Dujiniai infraraudonieji spinduoliai pramoninėms patalpoms: sandara, veikimo principas, rūšys
IR prietaisai, generuojantys šilumos ir šviesos srautus, aktyviai naudojami įvairiose gamybos ir privačiojo ūkio srityse. Labiausiai paklausūs yra dujiniai infraraudonieji spinduliuokliai pramoninėms patalpoms. Jų veikimas grindžiamas įkaitinto kūno gebėjimu išskirti į aplinką gautą šilumą.
Viską apie infraraudonosios įrangos veikimo principus sužinosite iš mūsų siūlomo straipsnio. Mes papasakosime apie infraraudonosios įrangos rūšis ir jų būdingus skirtumus. Supažindinsime su rinkoje pirmaujančiais modeliais.
Straipsnio turinys:
Infraraudonosios spinduliuotės esmė
Infraraudonoji spinduliuotė skiriasi nuo įprastos ir tokios įprastos regimosios šviesos. Jos panašios greičiu, kuriuo sklinda ir kerta erdvę. Abi rūšys gali lūžti, atsispindėti ir susiburti „į ryšulį“.
Skirtingai nuo įprastos šviesos spinduliuotės, kuri yra elektromagnetinės bangos, IR srautas pasižymi tiek banginėmis, tiek kvantinėmis savybėmis. Tai yra, jis perduoda ir šviesą, ir šilumą.

Šviesa, tiekiama infraraudonųjų prietaisų, juda banginiu būdu. Elektromagnetiniai šviesos virpesiai yra spektro segmente nuo 760 nm (nanometrų) iki 540 µm (mikrometrų). Šiluma, išskiriama IR spinduliuoklių, yra kvantų srautas. Jų energija užima intervalą nuo 0,0125 iki 1,25 eV (elektronvoltuose).
Šilumos ir šviesos srautai, spinduliuojami infraraudonųjų prietaisų, yra tarpusavyje susiję. Didėjant šviesos intensyvumui, mažėja kvantinis šilumos srautas. Priklausomai nuo temperatūros, infraraudonoji spinduliuotė gali būti ir nebūti suvokiama mūsų akimis. Šiluminė spinduliuotė vizualiai nenustatoma.
Ši infraraudonosios spinduliuotės specifika naudojama pramonėje polimerizacijos ir kietėjimo procesų spartinimui. Infraraudonosios spinduliuotės šiluminė dalis suteikia galimybę nustatyti žmogaus ar gyvūno buvimą ir vietą silpnai apšviestu ir neapšviestu naktiniu laikotarpiu.

IR prietaisų, skleidžiančių šviesą kartu su šiluma, darbo neįprastumas tapo pagrindu kuriant naktinio matymo įrenginius. Ji naudojama defektoskopijoje, slapto signalizavimo priemonėse ir techniniuose prietaisuose fotografavimui tamsiu paros metu.
Abi infraraudonosios spinduliuotės sudedamosios dalys beveik neišsisklaido apdorojamoje erdvėje, jos tarsi susitelkia į objektus, esančius jų poveikio zonoje. Šiluma prasiskverbia į šildomo daikto kūną, o įsiskverbimo gylis priklauso nuo objekto savybių, struktūros ir medžiagos. Gylis svyruoja nuo dešimtosios milimetro dalies iki kelių milimetrų.

Naudojant pramonės tikslais, infraraudonųjų spinduliuotojų bangos ilgį parenka atsižvelgiant į daikto ar medžiagos technines charakteristikas. IR spinduliai laisvai prasiskverbia pro oro masę, todėl šildymas atliekamas be pastebimų nuostolių. Ši aplinkybė pagrįstai laikoma svaru pliusu gamyboje.
Be šildymo ir apšvietimo prietaisu apdorojamos zonos, infraraudonieji spinduliuotojai naudojami sprendžiant šias užduotis:
Infraraudonosios spinduliuotės šaltinių rūšys
Paprasčiausi infraraudokų spinduliuotės šaltiniai yra mums visiems puikiai pažįstamos kaitrinės lempos, veikiančios esant žemai įtampai. Tokiomis sąlygomis jos daugiausia išskiria infraraudokų srautus. Šviesos elektromagnetinių bangų dalis tuo metu yra nežymi, tačiau vis dėlto ji nustatoma optiškai.
Šiuo metu privačių vartotojų, statybos ir gamybos įmonių žinioje yra daugybė įvairių IR spinduliuotuvų tipų.
Jų taikymo sritį nulemia:
- darbinė temperatūra;
- maksimali bangos ilgio vertė;
- zona, kurioje infraraudokų srautas pasiskirsto tolygiai.
Atsižvelgiant į išvardintas charakteristikas, parenkamas spinduliuotuvas, skirtas konkretiems uždaviniams spręsti.
Prie labiausiai paplitusių IR spinduliuotuvų rūšių priskiriami:
- Lempos su veidrodiniais atspindžio įtaisais. Esant maksimaliai spinduliuotei, jų bangos ilgis yra 1,05 μm.
- Kvarcinės vamzdinės lempos. Jų bangos ilgis esant maksimaliai spinduliuotei yra nuo 2 iki 3 μm.
- Strypiniai nemetaliniai šildytuvai. Konstrukciškai jie papildomi reflektoriais, maksimalus bangos ilgis – nuo 6 iki 8 μm.
- Vamzdiniai elektriniai šildytuvai. Plačiai paplitę buityje, gamyboje naudojami prietaisai su kaitinimo elementais (TEN).
- Infraraudokų degikliai. Jie aprūpinti keraminiais arba metaliniais perforuotais antgaliais. Naudojami statyboje atvirų ir uždarų aikštelių šildymui statant pastatą, atliekant apdailos darbus.
Infraraudokų spindulių šaltiniai taikomi ūkininkavime. Jų pagalba šildomas paukščių jaunikliai ir neseniai gimę naminiai gyvūnai. Spinduliuotuvai įrengiami šiltnamiuose, siekiant skatinti auginamų veislių augimą, taip pat klėtyse ir grūdų sandėliuose džiovinimui.
Infraraudokų srautų šaltiniai skirstomi į:
- Infraraudokų lempos. Tai „šviesiniai“ spinduliuotuvai ir prietaisai, teikiantys šiluminę spinduliuotę.
- Šildytuvai. Prietaisai, naudojami uždarų patalpų ir atvirų erdvių šildymui. Tarp jų yra modeliai, veikiantys elektra, skystu arba dujiniu kuru. Šildymo elementas gali būti tiek kaitinimo elementas (TEN), tiek aukštos varžos lydinio spiralė.
Pagal bangos ilgio klasifikaciją infraraudonieji šaltiniai skirstomi į dvi pagrindines grupes: tamsiuosius ir šviesiuosius. Pirmieji veikia, skleisdami į erdvę ilgas bangas, antrieji – trumpas.
Tamsūs ir šviesūs IR spinduliuokliai
Pagal apibrėžimą „šviesieji“ šaltiniai gali išskirti šviesą. Jų skleidžiami srautai yra suvokiami regėjimu, nors ryškiu apšvietimu juos vis dėlto sunku pavadinti, ir naudoti juos būtent šiam tikslui tikrai neverta.
„Tamsieji“ prietaisai tiekia žmogui nematomą šilumos srautą, kurį jaučia vartotojo oda, tačiau vizualiai jis nenustatomas. Ribine verte tarp „šviesiųjų“ ir „tamsiųjų“ laikoma 3 μm bangos ilgis. Ribine šildomo paviršiaus temperatūra yra 700º.

Žymiausiu „tamsiojo“ šildymo agregato atstovu yra mūrinė rusiška krosnis, daugelį amžių sėkmingai šildžiusi mažaaukščius namus. Tarp „šviesiųjų“, kaip jau supratome, figūruoja elektrinė kaitrinė lemputė, jei šviesos ji tiekia ne daugiau kaip 12%. Pagrindinė jos energija šiuo atveju nukreipta į šilumos gamybą.
Šviesių prietaisų įrenginio ypatybės
Konstrukciškai šviesieji šaltiniai panašūs į tipinę kaitrinę lempą. Tačiau yra skirtumų kaitinimo kūnuose. Šviesiuosiuose infraraudonuosiuose prietaisuose temperatūra negali viršyti 2270-2770 K ribos. Tai būtina siekiant padidinti šilumos srautą mažinant šviesos skleidimą.
Lygiai taip pat kaip standartinėse lemputėse kaitinimo kūnas, pagamintas iš volframo siūlelio, dedamas į stiklinę kolbą. Tik kolba yra su reflektoriumi, dėl kurio visa spinduliavimo energija sutelkiama ant šildomo objekto. Tuo tarpu nedidelė energijos dalis sunaudojama lemputės lizdo šildymui.
Šviesiųjų infraraudonųjų šaltinių kolba įkaista iki aukštų temperatūrų, todėl ji taip pat dalyvauja šilumos perdavimo į erdvę procese. Šiluminė energija nuo įkaitusios kolbos nėra fokusuojama reflektoriaus ir išeina į neapdorojamą erdvę, būtent ji yra ta sudedamoji dalis, mažinanti prietaiso naudingumo koeficientą.

Šviesaus infraraudonųjų spindulių šaltinio našumas vidutiniškai neviršija 65%. Jį didinant, volframo kaitinimo elementas įdedamas į kvarcinio stiklo vamzdelį arba panašią kolbą. Toks sprendimas leidžia padidinti bangos ilgį iki 3,3 µm, o temperatūrą sumažinti iki 600º.
Šis variantas taikomas kvarciniuose IR šildytuvuose, kuriuose aplink kvarcinį strypą vyniojama chromo-nikelio viela, ir visa tai kartu yra kvarciniame vamzdelyje.

Darbo esmė – dvigubas vielos kaitinimo panaudojimas. Išskiriama šiluminė energija iš dalies naudojama tiesioginiam šildymui, iš dalies – kvarcinio strypo temperatūros didinimui. Įkaitintas iki raudonumo strypas taip pat išskiria šilumos srautus.
Prie vamzdinių prietaisų privalumų pagrįstai priskiriamas visų komponentų, pagamintų iš kvarc ir keramikos, atsparumas atmosferos poveikiui. Trūkumu laikomas keraminių dalių trapumas.
Tamsių šildytuvų veikimo ir konstrukcijos specifika
Vadinamieji „tamsieji“ IR srautų šaltiniai yra žymiai praktiškesni nei „šviesieji“ jų giminaičiai. Jų spinduliuojantis elementas struktūriškai skiriasi į gerąją pusę. Šildomas laidininkas pats neišskiria šiluminės energijos – ją tiekia aplinkinė metalinė dangą.
Galutinė prietaiso darbinė temperatūra neviršija 400 – 600º. Kad šiluminė energija nebūtų švaistoma, tamsieji spinduoliai aprūpinami atšvaitais, nukreipiančiais srautus reikiama kryptimi.
Ilgabangiai tamsiosios grupės spinduoliai nebijo smūgių ir panašių mechaninių poveikių, nes juose esantis trapus polimerinis ar keraminis elementas yra apsaugotas metaliniu gaubtu ir apsauginiu šilumos izoliacijos sluoksniu. Šios grupės spinduolių naudingumo koeficientas siekia 90%.
Tačiau ir jie turi trūkumų. Tamsiosios grupės šildytuvai priklauso nuo prietaiso konstrukcinių ypatybių. Jei atstumas tarp pagrindinio spinduliuojančio elemento ir prietaiso paviršiaus yra didelis, jis bus plaunamas ir aušinamas pro šalį tekančio oro. Dėl to naudingumo koeficientas mažėja.
Dėl konstrukcinių savybių tamsieji modeliai montuojami šildyti patalpas su žemomis lubomis ir aikšteles, kurioms reikia linijinio šilumos tiekimo. Šviesieji statomi ten, kur reikia apdoroti patalpas su aukštomis lubomis ir vertikaliai ištemptas aikšteles.
Dujiniai degikliai kaip IR spindulių šaltinis
Prietaisai, kuriuose dujos perdirbamos be liepsnos, vadinami dujiniais degikliais arba dujiniais infraraudonaisiais spinduoliais. Jų išskiriama didelio intensyvumo šiluminė energija perduodama į erdvę per įrenginio spinduliuojantį paviršių.
Būtent dujiniai infraraudonieji šildytuvai, degiklių tipo, naudojami pramoniniu mastu atliekant statybos ir montavimo darbus. Vyraujantį šiluminės energijos kiekį perduoda spinduliuojantys keraminiai degiklių antgaliai.
Kaip antgaliai naudojami:
- keraminės plokštelės su perforacija, kurios būna plokščios arba reljefinės;
- keraminės plokštelės su tolygiai paskirstytomis poromis;
- keraminiai elementai su tinklelio nichrominiu ekranu, tinklelio metaliniai ir įvairūs katalitiniai antgaliai.
Visi išvardyti angų tipai keraminiame arba metaliniame elemente yra ugnies kanalai.

Kuru šio tipo infraraudoniesiems spinduoliams veikti naudojamos magistralinės dujos, taip pat jų suskystintas variantas arba dirbtinai sukurtos dujos. Rusijoje gaminami degikliai, skirti perdirbti suskystintas ir magistralines dujas. Užsienio įranga daugiausia skirta perdirbti suskystintus ir dirbtinius variantus.

Jei eksploatavimo taisyklės nepažeidžiamos, degimo produktai iš dujinio degiklio darbo išsiskiria minimaliu kiekiu, turinčiu nežymų azoto oksidų ir anglies monoksido kiekį.
Dujų tiekimui infraraudonosios dujinės degikliai (GIG) įrengiami antgaliais, per kuriuos dujos įpurškiamos dideliu greičiu. Toks dujų tiekimas užtikrina degimui reikalingo oro injekciją. Jis „stumiamas“ didelio greičio srautu per injektorių į paskirstymo kamerą.

Dujos ne tik injektuoja orą, bet ir su juo susimaišo injektoriuje, todėl gaunamas visiškam degimui tinkamas dujų ir oro mišinys. Šis mišinys keliauja į keraminio antgalio paviršių per jo poras, perforuotas skyles ar plyšius, kur visiškai sudega plonu sluoksniu, kurio storis ne didesnis kaip 1,5 mm.
Degikliai su plokščiais keraminiais antgaliais
Didžioji dalis šiluminės energijos perduodama keraminėms plokštėms, kurios įkaitinamos iki itin aukštų temperatūrų per mažiau nei minutę. Išorinis keraminio elemento paviršius tampa papildomu šilumos srauto šaltiniu.
Keraminiam antgaliui tenka nuo 40 iki 60% spinduliuotės, perduodamos pramoninio dujinio IR šildytuvo. Siekiant padidinti prietaiso efektyvumą, virš antgalio įrengiamas tinklinis ekranas. Siekiant padidinti šilumos perdavimo paviršių, perforuotos plokštės klijuojamos naudojant ugniai atsparų glaistą.
Svarbus rodiklis yra ugnies kanalų skersmuo. Nuo jo priklauso, kokias dujas gali apdoroti prietaisas. Nuo skersmens priklauso bendras skylių skaičius keraminėje plokštėje. Kuo jų daugiau, tuo trapesnis bus šilumą spinduliuojantis elementas ir tuo jautresnis mechaniniams GIG pažeidimams.
Šildytuvai su briaunoto tipo antgaliu
Be plokščių keraminių antgalių su perforacija naudojami reljefiniai elementai. Briaunuoto paviršiaus naudojimas šiuo atveju skatina šilumos mainų srautą tarp spinduliuojančio paviršiaus ir degančių dujų. Briaunuota keraminė plytelė geriau įšyla, o šiluminė apkrova spinduliuojančiam elementui nedidėja.
Plokšti ir briaunuoti keraminiai antgaliai įkaitinami iki 1473 K. O akytieji keraminiai elementai tik iki 1237 K. Akytasis variantas yra paprastesnis gamyboje, todėl pigesnis. Be to, jo gamyboje naudojamos keramikos pramonės atliekos.

Akytųjų plytelių storis siekia 30 mm, o tai pastebimai padidina antgalio atsparumą mechaniniam poveikiui. Veikiant degiklį su tokiu antgaliu, iš skirstomosios kameros išėjęs dujų ir oro mišinys sudega ant išorinio keraminės plytelės paviršiaus iki 2 mm storio sluoksnyje.
Degimo zona akytajame antgalyje perkeliama nuo išorinio paviršiaus į gylį iki 3–5 mm. Tuo tarpu įkaitimo temperatūra siekia tik 1123 K.
Akytųjų antgalių GIG trūkumas yra pernelyg didelis hidraulinis pasipriešinimas, dėl kurio darbe neįmanoma naudoti žemo slėgio magistralines dujas.
Įranga su metaliniais tinkleliais
Tačiau visi iš išvardytų antgalių tipų yra pagaminti iš keramikos, vadinasi, nepaisant storio ir visokių gamintojo gudrybių, norinčių padidinti patvarumą, jie vis tiek yra trapūs. Trapumas ypač vargina, jei prietaisą reikia nuolat perkelti.
Todėl aikštelių šildymui atliekant statybos ar montavimo darbus buvo sukurtas patvaresnis degiklio tipas, aprūpintas metaliniu dvigubu tinkleliu. Tokiame prietaise dujų ir oro mišinys perdirbamas tarp antgalio ir tinklelių. Išorinio tinklelio paviršius įkaitinamas tik iki 1023 K.

GIG su tinkliniais antgaliais šie elementai gaminami iš karščiui atsparių lydinių su chromu ir nikeliu. Antgaliai daromi taip, kad viršutinio tinklelio ląstelių dydis leistų liepsnai laisvai praeiti, o apatinio – būtų minimalus, kritiškas ugnies prasiskverbimui. Čia IR šilumos spinduliuotojais gali būti abu tinkleliai arba vienas.
Jei infraraudonųjų spindulių degiklis perdirba magistralines dujas arba propano-butano suskystintą mišinį iš dujų baliono, šiluminės energijos sklaidai naudojamas tik viršutinis tinklelis. Jei perdirbamos mažos apkrovos dujos, šilumą spinduliuoja abu tinkleliai. Tokiu būdu padidinamas šilumos perdavimas.
Tačiau maksimalus GIG (dujinių infraraudonųjų spindulių degiklių) su tinkleliais naudingumo koeficientas neviršija 60%, nes antgalių hidraulinis pasipriešinimas yra du kartus didesnis nei visų rūšių perforuotų keraminių plytelių. Tiesa, jis mažesnis nei akytų antgalių.
Prietaisai su padidinta šilumine galia
Gana žemas infraraudonųjų spindulių dujinių spinduolių su keraminėmis plokštelėmis ir tinkleliais efektyvumas privertė ieškoti būdų, kaip padidinti šiluminę galią. Rezultatą pavyko pasiekti įdiegus naujo tipo antgalį, kuris yra keraminė plokštė su eile plyšių.
Pjūvyje plyšiai turi staigų išsiplėtimą, jų įėjimo angos yra mažesnės už išėjimo angas. Toks sprendimas padidina degiklio darbo efektyvumą dėl degimo produktų recirkuliacijos, t. y. jų grįžimo prie liepsnos pagrindo ugnies kanalo ribose. Be to, tokių modelių liepsna yra stabilesnė ir daug rečiau užgęsta atvirame vėjyje.

Plyšinių plokščių gyvasis skerspjūvis sudaro vidutiniškai 55–60% jų tikrojo suminio skerspjūvio. Jomis aprūpinti degikliai veikia vidutinio slėgio dujomis. Išorinė antgalio plokštuma įkaista iki 1723 K.
Spinduliuokliai atsparūs vėjo apkrovai
Darbo stabilumas esant vėjo apkrovai – svarbus rodiklis renkantis dujinį infraraudonųjų spindulių degiklį, naudojamą statyboje ar gamybos įrenginių surinkime. Šia savybe pasižymi toli gražu ne visi pramoniniai infraraudonųjų spindulių spinduoliai, perdirbantys dujas.
Atviroms aikštelėms reikalingi specialūs prietaisai, kurie:
- pasižymi stabiliu įpurškimu, nepriklausomu nuo vėjo gūsių;
- tiekiami įtaisu, apsaugančiu nuo srovės, išeinančios iš antgalio, nukrypimo;
- apsaugoti nuo aktyvaus spinduliavimo paviršiaus aušinimo, kurį sukelia vėjo poveikis.
Dujų įrangos, galinčios šildyti esant gūsingam vėjui ir neužgesti, techniniame pase nurodytas atsparumas vėjui. Ši charakteristika serijiniu būdu gaminamų infraraudonųjų spindulių degiklių yra maždaug vienoda tiek tiesioginio (priekinio) vėjo poveikio atveju, tiek ir esant šoniniam pūtimui.
Injekcijos koeficiento sumažėjimas sukelia liepsnos atsiradimą ant išorinio spinduliuojančios plokštės paviršiaus. Tuo pačiu metu temperatūra smarkiai krenta. Ją mažina šaltas oras, skverbiantis į degimo zoną.
Atsparumas vėjui fiziškai susijęs su savitąja šilumine apkrova ir oro tūriu, patenkančiu į antgalį degimo metu. Esant oro srauto pertekliui ir dideliam greičiui, infraraudonojo spinduolio naudingumo koeficientas sumažėja. Mažėjimą lydi liepsnos liežuvių atsiradimas, spinduliuojančio paviršiaus patamsėjimas ir agregato darbo be liepsnos režimo nutrūkimas.
IR šildytuvų gamintojų apžvalga
Dujiniai prietaisai palankiam mikroklimatui sukurti statybvietėje, dirbtuvėje, gamybos ceche ir panašiuose objektuose gaminami tiek vietinių kompanijų, tiek užsienio firmų.
Vartotojų nuomone, Rusijos gamybos produkcijos reitinge pirmauja markės „Soljarogazas“ dujiniai degikliai. Šios kompanijos pateiktame asortimente yra modeliai, skirti įvairaus dydžio patalpų šildymui. Agregatus galima naudoti šiltnamiuose, garažuose ir atvirose aikštelėse.

Vienintelis trūkumas, į kurį turėtų atsižvelgti pirkėjai ir tikrieji sostinės gamintojo dujinių degiklių ir plokštelių modelių savininkai – saugos sistemų jutiklių nebuvimas. Dėl to juos galima naudoti buityje, tačiau laikantis atsargumo priemonių.
Populiarumu nenusileidžia kompanijos Sledopytas gaminiai. Tačiau siūlomoje pirkėjams prekybos linijoje vyrauja buitinio naudojimo ir turistiniai variantai.
Visiškai pelnytu populiarumu džiaugiasi plokštelės, naudojamos tiek šildymui, tiek paprastų patiekalų gaminimui, ir mini degikliai nuo balionėlio.
Puikius atsiliepimus iš vartotojų gavo dujiniai šildytuvai su Aeroheat logotipu. Ši įranga traukia patikimumu, pagrįstu aukštos kokybės komponentų naudojimu, ir prieinama kaina. Gerai pasitvirtino plokštelės ir degikliai, veikiantys dujomis, iš Diksono ir Sibiračkės.
Vertų dėmesio dujinių šildytuvų sąrašą pradeda dujiniai degikliai ir plokštelės iš Pietų Korėjos firmos Kovea. Šios markės produkcija aktyviai naudojama mažose dirbtuvėse, dažymo ir statybos darbų aikštelėse, žygiuose ir žvejyboje.

Cechų įrengimui dažniau naudojami dujiniai šildytuvai iš Italijos kompanijos Sistema. Aktyviai paklausūs modeliai iš Pietų Korėjos bendrovės Hyundai, itališkos dujinės krosnelės Bartolini, kurios gali būti naudojamos tiek namuose, tiek biure. Patikimumu ir stabiliu darbu pasižymi švediškos krosnelės Timberk, kinų įranga Ballu.
Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema
Išsamiai apie IR dujinių degiklių veikimo principą ir privalumus papasakos šio vaizdo įrašo autorius:
Infraraudonosios šildymo sistemos organizavimo detalės pateiktos kitame vaizdo įraše:
Lubų tipo dujinio šildymo prietaiso įrengimo etapai pademonstruoti čia:
Rusijoje gaminami įvairių tipų infraraudonieji degikliai, tarp kurių yra ir vėjui atsparių modelių. Įmonės siūlomas asortimentas leidžia pasirinkti prietaisą atvirų ir uždarų aikštelių šildymui.
Svarbu prieš perkant apsispręsti, kokiu tikslu ir kokiomis sąlygomis įranga bus naudojama, o tada pasirinkti arba našesnį, arba tvirtesnį modelį, nebijantį daugkartinių perkėlimų.
