Инфракрасные приборы, создающие тепловое и световое излучение, применяются в разных отраслях промышленности и быта. В производственных масштабах популярны газовые инфракрасные излучатели. Их принцип работы основан на способности нагретого объекта выделять полученное тепло.
Предлагаем статью, раскрывающую принципы работы инфракрасного оборудования. В ней рассказывается о его видах и особенностях, а также представлены популярные модели.
Суть инфракрасного излучения
Инфракрасное излучение отличается от видимого света, хотя скорость распространения их одинакова. Обе разновидности света способны преломляться, отражаться и собираться в пучки.
В отличии от обычного света, который состоит из электромагнитных волн, инфракрасное излучение имеет как волновые, так и квантовые свойства. Из-за этого оно передаёт и свет, и тепло.
Свет от инфракрасных приборов волнообразно движется. Электромагнитные колебания света располагаются в спектре от 760 нм до 540 мкм. Тепло, выделяемое ИК излучателями, — это поток квантов с энергией от 0,0125 до 1,25 эв.
Тепловые и световые потоки, испускаемые инфракрасными приборами, связаны. При росте интенсивности света уменьшается квантовый поток тепла. В зависимости от температуры инфракрасное излучение может быть видимым или невидимым для человеческого глаза. Тепловое излучение визуально незаметно.
Использование инфракрасных лучей промышленно применяют для ускорения полимеризации и отвердения материалов. Часть инфракрасного спектра, обладающая тепловой энергией, позволяет определить нахождение человека или животного в условиях недостаточного освещения или полной темноты ночью.
Нестандартная работа ИК-приборов, выделяющих свет совместно с теплом, послужила основой для создания устройств ночного видения. Их применяют в дефектоскопии, средствах скрытой сигнализации и технических приспособлениях для фотографирования ночью.
Обе составляющие инфракрасного излучения Почти не рассеиваясь в обрабатываемом пространстве, концентрируются на объектах зоны воздействия. Тепло проникает в тело нагреваемого предмета; глубина проникновения зависит от свойств, структуры и материала объекта.
Глубина варьируется от десятой доли мм до нескольких мм.
При промышленном применении длину волны от инфракрасных излучателей подбирают, исходя из особенностей предмета или вещества. ИК лучи легко проходят через воздух, поэтому нагревание происходит без заметных потерь. Это обстоятельство считается значительным преимуществом на производстве.
Помимо нагрева и освещения рабочей зоны, инфракрасные излучатели применяются для решения следующих задач.
Виды источников инфракрасного излучения
К простейшим источникам инфракрасного излучения относятся те, с которыми все хорошо знакомы. лампы накаливанияФункционирующие под малым напряжением, эти устройства в основном выделяют инфракрасные потоки. Доля световых электромагнитных волн невелика, но все же определяется оптически.
На современном рынке представлено большое разнообразие инфракрасных излучателей для частных лиц, строительных и промышленных предприятий.
Сфера их применения определяется:
- рабочей температурой;
- максимальным значением длины волны;
- областью равномерного распределения инфракрасного потока.
Выбирая излучающий прибор, учитывают перечисленные характеристики и задачи его применения.
К наиболее часто встречающимся типам ИК-излучателей относят:
- Лампы со светоотражающими зеркалами, имеющие длину волны излучения 1,05 мкм при максимальном значении.
- Длина волны кварцевых трубчатых ламп при максимальном излучении варьируется от 2 до 3 микрометров.
- Неметаллические стержневые нагреватели комплектуют рефлекторами, пиковая длина волны которых составляет от 6 до 8 микрон.
- Электронагреватели трубчатого типа популярны в повседневной жизни и используются на предприятиях.
- Инфракрасные горелки имеют керамические или металлические перфорированные насадки. Используют их в строительстве для обогрева открытых и закрытых площадок при возведении зданий и проведении отделочных работ.
Инфракрасные лучи используются в сельском хозяйстве для обогрева птенцов и новорожденных животных. Излучатели применяются в теплицах для ускорения роста растений, а также в курятниках и зернохранилищах для сушки.
Источники инфракрасных потоков подразделяются на:
- Инфракрасные лампыЭто световые излучатели и устройства, выделяющие тепловое излучение.
- НагревателиПриборы для обогрева закрытых комнат и открытых участков, работающие от электричества, жидкого или газообразного топлива. Нагрев обеспечивают ТЭНы или спирали из высокосопротивляющегося сплава.
Инфракрасные источники разделяют на две группы по длине волны: темные и светлые. Темные излучают длинные волны, а светлые – короткие.
Темные и светлые ИК излучатели
Светящиеся источники испускают свет, который можно заметить глазом, но светом для хорошего освещения трудно назвать и использовать в этом виде неприемлемо.
«Темные» приборы излучают поток тепла, который недоступен для человеческого глаза, но ощутим кожей. Между «светлыми» и «темными» разделяют длину волны в 3 мкм. Температура нагреваемой поверхности не должна превышать 700º.
Наиболее знаменитым образцом теплового устройства с негативным эффектом считают… кирпичная русская печкаНесколько веков обогревает малоэтажные дома. Среди «светлых» — электрическая лампа накаливания, если свет производит не более 12%. Основной ее труд — выделение тепла.
Особенности устройства светлых приборов
По строению источники света похожи на обычную лампу накаливания, но отличия наблюдаются в телах накала. У светлых инфракрасных приборов температура не должна превышать 2270-2770 К. Такой предел необходим для повышения теплового потока за счет уменьшения выделения света.
Как и у обычных ламп, в данном устройстве вольфрамовая нить размещена внутри стеклянной колбы. Отличие состоит в отражателях, которые направляют всю светящуюся энергию на нагреваемый предмет. При этом незначительная часть энергии идёт на нагрев цоколя лампы.
Светлая колба инфракрасных источников нагреваеться до высоких температур и передает тепло в окружающее пространство.
Выходная мощность теплового источника с длинной волны света обычно не превышает 65%. Ее можно повысить, поместив нагревательный элемент из вольфрама в трубку или колбу из кварцевого стекла. Благодаря этому увеличивается длина волны до 3,3 мкм, а температура снижается до 600 градусов Цельсия.
Этот вариант используется в кварцевых ИК обогревателях, где вокруг кварцевого стержня наматывают хромоникелевую проволоку, а всё помещают внутрь кварцевой трубки.
Работа основана на двух направлениях использования нагрева от проволоки: часть тепла нагревает непосредственно, а другая часть повышает температуру кварцевого стержня. Раскаленный стержень также излучает тепловые потоки.
Трубчатые приборы имеют прочные компоненты из кварца и керамики, стойкие к воздействию окружающей среды. Хрупкостью обладают керамические детали.
Особенности функционирования и устройства инфракрасных нагревательных приборов.
Источники инфракрасного излучения, называемые «темными», намного практичнее «светлых». Излучающий элемент у них устроен лучше. Нагретый проводник сам не испускает тепловую энергию, а передаёт её окружающей металлической оболочке.
Рабочая температура прибора не превосходит 400—600 градусов. Для предотвращения потери тепловой энергии темные излучатели комплектуют рефлекторами, направляющими потоки в заданном направлении.
Длинноволновые излучатели темной группы устойчивы к ударам и механическим воздействиям из-за защитного металлического кожуха и теплоизоляции, которые оберегают хрупкий полимерный или керамический элемент. Эффективность этих излучателей достигает 90%.
Также у них есть недостатки. Обогреватели темной группы зависят от конструкции. Если расстояние между основным излучающим элементом и поверхностью прибора большое, то её омывает и охлаждает проходящий воздух. Из-за этого понижается КПД.
Темные модели из-за конструктивных особенностей подходят для отопления помещений с малыми высотами потолков и площадей, нуждающихся в линейной подаче тепла. Светлые модели устанавливают там, где необходимо обогреть помещения с высокими потолками и вертикально вытянутые площади.
Газовые горелки как источник ИК лучей
Устройства для беспламенной обработки газа называют газовыми горелками или газовыми инфракрасными излучателями. Большая концентрация тепловой энергии передаётся пространству через излучающую поверхность агрегата.
В промышленности для проведения строительных и монтажных работ применяют газовые инфракрасные обогреватели типа горелок. Основная часть тепловой энергии передаётся от излучающих керамических насадок горелок.
В качестве насадок используются:
- Керамические пластины с отверстиями, существующие в плоской и рельефной формах.
- Керамоплитка с отверстиями, размещенными равномерно.
- Керамические детали с сетчатым нихромовым покрытием, сетчатые металлические и разные каталитические установки.
Перечисленные виды отверстий в керамических или металлических элементах выполняют функцию огневых каналов.
Эти инфракрасные излучатели работают на магистральном газе, его сжиженном варианте или искусственно созданных газах. В России выпускают горелки для переработки сжиженного и магистрального газа. Зарубежное оборудование рассчитано в основном на переработку сжиженного и искусственного вариантов.
При соблюдении правил эксплуатации продукты сгорания от газовой горелки выделяются в небольшом количестве и содержат малое количество окислов азота и угарного газа.
Газовые инфракрасные горелки (ГИГ) для подачи газа используют сопла, через которые газ подается с большой скоростью. Такая подача обеспечивает инжекцию воздуха, необходимого для горения. Воздух «проталкивается» высокоскоростным потоком газа через инжектор в распределительную камеру.
Газ смешивается с воздухом в инжекторе, образуя газовоздушную смесь, пригодную для полного сгорания. Смесь перемещается на поверхность керамической насадки через поры, перфорированные отверстия или щели и там полностью сгорает в тонком слое толщиной не более 1,5 мм.
Горелки с плоскими керамическими насадками
Основная часть тепла передаётся керамическим плиткам, которые нагреваются до экстремально высоких температур в течение доли минуты. Поверхность плитки становится источником тепла.
Керамическая насадка поглощает от 40 до 60% излучения, передаваемого промышленным газовым ИК обогревателем. Для повышения эффективности прибора над насадкой размещают сетчатый экран. Чтобы увеличить теплопередающую поверхность перфорированные плитки склеивают огнеупорной замазкой.
Диаметр огневых каналов — важный показатель, от которого зависит перерабатываемый газ прибором.
Также количество отверстий в керамической плитке определяется диаметров канала. Больше отверстий — более хрупкий теплоизлучающий элемент и повышенная чувствительность к механическим повреждениям ГИГ.
Нагреватели с ребристым типом насадки
Помимо плоских перфорированных керамических насадок применяются рельефные элементы с рифленой поверхностью. Такая поверхность стимулирует теплообмен между излучающей поверхностью и горящим газом. Рифленая керамическая плитка нагревается эффективнее, при этом тепловая нагрузка на излучающий элемент не возрастает.
Плоские и ребристые керамические насадки нагреваются до 1473 К. Пористые элементы – только до 1237 К. Производство пористого варианта проще и, соответственно, дешевле. К тому же в его изготовлении применяют отходы керамической промышленности.
Пористые плитки толщиной 30 мм усиливают устойчивость насадки к механическому воздействию. При работе горелки с такой насадкой газовоздушная смесь из распределительной камеры сгорает на внешней поверхности керамической плитки в слое до 2 мм.
В пористой насадке зона возгорания смещается от наружной стороны внутрь, не более чем на 3-5 миллиметров. Температура нагрева при этом не превышает 1123 Кельвинов.
Пористая вставка для газовой установки высокого давления имеет недостаток в виде слишком большого гидравлического сопротивления, что не позволяет применять магистральный газ с низким давлением.
Оборудование с металлическими сетками
Все перечисленные виды насадок сделаны из керамики. Поэтому, не смотря на толщину и различные старания производителя по повышению прочности,
предметы остаются хрупкими.
Для обогрева строительных площадок при монтажных работах создана более прочная горелка с металлической двойной сеткой. Газовоздушная смесь горит между насадкой и сетками. Поверхность внешней сетки нагревается до 1023 К.
В горелках с жаростойкими сетками из сплавов хрома и никеля элементы выполняют функцию пропуска пламени. Верхняя сетка имеет ячейки достаточного размера для свободного прохождения пламени, а нижняя – минимальные, критически необходимые для проскока огня. В качестве излучателей ИК тепла могут использоваться обе сетки или одна из них.
Если инфракрасная горелка использует магистральный газ или пропан-бутановую смесь в жидком виде из газового баллонаДля передачи тепла используется только верхняя сетка. При переработке газа с малой нагрузкой тепло выделяют обе сетки, что повышает теплоотдачу.
Максимальная эффективность ГИГ с сетками не превосходит 60% из-за двойного гидродинамического сопротивления насадок по сравнению с перфорированными керамическими плитками всех типов. Указанное сопротивление, тем не менее, ниже, чем у пористых насадок.
Приборы с увеличенной тепловой мощностью
Низкую эффективность инфракрасных газовых излучателей с керамическими пластинами и сетками подтолкнуло к поискам путей повышения тепловой мощности. Успех достигнут благодаря внедрению новой насадки: керамической панели с рядами щелей.
В сечении щели наблюдается резкое расширение, входные отверстия которых меньше выходных. Это конструктивное решение увеличивает эффективность горелки за счет циркуляции продуктов сгорания обратно к основанию пламени внутри огневого канала. Кроме того, пламя в таких моделях более устойчиво и реже гаснет при ветре.
Поверхность щелевых панелей обычно занимает 55–60 % их общего сечения. Сжигатели, оборудованные такими панелями, функционируют на природном газе среднего давления. Внешняя сторона насадки нагревается до температуры 1723 К.
Излучатели с устойчивостью к ветровой нагрузке
Стойкость к ветровой нагрузке — важный критерий при выборе газовых инфракрасных горелок для строительства или монтажа производственных линий. Не все промышленные ИК-излучатели, работающие на газе, обладают таким качеством.
Для открытых площадок необходимы специальные устройства.
- Рассматриваемые системы характеризуются постоянной подачей топлива независимо от изменения силы ветра.
- Оснащены устройством, исключающим смещение потока, исходящего из форсунки.
- Поверхность защищена от активного охлаждения, вызванного воздействием ветров.
В техпаспорте газового оборудования, способного работать при порывистом ветре без гашения пламени, указывается ветроустойчивость. У серийно выпускаемых инфракрасных горелок эта характеристика примерно одинакова как при прямом воздействии ветра, так и при боковом обдуве.
Уменьшение коэффициента инжекции приводит к появлению пламени на внешнем ограждении излучающей панели, при этом её температура резко падает. На температуру влияет и холодный воздух, поступающий в зону пожара.
Ветроустойчивость напрямую связана с тепловой нагрузкой и объемом воздуха, поступающего к соплу во время горения. Избыток и высокая скорость воздушного потока снижают КПД инфракрасного излучателя. Это сопровождается появлением языков пламени, потемнением излучающей поверхности и остановкой агрегата в беспламенном режиме.
Обзор производителей ИК обогревателей
Компании из России и за рубежом производят газовые приборы для создания комфортного климата на строительных площадках, в мастерских и цехах.
Покупатели считают газовые горелки марки Солярогаз лучшими среди продукции российского производства. В ассортименте этой компании модели для обогрева помещений разного размера.
Покупателям и реальным владельцам газовых горелок и плит от столичного производителя следует учесть один минус: отсутствие датчиков систем безопасности. Из-за этого их можно использовать в быту, но при соблюдении мер предосторожности.
Изделия компании «Следопыт» также пользуются большой популярностью. В ассортименте, предлагаемом покупателям, больше всего товаров для домашнего использования и туристических целей.
Плитки пользуются заслуженной популярностью в качестве элементов для обогрева и приготовления простых блюд. мини горелки от баллончика.
Газовые обогреватели Aeroheat получили положительные отзывы покупателей благодаря надежности, обусловленной качественными комплектующими, и доступной цене. Популярностью пользуются газовые плиты и горелки от производителей Диксон и Сибирячка.
Среди качественных газовых обогревателей, предлагаемых зарубежными производителями, лидируют газовая горелка и плита от южнокорейской фирмы Kovea.
Для оборудования цехов чаще выбирают газовые обогреватели от итальянской компании Sistema. Большой популярностью пользуются модели южнокорейского бренда Hyundai, а также итальянские газовые печи Bartolini, которые годятся как для дома, так и для офиса. Шведские печи Timberk славятся надежностью и стабильной работой, китайское оборудование Ballu тоже высоко оценивается.
Выводы и полезное видео по теме
Видеоролик подробно объяснит принцип работы и достоинства ИК газовых горелок.
Информация о конструкции инфракрасных систем обогрева доступна в данном видеоролике.
Инструкция по установке настенного газового обогревателя представлена ниже.
В России выпускают различные инфракрасные горелки, в том числе устойчивые к ветру. Предприятие предлагает широкий выбор устройств для обогрева открытых и закрытых зон.
Перед приобретением необходимо решить, для каких целей и при каких условиях будет использоваться оборудование, а затем выбрать подходящую: мощную или же прочную, устойчивую к частым переездам.