Gasinfrarøde strålere til industrilokaler: opbygning, funktionsprincip, varianter

IR-apparater, der genererer varme- og lysstrømme, anvendes aktivt i forskellige produktionsområder og private husholdninger. Mest efterspurgte er gasinfrarøde emittere til industrielle lokaler. Deres virkning er baseret på et opvarmet legemes evne til at afgive den modtagne varme til rummet.

Alt om funktionsprincipperne for infrarødt udstyr lærer du af den af os foreslåede artikel. Vi fortæller om varianter af infrarødt udstyr og deres karakteristiske forskelle. Vi præsenterer de førende modeller på markedet.

Essensen af infrarød stråling

Infrarød stråling adskiller sig fra almindeligt og sådant velkendt synligt lys. De ligner hinanden i den hastighed, hvormed de udbreder sig og krydser rummet. Begge varianter er i stand til at brydes, reflekteres og samles 'i en stråle'.

I modsætning til almindelig lysstråling, som består af elektromagnetiske bølger, har IR-strømmen både bølge- og kvanteegenskaber. Det vil sige, den overfører både lys og varme.

Både almindeligt lys og infrarød stråling er strømme af elektromagnetiske bølger. Forskellen er, at i det første tilfælde dominerer den synlige komponent, i det andet – den synlige komponent kombineres med den termiske.

Lyset, der leveres af infrarøde apparater, bevæger sig bølgeformet. De elektromagnetiske lyssvingninger befinder sig i spektralsegmentet fra 760 nm (nanometer) til 540 μm (mikrometer). Varmen, der afgives af IR-emittere, er en strøm af kvant. Deres energi ligger i intervallet fra 0,0125 til 1,25 eV (elektronvolt).

Varme- og lysstrømme, der udstråles af infrarøde apparater, er indbyrdes forbundne. Med stigende lysintensitet reduceres kvantestrømmen af varme. Afhængigt af temperaturen kan infrarød stråling opfattes eller ikke opfattes af vores øjne. Termisk stråling bestemmes ikke visuelt.

Denne specifikation af infrarød stråling anvendes i industrien til at fremskynde polymerisations- og hærdningsprocesser. Den termiske del af infrarød stråling gør det muligt at bestemme tilstedeværelse og placering af mennesker eller dyr i svagt oplyste og uoplyste nattetimer.

Infrarøde varmeapparater udsender lys kombineret med termisk energi, der bruges til at skabe et behageligt mikroklima på standpladser, i værksteder, i produktionshaller, fjerkræfarme, drivhuse og mange andre steder.

Det usædvanlige ved IR-apparater, der udsender lys kombineret med varme, blev grundlaget for udviklingen af nattevisionenheder. Det anvendes i defektoskopi, i skjulte alarmsystemer og i tekniske anordninger til fotografering i mørke.

Begge komponenter af infrarød stråling spredes næsten ikke i det behandlede rum, de fokuseres så at sige på objekter i deres indvirkningszone. Varmen trænger ind i den opvarmede genstands krop, dybden afhænger af objektets egenskaber, struktur og materiale. Dybden varierer fra en tiendedel mm til flere mm.

Infrarøde varmelegemer installeres på gulvet, fastgøres til vægge, hænges i loftet. Apparaterne er kendetegnet ved flammefri forbrænding, bevarelse af ilt i det omgivende rum, hæver ikke støvsøjler i modsætning til konvektorer.

Ved industrielle formål vælges bølgelængden fra infrarøde emittere baseret på objektets eller stoffets tekniske specifikationer. IR-stråler passerer frit gennem luftmassen, derfor sker opvarmningen uden mærkbare tab. Denne omstændighed betragtes med rette som en stor fordel i produktionen.

Ud over opvarmning og belysning af det område, der behandles af apparatet, anvendes infrarøde emittere til at løse følgende opgaver:

Typer af kilder til infrarød stråling

De simpleste kilder til infrarød stråling er de for os alle velkendte glødelamper, der fungerer ved lav spænding. Under sådanne forhold udsender de hovedsageligt infrarøde strømme. Andelen af lysende elektromagnetiske bølger er ubetydelig, men den kan alligevel bestemmes optisk.

I dag har private forbrugere, bygge- og produktionsorganisationer en række forskellige typer infrarøde strålere til deres rådighed.

Anvendelsesområdet bestemmes af:

• arbejdstemperaturen;
• maksimal bølgelængde;
• den zone, hvor den infrarøde strøm fordeles jævnt.

Baseret på de nævnte egenskaber vælges en stråleanordning, der er beregnet til at løse specifikke opgaver.

De mest almindelige typer infrarøde strålere omfatter:

• Lamper med spejlreflektionsenheder. Ved maksimal stråling er deres bølgelængde 1,05 μm.
• Kvartsrørlamper. Deres bølgelængde ved maksimal stråling ligger i området fra 2 til 3 μm.
• Stavformede ikke-metalliske varmelegemer. Konstruktivt suppleres de med reflektorer, og den maksimale bølgelængde er fra 6 til 8 μm.
• Rørformede el-varmelegemer. Disse apparater med varmelegemer er almindelige i husholdninger og anvendes i produktionen.
• Infrarøde brændere. De udstyres med keramiske eller perforerede metaldyser. De anvendes i byggeriet til opvarmning af åbne og lukkede områder under opførelse af bygninger og ved udførelse af finisharbejde.

Infrarøde strålingskilder har fundet anvendelse i landbruget. De bruges til opvarmning af fjerkræunger og nyfødte husdyr. Strålerne installeres i drivhuse for at stimulere væksten af dyrkede sorter, i lader og kornmagasiner til tørring.

Kilder til infrarøde strømme opdeles i:

• Infrarøde lamper. Dette er 'lys'-strålere og apparater, der leverer termisk stråling.
• Varmeapparater. Enheder, der anvendes til opvarmning af lukkede rum og åbne områder. De omfatter modeller, der kører på elektricitet, flydende eller gasformigt brændstof. Varmeelementet kan være både en varmepatron og en spiral af legering med høj modstand.

Ifølge klassificeringen efter bølgelængde opdeles infrarøde kilder i to hovedgrupper: mørke og lyse. Førstnævnte arbejder ved at udsende lange bølger, sidstnævnte korte.

Mørke og lyse IR-emittere

Ifølge definitionen er 'lyse' kilder i stand til at afgive lys. De strømme, de udsender, opfattes af synet, selvom det er svært at kalde dem skarp belysning, og det er slet ikke værd at bruge dem til dette formål.

'Mørke' apparater leverer en usynlig varmestrøm, som mærkes af brugerens hud, men ikke kan ses visuelt. Grænseværdien mellem 'lyse' og 'mørke' anses for at være en bølgelængde på 3 µm. Grænsetemperaturen for den opvarmede overflade er 700º.

Egenskaben ved infrarøde strålere til at levere varmeenergi bruges aktivt i drivhusdrift, i hønsehuse og på gårde til at støtte unge dyr.

Den mest kendte repræsentant for en 'mørk' varmeenhed er en muret russisk ovn, som i mange århundreder med succes har opvarmet lavhuse. Blandt de 'lyse', som vi allerede forstår, er en elektrisk glødepære, hvis den ikke leverer mere end 12% lys. Dens hovedenergi er rettet mod varmeproduktion.

Egenskaber ved opbygningen af lyse apparater

Konstruktionsmæssigt ligner lyse kilder en typisk glødepære. Men der er forskelle i glødetrådene. For lyse infrarøde apparater må temperaturen ikke overstige grænsen på 2270-2770 K. Dette er nødvendigt for at øge varmestrømmen ved at reducere lysudledning.

Ligesom i standardpærer er glødetråden, lavet af wolframtråd, placeret i en glaskolbe. Men kolben er udstyret med en reflektor, takket være hvilken al strålingsenergi fokuseres på den opvarmede genstand. Samtidig bruges en lille mængde energi på at opvarme pærens fatning.

Kolben på lyse infrarøde kilder opvarmes til høje temperaturer, så den også deltager i varmeoverførselsprocessen. Varmeenergien fra den opvarmede kolbe fokuseres ikke af reflektoren og går ud i rummet, og det er den komponent, der reducerer apparatets effektivitet.

I konstruktion og tilslutningsmetode ligner infrarøde lamper meget almindelige glødepærer. Dog er arbejdstemperaturen for glødetråden betydeligt lavere, hvilket forlænger levetiden mange gange.

Effektiviteten af en lys infrarød kilde overstiger i gennemsnit ikke 65%. Den øges ved at placere en wolframvarmekrop i et kvartsglasrør eller en lignende kolbe. Denne løsning gør det muligt at forlænge bølgelængden til 3,3 µm og sænke temperaturen til 600º.

Denne variant anvendes i kvarts infrarøde varmeovne, hvor en chrom-nikkeltråd vikles omkring en kvartsstang, og det hele placeres i et kvartsrør.

Lys infrarøde strålere kendetegnes ved lav effektivitet. Deres infrarøde strømnings virkningsgrad overstiger normalt ikke 65%.

Princippet består i dobbelt udnyttelse af trådens glødning. Den frigjorte termiske energi går dels til direkte opvarmning, dels til at øge temperaturen på kvartsstangen. Den rødglødende stang afgiver også varmestrømme.

Fordelene ved rørformede apparater er med rette deres modstandsdygtighed over for atmosfæriske påvirkninger af alle komponenter fremstillet af kvarts og keramik. Ulempen anses for at være keramiske deles skrøbelighed.

Specifikationer for drift og konstruktion af mørke varmeapparater

De såkaldte 'mørke' infrarøde kilder er langt mere praktiske end deres 'lyse' modstykker. Deres strålingselement adskiller sig konstruktionsmæssigt til det bedre. Den opvarmede leder udstråler ikke selv termisk energi; den leveres af den omgivende metalbeklædning.

Som følge heraf overstiger apparatets driftstemperatur ikke 400–600º. For at undgå spild af termisk energi udstyres mørke strålere med reflektorer, der omdirigerer strømmene i den ønskede retning.

Langbølgede strålere af den mørke gruppe er ikke bange for stød og lignende mekaniske påvirkninger, da det skrøbelige polymer- eller keramiske element er beskyttet af en metallignende kappe og et isolerende varmebeskyttelseslag. Virkningsgraden for strålere i denne gruppe når op på 90%.

Men de er heller ikke uden ulemper. Varmeovne af den mørke gruppe afhænger af apparatets konstruktionsmæssige egenskaber. Hvis afstanden mellem det primære strålingselement og apparatets overflade er stor, vil den blive overskyllet og afkølet af den forbipasserende luft. Virkningsgraden falder som følge heraf.

På grund af konstruktionsmæssige egenskaber installeres mørke modeller til opvarmning af rum med lave lofter og områder, der kræver lineær varmefordeling. Lyse modeller anbringes, hvor der er behov for opvarmning af rum med højt loft og vertikalt udstrakte områder.

Gasbrændere som kilde til IR-stråler

Apparater, hvor der sker flammefri forarbejdning af gas, kaldes gasbrændere eller gasinfrarøde strålere. Den med høj intensitet afgivne termiske energi overføres til rummet gennem enhedens strålingsoverflade.

Det er gasinfrarøde varmeapparater af brændertypen, der anvendes i industriel skala ved bygge- og installationsarbejde. Den overvejende del af den termiske energi overføres af brændernes strålingskeramiske dyser.

Som dyser anvendes:

• keramiske plader med perforering, som kan være flade eller relieffede;
• keramiske plader med jævnt fordelte porer;
• keramiske elementer med nikromnetafskærmning, metalnet og forskellige katalytiske dyser.

Alle de nævnte typer åbninger i det keramiske eller metal element er flammekanaler.

Varmegenerering med katalytisk dyse er baseret på oxidationsprocessen, der aktiveres, når gas tilføres pladen.

Brændstoffet til denne type infrarøde strålere er naturgas, dens flydende variant eller kunstigt fremstillede gasser. I Rusland produceres brændere, der er beregnet til forarbejdning af flydende og naturgas. Udenlandsk udstyr er hovedsageligt beregnet til forarbejdning af flydende og kunstige varianter.

Infrarøde gasbrændere forarbejder gas med en luftmasseforbrændingskoefficient, der faktisk er lig med én. De arbejder på naturgas, flydende gas og kunstig gas.

Hvis driftsreglerne ikke overtrædes, udledes forbrændingsprodukterne fra gasbrænderen i minimal mængde med et ubetydeligt indhold af nitrogenoxider og kulilte.

Til gasforsyning er gasinfrarøde brændere (GIB) udstyret med dyser, hvorigennem gas presses med høj hastighed. Denne gasforsyning sikrer indsprøjtning af den nødvendige luft til forbrænding. Den 'skubbes' af den højhastighedsstrøm gennem injektoren til fordelingskammeret.

Over apparatets udstrålende dyse placeres en metalstruktur. Den øger virkningsgraden og fungerer som støtte for køkkengrej, hvis man laver mad på brænderne.

Gas injicerer ikke kun luft, men blandes også med den i injektoren, hvilket resulterer i en gas-luftblanding, der er egnet til fuldstændig forbrænding. Denne blanding bevæger sig til overfladen af keramikdysen gennem dens porer, perforerede huller eller slidser, hvor den brænder fuldstændigt i et tyndt lag på højst 1,5 mm.

Brændere med flade keramiske dyser

Den overvejende mængde termisk energi overføres til keramiske fliser, der opvarmes til ekstremt høje temperaturer på under et minut. Den ydre overflade af keramikelementet bliver en ekstra kilde til varmestrøm.

Keramikdysen står for 40 til 60% af den stråling, der afgives af den industrielle gas-IR-varmer. For at øge apparatets effektivitet monteres et netskærm over dysen. For at øge varmeoverførselsfladen limes perforerede fliser sammen med ildfast kit.

En vigtig parameter er diameteren af brandkanalerne. Det afgør, hvilken gas apparatet kan behandle. Diameteren bestemmer det samlede antal huller i den keramiske flise. Jo flere huller, desto mere skrøbelig bliver varmeudstrålende element, og det vil være følsomt over for mekanisk skade på GIB.

Varmeapparater med ribbet type dyse

Udover flade keramiske dyser med perforering anvendes også reliefelementer. Brugen af en ribbet overflade stimulerer i dette tilfælde varmeoverførslen mellem den udstrålende overflade og den brændende gas. Den ribbede keramiske flise opvarmes bedre, samtidig med at den termiske belastning på udstrålingselementet ikke øges.

Flade og ribbede keramiske dyser opvarmes til 1473 K. Porøse keramiske elementer opvarmes kun til 1237 K. Den porøse variant er lettere at fremstille, og derfor billigere. Desuden anvendes der affald fra keramikindustrien i produktionen.

Brugen af keramiske dyser med relief varmeudstrålende element gør det muligt mærkbart at forøge det område, der overfører varme til brugeren.

Tykkelsen af porøse fliser når op til 30 mm, hvilket mærkbart øger dysens modstandsdygtighed over for mekanisk påvirkning. Under drift af en brænder med en sådan dyse forbrændes gas-luftblandingen, der kommer fra fordelingskammeret, på den ydre overflade af keramikflisen i et lag på op til 2 mm.

Forbrændingsområdet i en porøs dyse flyttes fra den ydre overflade til en dybde på 3-5 mm. Opvarmningstemperaturen når kun 1123 K.

Ulempen ved porøse dyser til GIG er den for høje hydrauliske modstand, som gør det umuligt at bruge ledningsgas med lavt tryk i drift.

Udstyr med metalnet

Men alle de nævnte typer dyser er lavet af keramik, så på trods af tykkelsen og alle mulige tricks fra producenten, der ønsker at øge styrken, er de stadig skrøbelige. Skrøbeligheden er især irriterende, hvis apparatet skal flyttes konstant.

Derfor blev der til opvarmning af områder ved bygge- eller montagearbejde udviklet en mere robust type brænder, udstyret med en dobbelt metalnet. I et sådant apparat behandles gas-luftblandingen i mellemrummet mellem dysen og nettene. Den ydre nets overflade opvarmes kun til 1023 K.

Brugen af metalnet gjorde det muligt væsentligt at øge den termiske effekt af IR-stråleren samt beskytte den keramiske dyse mod skader.

I GIG med netdyser er disse elementer fremstillet af varmebestandige legeringer med krom og nikkel. Dyserne fremstilles således, at maskestørrelsen på det øverste net tillader flammen at passere frit, mens det nederste nets maskestørrelse er minimal, kritisk for flamme-gennemslag. Her kan begge net eller kun én være IR-varmeudstrålere.

Hvis en infrarød brænder forarbejder naturgas eller en propan-butan flydende blanding fra en gasflaske, er kun det øverste net involveret i spredningen af termisk energi. Hvis der forarbejdes gas med lav belastning, udstråler begge net varme. På denne måde øges varmeoverførslen.

Imidlertid overstiger den maksimale virkningsgrad for GIG med net ikke 60%, fordi det hydrauliske modstand fra dyserne er dobbelt så stort som for perforerede keramiske fliser af alle typer. Det er dog mindre end for porøse dyser.

Apparater med øget termisk effekt

Den ret lave effektivitet af infrarøde gasstrålere med keramiske plader og net har tvunget os til at søge efter måder at øge den termiske effekt. Resultatet blev opnået ved at indføre en ny type dyse, som er en keramisk panel med en række slidser.

I tværsnit har slidserne en pludselig udvidelse, deres indgangsåbninger er mindre end udgangsåbningerne. Denne løsning øger brænderens effektivitet ved recirkulation af forbrændingsprodukter, dvs. deres tilbagevenden til flammeområdet inde i brandkanalen. Desuden er flammen i sådanne modeller mere stabil og går meget sjældnere ud i åben vind.

For at øge den termiske effekt anvendes forskellige teknikker, hvoraf en er forskydning af spalteåbningerne i forhold til hinanden. Denne løsning bidrager også til beskyttelse mod vindpåvirkning.

Det frie tværsnit af spaltepanelerne udgør i gennemsnit 55–60% af deres samlede reelle tværsnit. Brænderne med dem arbejder på mellemtryksgas. Dysens ydre flade opvarmes til 1723 K.

Emittere med modstandsdygtighed over for vindbelastning

Driftsstabilitet under vindbelastning er en vigtig indikator for valg af gasinfrarød brænder, der anvendes i byggeri eller samling af produktionsanlæg. Langt fra alle industrielle infrarøde gasstrålere har denne egenskab.

Til åbne områder har man brug for specielle apparater, som:

• adskiller sig ved stabil indsprøjtning, der ikke er afhængig af vindstød;
• er forsynet med en anordning, der forhindrer afvigelse af strålen, der kommer ud af dysen;
• er beskyttet mod aktiv afkøling af strålingsoverfladen, der sker på grund af vindpåvirkning.

I databladet for gasudstyr, der kan opvarme under vindstød og ikke slukke, er vindmodstanden angivet. Denne egenskab for serieproducerede infrarøde brændere er omtrent ens både ved direkte, dvs. frontalt vindpåvirkning, og ved sidevind.

Reduktion af injektionskoefficienten medfører, at der opstår flammer på den ydre overflade af strålepladen. Temperaturen falder kraftigt. Det skyldes den kolde luft, der trænger ind i forbrændingsområdet.

Vindbestandighed er fysisk forbundet med den specifikke varmebelastning og mængden af luft, der tilføres dysen under forbrændingen. Ved overskud og høj luftstrømhastighed falder virkningsgraden af den infrarøde stråler. Dette ledsages af flammer, mørkfarvning af stråleoverfladen og ophør af enhedens drift i flammefri tilstand.

Oversigt over producenter af IR-varmeapparater

Gasapparater til at skabe et gunstigt mikroklima på byggepladser, i værksteder, produktionshaller og lignende steder produceres af både indenlandske virksomheder og udenlandske firmaer.

Ifølge forbrugere topper gasbrændere af mærket Soljargas listen over russiskproducerede produkter. I det sortiment, som denne virksomhed tilbyder, er der modeller designet til opvarmning af områder i forskellige størrelser. Enhederne kan bruges i drivhuse, garager og på åbne pladser.

En af de mest efterspurgte på hjemmemarkedet og gennemprøvede typer af gasinfrarødt udstyr er serien af gasbrændere og -plader fra Soljargas.

Den eneste ulempe, som købere og faktiske ejere af modeller af gasbrændere og -plader fra hovedstadsproducenten bør overveje, er manglen på sikkerhedssystemssensorer. Derfor kan de bruges i hjemmet, men med forsigtighedsforanstaltninger.

Produkter fra firmaet Sledopyt er lige så populære. Dog dominerer produkter til hjemmebrug og turistvarianter i den handelslinje, der tilbydes kunden.

Plader, der bruges både til opvarmning og til tilberedning af enkle retter, samt mini gasbrændere til patroner, nyder velfortjent popularitet.

Gasvarmere med Aeroheat-logoet har fået fremragende anmeldelser fra forbrugerne. Disse enheder tiltrækker med pålidelighed, begrundet i brug af højkvalitetskomponenter, og overkommelige priser. Plader og brændere, der kører på gas, fra Dixon og Sibirjatsjka har vist sig godt.

Listen over gode gasvarmere fra udenlandske leverandører toppes af gasbrændere og plader fra det sydkoreanske firma Kovea. Mærkets produkter bruges aktivt i små værksteder, på maler- og byggepladser, på vandreture og fisketure.

Gasplader og -brændere fra Hyundai matcher kvaliteten og de tekniske specifikationer af enheder fra europæiske producenter. På visse parametre overgår de dem endda.

Til indretning af værksteder bruges ofte gasvarmere fra det italienske firma Sistema. Modeller fra sydkoreanerne Hyundai, italienske gasovne Bartolini, som kan bruges både i hjemmet og på kontoret, er meget efterspurgte. Svenske ovne Timberk og kinesisk udstyr Ballu er kendetegnet ved pålidelighed og stabil drift.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Forfatteren af følgende video fortæller detaljeret om funktionsprincippet og fordelene ved IR-gasbrændere:

Detaljer om opsætning af infrarød opvarmning præsenteres i følgende video:

Trinene til installation af en gasvarmeovn af loftstypen er vist her:

I Rusland produceres forskellige typer infrarøde brændere, herunder vindbestandige modeller. Sortimentet, som virksomheden tilbyder, gør det muligt at vælge en enhed til opvarmning af åbne og lukkede områder.

Det er vigtigt før køb at beslutte, med hvilket formål og under hvilke forhold udstyret skal bruges, og derefter vælge enten en mere effektiv eller en robust model, der ikke er bange for gentagne flytninger.