energi; den levereras av den omgivande metallkåpan.

Som ett resultat överstiger apparatens arbetstemperatur inte 400 – 600º. För att inte slösa bort värmeenergi utrustas mörka strålare med reflektorer som riktar flödena i önskad riktning.

Långvågsstrålare i den mörka gruppen är inte rädda för stötar och liknande mekanisk påverkan, eftersom den sköra polymer- eller keramiska komponenten är skyddad av en metalliknande kåpa och ett isolerande skikt. Verkningsgraden hos strålare i denna grupp når 90%.

Men inte heller de är utan nackdelar. Värmare i den mörka gruppen är beroende av apparatens konstruktionsegenskaper. Om avståndet mellan det huvudsakliga strålningselementet och apparatens yta är stort, kommer den att spolas och kylas av den förbipasserande luften. Verkningsgraden minskar som ett resultat.

På grund av konstruktionsegenskaper installeras mörka modeller för uppvärmning av rum med lågt i tak och ytor som kräver linjär värmetillförsel. Ljusa modeller placeras där det krävs behandling av rum med högt i tak och vertikalt utdragna ytor.

Gasbrännare som källa till IR-strålar

Apparater där gas förbränns utan låga kallas gasbrännare eller gasinfrarödstrålare. Den termiska energin som avges med hög intensitet överförs till rymden genom enhetens strålningsyta.

Det är gasinfrarödvärmare av brännartyp som används i industriell skala vid bygg- och installationsarbeten. Den dominerande mängden termisk energi överförs av brännarnas keramiska strålningsmunstycken.

Som munstycken används:

• keramiska plattor med perforering, som kan vara platta eller relief;
• keramiska plattor med jämnt fördelade porer;
• keramiska element med nätformad nikromskärm, nätformade metalliska och allehanda katalytiska munstycken.

Alla ovan nämnda typer av hål i det keramiska eller metalliska elementet är eldkanaler.

Värmegenerering med katalytiskt munstycke baseras på en oxidationsprocess som aktiveras när gas tillförs plattan.

Bränsle för denna typ av infrarödstrålare är naturgas, samt dess flytande variant eller artificiellt framställda gaser. I Ryssland tillverkas brännare avsedda för bearbetning av flytande och naturgas. Utländsk utrustning är huvudsakligen avsedd för bearbetning av flytande och artificiella varianter.

Infraröda gasbrännare bearbetar gas med en luftmassförbränningskoefficient som i praktiken är lika med ett. De fungerar på naturgas, flytande och artificiell gas.

Om användningsreglerna följs, släpps förbränningsprodukterna från gasbrännaren ut i minimal mängd med låga halter av kväveoxider och kolmonoxid.

För gastillförsel är gasinfrarödbrännare (GIG) utrustade med munstycken genom vilka gasen trycksätts med hög hastighet. Denna gastillförsel säkerställer injektion av den luft som krävs för förbränning. Den 'trycks' av höghastighetsflödet genom injektorn till fördelningskammaren.

Ovanför apparatens strålande munstycke placeras en metallkonstruktion. Den ökar verkningsgraden och fungerar som stöd för kokkärl om man lagar mat på brännarna.

Gasen injicerar inte bara luft utan blandas också med den i injektorn, vilket resulterar i en gas-luftblandning som är lämplig för fullständig förbränning. Denna blandning förs till ytan av den keramiska insatsen genom dess porer, perforerade hål eller springor, där den brinner fullständigt i ett tunt skikt som inte är tjockare än 1,5 mm.

Brännare med platta keramiska munstycken

Den övervägande delen av termisk energi överförs till keramiska plattor som hettas upp till extremt höga temperaturer på mindre än en minut. Den yttre ytan av keramikelementet blir en extra värmekälla.

Den keramiska insatsen står för 40–60 % av strålningen som avges av en industriell gas-IR-värmare. För att öka apparatens effektivitet installeras ett nätgaller ovanför insatsen. För att öka värmeöverföringsytan limmas de perforerade plattorna ihop med hjälp av eldfast kitt.

En viktig parameter är diametern på brandkanalerna. Den avgör vilken gas apparaten kan bearbeta. Diametern påverkar det totala antalet hål i den keramiska plattan. Ju fler hål, desto sprödare blir värmeelementet och desto känsligare för mekaniska skador blir GIG.

Värmare med ribbade munstycken

Förutom platta keramiska insatser med perforering används även reliefelement. Användningen av en räfflad yta stimulerar värmeväxlingen mellan strålningsytan och den brinnande gasen. Den räfflade keramiska plattan värms upp bättre, samtidigt som värmebelastningen på strålningselementet inte ökar.

Platta och räfflade keramiska insatser värms upp till 1473 K. Porösa keramiska element däremot bara till 1237 K. Den porösa varianten är enklare att tillverka, därför billigare. Dessutom används avfall från keramikindustrin i produktionen.

Användningen av keramiska insatser med reliefvärmeelement gör det möjligt att avsevärt öka den yta som överför värme till användaren.

Tjockleken på porösa plattor när 30 mm, vilket avsevärt ökar insatsens motståndskraft mot mekanisk påverkan. Under drift av brännaren med en sådan insats brinner gas-luftblandningen som kommer ut ur fördelarkammaren på den yttre ytan av den keramiska plattan i ett skikt upp till 2 mm.

Förbränningsområdet i den porösa insatsen flyttas från ytan till ett djup på 3-5 mm. Uppvärmningstemperaturen når bara 1123 K.

Nackdelen med porösa insatser för GIG är alltför högt hydrauliskt motstånd, vilket gör det omöjligt att använda lågtrycksnaturgas i drift.

Utrustning med metallnät

Alla de nämnda typerna av insatser är dock tillverkade av keramik, vilket innebär att trots tjockleken och tillverkarens alla krusiduller för att öka hållfastheten, de fortfarande är sköra. Skörheten är särskilt besvärlig om apparaten måste flyttas kontinuerligt.

Därför utvecklades en mer hållbar typ av brännare utrustad med ett dubbelt metallnät för uppvärmning av ytor vid bygg- eller monteringsarbeten. I en sådan apparat behandlas gas-luftblandningen i springan mellan insatsen och näten. Ytan på det yttre nätet värms bara upp till 1023 K.

Användningen av metallnät möjliggjorde att avsevärt öka värmekraften hos IR-strålaren, samt att skydda den keramiska insatsen från skador.

I GIG-brännare med nätinsatser tillverkas dessa element av värmebeständiga legeringar med krom och nickel. Insatserna görs så att maskstorleken på det övre nätet tillåter flamman att fritt passera, medan det nedre har en minimal, kritisk storlek för flamgenomslag. Här kan båda näten eller ett av dem vara IR-strålare.

Om den infraröda brännaren bearbetar naturgas eller propan-butan flytande gas från en gasflaska, är endast det övre nätet involverat i spridningen av värmeenergi. Om gas med låg belastning bearbetas, avger båda näten värme. På så sätt ökar värmeöverföringen.

Emellertid överstiger den maximala verkningsgraden för IR-brännare med nät inte 60%, eftersom det hydrauliska motståndet hos munstyckena är dubbelt så stort som hos perforerade keramiska plattor av alla slag. Det är dock mindre än hos porösa munstycken.

Apparater med ökad värmeeffekt

Den ganska låga effektiviteten hos infraröda gasstrålare med keramiska plattor och nät har lett till att man söker sätt att öka värmekapaciteten. Resultatet uppnåddes genom införandet av en ny typ av munstycke, som består av en keramisk panel med en rad slitsar.

I genomskärning har slitsarna en plötslig expansion, deras inloppsöppningar är mindre än utloppen. Denna lösning ökar brännarens effektivitet genom återcirkulation av förbränningsprodukter, dvs. genom att de återförs till flamman i förbränningskanalen. Dessutom är flamman i sådana modeller mer stabil och slocknar mycket mer sällan i vind.

För att öka värmekapaciteten används olika tekniker, varav en är att förskjuta slitsöppningarna i förhållande till varandra. Denna lösning bidrar också till skydd mot vindpåverkan.

Den fria tvärsnittsarean hos slitspanelerna är i genomsnitt 55–60% av deras verkliga totala tvärsnitt. Brännare utrustade med dem arbetar på medeltrycksgas. Munstyckets yttre plan värms upp till 1723 K.

Vindtåliga strålare

Driftstabilitet vid vindbelastning är en viktig indikator vid val av gasinfraröd brännare som används inom byggnation eller montering av produktionsanläggningar. Långt ifrån alla industriella infraröda gasstrålare har denna egenskap.

För öppna ytor behövs speciella apparater som:

• kännetecknas av stabil injektion, som inte påverkas av vindbyar;
• är försedda med en anordning som förhindrar avböjning av strålen som kommer från munstycket;
• är skyddade mot aktiv kylning av strålningsytan som uppstår på grund av vindpåverkan.

I databladet för gasutrustning som kan värma i byig vind utan att slockna anges vindtålighet. Denna egenskap hos serieproducerade infraröda brännare är ungefär densamma både vid direkt, dvs. frontal vindpåverkan, och vid sidvind.

Minskning av injektionskoefficienten orsakar att en låga uppstår på strålningspanelens yttre yta. Temperaturen sjunker kraftigt. Den sänks av kall luft som tränger in i förbränningsområdet.

Vindtålighet är fysiskt sammankopplad med specifik värmebelastning och luftvolymen som tillförs munstycket under förbränningen. Vid överskott och hög hastighet av luftflödet minskar den infraröda strålarens verkningsgrad. Minskningen åtföljs av uppkomsten av flammande tungor, mörkare strålningsyta och att aggregatet upphör att fungera i lågfri drift.

Översikt över tillverkare av IR-värmare

Gasapparater för att skapa ett gynnsamt mikroklimat på byggarbetsplatser, i verkstäder, produktionshallar och liknande objekt tillverkas av både inhemska företag och utländska firmor.

Enligt konsumenterna toppas betyget för rysktillverkade produkter av gasbrännare av märket Soljargas. I sortimentet som presenteras av detta företag finns modeller avsedda för uppvärmning av områden av olika storlek. Aggregaten kan användas i växthus, garage och på öppna platser.

En av de mest efterfrågade och praktiskt beprövade typerna av gasinfraröd utrustning på den inhemska marknaden är serien av gasbrännare och -plattor från företaget Soljargas.

Den enda nackdelen som köpare och faktiska ägare av modellerna av gasbrännare och -plattor från huvudstadstillverkaren bör beakta är frånvaron av sensorsystem för säkerhet. Därför kan de användas i hemmet, men med försiktighetsåtgärder.

Produkter från företaget Sledopyt är inte mindre populära. Men i den utbud som erbjuds köparen dominerar produkter för hushållsbruk och turistvarianter.

Välförtjänt populära är plattor som används både för uppvärmning och för att laga enkla rätter, samt minibrännare till gaspatron.

Gasvärmare med logotypen Aeroheat har fått utmärkta omdömen från konsumenter. Denna utrustning lockar med sin tillförlitlighet, baserad på användning av högkvalitativa komponenter, och ett överkomligt pris. Plattor och brännare som arbetar på gas från Dixon och Sibirjatjka har visat sig väl.

Listan över värdefulla gasvärmare från utländska leverantörer toppas av gasbrännare och gasplattor från det sydkoreanska företaget Kovea. Märkets produkter används aktivt i små verkstäder, på platser för målnings- och byggarbeten, på campingturer och vid fiske.

Gasplattor och brännare från Hyundai ligger inte efter europeiska tillverkare i kvalitet och tekniska specifikationer. På vissa punkter överträffar de dem till och med.

För utrustning av verkstäder används oftast gasvärmare från det italienska företaget Sistema. Modeller från sydkoreanerna Hyundai, italienska gaskaminer Bartolini, som kan användas både i hemmet och på kontoret, är mycket efterfrågade. Svenska spisar Timberk och kinesisk utrustning Ballu utmärker sig med tillförlitlighet och stabil drift.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Författaren till följande video berättar i detalj om arbetsprincipen och fördelarna med IR-gasbrännare:

Detaljer om organisation av infravärme presenteras i följande video:

Installationsstegen för en gasvärmare av taktyp visas här:

I Ryssland tillverkas olika typer av IR-brännare, bland dem finns även vindtåliga modeller. Det sortiment som företaget erbjuder gör det möjligt att välja en apparat för uppvärmning av både öppna och slutna ytor.

Det är viktigt att innan köpet bestämma sig för i vilket syfte och under vilka förhållanden utrustningen ska användas, och därefter välja antingen en mer presterande eller en robust modell som tål upprepade flyttningar.