Plinski infrardeči sevalniki za industrijske prostore: zasnova, načelo delovanja, vrste

IR naprave, ki ustvarjajo toplotne in svetlobne tokove, se aktivno uporabljajo na različnih področjih proizvodnje in v zasebnih gospodinjstvih. Najbolj iskani so plinski infrardeči sevalniki za industrijske prostore. Njihovo delovanje temelji na sposobnosti segretega telesa, da v prostor oddaja pridobljeno toploto.

Vse o načelih delovanja infrardeče opreme boste izvedeli iz našega predlaganega članka. Povedali vam bomo o različicah infrardeče opreme in njihovih značilnih razlikah. Predstavili vam bomo vodilne modele na trgu.

Bistvo infrardečega sevanja

Infrardeče sevanje se razlikuje od običajne in tako znane vidne svetlobe. Podobna sta si po hitrosti, s katero se širita in prečkata prostor. Obe vrsti se lahko lomita, odbijata in zbirata »v snop«.

Za razliko od običajnega svetlobnega sevanja, ki predstavlja elektromagnetne valove, ima IR tok tako valovne kot kvantne lastnosti. To pomeni, da prenaša tako svetlobo kot toploto.

Tako običajna svetloba kot infrardeče sevanje predstavljata tokove elektromagnetnih valov. Razlika je v tem, da v prvem primeru prevladuje vidna komponenta, v drugem – se vidna komponenta kombinira s toplotno.

Svetloba, ki jo dobavljajo infrardeče naprave, se giblje valovito. Elektromagnetna svetlobna nihanja se nahajajo v segmentu spektra od 760 nm (nanometrov) do 540 µm (mikrometrov). Toplota, ki jo oddajajo IR sevalniki, je tok kvantov. Njihova energija zavzema interval od 0,0125 do 1,25 eV (elektronvoltov).

Toplotni in svetlobni tokova, ki ju oddajajo infrardeče naprave, sta medsebojno povezana. S povečanjem intenzivnosti svetlobe se zmanjšuje kvantni tok toplote. Odvisno od temperature lahko infrardeče sevanje naše oči zaznavajo ali ne. Toplotno sevanje vizualno ni določljivo.

Ta posebnost infrardečega sevanja se v industriji uporablja za pospeševanje procesov polimerizacije in strjevanja. Toplotni del infrardečega sevanja omogoča določanje prisotnosti in lokacije osebe ali živali v slabo osvetljenem in neosvetljenem nočnem obdobju.

Infrardeči grelniki oddajajo svetlobo v kombinaciji s toplotno energijo, ki se uporablja za oblikovanje ugodne mikroklime na gradbiščih, v delavnicah, proizvodnih halah, perutninskih farmah, rastlinjakih in številnih drugih objektih.

Nestandardnost delovanja IR naprav, ki oddajajo svetlobo v kombinaciji s toploto, je postala osnova za razvoj naprav za nočno gledanje. Uporablja se v defektoskopiji, v sredstvih prikrite signalizacije in v tehničnih pripomočkih za fotografiranje v temnem času dneva.

Obe sestavini infrardečega sevanja se v obdelovanem prostoru skoraj ne razpršita, ampak se tako rekoč osredotočita na predmete v območju njihovega delovanja. Toplota prodre v telo segrevanega predmeta, globina prodiranja pa je odvisna od lastnosti, strukture in materiala predmeta. Globina se giblje od desetinke mm do nekaj mm.

Infrardeči grelci se nameščajo na tla, pritrjujejo na stene, obešajo na strop. Naprave se odlikujejo po brezplamenskem gorenju, ohranjanju kisika v okoliškem prostoru in ne dvigajo stebrov prahu v nasprotju s konvektorji.

Pri uporabi v industrijske namene se valovna dolžina infrardečih sevalcev izbira glede na tehnične značilnosti predmeta ali snovi. IR žarki prosto prehajajo skozi zračno maso, zato se segrevanje izvaja brez občutnih izgub. To dejstvo upravičeno velja za pomembno prednost v proizvodnji.

Poleg segrevanja in osvetljevanja območja, ki ga obdeluje naprava, se infrardeči sevalci uporabljajo pri reševanju naslednjih nalog:

Vrste virov infrardečega sevanja

Med najpreprostejše vire IR sevanja spadajo vsem nam dobro znane žarnice z žarilno nitko, ki delujejo pri nizki napetosti. V takšnih pogojih v glavnem oddajajo infrardeče tokove. Delež svetlobnih elektromagnetnih valov je pri tem majhen, vendar ga še vedno določamo optično.

Danes imajo zasebni potrošniki, gradbena in proizvodna podjetja na voljo številne različne vrste infrardečih sevalnikov.

Področje njihove uporabe določajo:

• delovna temperatura;
• največja vrednost valovne dolžine;
• območje, v katerem se infrardeči tok enakomerno porazdeli;

Na podlagi naštetih značilnosti se izbere sevalna naprava, ki je namenjena reševanju določenih nalog.

Med najbolj razširjene vrste IR sevalnikov spadajo:

• Svetilke z zrcalnimi odbojnimi napravami. Pri največjem sevanju njihova valovna dolžina znaša 1,05 μm.
• Kremenčeve cevne svetilke. Njihova valovna dolžina pri največjem sevanju je v območju od 2 do 3 μm.
• Palasti nekovinski grelniki. Konstrukcijsko so opremljeni z reflektorji, največja valovna dolžina je od 6 do 8 μm.
• Cevni električni grelniki. Široko razširjeni v gospodinjstvih, uporabljajo se v proizvodnji kot naprave z grelnimi elementi.
• Infrardeči gorilniki. Opremljeni so s keramičnimi ali kovinskimi perforiranimi nastavki. Uporabljajo se v gradbeništvu za ogrevanje odprtih in zaprtih površin med gradnjo stavb ter pri zaključnih delih.

Viri infrardečih žarkov so našli uporabo v kmetijstvu. Z njihovo pomočjo se ogrevajo perutninski mladiči in na novo rojene domače živali. Sevalniki se nameščajo v rastlinjakih za spodbujanje rasti gojenih sort, v kaščah in skladiščih žita za sušenje.

Viri infrardečih tokov se delijo na:

• Infrardeče svetilke. To so »svetlobni« sevalniki in naprave, ki zagotavljajo toplotno sevanje.
• Grelniki. Naprave, ki se uporabljajo za ogrevanje zaprtih prostorov in odprtih površin. Med njimi so modeli, ki delujejo na električno napajanje, tekoče ali plinasto gorivo. Grelni element je lahko električni uporovni grelnik ali spirala iz zlitine z visoko upornostjo.

Glede na razvrstitev po valovni dolžini se infrardeči viri delijo v dve glavni skupini: temne in svetle. Prvi delujejo tako, da oddajajo dolge valove v prostor, drugi pa kratke.

Temni in svetli IR sevalniki

Po definiciji lahko »svetli« viri oddajajo svetlobo. Sevanje, ki ga oddajajo, zaznava oko, čeprav jih je težko imenovati močna svetila in jih za ta namen ni priporočljivo uporabljati.

»Temne« naprave zagotavljajo topel tok, ki ga človeško oko ne vidi, a ga koža uporabnika občuti, vendar ga vizualno ni mogoče zaznati. Mejna vrednost med »svetlimi« in »temnimi« je valovna dolžina 3 μm. Mejna temperatura ogrevane površine je 700°.

Lastnost infrardečih oddajnikov za oddajanje toplotne energije se aktivno uporablja v rastlinjakih, kokošnjakih in na kmetijah za podporo mladim živalim.

Najbolj znan predstavnik »temnega« grelnega aparata je opečna ruska peč, ki že več stoletij uspešno ogreva nizke hiše. Med »svetle«, kot že vemo, spada električna žarnica z žarilno nitko, če ta oddaja največ 12 % svetlobe. Njena večina energije je usmerjena v proizvodnjo toplote.

Posebnosti zgradbe svetlih naprav

Konstrukcijsko so svetli viri podobni tipični žarnici z žarilno nitko. Vendar pa obstajajo razlike v telesih žarilne nitke. Pri svetlih infrardečih napravah temperatura ne sme presegati meje 2270–2770 K. To je potrebno za povečanje toplotnega toka na račun zmanjšanja oddajanja svetlobe.

Prav tako kot pri standardnih žarnicah je telo žarilne nitke iz volframove nitke nameščeno v stekleno bučko. Le da je bučka opremljena z reflektorjem, s katerim se vsa sevalna energija usmeri na ogrevan predmet. Pri tem se majhen del energije porabi za segrevanje grla žarnice.

Bučka svetlih infrardečih virov se segreje do visokih temperatur, zato tudi sama sodeluje pri prenosu toplote v prostor. Toplotna energija iz segrete bučke ni usmerjena z reflektorjem in uhaja v neobdelani prostor, kar je sestavina, ki zmanjšuje izkoristek naprave.

Po konstrukciji in načinu priključitve so infrardeče svetilke zelo podobne običajnim žarnicam z žarilno nitko. Vendar je delovna temperatura telesa žarilne nitke pri njih bistveno nižja, zaradi česar se življenjska doba večkrat podaljša.

Učinkovitost svetlega infrardečega vira v povprečju ne presega 65%. Povečajo jo tako, da namestijo volframovo grelno telo v cev iz kvarčnega stekla ali podobno bučko. Takšna rešitev omogoča povečanje valovne dolžine do 3,3 µm in znižanje temperature na 600°.

Ta način se uporablja pri kvarčnih IR grelnikih, kjer je okoli kvarčne palice navita krom-nikljeva žica in vse skupaj nameščeno v kvarčno cev.

Svetli infrardeči sevalniki se odlikujejo po nizki učinkovitosti. Njihov izkoristek infrardečega toka običajno ne presega 65%.

Bistvo delovanja je dvojna uporaba segrevanja žice. Sproščena toplotna energija gre delno za neposredno ogrevanje, delno za dvig temperature kvarčne palice. Do rdečega segreta palica prav tako oddaja tokove toplote.

Med prednosti cevnih naprav upravičeno prištevajo odpornost vseh komponent iz kremena in keramike na atmosferske vplive. Kot pomanjkljivost velja krhkost keramičnih delov.

Specifika delovanja in konstrukcije temnih grelnikov

Tako imenovani »temni« viri IR tokov so precej bolj praktični od »svetlih« sorodnikov. Njihov sevalni element se po zgradbi razlikuje v boljšo smer. Segreti prevodnik sam ne oddaja toplotne energije, temveč jo posreduje okoliška kovinska lupina.

Posledično delovna temperatura naprave ne presega 400 – 600°. Da se toplotna energija ne bi zapravljala, temne sevalnike opremijo z reflektorji, ki preusmerjajo tokove v želeno smer.

Dolgi valovni sevalniki temne skupine se ne bojijo udarcev in podobnih mehanskih vplivov, saj je krhek polimerni ali keramični element v njih zaščiten s kovinskim ohišjem in zaščitno toplotnoizolacijsko plastjo. Izkoristek sevalnikov te skupine dosega 90%.

Vendar tudi ti niso brez pomanjkljivosti. Grelniki temne skupine so odvisni od konstrukcijskih značilnosti naprave. Če je razdalja med glavnim sevalnim elementom in površino naprave velika, jo bo oplakovalo in hladilo mimotekoči zrak. Izkoristek se zaradi tega zmanjša.

Zaradi konstrukcijskih posebnosti se temni modeli nameščajo za ogrevanje prostorov z nizkimi stropi in površin, ki zahtevajo linearno dovajanje toplote. Svetli modeli pa se nameščajo tam, kjer je potrebna obdelava prostorov z visokimi stropi in navpično podaljšanih površin.

Plinski gorilniki kot vir IR žarkov

Naprave, v katerih poteka brezplamensko predelovanje plina, se imenujejo plinski gorilniki ali plinski infrardeči sevalci. Toplotna energija, ki se sprošča z veliko intenzivnostjo, se prenaša v prostor skozi sevalno površino agregata.

Prav plinski infrardeči grelniki tipa gorilnikov se uporabljajo v industrijskem obsegu pri izvajanju gradbenih in montažnih del. Prevladujočo količino toplotne energije prenašajo sevalne keramične šobe gorilnikov.

Kot šobe se uporabljajo:

• keramične plošče s perforacijo, ki so lahko ravne ali reliefne;
• keramične plošče z enakomerno porazdeljenimi porami;
• keramični elementi z mrežastim nihromovim zaslonom, mrežaste kovinske in raznovrstne katalitične šobe.

Vse naštete vrste odprtin v keramičnem ali kovinskem elementu so ognjeni kanali.

Generiranje toplote s katalitično šobo temelji na procesu oksidacije, ki se aktivira ob dovodu plina na ploščo.

Kot gorivo za delovanje te vrste infrardečih sevalcev služi zemeljski plin, pa tudi njegova utekočinjena različica ali umetno ustvarjeni plini. V Rusiji proizvajajo gorilnike, namenjene predelovanju utekočinjenega in zemeljskega plina. Tuja oprema je namenjena predvsem predelovanju utekočinjene in umetne različice.

Infrardeči plinski gorilniki predelujejo plin s koeficientom zgorevanja zračne mase, ki je dejansko enak ena. Delujejo na zemeljski, utekočinjeni in umetni plin.

Če se pravila uporabe ne kršijo, se produkti zgorevanja iz delovanja plinskega gorilnika sproščajo v minimalnih količinah z neznatno vsebnostjo dušikovih oksidov in ogljikovega monoksida.

Za dovajanje plina so plinski infrardeči gorilniki (PIG) opremljeni s šobami, skozi katere se plin potiska z visoko hitrostjo. Takšen dovod plina omogoča injekcijo zraka, potrebnega za zgorevanje. Ta se s hitrim tokom potiska skozi injektor v razdelilno komoro.

Nad sevalno šobo naprave je nameščena kovinska konstrukcija. Povečuje izkoristek in služi kot opora za posodo, če na gorilnikih kuhajo.

Plin ne samo injicira zrak, ampak se z njim tudi meša v injektorju, kar povzroči nastanek plinsko-zračne mešanice, primerne za popolno zgorevanje. Ta mešanica se premika na površino keramične šobe skozi njene pore, perforirane odprtine ali reže, kjer popolnoma zgori v tankem sloju debeline največ 1,5 mm.

Gorilniki s ploščatimi keramičnimi nastavki

Prevladujoča količina toplotne energije se prenaša na keramične ploščice, ki se v manj kot minuti segrejejo na izjemno visoke temperature. Zunanja površina keramičnega elementa postane dodaten vir toplotnega toka.

Na keramično šobo odpada od 40 do 60 % sevanja, ki ga oddaja industrijski plinski IR grelec. Za povečanje učinkovitosti naprave je nad šobo nameščena mrežasta zaslonka. Za povečanje površine za prenos toplote se perforirane ploščice lepijo z uporabo ognjevzdržnega kita.

Pomemben kazalnik je premer ognjenih kanalov. Od njega je odvisno, kateri plin lahko naprava predela. Od premera je odvisno skupno število odprtin v keramični ploščici. Več kot jih je, bolj krhek bo toplotno sevalni element in bolj občutljiv na mehanske poškodbe PIG.

Grelniki z rebrastim tipom nastavka

Poleg ravnih keramičnih nastavkov s perforacijo se uporabljajo reliefni elementi. Uporaba rebraste površine v tem primeru spodbuja potek toplotne izmenjave med sevalno površino in gorečim plinom. Rebrasta keramična plošča se bolje segreje, pri tem pa se toplotna obremenitev na sevalni element ne povečuje.

Ravni in rebrasti keramični nastavki se segrejejo do 1473 K. Porozni keramični elementi pa le do 1237 K. Porozna različica je preprostejša za izdelavo, zato je cenejša. Poleg tega se pri njeni proizvodnji uporabljajo odpadki keramične industrije.

Uporaba keramičnih nastavkov z reliefnim toplotno sevalnim elementom omogoča občutno povečanje površine, ki prenaša toploto uporabniku.

Debelina poroznih ploščic dosega 30 mm, kar občutno poveča odpornost nastavka na mehanske vplive. Med delovanjem gorilnika s takšnim nastavkom zmes zraka in plina, ki izstopi iz razdelilne komore, zgori na zunanji površini keramične ploščice v plasti debeline do 2 mm.

Območje gorenja v poroznem nastavku se premakne z zunanje površine na globino do 3–5 mm. Pri tem temperatura segrevanja doseže le 1123 K.

Pomanjkljivost poroznih nastavkov za GIG je pretirano visok hidravlični upor, zaradi katerega pri delu ni mogoče uporabljati nizkotlačnega plina iz plinovoda.

Oprema s kovinskimi mrežami

Vendar so vsi našteti tipi nastavkov iz keramike, kar pomeni, da so kljub debelini in vsem mogočim prijemom proizvajalca, ki želi povečati trdnost, še vedno krhki. Krhkost je še posebej moteča, če je napravo treba pogosto premikati.

Zato je bil za ogrevanje površin med gradbenimi ali montažnimi deli razvit trdnejši tip gorilnika, opremljenega s kovinsko dvojno mrežo. V takšni napravi se mešanica plina in zraka predela v prostoru med nastavkom in mrežami. Površina zunanje mreže se segreje le do 1023 K.

Uporaba kovinske mreže je omogočila bistveno povečanje toplotne moči IR sevalnika ter zaščito keramičnega nastavka pred poškodbami.

Pri GIG z mrežastimi nastavki so ti elementi izdelani iz toplotno odpornih zlitin s kromom in nikljem. Nastavke naredijo tako, da velikost celic zgornje mreže omogoča prost prehod plamena, spodnja pa je minimalna, kritična za preskok ognja. Tu sta lahko seva IR toplote obe mreži ali pa le ena.

Če infrardeči gorilnik uporablja zemeljski plin ali utekočinjeno mešanico propan-butana iz plinske jeklenke, je pri širjenju toplotne energije vključena samo zgornja mreža. Če uporablja plin z nizko obremenitvijo, toploto oddajata obe mreži. Na ta način se poveča prenos toplote.

Vendar največji izkoristek infrardečih gorilnikov z mrežami ne presega 60 %, ker je hidravlični upor nastavkov dvakrat večji kot pri perforiranih keramičnih ploščicah vseh vrst. Res pa je manjši kot pri poroznih nastavkih.

Naprave s povečano toplotno močjo

Dokaj nizka učinkovitost infrardečih plinskih sevalnikov s keramičnimi ploščami in mrežami je spodbudila iskanje načinov za povečanje toplotne moči. Rezultat je bil dosežen z uvedbo nove vrste nastavka, ki predstavlja keramično ploščo z vrsto rež.

V prerezu imajo reže nenadno razširitev; njihove vstopne odprtine so manjše od izstopnih. Takšna rešitev povečuje učinkovitost delovanja gorilnika zaradi recirkulacije produktov zgorevanja, tj. njihovega vračanja k vznožju plamena znotraj ognjenega kanala. Poleg tega je plamen pri takih modelih bolj stabilen in veliko redkeje ugasne na odprtem vetru.

Za povečanje toplotne moči se uporabljajo različni prijemi, eden od njih je medsebojni zamik režastih odprtin. Ta rešitev prispeva tudi k zaščiti pred vplivom vetrov.

Prosti prerez režastih plošč v povprečju znaša 55 – 60 % njihovega dejanskega skupnega prereza. Gorilniki, opremljeni z njimi, delujejo na plin srednjega tlaka. Zunanja ravnina nastavka se segreje do 1723 K.

Sevalniki z odpornostjo proti vetrni obremenitvi

Stabilnost delovanja pri vetrni obremenitvi je pomemben kazalnik pri izbiri plinskega infrardečega gorilnika, ki se uporablja v gradbeništvu ali pri montaži industrijskih naprav. Te lastnosti nimajo še zdaleč vsi industrijski infrardeči sevalniki, ki uporabljajo plin.

Za odprte prostore so potrebne posebne naprave, ki:

• imajo stabilno vbrizgavanje, ki ni odvisno od sunkov vetra;
• so opremljene z napravo, ki preprečuje odklon curka, ki izhaja iz šobe;
• so zaščitene pred aktivnim ohlajanjem sevalne površine, ki ga povzročajo vetrovi.

V tehničnem listu plinske opreme, ki lahko ob sunkovitem vetru ogreva in ne ugasne, je navedena vetrna odpornost. Ta lastnost je pri serijsko proizvedenih infrardečih gorilnikih približno enaka tako pri neposrednem, tj. čelnem vplivu vetra, kot pri bočnem pihanju.

Zmanjšanje koeficienta injiciranja povzroči pojav plamena na zunanji površini sevalne plošče. Pri tem temperatura močno pade. Zniža jo hladen zrak, ki prodira v območje gorenja.

Vetrovna odpornost je fizično povezana s specifično toplotno obremenitvijo in količino zraka, ki v času gorenja prihaja do šobe. Pri presežku in visoki hitrosti zračnega toka se izkoristek infrardečega sevalnika zmanjša. Zmanjšanje spremlja pojav jezikov plamena, potemnitev sevalne površine in prenehanje delovanja agregata v brezplamenskem načinu.

Pregled proizvajalcev IR grelnikov

Plinske naprave za oblikovanje ugodne mikroklime na gradbišču, v delavnici, proizvodni hali in podobnih objektih proizvajajo tako domača podjetja kot tuja podjetja.

Po mnenju potrošnikov lestvico izdelkov ruskega porekla vodijo plinski gorilniki znamke Soljarogaz. V ponudbi tega podjetja so modeli, zasnovani za ogrevanje prostorov različnih velikosti. Agregate je mogoče uporabljati v rastlinjakih, garažah in na odprtih površinah.

Ena najbolj iskanih in v praksi preizkušenih vrst plinske infrardeče opreme na domačem trgu je linija plinskih gorilnikov in plošč podjetja Soljarogaz.

Edina pomanjkljivost, ki jo morajo upoštevati kupci in dejanski lastniki modelov plinskih gorilnikov in plošč moskovskega proizvajalca, je odsotnost senzorjev varnostnih sistemov. Zaradi tega jih je mogoče uporabljati v gospodinjstvu, vendar ob upoštevanju previdnostnih ukrepov.

Po priljubljenosti ne zaostajajo izdelki podjetja Sledopyt. Vendar v prodajni liniji, ponujeni kupcu, prevladujejo izdelki za domačo uporabo in turistične različice.

Povsem upravičeno priljubljene so plošče, ki se uporabljajo tako za ogrevanje kot za pripravo preprostih jedi, in mini gorilniki za plinske kartuše.

Odlične ocene potrošnikov so prejeli plinski grelniki z logotipom Aeroheat. Ta oprema privablja z zanesljivostjo, ki temelji na uporabi visokokakovostnih komponent, in dostopno ceno. Dobro so se uveljavile plošče in gorilniki na plin iz Dixona in Sibirjačka.

Seznam priznanih plinskih grelnikov tujih dobaviteljev vodijo plinski gorilniki in plošče južnokorejskega podjetja Kovea. Izdelki znamke se aktivno uporabljajo v majhnih delavnicah, na mestih za pleskanje in gradbena dela, na pohodih in ribolovu.

Plinske plošče in gorilniki znamke Hyundai se po kakovosti in tehničnih lastnostih ne razlikujejo od naprav evropskih proizvajalcev. V nekaterih pogledih jih celo presegajo.

Za opremljanje delavnic pogosto uporabljajo plinske grelnike italijanskega podjetja Sistema. Zelo iskani so modeli južnokorejskega Hyundaia, italijanske plinske peči Bartolini, ki jih lahko uporabljamo tako doma kot v pisarni. Po zanesljivosti in stabilnem delovanju izstopajo švedske peči Timberk, kitajska oprema Ballu.

Zaključki in koristen video na to temo

O načelu delovanja in prednostih IR plinskih gorilnikov bo podrobneje povedal avtor naslednjega videoposnetka:

Podrobnosti organizacije infrardečega ogrevanja so predstavljene v naslednjem videoposnetku:

Faze namestitve plinske ogrevalne naprave stropnega tipa so prikazane tukaj:

V Ruski federaciji proizvajajo različne vrste infrardečih gorilnikov, med katerimi so tudi modeli, odporni na veter. Ponujen izbor podjetja omogoča izbiro naprave za ogrevanje odprtih in zaprtih prostorov.

Pomembno je, da se pred nakupom odločite, s kakšnim namenom in v kakšnih pogojih bo oprema uporabljena, nato pa izberete bodisi zmogljivejši bodisi trden model, ki se ne boji večkratnih premikov.