Plinski infracrveni emiteri za industrijske prostore: uređaj, princip rada, vrste

IC uređaji koji generiraju toplinske i svjetlosne tokove aktivno se koriste u raznim područjima proizvodnje i privatnog gospodarstva. Najtraženiji su plinski infracrveni emiteri za industrijske prostore. Njihovo djelovanje temelji se na sposobnosti zagrijanog tijela da u prostor otpušta primljenu toplinu.

Sve o principima rada infracrvene opreme saznat ćete iz našeg predloženog članka. Ispričat ćemo o varijantama infracrvene opreme i njihovim karakterističnim razlikama. Upoznat ćemo vas s vodećim modelima na tržištu.

Bit infracrvenog zračenja

Infracrveno zračenje razlikuje se od običnog i tako uobičajenog vidljivog svjetla. Slični su po brzini kojom se šire i prelaze prostor. Obje varijante mogu se lomiti, odbijati i skupljati "u snop".

Za razliku od običnog svjetlosnog zračenja, koje predstavlja elektromagnetske valove, IC tok posjeduje i valna i kvantna svojstva. Odnosno, prenosi i svjetlost i toplinu.

I obično svjetlo i infracrveno zračenje predstavljaju tokove elektromagnetskih valova. Razlika je u tome što u prvom slučaju prevladava vidljiva komponenta, a u drugom – vidljiva komponenta kombinira se s toplinskom.

Svjetlost koju isporučuju infracrveni uređaji kreće se valovito. Elektromagnetske svjetlosne oscilacije nalaze se u segmentu spektra od 760 nm (nanometara) do 540 μm (mikrometara). Toplina koju emitiraju IC emiteri je tok kvanta. Njihova energija zauzima interval od 0,0125 do 1,25 eV (elektron-volta).

Toplinski i svjetlosni tokovi koje emitiraju infracrveni uređaji međusobno su povezani. S povećanjem intenziteta svjetlosti smanjuje se kvantni tok topline. Ovisno o temperaturi, infracrveno zračenje može se percipirati ili ne percipirati našim očima. Toplinsko zračenje vizualno se ne određuje.

Ova specifičnost infracrvenog zračenja koristi se u industriji za ubrzavanje procesa polimerizacije i stvrdnjavanja. Toplinski dio infracrvenog zračenja omogućuje određivanje prisutnosti i položaja čovjeka ili životinje u slabo osvijetljenom i neosvijetljenom noćnom razdoblju.

Infracrveni grijaći uređaji emitiraju svjetlost u kombinaciji s toplinskom energijom, koja se koristi za stvaranje ugodne mikroklime na gradilištima, u radionicama, proizvodnim halama, farmama peradi, staklenicima i mnogim drugim objektima.

Nestandardnost rada IC uređaja koji emitiraju svjetlost u kombinaciji s toplinom postala je temelj za razvoj uređaja za noćno gledanje. Koristi se u defektoskopiji, u sredstvima skrivenog alarmiranja i u tehničkim napravama za fotografiranje u mračno doba dana.

Obje komponente infracrvenog zračenja gotovo se ne raspršuju u obrađivanom prostoru, one se takoreći fokusiraju na objekte koji se nalaze u zoni njihova djelovanja. Toplina prodire u tijelo grijanog predmeta, dubina prodiranja ovisi o svojstvima, strukturi i materijalu objekta. Dubina varira od desetog dijela milimetra do nekoliko milimetara.

Infracrveni grijači postavljaju se na pod, pričvršćuju na zidove, vješaju na strop. Uređaji se odlikuju bezplamenim gorenjem, očuvanjem kisika u okolnom prostoru, ne dižu stupove prašine za razliku od konvektora.

Pri korištenju u industrijske svrhe valna duljina infracrvenih emitera odabire se na temelju tehničkih karakteristika predmeta ili tvari. IC zrake slobodno prolaze kroz zračnu masu, stoga se zagrijavanje odvija bez osjetnih gubitaka. Ta se okolnost opravdano smatra značajnom prednošću u proizvodnji.

Osim grijanja i osvjetljavanja zone koju uređaj obrađuje, infracrveni emiteri koriste se za rješavanje sljedećih zadataka:

Vrste izvora infracrvenog zračenja

Najjednostavnijim izvorima IC zračenja pripadaju svima nama dobro poznate žarulje sa žarnom niti, koje rade pod niskim naponom. U takvim uvjetima one uglavnom emitiraju infracrvene tokove. Udio svjetlosnih elektromagnetskih valova pritom je neznatan, ali se ipak određuje optički.

Trenutačno na raspolaganju privatnog potrošača, građevinskih i proizvodnih organizacija postoji mnoštvo različitih vrsta infracrvenih emitera.

Područje njihove primjene određuje se:

• radnom temperaturom;
• maksimalnom vrijednošću valne duljine;
• zonom u kojoj je infracrveni tok ravnomjerno raspoređen.

Uzimajući u obzir navedene karakteristike, odabire se emisioni uređaj namijenjen rješavanju konkretnih zadataka.

Najčešćim vrstama infracrvenih emitera pripadaju:

• Žarulje sa zrcalnim reflektirajućim uređajima. Pri maksimalnom zračenju valna duljina im iznosi 1,05 μm.
• Kvarcne cjevaste žarulje. Njihova valna duljina pri maksimalnom zračenju nalazi se u rasponu od 2 do 3 μm.
• Štapni nemetalni grijači. Konstrukcijski ih dopunjuju reflektorima, maksimalna valna duljina je od 6 do 8 μm.
• Cjevasti električni grijači. Široko rasprostranjeni u kućanstvu, u proizvodnji se koriste uređaji s grijaćim elementima.
• Infracrveni plamenici. Opremljeni su keramičkim ili metalnim perforiranim nastavcima. Koriste se u građevinarstvu za grijanje otvorenih i zatvorenih prostora tijekom izgradnje zgrade, izvođenja završnih radova.

Izvori infracrvenih zraka našli su primjenu u poljoprivredi. Pomoću njih se grije perad i tek rođene domaće životinje. Emiteri se postavljaju u staklenicima za poticanje rasta uzgojenih sorti, u sušarama i skladištima žita za sušenje.

Izvori infracrvenih tokova dijele se na:

• Infracrvene žarulje. To su "svjetlosni" emiteri i uređaji koji isporučuju toplinsko zračenje.
• Grijači. Uređaji koji se koriste za grijanje zatvorenih prostorija i otvorenih prostora. Među njima su modeli koji rade na električnu energiju, tekuće ili plinovito gorivo. Grijaći element može biti ili TEN ili spirala od legure visokog otpora.

Prema klasifikaciji po valnoj duljini, infracrveni izvori dijele se u dvije glavne skupine: tamne i svijetle. Prvi rade emitirajući duge valove u prostor, a drugi kratke.

Tamni i svijetli IC emiteri

Prema definiciji, 'svijetli' izvori su sposobni emitirati svjetlost. Tokovi koje emitiraju percipiraju se okom, iako ih je teško nazvati jakim osvjetljenjem i ne treba ih koristiti u tu svrhu.

'Tamni' uređaji isporučuju ljudskom oku nevidljiv tok topline, koji korisnik osjeća na koži, ali se vizualno ne može odrediti. Graničnom vrijednošću između 'svijetlih' i 'tamnih' smatra se valna duljina od 3 μm. Granična temperatura grijane površine je 700 °C.

Svojstvo infracrvenih emitera da isporučuju toplinsku energiju aktivno se koristi u stakleničarstvu, u kokošinjcima i na farmama za potporu mladunčadi.

Najpoznatiji predstavnik 'tamne' grijajuće jedinice je ciglena ruska peć koja je stoljećima uspješno grijala niske kuće. Među 'svijetlima', kao što nam je već jasno, nalazi se električna žarulja sa žarnom niti, ako ona isporučuje najviše 12% svjetlosti. Njezina glavna energija pritom je usmjerena na proizvodnju topline.

Značajke uređaja svijetlih instrumenata

Konstrukcijski su svijetli izvori slični tipičnoj žarulji sa žarnom niti. Međutim, postoje razlike u tijelima žarne niti. Kod svijetlih infracrvenih uređaja temperatura ne smije prijeći granicu od 2270-2770 K. To je potrebno za povećanje toplinskog toka smanjenjem emisije svjetlosti.

Baš kao i kod standardnih žarulja, tijelo žarne niti izrađeno od volframove niti smješteno je u staklenu žarulju. Samo je žarulja opremljena reflektorom, zahvaljujući kojem se sva zračna energija fokusira na grijani predmet. Pritom se neznatan dio energije troši na zagrijavanje grla žarulje.

Žarulja svijetlih infracrvenih izvora zagrijava se do visokih temperatura, stoga ona također sudjeluje u procesu prijenosa topline u prostor. Toplinska energija iz zagrijane žarulje ne fokusira se reflektorom i izlazi u neobrađeni prostor, a upravo je ona komponenta koja smanjuje učinkovitost uređaja.

Po konstrukciji i načinu spajanja infracrvene su svjetiljke vrlo slične običnim žaruljama sa žarnom niti. Međutim, radna temperatura tijela žarne niti kod njih je znatno niža, zbog čega je višestruko produljen vijek trajanja.

Učinkovitost svijetlog infracrvenog izvora u prosjeku ne prelazi 65%. Povećavaju je smještanjem volframovog grijaćeg tijela u cijev od kvarcnog stakla ili sličnu tikvicu. Takvo rješenje omogućuje povećanje valne duljine do 3,3 μm, a smanjenje temperature na 600º.

Ova se varijanta primjenjuje u kvarcnim IC grijačima, u kojima se oko kvarcne šipke namotava krom-nikal žica i sve se to zajedno nalazi u kvarcnoj cijevi.

Svijetli infracrveni emiteri odlikuju se niskom učinkovitošću. Učinkovitost njihovog infracrvenog toka obično ne prelazi 65%.

Bit rada sastoji se u dvostrukom korištenju užarenja žice. Oslobođena toplinska energija djelomično ide na izravno grijanje, djelomično na podizanje temperature kvarcne šipke. Užarena do crvene šipka također emitira toplinske tokove.

Među prednosti cjevastih uređaja opravdano se ubraja otpornost svih komponenti izrađenih od kvarca i keramike na atmosferske nepogode. Nedostatkom se smatra krhkost keramičkih dijelova.

Specifičnost rada i konstrukcije tamnih grijača

Takozvani 'tamni' izvori IC tokova znatno su praktičniji od 'svijetlih' pandana. Njihov emitirajući element strukturno se razlikuje u pozitivnom smislu. Grijani vodič sam ne emitira toplinsku energiju, već je opskrbljuje okolni metalni omotač.

Kao rezultat, radna temperatura uređaja ne prelazi 400 – 600º. Kako se toplinska energija ne bi trošila uzalud, tamni se emiteri opremaju reflektorima koji preusmjeravaju tokove u željenom smjeru.

Dugovalni emiteri tamne grupe ne boje se udara i sličnih mehaničkih utjecaja, jer je krhki polimerni ili keramički element u njima zaštićen metalnom vrstom kućišta i zaštitnim toplinsko-izolacijskim slojem. Učinkovitost emitera ove grupe doseže 90%.

Ali ni oni nisu lišeni nedostataka. Grijači tamne grupe ovise o konstrukcijskim značajkama uređaja. Ako je udaljenost između glavnog emitirajućeg elementa i površine uređaja velika, tada će se ona oplakivati i hladiti zrakom koji prolazi. Učinkovitost se time smanjuje.

Zbog konstrukcijskih značajki, tamni modeli se ugrađuju za grijanje prostora s niskim stropovima i područja koja zahtijevaju linearnu isporuku topline. Svijetli modeli se postavljaju tamo gdje je potrebna obrada prostorija s visokim stropom i vertikalno izduženih područja.

Plinski plamenici kao izvor IC zraka

Uređaji u kojima se događa bezplameno sagorijevanje plina nazivaju se plinskim plamenicima ili plinskim infracrvenim emiterima. Toplinska energija koja se oslobađa velikim intenzitetom prenosi se u prostor kroz emitirajuću površinu uređaja.

Upravo se plinski infracrveni grijači tipa plamenika koriste u industrijskim razmjerima pri izvođenju građevinskih i montažnih radova. Prevladavajući volumen toplinske energije prenose keramički emiteri plamenika.

Kao emiteri koriste se:

• keramičke ploče s perforacijama, koje mogu biti ravne ili reljefne;
• keramičke ploče s ravnomjerno raspoređenim porama;
• keramički elementi s mrežastim nihromovim zaslonom, mrežasti metalni i razni katalitički emiteri.

Sve navedene vrste otvora u keramičkom ili metalnom elementu predstavljaju vatrene kanale.

Generacija topline katalitičkim emiterom temelji se na procesu oksidacije koji se aktivira pri dovodu plina na ploču.

Gorivo za rad ove vrste infracrvenih emitera je prirodni plin, kao i njegova ukapljena inačica ili umjetno proizvedeni plinovi. U Rusiji se proizvode plamenici namijenjeni za preradu ukapljenog i prirodnog plina. Strana oprema uglavnom je namijenjena za preradu ukapljenog i umjetnog plina.

Infracrveni plinski plamenici prerađuju plin s koeficijentom izgaranja zračne mase koji je zapravo jednak jedan. Rade na prirodni, ukapljeni i umjetni plin.

Ako se pravila rada ne krše, produkti izgaranja plinskog plamenika oslobađaju se u minimalnim količinama s neznatnim udjelom dušikovih oksida i ugljičnog monoksida.

Za dovod plina, plinske infracrvene plamenike (PIP) opremljene su mlaznicama kroz koje se plin potiskuje velikom brzinom. Takav dovod plina osigurava injekciju zraka potrebnog za izgaranje. On se 'potiskuje' brzom strujom kroz injektor u razdjelnu komoru.

Iznad zračećeg nastavka uređaja postavlja se metalna konstrukcija. Ona povećava učinkovitost i služi kao oslonac za posuđe ako se na plameniku kuha.

Plin ne samo da injektira zrak, već se i miješa s njim u injektoru, što rezultira plinsko-zračnom smjesom pogodnom za potpuno izgaranje. Ova smjesa prelazi na površinu keramičkog nastavka kroz njene pore, perforirane otvore ili proreze, gdje potpuno izgara u tankom sloju debljine najviše 1,5 mm.

Plamenici s ravnim keramičkim nastavcima

Prevladavajući volumen toplinske energije prenosi se na keramičke pločice koje se zagrijavaju do izuzetno visokih temperatura u roku od manje od minute. Vanjska površina keramičkog elementa postaje dodatni izvor toplinskog toka.

Na keramički nastavak otpada 40 do 60% zračenja koje prenosi industrijski plinski IC grijač. Radi povećanja učinkovitosti uređaja, iznad nastavka se postavlja mrežasti zaslon. Radi povećanja površine prijenosa topline, perforirane pločice lijepe se vatrostalnom masom.

Važan pokazatelj je promjer plamenih kanala. Od njega ovisi koji plin uređaj može prerađivati. Od promjera ovisi ukupan broj otvora u keramičkoj pločici. Što ih je više, toplinski zračeći element postaje lomljiviji i osjetljiviji na mehanička oštećenja PIP-a.

Grijači s rebrastim tipom nastavka

Osim ravnih keramičkih nastavaka s perforacijom, primjenjuju se i reljefni elementi. Korištenje rebraste površine u ovom slučaju potiče protok izmjene topline između zračeće površine i gorućeg plina. Rebrasta keramička pločica se bolje zagrijava, pritom se toplinsko opterećenje na zračeći element ne povećava.

Ravni i rebrasti keramički nastavci zagrijavaju se do 1473 K. Međutim, porozni keramički elementi samo do 1237 K. Porozna varijanta je jednostavnija za izradu, stoga je jeftinija. Osim toga, u njezinoj proizvodnji koriste se otpaci keramičke industrije.

Korištenje keramičkih nastavaka s reljefnim toplinsko-zračećim elementom omogućuje znatno povećanje površine koja prenosi toplinu korisniku.

Debljina poroznih pločica doseže 30 mm, što znatno povećava otpornost nastavka na mehanička opterećenja. Tijekom rada plamenika s takvim nastavkom, smjesa zraka i plina koja izlazi iz razvodne komore izgara na vanjskoj površini keramičke pločice u sloju do 2 mm.

Područje gorenja u poroznom nastavku pomiče se s vanjske površine na dubinu do 3-5 mm. Pritom temperatura zagrijavanja doseže samo 1123 K.

Nedostatak poroznih nastavaka za GIP (plinske infracrvene plamenike) je pretjerano visok hidraulički otpor, zbog kojeg u radu nije moguće koristiti magistralni plin niskog tlaka.

Oprema s metalnim mrežama

Međutim, sve od navedenih vrsta nastavaka izrađene su od keramike, što znači da su, unatoč debljini i raznim proizvođačevim trikovima za povećanje čvrstoće, i dalje krhke. Krhkost posebno smeta ako se uređaj mora često premještati.

Stoga je za grijanje prostora tijekom građevinskih ili montažnih radova razvijen čvršći tip plamenika opremljenog dvostrukom metalnom mrežom. U takvom se uređaju smjesa zraka i plina prerađuje u prostoru između nastavka i mreža. Površina vanjske mreže zagrijava se samo do 1023 K.

Korištenje metalne mreže omogućilo je znatno povećanje toplinske snage IC zračnika, kao i zaštitu keramičkog nastavka od oštećenja.

U GIP-ovima s mrežastim nastavcima ti se elementi izrađuju od vatrootpornih legura s kromom i niklom. Nastavci se izrađuju tako da veličina očica gornje mreže omogućuje slobodan prolaz plamena, dok je donja mreža minimalne veličine, kritične za probijanje plamena. Ovdje zračeći elementi IC topline mogu biti obje mreže ili samo jedna.

Ako infracrveni plamenik prerađuje magistralni plin ili propan-butansku ukapljenu smjesu iz plinske boce, u širenju toplinske energije sudjeluje samo gornja mreža. Ako se prerađuje plin s niskim opterećenjem, toplinu zrače obje mreže. Na taj se način povećava prijenos topline.

Međutim, maksimalna vrijednost učinkovitosti GIG plamenika s mrežama ne prelazi 60%, jer je hidraulički otpor nastavaka dvostruko veći nego kod perforiranih keramičkih pločica svih vrsta. Istina, manji je nego kod poroznih nastavaka.

Uređaji s povećanom toplinskom snagom

Prilično niska učinkovitost infracrvenih plinskih zračitelja s keramičkim pločama i mrežama potaknula je traženje načina za povećanje toplinske snage. Rezultat je postignut uvođenjem nove vrste nastavka, koji predstavlja keramičku ploču s nizom proreza.

U presjeku prorezi imaju naglo proširenje, njihovi ulazni otvori manji su od izlaznih. Takvo rješenje povećava učinkovitost rada plamenika zahvaljujući recirkulaciji produkata izgaranja, tj. njihovom vraćanju na bazu plamena unutar plamenskog kanala. Osim toga, plamen u takvim modelima je stabilniji i mnogo rjeđe se gasi na otvorenom vjetru.

Za povećanje toplinske snage koriste se različiti postupci, od kojih je jedan pomicanje proreznih otvora jedan u odnosu na drugi. Ovo rješenje također doprinosi zaštiti od utjecaja vjetra.

Živi presjek proreznih ploča u prosjeku iznosi 55 – 60% njihovog stvarnog ukupnog presjeka. Plamenici opremljeni njima rade na plin srednjeg tlaka. Vanjska ravnina nastavka zagrijava se do 1723 K.

Emiteri s otpornošću na vjetrovno opterećenje

Stabilnost rada pri opterećenju vjetrom važan je pokazatelj za odabir plinskog infracrvenog plamenika koji se primjenjuje u građevinarstvu ili montaži proizvodnih postrojenja. To svojstvo nemaju svi industrijski infracrveni zračitelji koji prerađuju plin.

Za otvorene prostore potrebni su posebni uređaji koji:

• odlikuju se stabilnom injekcijom, neovisnom o udarima vjetra;
• opremljeni su uređajem koji sprječava otklon mlaza koji izlazi iz mlaznice;
• zaštićeni su od aktivnog hlađenja površine zračenja koje nastaje zbog utjecaja vjetra.

U tehničkom listu plinske opreme koja može grijati pri udarnom vjetru i ne gasiti se, navedena je otpornost na vjetar. Ta je karakteristika kod serijski proizvedenih infracrvenih plamenika približno jednaka i pri izravnom, tj. čeonom djelovanju vjetra, i pri bočnom puhanju.

Smanjenje koeficijenta injekcije uzrokuje pojavu plamena na vanjskoj površini emitirajuće ploče. Pritom temperatura naglo opada. Snižava je hladan zrak koji prodire u područje izgaranja.

Vjetrootpornost je fizički povezana s specifičnim toplinskim opterećenjem i volumenom zraka koji dolazi do mlaznice tijekom izgaranja. Pri višku i velikoj brzini strujanja zraka učinkovitost infracrvenog emitera se smanjuje. Smanjenje je popraćeno pojavom plamenih jezika, potamnjenjem emitirajuće površine i prestankom rada agregata u bezplamenom načinu rada.

Pregled proizvođača IC grijača

Plinske uređaje za stvaranje povoljne mikroklime na gradilištu, u radionici, proizvodnom pogonu i sličnim objektima proizvode kako domaće tvrtke tako i strane tvrtke.

Prema mišljenju potrošača, ljestvicu proizvoda ruskog proizvođača predvode plinski plamenici marke Solarogaz. U asortimanu koji predstavlja ova tvrtka nalaze se modeli namijenjeni grijanju prostora različitih veličina. Agregati se mogu koristiti u staklenicima, garažama i na otvorenim prostorima.

Jedan od najtraženijih na domaćem tržištu i u praksi provjerenih vrsta plinske infracrvene opreme je linija plinskih plamenika i ploča tvrtke Solarogaz.

Jedini nedostatak koji bi kupci i stvarni vlasnici modela plinskih plamenika i ploča moskovskog proizvođača trebali uzeti u obzir jest nepostojanje senzora sigurnosnih sustava. Stoga ih je moguće koristiti u kućanstvu, ali uz pridržavanje mjera opreza.

Po popularnosti ne zaostaju proizvodi tvrtke Sledopit. Međutim, u ponuđenoj kupcu prodajnoj liniji prevladavaju proizvodi za kućnu upotrebu i turističke varijante.

Opravdanu popularnost uživaju ploče koje se koriste i za grijanje i za pripremu jednostavnih jela, kao i mini plamenici na plinsku bočicu.

Izvrsne ocjene potrošača dobili su plinski grijači s logotipom Aeroheat. Ova oprema privlači pouzdanošću, potkrijepljenom uporabom visokokvalitetnih komponenti, i pristupačnom cijenom. Dobro su se pokazale plinske ploče i plamenici tvrtki Dikson i Sibirjačka.

Popis kvalitetnih plinskih grijača stranih dobavljača predvode plinski plamenici i ploče južnokorejske tvrtke Kovea. Proizvodi ove marke aktivno se koriste u malim radionicama, na gradilištima i mjestima za soboslikarske radove, na izletima i ribolovu.

Plinske ploče i plamenici tvrtke Hyundai po kvaliteti i tehničkim karakteristikama ne zaostaju za uređajima europskih proizvođača. U pojedinim pokazateljima ih čak i nadmašuju.

Za opremanje radionica češće se koriste plinski grijači talijanske tvrtke Sistema. Aktivno su traženi modeli južnokorejskog Hyundaija, talijanske plinske peći Bartolini koje se mogu koristiti i u kućanstvu i u uredu. Pouzdanošću i stabilnim radom ističu se švedske peći Timberk, te kineska oprema Ballu.

Zaključci i koristan video na temu

Detaljno o principu rada i prednostima infracrvenih plinskih plamenika govori autor sljedećeg videa:

Detalji uređenja infracrvenog grijanja prikazani su u sljedećem videu:

Faze ugradnje plinskog grijača stropnog tipa prikazane su ovdje:

U Rusiji se proizvode razne vrste infracrvenih plamenika, među kojima su i modeli otporni na vjetar. Asortiman koji nudi tvrtka omogućuje odabir uređaja za grijanje otvorenih i zatvorenih prostora.

Važno je prije kupnje odlučiti s kojom svrhom i u kojim uvjetima će se oprema koristiti, te odabrati ili više proizvodni ili trajniji model koji se ne boji višekratnih premještanja.