Gas-infraroodstralers voor industriële gebouwen: apparaat, werkingsprincipe, variëteiten
IR-apparaten die warmte- en lichtstromen genereren, worden actief gebruikt in verschillende gebieden van de productie en de particuliere economie.Gas-infraroodstralers zijn het meest gevraagd voor industriële gebouwen. Hun werking is gebaseerd op het vermogen van een verwarmd lichaam om de resulterende warmte in de ruimte af te geven.
In ons voorgestelde artikel leert u alles over de werkingsprincipes van infraroodapparatuur. We zullen het hebben over de soorten infraroodapparatuur en hun karakteristieke verschillen. Laten we de toonaangevende modellen op de markt introduceren.
De inhoud van het artikel:
De essentie van infraroodstraling
Infraroodstraling verschilt van gewoon en zo vertrouwd zichtbaar licht. Ze zijn vergelijkbaar in de snelheid waarmee ze zich verspreiden en de ruimte doorkruisen. Beide varianten zijn in staat tot breking, reflectie en bundeling.
In tegenstelling tot gewone lichtstraling, wat elektromagnetische golven zijn, heeft IR-flux zowel golf- als kwantumeigenschappen. Dat wil zeggen, het laat zowel licht als warmte door.
Het licht dat door infraroodapparaten wordt geleverd, beweegt in golven.Elektromagnetische lichttrillingen bevinden zich in het spectrumsegment van 760 nm (nanometer) tot 540 μm (micrometer). De warmte die door IR-stralers wordt gegenereerd, is een stroom van quanta. Hun energie varieert van 0,0125 tot 1,25 eV (elektronvolt).
De warmte- en lichtstromen die door infraroodapparaten worden uitgezonden, zijn met elkaar verbonden. Naarmate de lichtintensiteit toeneemt, neemt de kwantumwarmtestroom af. Afhankelijk van de temperatuur kan infraroodstraling wel of niet door onze ogen worden waargenomen. Thermische straling is niet visueel waarneembaar.
Deze specificiteit van infraroodstraling wordt in de industrie gebruikt om polymerisatie- en hardingsprocessen te versnellen. Het thermische deel van infraroodstraling maakt het mogelijk om de aanwezigheid en locatie van een persoon of dier te bepalen in slecht verlichte en onverlichte nachtperioden.
De niet-standaard werking van IR-apparaten die licht uitstralen in combinatie met warmte werd de basis voor de ontwikkeling van nachtkijkers. Het wordt gebruikt bij foutdetectie, in verborgen alarmsystemen en in technische apparaten voor fotografie in het donker.
Beide componenten Infrarood straling vrijwel niet verdwijnen in de ruimte die wordt verwerkt; ze lijken zich te concentreren op objecten die zich in de zone van hun invloed bevinden. Warmte dringt door in het lichaam van het verwarmde object, de penetratiediepte is afhankelijk van de eigenschappen, structuur en materiaal van het object. De diepte varieert van een tiende mm tot enkele mm.
Bij gebruik voor industriële doeleinden wordt de golflengte van infraroodstralers geselecteerd op basis van de technische kenmerken van het object of de stof. IR-stralen passeren vrijelijk door de luchtmassa, zodat de verwarming plaatsvindt zonder merkbare verliezen. Deze omstandigheid wordt redelijkerwijs als een aanzienlijk voordeel bij de productie beschouwd.
Naast het verwarmen en verlichten van het door het apparaat behandelde gebied, worden infraroodstralers gebruikt om de volgende problemen op te lossen:
Soorten infraroodstralingsbronnen
Tot de eenvoudigste bronnen van IR-straling behoren de bronnen die ons allemaal zeer bekend zijn gloeilampen, werkend onder lage spanning. Onder dergelijke omstandigheden zenden ze voornamelijk infraroodstromen uit.Het aandeel van lichte elektromagnetische golven is onbeduidend, maar wordt nog steeds optisch bepaald.
Tegenwoordig beschikken particuliere consumenten, bouw- en productieorganisaties over veel verschillende soorten IR-zenders.
Het toepassingsgebied ervan wordt bepaald door:
- bedrijfstemperatuur;
- maximale golflengtewaarde;
- zone waarin de infraroodstroom gelijkmatig wordt verdeeld.
Rekening houdend met de genoemde kenmerken, wordt een stralingsapparaat geselecteerd dat is ontworpen om specifieke problemen op te lossen.
De meest voorkomende typen IR-zenders zijn:
- Lampen met spiegelreflecterende apparaten. Bij maximale straling is hun golflengte 1,05 micron.
- Kwarts buislampen. Hun golflengte bij maximale straling ligt in het bereik van 2 tot 3 micron.
- Niet-metalen staafverwarmers. Structureel worden ze aangevuld met reflectoren, de maximale golflengte is van 6 tot 8 micron.
- Buisvormige elektrische verwarmers. Op grote schaal gebruikt in het dagelijks leven, gebruikt in de productie zijn apparaten met verwarmingselementen.
- Infrarood branders. Ze zijn uitgerust met geperforeerde sproeiers van keramiek of metaal. Ze worden in de bouw gebruikt voor het verwarmen van open en gesloten ruimtes tijdens de bouw van een gebouw en afwerkingswerkzaamheden.
Bronnen van infraroodstralen hebben toepassing gevonden in de landbouw. Met hun hulp worden jonge vogels en pasgeboren huisdieren verwarmd. Emitters worden geïnstalleerd in kassen om de groei van gecultiveerde variëteiten te stimuleren, in schuren en graanschuren om te drogen.
Bronnen van infraroodfluxen zijn onderverdeeld in:
- Infrarood lampen. Dit zijn ‘lichtstralers’ en apparaten die warmtestraling leveren.
- Verwarmingselementen. Apparaten die worden gebruikt voor het verwarmen van besloten ruimtes en open ruimtes. Het gaat onder meer om modellen die op elektriciteit, vloeibare of gasvormige brandstof rijden. Het verwarmingselement kan een verwarmingselement zijn of een spiraal gemaakt van een legering met hoge weerstand.
Volgens de classificatie op golflengte zijn infraroodbronnen verdeeld in twee hoofdgroepen: donker en licht. De eerstgenoemden werken door lange golven de ruimte in te sturen, de laatstgenoemden korte.
Donkere en lichte IR-zenders
Per definitie zijn ‘heldere’ bronnen in staat licht uit te zenden. De stromen die ze uitzenden worden met het gezichtsvermogen waargenomen, hoewel het nog steeds moeilijk is om ze heldere verlichting te noemen en helemaal niet voor dit doel mogen worden gebruikt.
‘Donkere’ apparaten leveren een warmtestroom af die onzichtbaar is voor mensen en die door de huid van de gebruiker wordt gevoeld, maar niet visueel wordt gedetecteerd. De grenswaarde tussen “licht” en “donker” wordt beschouwd als een golflengte van 3 micron. De grenstemperatuur van het verwarmde oppervlak is 700ºC.
De bekendste vertegenwoordiger van de "donkere" verwarmingseenheid is Russische stenen kachel, dat al eeuwenlang met succes laagbouwgebouwen verwarmt. Onder de ‘lichte’ exemplaren bevindt zich, zoals we al begrijpen, een elektrische gloeilamp, als deze niet meer dan 12% van het licht levert. De belangrijkste energie is gericht op het genereren van warmte.
Kenmerken van het ontwerp van verlichtingsarmaturen
Structureel zijn lichtbronnen vergelijkbaar met een typische gloeilamp. Er zijn echter verschillen in de filamentlichamen. Voor heldere infraroodapparaten mag de temperatuur een limiet van 2270-2770 K niet overschrijden. Dit is nodig om de warmtestroom te vergroten door de lichtemissie te verminderen.
Net als bij standaard gloeilampen wordt het gloeidraadlichaam, gemaakt van wolfraamgloeidraad, in een glazen bol geplaatst. Alleen de fles is uitgerust met reflectoren, waardoor alle stralingsenergie op het verwarmde object wordt gericht. In dit geval wordt een klein deel van de energie besteed aan het verwarmen van de lampvoet.
De lamp van licht-infraroodbronnen warmt op tot hoge temperaturen, dus neemt hij ook deel aan het proces van warmteoverdracht naar de ruimte. De thermische energie van de verwarmde fles wordt niet gefocusseerd door de reflector en gaat naar de onbehandelde ruimte; het is het onderdeel dat de efficiëntie van het apparaat vermindert.
De productiviteit van een licht-infraroodbron bedraagt gemiddeld niet meer dan 65%.Deze wordt vergroot door een verwarmingslichaam van wolfraam in een buis of soortgelijke kolf van kwartsglas te plaatsen. Deze oplossing maakt het mogelijk om de golflengte te vergroten tot 3,3 micron en de temperatuur te verlagen tot 600ºC.
Deze optie wordt toegepast bij kwarts-IR-stralers, waarbij chroomnikkeldraad om een kwartsstaaf wordt gewikkeld en het geheel in een kwartsbuis wordt geplaatst.
De essentie van het werk is het dubbele gebruik van filamentdraad. De vrijkomende thermische energie wordt deels gebruikt voor directe verwarming, en deels voor het verhogen van de temperatuur van de kwartsstaaf. Een gloeiend hete staaf straalt ook warmte uit.
De voordelen van buisvormige apparaten omvatten, redelijkerwijs, de weerstand van alle componenten gemaakt van kwarts en keramiek tegen atmosferische negativiteit. Het nadeel is de kwetsbaarheid van keramische onderdelen.
Bijzonderheden over de werking en het ontwerp van donkere verwarmers
De zogenaamde “donkere” bronnen van IR-fluxen zijn veel praktischer dan hun “lichte” tegenhangers. Hun stralende element verschilt ten goede van structuur. De verwarmde geleider zelf zendt geen thermische energie uit; deze wordt geleverd door de omringende metalen schaal.
Als gevolg hiervan bedraagt de bedrijfstemperatuur van het apparaat niet meer dan 400 - 600ºC. Om ervoor te zorgen dat er geen thermische energie wordt verspild, zijn donkere emitters uitgerust met reflectoren die de stroom in de gewenste richting leiden.
Langegolfzenders van de donkere groep zijn niet bang voor schokken en soortgelijke mechanische invloeden, omdat het kwetsbare polymeer- of keramische element daarin wordt beschermd door een metalen behuizing en een beschermende, warmte-isolerende laag. De efficiëntie van emitters van deze groep bereikt 90%.
Maar ze zijn niet zonder nadelen. Donkere groepsverwarmers zijn afhankelijk van de ontwerpkenmerken van het apparaat. Als de afstand tussen het hoofdstralingselement en het oppervlak van het apparaat groot is, wordt het gewassen en gekoeld door de langsstromende lucht. Als gevolg hiervan neemt de efficiëntie af.
Vanwege hun ontwerpkenmerken worden donkere modellen geïnstalleerd voor het verwarmen van kamers met lage plafonds en gebieden die lineaire warmtetoevoer vereisen. Licht - geplaatst waar verwerking van kamers met hoge plafonds en verticaal langwerpige gebieden vereist is.
Gasbranders als bron van IR-stralen
Apparaten waarin vlamloze gasverwerking plaatsvindt, worden gasbranders of gas-infraroodstralers genoemd. De thermische energie die met hoge intensiteit vrijkomt, wordt via het stralingsoppervlak van de eenheid naar de ruimte overgebracht.
Het zijn gas-infraroodbranders van het type die op industriële schaal worden gebruikt tijdens bouw- en installatiewerkzaamheden.Het overheersende volume aan thermische energie wordt overgedragen door uitstralende keramische brandermondstukken.
Als mondstukken worden gebruikt:
- keramische platen met perforaties, die vlak of reliëf kunnen zijn;
- keramische platen met gelijkmatig verdeelde poriën;
- keramische elementen met een nichroom gaasscherm, metalen gaas en allerlei katalytische opzetstukken.
Alle genoemde soorten gaten in een keramisch of metalen element zijn brandkanalen.
De brandstof voor de werking van dit type infraroodstraler is hoofdgas, evenals de vloeibare versie of kunstmatig gecreëerde gassen. In Rusland produceren ze branders die zijn ontworpen voor de verwerking van vloeibaar gas en hoofdgas. Buitenlandse apparatuur is voornamelijk ontworpen voor het verwerken van vloeibare en kunstmatige versies.
Als de bedrijfsregels niet worden overtreden, komen verbrandingsproducten uit de werking van een gasbrander in minimale hoeveelheden vrij met een onbeduidend gehalte aan stikstofoxiden en koolmonoxide.
Om gas te leveren zijn gas-infraroodbranders (GIG) uitgerust met sproeiers waardoor gas met hoge snelheid wordt gepompt. Deze gastoevoer zorgt voor de injectie van lucht die nodig is voor de verbranding. Het wordt door een snelle stroom door de injector in de verdeelkamer "geduwd".
Het gas injecteert niet alleen lucht, maar mengt zich er ook mee in de injector, waardoor een gas-luchtmengsel ontstaat dat geschikt is voor volledige verbranding. Dit mengsel beweegt via de poriën, geperforeerde gaten of spleten naar het oppervlak van het keramische mondstuk, waar het volledig opbrandt in een dunne laag van niet meer dan 1,5 mm dik.
Branders met platte keramische sproeiers
De overheersende hoeveelheid thermische energie wordt overgebracht naar keramische tegels, die in minder dan een minuut tot ultrahoge temperaturen worden verwarmd. Het buitenoppervlak van het keramische element verandert in een extra bron van warmtestroom.
Het keramische mondstuk is verantwoordelijk voor 40 tot 60% van de straling die wordt doorgelaten door een industriële gas-IR-verwarmer. Om de efficiëntie van het apparaat te vergroten, is boven het mondstuk een gaasscherm geïnstalleerd.Om het warmteoverdrachtsoppervlak te vergroten, worden geperforeerde tegels aan elkaar gelijmd met brandwerende kit.
Een belangrijke indicator is de diameter van de brandkanalen. Het bepaalt welk gas het apparaat kan verwerken. Het totale aantal gaten in de keramische tegel is afhankelijk van de diameter. Hoe meer er zijn, hoe kwetsbaarder het warmte-uitstralende element zal zijn en de GIG zal gevoelig zijn voor mechanische schade.
Verwarmingselementen met vinvormige mondstukken
Naast platte keramische spuitmonden met perforaties worden reliëfelementen gebruikt. Het gebruik van een geribbeld oppervlak stimuleert in dit geval de stroom van warmte-uitwisseling tussen het stralingsoppervlak en het brandende gas. Geribbelde keramische tegels warmen beter op, terwijl de thermische belasting op het stralingselement niet toeneemt.
Platte en geribbelde keramische sproeiers verwarmen tot 1473 K. Maar poreuze keramische elementen verwarmen slechts tot 1237 K. De poreuze versie is eenvoudiger te vervaardigen en daardoor goedkoper.Daarnaast wordt bij de productie afval uit de keramische industrie gebruikt.
De dikte van de poreuze tegels bereikt 30 mm, wat de weerstand van het mondstuk tegen mechanische belasting aanzienlijk verhoogt. Tijdens de werking van een brander met een dergelijk mondstuk brandt het gas-luchtmengsel dat uit de verdeelkamer komt, op het buitenoppervlak van de keramische tegel in een laag van maximaal 2 mm.
Het verbrandingsgebied in het poreuze mondstuk beweegt van het buitenoppervlak naar een diepte van 3-5 mm. In dit geval bereikt de verwarmingstemperatuur slechts 1123 K.
Het nadeel van poreuze mondstukken voor hygroscopische injectie is de te hoge hydraulische weerstand, waardoor het onmogelijk is om hoofdgas onder lage druk te gebruiken.
Uitrusting met metalen gaas
Alle genoemde soorten opzetstukken zijn echter gemaakt van keramiek, wat betekent dat ze, ondanks de dikte en allerlei trucs van de fabrikant die de sterkte wil vergroten, nog steeds kwetsbaar zijn. Breekbaarheid is vooral vervelend als het apparaat voortdurend moet worden verplaatst.
Om locaties tijdens bouw- of installatiewerkzaamheden te verwarmen, werd daarom een duurzamer type brander ontwikkeld, uitgerust met een metalen dubbelgaas. In een dergelijke inrichting wordt het gas-luchtmengsel verwerkt in de ruimte tussen het mondstuk en de roosters. Het oppervlak van het buitenste gaas warmt op tot slechts 1023 K.
Bij GIG met gaasmondstukken zijn deze elementen gemaakt van hittebestendige legeringen met chroom en nikkel.De mondstukken zijn zo gemaakt dat de grootte van de cellen van het bovenste gaas ervoor zorgt dat de vlam vrij kan passeren, en dat de grootte van het onderste gaas minimaal is, cruciaal voor het doorbreken van het vuur. Hier kunnen beide of één rooster IR-warmtestralers zijn.
Als de infraroodbrander hoofdgas of een vloeibaar propaan-butaanmengsel verwerkt gascylinder, alleen het bovenste gaas is betrokken bij de verspreiding van thermische energie. Als er laaglastgas wordt verwerkt, stralen beide netwerken warmte uit. Op deze manier wordt de warmteoverdracht vergroot.
De maximale efficiëntiewaarde van GIG met mazen bedraagt echter niet meer dan 60%, omdat de hydraulische weerstand van de mondstukken twee keer zo hoog is als die van alle soorten geperforeerde keramische tegels. Toegegeven, het is minder dan dat van poreuze mondstukken.
Apparaten met verhoogd thermisch vermogen
De vrij lage efficiëntie van infraroodgasstralers met keramische platen en roosters dwong ons te zoeken naar manieren om het thermische vermogen te vergroten. Het resultaat werd bereikt door de introductie van een nieuw type mondstuk, een keramisch paneel met een aantal sleuven.
In de snede worden de scheuren plotseling groter, hun ingangsgaten zijn kleiner dan de uitgangsgaten. Deze oplossing verhoogt het rendement van de brander als gevolg van de recirculatie van verbrandingsproducten, d.w.z. hun terugkeer naar de basis van de vlam binnen het vuurkanaal. Bovendien is de vlam in dergelijke modellen stabieler en zal deze veel minder snel uitdoven in de open wind.
De actieve doorsnede van sleufpanelen bedraagt gemiddeld 55-60% van hun werkelijke totale doorsnede. Branders die ermee zijn uitgerust, werken op gas onder gemiddelde druk. Het buitenvlak van het mondstuk wordt verwarmd tot 1723 K.
Emitters met weerstand tegen windbelastingen
Stabiliteit van de werking onder windbelasting is een belangrijke indicator voor het kiezen van een gas-infraroodbrander die wordt gebruikt bij de bouw of montage van productie-installaties. Niet alle industriële infraroodstralers die gas verwerken, hebben deze kwaliteit.
Voor open ruimtes zijn speciale apparaten nodig die:
- gekenmerkt door stabiele injectie, afhankelijk van windstoten;
- uitgerust met een apparaat dat afbuiging van de straal die uit het mondstuk komt voorkomt;
- beschermd tegen actieve afkoeling van de oppervlaktestraling die optreedt als gevolg van de invloed van wind.
Het technische gegevensblad van gasapparatuur die kan verwarmen bij windstoten en niet uitgaat, geeft windweerstand aan. Deze eigenschap voor commercieel geproduceerde infraroodbranders is ongeveer hetzelfde als voor directe branders, d.w.z. blootstelling aan frontale wind en zijwaartse wind.
Een verlaging van de injectieverhouding zorgt ervoor dat er een vlam verschijnt op het buitenoppervlak van het stralingspaneel. Tegelijkertijd daalt de temperatuur sterk. Deze wordt verminderd doordat koude lucht de verbrandingsruimte binnendringt.
Windweerstand is fysiek gerelateerd aan de specifieke thermische belasting en het luchtvolume dat het mondstuk binnendringt tijdens de verbrandingsperiode. Bij overmatige en hoge luchtstroomsnelheid wordt de efficiëntie van de infraroodzender verminderd. De vermindering gaat gepaard met het verschijnen van vlammen, het donkerder worden van het stralingsoppervlak en het stopzetten van de werking van de eenheid in vlamloze modus.
Overzicht van fabrikanten van IR-verwarmers
Gastoestellen voor het creëren van een gunstig microklimaat op een bouwplaats, werkplaats, productiewerkplaats en soortgelijke faciliteiten worden geproduceerd door zowel binnenlandse als buitenlandse bedrijven.
Volgens consumenten wordt de beoordeling van producten van Russische makelij overtroffen door gasbranders van het merk Solarogaz. Het assortiment van dit bedrijf omvat modellen die zijn ontworpen voor het verwarmen van ruimtes van verschillende afmetingen. De units kunnen worden toegepast in kassen, garages en open ruimtes.
Het enige negatieve punt waar kopers en daadwerkelijke eigenaren van gasbrander- en kachelmodellen van de fabrikant van de hoofdstad rekening mee moeten houden, is het ontbreken van sensoren voor het beveiligingssysteem. Daarom kunnen ze in het dagelijks leven worden gebruikt, maar met voorzorgsmaatregelen.
Producten van het bedrijf Pathfinder zijn niet minder populair in populariteit. Het productassortiment dat aan de koper wordt aangeboden, wordt echter gedomineerd door producten voor huishoudelijk gebruik en toeristische opties.
Tegels zijn terecht populair en worden zowel gebruikt voor het verwarmen als voor het bereiden van eenvoudige gerechten minibranders uit een spuitbus.
Gaskachels met het Aeroheat-logo kregen uitstekende eigenschappen van consumenten. Deze apparatuur is aantrekkelijk vanwege de betrouwbaarheid, gebaseerd op het gebruik van hoogwaardige componenten, en de betaalbare prijs. Gasgestookte kachels en branders van Dixon en Sibiryachka hebben zich goed bewezen.
De lijst met waardevolle gaskachels van buitenlandse leveranciers wordt aangevoerd door gasbranders en kachels van het Zuid-Koreaanse bedrijf Kovea. De producten van het merk worden actief gebruikt in kleine werkplaatsen, op schilder- en bouwplaatsen, tijdens wandeltochten en bij het vissen.
Voor de uitrusting van werkplaatsen worden vaak gaskachels van het Italiaanse bedrijf Sistema gebruikt. Er is veel vraag naar modellen van de Zuid-Koreanen Hyundai en de Italiaanse gasfornuizen Bartolini, die zowel thuis als op kantoor kunnen worden gebruikt. Zweedse Timberk-kachels en Chinese Ballu-apparatuur onderscheiden zich door hun betrouwbaarheid en stabiele werking.
Conclusies en nuttige video over het onderwerp
De auteur van de volgende video zal u in detail vertellen over het werkingsprincipe en de voordelen van IR-gasbranders:
Details van de organisatie van infraroodverwarming worden gepresenteerd in de volgende video:
De installatiestappen voor een gaskachel van het plafondtype worden hier gedemonstreerd:
In de Russische Federatie worden verschillende soorten infraroodbranders geproduceerd, waaronder windbestendige modellen. Met het assortiment dat het bedrijf aanbiedt, kunt u een apparaat kiezen voor het verwarmen van open en gesloten ruimtes.
Voordat u koopt, is het belangrijk om te beslissen voor welk doel en onder welke omstandigheden de apparatuur zal worden gebruikt, en vervolgens een productiever of duurzamer model te kiezen dat niet bang is voor herhaalde bewegingen.
