ИК приборы, генерирующие тепловые и световые потоки, активно используются в разнообразных сферах производства и частного хозяйства. Наиболее востребованы газовые инфракрасные излучатели для промышленных помещений. Их действие базируется на способности нагретого тела выделять в пространство полученное тепло.
Все о принципах работы инфракрасного оборудования вы узнаете из предложенной нами статьи. Мы расскажем о разновидностях инфракрасного оборудования и об их характерных отличиях. Познакомим с лидирующими на рынке моделями.
Суть инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение отличается от обычного и такого привычного видимого света. Схожи они по скорости, с которой распространяются и пересекают пространство. Обе разновидности способны преломляться, отражаться и собираться «в пучок».
В отличие от обычного светового излучения, представляющего собой электромагнитные волны, ИК поток обладает как волновыми, так и квантовыми свойствами. То есть он передает и свет, и тепло.
Свет, поставляемый инфракрасными приборами, движется волнообразно. Электромагнитные световые колебания находятся в сегменте спектра от 760 нм (нанометров) до 540 мкм (микрометров). Тепло, выделяемое ИК излучателями, является потоком квантов. Их энергия занимает интервал от 0,0125 до 1,25 эв (электрон-вольтах).
Тепловой и световой потоки, излучаемые инфракрасными приборами, взаимосвязаны. С увеличением интенсивности света сокращается квантовый поток тепла. В зависимости от температуры инфракрасное излучение может восприниматься и не восприниматься нашими глазами. Тепловое излучение визуально не определяется.
Эта специфика инфракрасного излучения используется в промышленности для ускорения процессов полимеризации и отвердевания. Тепловая часть инфракрасного излучения предоставляет возможность определять присутствие и расположение человека или животного в слабо освещенный и неосвещенный ночной период.
Нестандартность работы ИК приборов, выделяющих свет в сочетании с теплом, стала основой для разработки устройств ночного видения. Ее применяют в дефектоскопии, в средствах скрытой сигнализации и в технических приспособлениях для фотографирования в темное время суток.
Обе составляющие инфракрасного излучения почти не рассеиваются в обрабатываемом пространстве, они как бы фокусируются на объектах, находящихся в зоне их воздействия. Тепло проникает в тело нагреваемого предмета, глубина проникновения зависит от свойств, структуры и материала объекта. Варьирует глубина от десятой доли мм до нескольких мм.
При использовании в промышленных целях длину волны от инфракрасных излучателей подбирают, исходя из технических характеристик предмета или вещества. ИК лучи свободно проходят через воздушную массу, потому нагревание производится без ощутимых потерь. Это обстоятельство обоснованно считается веским плюсом на производстве.
Кроме нагрева и освещения обрабатываемой прибором зоны инфракрасные излучатели используются в решении следующих задач:
Ускорение процессов полимеризации
Ускорение схватывания покрытия
Инфракрасное оборудование в медицине
Инфракрасные лампы в тепличном хозяйстве
Виды источников инфракрасного излучения
К простейшим источникам ИК излучения относятся всем нам отлично знакомые лампы накаливания, функционирующие под малым напряжением. В таких условиях они в основном выделяют инфракрасные потоки. Доля световых электромагнитных волн при этом незначительна, но все же она определяется оптически.
Сейчас в распоряжении частного потребителя, строительных и производственных организаций множество различных типов ИК излучателей.
Сфера их применения определяется:
- рабочей температурой;
- максимальным значением длины волны;
- зоной, в которой инфракрасный поток распределяется равномерно.
С учетом перечисленных характеристик и подбирают излучающий прибор, предназначенный для решения конкретных задач.
К самым распространенным разновидностям ИК излучателей относятся:
- Лампы с зеркальными отражающими устройствами. При максимальном излучении длина их волны составляет 1,05 мкм.
- Кварцевые трубчатые лампы. Их длина волны при максимальном излучении находится в диапазоне от 2 до 3 мкм.
- Стержневые неметаллические нагреватели. Конструктивно их дополняют рефлекторами, максимальная длина волны – от 6 до 8 мкм.
- Трубчатые электронагреватели. Широко распространенные в быту, применяемые на производстве приборы с ТЭНами.
- Инфракрасные горелки. Их оснащают керамическими или металлическими перфорированными насадками. Применяют в строительстве для обогрева открытых и закрытых площадок во время возведения здания, производстве отделочных работ.
Источники инфракрасных лучей нашли применение в фермерском хозяйстве. С их помощью производится обогрев птичьего молодняка и недавно появившихся на свет домашних животных. Излучатели устанавливаются в теплицах для стимуляции роста культивируемых сортов, в овинах и зернохранилищах для сушки.
Ламповый инфракрасный излучатель
Трубчатый электрический нагреватель
Стержневой источник ИК излучения
Газовая инфракрасная плитка
Источники инфракрасных потоков подразделяются на:
- Инфракрасные лампы. Это «световые» излучатели и приборы, поставляющие тепловое излучение.
- Нагреватели. Устройства, применяемые для обогрева замкнутых помещений и открытых пространств. В их числе модели, работающие на электропитании, жидком или газообразном топливе. Нагревательным элементом может быть как ТЭН, так и спираль из сплава с высоким сопротивлением.
Согласно классификации по длине волны инфракрасные источники делятся на две основные группы: темные и светлые. Первые работают, выделяя в пространство длинные волны, вторы – короткие.
Темные и светлые ИК излучатели
Согласно определению «светлые» источники способны выделять свет. Излучаемые ими потоки воспринимаются зрением, хотя ярким освещением их все же сложно назвать и применять именно с этой целью вовсе не стоит.
«Темные» приборы поставляют невидимый для человека поток тепла, ощущаемый кожей пользователя, но визуально не определяемый. Граничным значением между «светлыми» и «темными» считается длина волны, равная 3 мкм. Граничной температурой нагреваемой поверхности является 700º.
Самым известным представителем «темного» греющего агрегата является кирпичная русская печка, многие столетия успешно обогревающая малоэтажные дома. В числе «светлых», как уже нам понятно, фигурирует электрическая лампочка накаливания, если света она поставляет не более 12%. Основная ее энергия направлена при этом на выработку тепла.
Особенности устройства светлых приборов
Конструктивно светлые источники схожи с типичной лампой накаливания. Однако есть отличия в телах накала. У светлых инфракрасных приборов температура не может превышать предела в 2270-2770 К. Это необходимо для увеличения теплового потока за счет сокращения выделения света.
Точно так же как у стандартных лампочек тело накала, выполненное из вольфрамовой нити, помещается в стеклянную колбу. Только колба оснащена отражателям, благодаря которому вся лучистая энергия фокусируется на нагреваемом предмете. При этом незначительная часть энергии затрачивается на нагрев цоколя лампочки.
Колба светлых инфракрасных источников разогревается до высоких температур, потому она тоже участвует в процессе передачи тепла в пространство. Тепловая энергия от нагретой колбы не фокусируется рефлектором и выходит в необрабатываемое пространство, она-то и является снижающей КПД прибора составляющей.
Производительность светлого инфракрасного источника в среднем не превышает 65%. Ее увеличивают, помещая вольфрамовое тело нагрева в выполненную из кварцевого стекла трубку или аналогичную колбу. Такое решение позволяет увеличить длину волны до 3,3 мкм, а температуру снизить до 600º.
Этот вариант применяется в кварцевых ИК обогревателях, в которых вокруг кварцевого стержня навивается хромоникелевая проволока и все это вместе располагается в кварцевой трубке.
Суть работы заключается в двойном использовании накала проволоки. Выделяемая тепловая энергия частично идет на прямой обогрев, частично на повышение температуры кварцевого стержня. Разогретый докрасна стержень тоже выделяет потоки тепла.
К плюсам трубчатых приборов вполне аргументированно относят устойчивость всех компонентов, выполненных из кварца и керамики, к атмосферному негативу. Минусом считается хрупкость керамических деталей.
Специфика работы и конструкции темных обогревателей
Так называемые «темные» источники ИК потоков значительно практичнее «светлых» собратьев. Их излучающий элемент по строению отличается в лучшую сторону. Нагреваемый проводник сам не излучает тепловую энергию, поставляет ее окружающая металлическая оболочка.
В итоге рабочая температура прибора не превышает 400 – 600º. Для того чтобы тепловая энергия не тратилась впустую, темные излучатели оснащают рефлекторами, перенаправляющими потоки в нужное направление.
Длинноволновые излучатели темной группы не бояться ударов и подобных механических воздействий, т.к. хрупкий полимерный или керамический элемент в них защищен металлическим подобием кожуха и защитным теплоизоляционным слоем. КПД излучателей этой группы достигает 90%.
Инфракрасный излучатель в кафе
ИК греющий прибор в производственном помещении
Установка излучателя перед входом в дом
Греющий ИК излучатель в домашней обстановке
Но и они не лишены недостатков. Обогреватели темной группы зависят от конструктивных особенностей прибора. Если расстояние между основным излучающим элементом и поверхностью прибора велико, то она будет омываться и охлаждаться протекающим мимо воздухом. КПД в результате снижается.
Из-за конструктивных особенностей темные модели устанавливают для обогрева помещений с низкими потолками и площадок, требующих линейной поставки тепла. Светлые – ставят там, где требуется обработка комнат с высоким потолком и вертикально вытянутых площадок.
Газовые горелки как источник ИК лучей
Приборы, в которых происходит беспламенная переработка газа, называются газовыми горелками или газовыми инфракрасными излучателями. Выделяемая с большой напряженностью тепловая энергия ими передается в пространство через излучающую поверхность агрегата.
Именно газовыми инфракрасными обогревателями типа горелок пользуются в промышленных масштабах при проведении строительных и монтажных работ. Преобладающий объем тепловой энергии передают излучающие керамические насадки горелок.
Газовая горелка инжекционного типа
Аппарат беспламенного горения
Работа горелки на открытой площадке
Газовый обогреватель для туристов
В качестве насадок используются:
- керамические пластины с перфорацией, которые бывают плоскими или рельефными;
- керамические пластины с равномерно распределенными порами;
- керамические элементы с сетчатым нихромовым экраном, сетчатые металлические и всевозможные каталитические насадки.
Все перечисленные виды отверстий в керамическом или металлическом элементе являются огневыми каналами.
Топливом для работы этого вид инфракрасных излучателей служит магистральный газ, а также его сжиженный вариант или искусственно созданные газы. В России производят горелки, рассчитанные на переработку сжиженного и магистрального газа. Зарубежное оборудование рассчитано в основном на переработку сжиженного и искусственного вариантов.
Если правила эксплуатации не нарушаются, то продукты сгорания от работы газовой горелки выделяются в минимальном количестве с незначительным содержанием окислов азота и угарного газа.
Для подачи газа газовые инфракрасные горелки (ГИГ) оснащаются соплами, через которые газ нагнетается с высокой скоростью. Такая подача газа обеспечивает инжекцию требующегося для горения воздуха. Он «проталкивается» высокоскоростным потоком через инжектор в распределительную камеру.
Газ не только инжектирует воздух, но и смешивается с ним в инжекторе, в результате чего получается пригодная для полного сгорания газовоздушная смесь. Эта смесь перемещается на поверхность керамической насадки через ее поры, перфорированные отверстия или щели, где и сгорает полностью в тонком слое толщиной не более 1,5 мм.
Горелки с плоскими керамическими насадками
Преобладающий объем тепловой энергии передается керамическим плиткам, нагреваемым до сверхвысоких температур за период меньше минуты. Внешняя поверхность керамического элемента превращается в дополнительный источник теплового потока.
На долю керамической насадки приходится от 40 до 60% излучения, передаваемого промышленным газовым ИК обогревателем. С целью увеличения эффективности прибора над насадкой устанавливают сетчатый экран. Для увеличения теплопередающей поверхности перфорированные плитки склеивают с применением огнеупорной замазки.
Использование горелки в качестве плитки
Оснащение системами безопасности
Шильдик с основными техническими параметрами
Характеристики в техпаспорте прибора
Важным показателем является диаметр огневых каналов. От него зависит, какой газ может перерабатывать прибор. От диаметра зависит общее количество отверстий в керамической плитке. Чем их больше, тем более хрупким получится теплоизлучающий элемент и будет чувствительной к механическим повреждениям ГИГ.
Нагреватели с ребристым типом насадки
Кроме плоских керамических насадок с перфорацией применяются рельефные элементы. Использование ребристой поверхности в этом случае стимулирует течение теплообмена между излучающей поверхностью и горящим газом. Ребристая керамическая плитка лучше нагревается, при этом тепловая нагрузка на излучающий элемент не увеличивается.
Плоские и ребристые керамические насадки разогреваются до 1473 К. А вот пористые керамические элементы только до 1237 К. Пористый вариант проще в изготовлении, следовательно, дешевле. К тому же в его производстве используются отходы керамической промышленности.
Толщина пористых плиток достигает 30 мм, что ощутимо повышает устойчивость насадки к механическому воздействию. Во время действия горелки с такой насадкой газовоздушная смесь, вышедшая из распределительной камеры, сгорает на внешней поверхности керамической плитки в слое до 2 мм.
Область горения в пористой насадке перемещается с внешней поверхности на глубину до 3-5 мм. При этом температура нагрева достигает всего 1123 К.
Минусом пористых насадок для ГИГ является излишне высокое гидравлическое сопротивление, из-за которого невозможно в работе использовать магистральный газ низкого давления.
Оборудование с металлическими сетками
Однако все из перечисленных видов насадок выполнены из керамики, значит, несмотря на толщину и всевозможные ухищрения производителя, желающего повысить прочность, они все равно хрупки. Хрупкость особенно напрягает, если прибор требуется постоянно перемещать.
Поэтому для обогрева площадок при проведении строительных или монтажных работ был разработан более прочный тип горелки, оснащенной металлической двойной сеткой. В таком приборе газовоздушная смесь перерабатывается в промежутке между насадкой и сетками. Поверхность внешней сетки разогревается всего до 1023 К.
В ГИГ с сетчатыми насадками эти элементы выполняют из жаростойких сплавов с хромом и никелем. Насадки делают так, чтобы размер ячеек верхней сетки позволял пламени свободно проходить, а нижней – был минимальным, критическим для проскока огня. Здесь излучателями ИК тепла могут быть обе сетки или одна.
Если инфракрасная горелка перерабатывает магистральный газ или пропан-бутановую сжиженную смесь из газового баллона, в распространении тепловой энергии задействована только верхняя сетка. Если перерабатывается газ с низкой нагрузкой, тепло излучают обе сетки. Таким способом увеличивается теплопередача.
Однако максимальная величина КПД ГИГ с сетками не превышает 60%, потому что гидравлическое сопротивления насадок в два раза больше, чем у перфорированных керамических плиток всех разновидностей. Правда оно меньше, чем у пористых насадок.
Приборы с увеличенной тепловой мощностью
Довольно низкая эффективность инфракрасных газовых излучателей с керамическими пластинами и сетками заставило искать пути повышения тепловой мощности. Результата удалось достичь внедрением нового вида насадки, которая представляет собой керамическую панель с рядом щелей.
В срезе щели имеют внезапное расширение, их входные отверстия меньше выходных. Такое решение повышает эффективность работы горелки за счет рециркуляции продуктов горения, т.е. их возвращения к основанию пламени в пределах огневого канала. К тому же пламя в таких моделях более устойчиво и гораздо реже затухает на открытом ветру.
Живое сечение щелевых панелей составляет в среднем 55 – 60% от их реального суммарного сечения. Оснащенные ими горелки работают на газе среднего давления. Внешняя плоскость насадки разогревается до 1723 К.
Излучатели с устойчивостью к ветровой нагрузке
Устойчивость работы при ветровой нагрузке – важный показатель для выбора газовой инфракрасной горелки, применяемой в строительстве или сборке производственных установок. Этим качеством обладают далеко не все промышленные инфракрасные излучатели, перерабатывающие газ.
Для открытых площадок нужны особые приборы, которые:
- отличаются стабильной инжекцией, на зависящей от порывов ветра;
- снабжены устройством, предотвращающим отклонение струи, выходящей из сопла;
- защищены от активного охлаждения поверхности излучения, происходящего из-за воздействия ветров.
В техпаспорте газового оборудования, способного нагревать при порывистом ветре и не гаснуть, указана ветроустойчивость. Эта характеристика у серийно производящихся инфракрасных горелок примерно равна как при прямом, т.е. лобовом воздействии ветра, так и при боковом обдуве.
Излучатель инфракрасного потока в производственном цехе
Обогреватель инфракрасного типа на стене
Переработка газа ветроустойчивым оборудованием
Ветроустойчивая горелка на открытой площадке
Сокращение коэффициента инжекции вызывает появление пламени на внешней поверхности излучающей панели. При этом температура резко снижается. Снижает ее холодный воздух, проникающий в область горения.
Ветроустойчивость физически взаимосвязана с удельной тепловой нагрузкой и объемом воздуха, поступающего к соплу в период горения. При избытке и высокой скорости воздушного потока КПД инфракрасного излучателя сокращается. Сопровождается сокращение появлением языков пламени, потемнением излучающей поверхности и прекращением работы агрегата в беспламенном режиме.
Обзор производителей ИК обогревателей
Газовые приборы для формирования благоприятного микроклимата на стройплощадке, в мастерской, производственном цехе и подобных объектах выпускают как отечественные компании, так и зарубежные фирмы.
По мнению потребителей, рейтинг продукции российского производства возглавляют газовые горелки марки Солярогаз. В представленном этой компанией ассортименте модели, рассчитанные на обогрев различных по объему площадей. Агрегаты можно использовать в теплицах, гаражах и на открытых площадках.
Единственный минус, который стоит учесть покупателям и реальным владельцам моделей газовых горелок и плиток от столичного производителя – отсутствие датчиков систем безопасности. Ввиду чего использовать в быту их можно, но с соблюдением мер предосторожности.
Не уступают по популярности изделия от компании Следопыт. Однако в предложенной покупателю торговой линейке преобладает продукция для бытового использования и туристические варианты.
Туристическая газовая горелка Следопыт
Устройство для подключения баллона
Переходник для подключения к цанговому баллону
Комплектация мобильной газовой горелки
Вполне обоснованной популярностью пользуются плитки, применяемые как в обогреве, так и в приготовлении несложных блюд, и мини горелки от баллончика.
Отличные характеристики от потребителей получили газовые обогреватели с логотипом Aeroheat. Это оборудование привлекает надежностью, обоснованной использованием высококачественных комплектующих, и доступной стоимостью. Хорошо себя зарекомендовали плитки и горелки, работающие на газу, от Диксон и Сибирячка.
Перечень достойных газовых обогревателей от зарубежных поставщиков возглавляют газовые горелки и плитки от южнокорейской фирмы Kovea. Продукция марки активно используется в небольших мастерских, на площадках проведения малярных и строительных работ, в турпоходах и на рыбалке.
Для обустройства цехов чаще используют газовые обогреватели от итальянской компании Sistema. Активно востребованы модели от южнокорейцев Hyundai, итальянские газовые печки Bartolini, которые можно использовать и в быту, и в офисе. Надежностью и стабильной работой отличаются шведские печки Timberk, китайское оборудование Ballu.
Выводы и полезное видео по теме
Подробно о принципе работы и преимуществах ИК газовых горелок расскажет автор следующего видео:
Детали организации инфракрасного отопления представлены в следующем видео:
Этапы установки газового греющего прибора потолочного типа продемонстрированы здесь:
В РФ производят разные виды инфракрасных горелок, в числе которых имеются и ветроустойчивые модели. Предложенный предприятием ассортимент позволяет выбрать прибор для обогрева открытых и закрытых площадок.
Важно перед покупкой определиться, с какой целью и в каких условиях будет эксплуатироваться оборудование, после чего подобрать либо более производительную, либо прочную модель, не боящуюся многократных перемещений.