Plynové infračervené zářiče pro průmyslové prostory: konstrukce, princip činnosti, varianty

IR zařízení, která generují tepelné a světelné toky, jsou aktivně využívána v různých oblastech výroby a soukromého hospodářství. Nejvíce žádané jsou plynové infračervené zářiče pro průmyslové prostory. Jejich činnost je založena na schopnosti zahřátého tělesa uvolňovat získané teplo do prostoru.

Vše o principech činnosti infračerveného zařízení se dozvíte z námi nabízeného článku. Povíme vám o druzích infračerveného zařízení a o jejich charakteristických odlišnostech. Seznámíme vás s vedoucími modely na trhu.

Podstata infračerveného záření

Infračervené záření se liší od běžného a tak známého viditelného světla. Podobné jsou rychlostí, kterou se šíří a procházejí prostorem. Oba druhy jsou schopny se lámat, odrážet a shromažďovat „do svazku“.

Na rozdíl od běžného světelného záření, které představuje elektromagnetické vlny, má IR proud jak vlnové, tak kvantové vlastnosti. To znamená, že přenáší jak světlo, tak teplo.

Jak běžné světlo, tak infračervené záření představují toky elektromagnetických vln. Rozdíl je v tom, že v prvním případě převládá viditelná složka, ve druhém – viditelná složka je kombinována s tepelnou.

Světlo dodávané infračervenými zařízeními se pohybuje vlnovitě. Elektromagnetické světelné kmity se nacházejí v segmentu spektra od 760 nm (nanometrů) do 540 μm (mikrometrů). Teplo vyzařované IR zářiči je proud kvant. Jejich energie zaujímá interval od 0,0125 do 1,25 eV (elektronvoltů).

Tepelné a světelné toky vyzařované infračervenými zařízeními jsou vzájemně propojeny. Se zvýšením intenzity světla se snižuje kvantový tok tepla. V závislosti na teplotě může být infračervené záření vnímáno nebo nevnímáno našima očima. Tepelné záření není vizuálně detekováno.

Tato specifikace infračerveného záření se v průmyslu používá k urychlení procesů polymerace a tuhnutí. Tepelná část infračerveného záření umožňuje určit přítomnost a polohu člověka nebo zvířete ve slabě osvětleném a neosvětleném nočním období.

Infračervená topná zařízení vyzařují světlo v kombinaci s tepelnou energií, která se používá k vytvoření příjemného mikroklimatu na staveništích, v dílnách, ve výrobních halách, na drůbežích farmách, ve sklenících a v mnoha dalších objektech.

Neobvyklost práce infračervených přístrojů, které vyzařují světlo v kombinaci s teplem, se stala základem pro vývoj zařízení pro noční vidění. Používá se v defektoskopii, v prostředcích skryté signalizace a v technických zařízeních pro fotografování v noci.

Obě složky infračerveného záření se ve zpracovávaném prostoru téměř nerozptylují, ale jakoby se zaměřují na objekty v zóně jejich působení. Teplo proniká do těla ohřívaného předmětu, hloubka pronikání závisí na vlastnostech, struktuře a materiálu objektu. Hloubka se pohybuje od desetin milimetru po několik milimetrů.

Infračervené ohřívače se instalují na podlahu, připevňují se ke stěnám, zavěšují se na strop. Přístroje se vyznačují bezplamenným hořením, zachováním kyslíku v okolním prostoru a na rozdíl od konvektorů nezvedají sloupy prachu.

Při použití v průmyslových účelech se vlnová délka infračervených zářičů volí na základě technických vlastností předmětu nebo látky. Infračervené paprsky procházejí vzdušnou hmotou volně, a proto ohřev probíhá bez znatelných ztrát. Tato okolnost je oprávněně považována za významnou výhodu ve výrobě.

Kromě ohřevu a osvětlení zpracovávané zóny se infračervené zářiče používají k řešení následujících úkolů:

Druhy zdrojů infračerveného záření

K nejjednodušším zdrojům IR záření patří nám všem dobře známé žárovky, fungující při nízkém napětí. V takových podmínkách vyzařují především infračervené toky. Podíl světelných elektromagnetických vln je přitom nepatrný, ale přesto je opticky detekovatelný.

V současné době má soukromý spotřebitel, stavební a výrobní organizace k dispozici mnoho různých typů IR zářičů.

Oblast jejich použití je určena:

• pracovní teplotou;
• maximální hodnotou vlnové délky;
• zónou, ve které je infračervený tok rozložen rovnoměrně.

S ohledem na uvedené charakteristiky se vybírá zářicí zařízení určené k řešení konkrétních úkolů.

Mezi nejrozšířenější druhy IR zářičů patří:

• Lampy se zrcadlovými odraznými zařízeními. Při maximálním vyzařování je jejich vlnová délka 1,05 μm.
• Křemenné trubicové lampy. Jejich vlnová délka při maximálním vyzařování je v rozmezí 2 až 3 μm.
• Tyčové nekovové ohřívače. Konstrukčně jsou doplněny reflektory, maximální vlnová délka – od 6 do 8 μm.
• Trubkové elektrické ohřívače. Široce rozšířené v domácnostech, na pracovištích používané přístroje s topnými tělesy.
• Infračervené hořáky. Jsou vybaveny keramickými nebo kovovými perforovanými nástavci. Používají se ve stavebnictví k vytápění otevřených a uzavřených ploch při výstavbě budov a při dokončovacích pracích.

Zdroje infračervených paprsků našly uplatnění v zemědělství. S jejich pomocí se provádí ohřev kuřat a nedávno narozených domácích zvířat. Zářiče se instalují do skleníků pro stimulaci růstu pěstovaných odrůd, do sušáren a obilných skladů pro sušení.

Zdroje infračervených toků se dělí na:

• Infračervené lampy. Jsou to „světelné“ zářiče a zařízení poskytující tepelné záření.
• Ohřívače. Zařízení používaná k vytápění uzavřených místností a otevřených prostor. Patří mezi ně modely pracující na elektrický pohon, kapalné nebo plynné palivo. Topným prvkem může být jak topné těleso, tak spirála ze slitiny s vysokým odporem.

Podle klasifikace dle vlnové délky se infračervené zdroje dělí na dvě hlavní skupiny: tmavé a světlé. První pracují tak, že do prostoru vyzařují dlouhé vlny, druhé krátké.

Tmavé a světlé IR zářiče

Podle definice jsou „světlé“ zdroje schopny vydávat světlo. Jimi vyzařované proudy jsou vnímány zrakem, i když je stále obtížné je nazvat jasným osvětlením a pro tento účel by se rozhodně neměly používat.

„Tmavá“ zařízení poskytují neviditelný proud tepla, který uživatel cítí pokožkou, ale není vizuálně zjistitelný. Za hraniční hodnotu mezi „světlými“ a „tmavými“ je považována vlnová délka rovna 3 μm. Hraniční teplotou vyhřívaného povrchu je 700 °C.

Vlastnost infračervených zářičů dodávat tepelnou energii se aktivně využívá v skleníkovém hospodářství, v kurnících a na farmách pro podporu mláďat.

Nejznámějším představitelem „tmavého“ topného agregátu jsou cihlová ruská kamna, po mnoho staletí úspěšně vytápějící nízkopodlažní domy. Mezi „světlé“, jak už nám je jasné, patří elektrická žárovka, pokud dodává nejvýše 12 % světla. Její hlavní energie je přitom zaměřena na výrobu tepla.

Zvláštnosti konstrukce světlých zařízení

Konstrukčně jsou světlé zdroje podobné typické žárovce. Existují však rozdíly ve vláknech. U světlých infračervených zařízení nesmí teplota překročit limit 2270–2770 K. To je nezbytné pro zvýšení tepelného toku na úkor snížení vyzařování světla.

Stejně jako u standardních žárovek je topné těleso z wolframového vlákna umístěno ve skleněné baňce. Pouze baňka je vybavena reflektorem, díky kterému se veškerá zářivá energie soustředí na vyhřívaný předmět. Přitom se malá část energie spotřebuje na zahřívání patice žárovky.

Baňka světlých infračervených zdrojů se zahřívá na vysoké teploty, proto se také podílí na procesu přenosu tepla do prostoru. Tepelná energie z vyhřáté baňky není reflektorem soustředěna a uniká do nezpracovávaného prostoru, což je složka snižující účinnost zařízení.

Konstrukcí a způsobem připojení jsou infračervené lampy velmi podobné běžným žárovkám. Pracovní teplota topného tělesa je však u nich výrazně nižší, díky čemuž je životnost mnohonásobně prodloužena.

Účinnost světelného infračerveného zdroje v průměru nepřesahuje 65 %. Zvyšuje se umístěním wolframového topného tělesa do trubky z křemenného skla nebo podobné baňky. Toto řešení umožňuje zvýšit vlnovou délku na 3,3 µm a snížit teplotu na 600°.

Tato varianta se používá u křemenných IR ohřívačů, kde je kolem křemenné tyče navinut chromniklový drát a vše je umístěno v křemenné trubce.

Světelné infračervené zářiče se vyznačují nízkou účinností. Jejich účinnost infračerveného toku obvykle nepřesahuje 65 %.

Podstatou práce je dvojí využití žhavení drátu. Uvolněná tepelná energie částečně slouží k přímému ohřevu, částečně ke zvýšení teploty křemenné tyče. Rozžhavená tyč také vyzařuje tepelné toky.

Mezi výhody trubicových zařízení se oprávněně řadí odolnost všech součástí z křemene a keramiky vůči povětrnostním vlivům. Nevýhodou je křehkost keramických dílů.

Specifika činnosti a konstrukce tmavých ohřívačů

Takzvané «tmavé» zdroje IR toků jsou mnohem praktičtější než jejich «světlí» sourozenci. Jejich vyzařovací prvek se strukturou liší k lepšímu. Zahřívaný vodič sám nevyzařuje tepelnou energii, dodává ji okolní kovový plášť.

Výsledkem je, že pracovní teplota zařízení nepřesahuje 400 – 600°. Aby tepelná energie nepřišla nazmar, jsou tmavé zářiče vybaveny reflektory, které směřují toky požadovaným směrem.

Dlouhovlnné zářiče tmavé skupiny se nebojí nárazů a podobných mechanických vlivů, protože křehký polymerní nebo keramický prvek je v nich chráněn kovovým pouzdrem a ochrannou tepelně izolační vrstvou. Účinnost zářičů této skupiny dosahuje 90 %.

Ale ani ony nejsou bez nedostatků. Ohřívače tmavé skupiny závisí na konstrukčních vlastnostech zařízení. Pokud je vzdálenost mezi hlavním vyzařovacím prvkem a povrchem zařízení velká, bude povrch obtékán a ochlazován proudícím vzduchem. Účinnost se v důsledku toho snižuje.

Kvůli konstrukčním vlastnostem se tmavé modely instalují pro vytápění místností s nízkými stropy a prostor, které vyžadují lineární dodávku tepla. Světlé se umisťují tam, kde je potřeba ošetřit místnosti s vysokým stropem a vertikálně protáhlé prostory.

Plynové hořáky jako zdroj IR paprsků

Přístroje, ve kterých probíhá bezplamenné zpracování plynu, se nazývají plynové hořáky nebo plynové infračervené zářiče. Uvolněná tepelná energie s vysokou intenzitou je jimi předávána do prostoru přes vyzařovací plochu zařízení.

Právě plynové infračervené ohřívače typu hořáků se používají v průmyslovém měřítku při provádění stavebních a montážních prací. Převládající objem tepelné energie předávají vyzařovací keramické nástavce hořáků.

Jako nástavce se používají:

• keramické desky s perforací, které jsou ploché nebo reliéfní;
• keramické desky s rovnoměrně rozloženými póry;
• keramické prvky s síťovým nichromovým stíněním, síťové kovové a všemožné katalytické nástavce.

Všechny uvedené typy otvorů v keramickém nebo kovovém prvku jsou ohnivé kanály.

Generace tepla katalytickým nástavcem je založena na procesu oxidace, aktivovaném při přivádění plynu na desku

Palivem pro provoz tohoto typu infračervených zářičů je zemní plyn, stejně jako jeho zkapalněná varianta nebo uměle vytvořené plyny. V Rusku se vyrábějí hořáky určené pro zpracování zkapalněného a zemního plynu. Zahraniční zařízení je určeno především pro zpracování zkapalněných a umělých variant.

Infračervené plynové hořáky zpracovávají plyn s koeficientem spalování vzdušné hmoty, který je fakticky roven jedné. Pracují na zemní, zkapalněný a umělý plyn

Pokud nejsou porušována provozní pravidla, produkty spalování z práce plynového hořáku se uvolňují v minimálním množství s nepatrným obsahem oxidů dusíku a oxidu uhelnatého.

Pro přívod plynu jsou plynové infračervené hořáky (GIG) vybaveny tryskami, kterými je plyn vháněn vysokou rychlostí. Tento přívod plynu zajišťuje injektáž vzduchu potřebného ke spalování. Je „protlačován“ vysokorychlostním proudem přes injektor do rozdělovací komory.

Nad vyzařovací tryskou zařízení je umístěna kovová konstrukce. Zvyšuje účinnost a slouží jako opora pro nádobí, pokud se na hořácích vaří.

Plyn nejen injektuje vzduch, ale také se s ním mísí v injektoru, čímž vzniká směs plynu a vzduchu vhodná k úplnému spalování. Tato směs se přesouvá na povrch keramické trysky přes její póry, perforované otvory nebo štěrbiny, kde zcela shoří v tenké vrstvě o tloušťce nejvýše 1,5 mm.

Hořáky s plochými keramickými nástavci

Převážný objem tepelné energie se přenáší na keramické destičky, které se během méně než minuty zahřejí na extrémně vysoké teploty. Vnější povrch keramického prvku se stává dalším zdrojem tepelného toku.

Na keramickou trysku připadá 40 až 60 % záření přenášeného průmyslovým plynovým IR ohřívačem. Pro zvýšení účinnosti zařízení se nad tryskou instaluje síťový ekrán. Pro zvětšení teplosměnné plochy se perforované destičky slepují pomocí žáruvzdorné tmely.

Důležitým ukazatelem je průměr hořáků. Od něj závisí, jaký plyn může přístroj zpracovávat. Na průměru závisí celkový počet otvorů v keramické destičce. Čím více jich je, tím křehčí bude tepelně vyzařující prvek a tím citlivější na mechanické poškození GIG.

Ohřívače s žebrovaným typem nástavce

Kromě plochých keramických nástavců s perforací se používají reliéfní prvky. Použití žebernatého povrchu v tomto případě podporuje tok výměny tepla mezi vyzařujícím povrchem a hořícím plynem. Žebrovaná keramická dlaždice se lépe zahřívá, přičemž tepelné zatížení vyzařovacího prvku se nezvyšuje.

Ploché a žebrované keramické nástavce se zahřívají až na 1473 K. Naproti tomu porézní keramické prvky pouze na 1237 K. Porézní varianta je jednodušší na výrobu, a tedy levnější. Navíc se při její výrobě používají odpady z keramického průmyslu.

Použití keramických nástavců s reliéfním tepelným vyzařovacím prvkem umožňuje výrazně zvětšit plochu předávající teplo uživateli.

Tloušťka porézních dlaždic dosahuje 30 mm, což výrazně zvyšuje odolnost nástavce proti mechanickému namáhání. Během činnosti hořáku s takovým nástavcem shoří směs plynu a vzduchu vystupující z rozdělovací komory na vnějším povrchu keramické dlaždice ve vrstvě do 2 mm.

Oblast hoření v porézním nástavci se přesouvá z vnějšího povrchu do hloubky až 3-5 mm. Přitom teplota ohřevu dosahuje pouze 1123 K.

Nevýhodou porézních nástavců pro GIG je nadměrně vysoký hydraulický odpor, kvůli kterému není možné při provozu používat nízkotlaký zemní plyn.

Zařízení s kovovými sítěmi

Avšak všechny uvedené typy nástavců jsou vyrobeny z keramiky, což znamená, že i přes tloušťku a nejrůznější triky výrobce, který chce zvýšit pevnost, jsou stále křehké. Křehkost obtěžuje zejména v případě, kdy je třeba zařízení neustále přemisťovat.

Proto byl pro vytápění ploch při provádění stavebních nebo montážních prací vyvinut odolnější typ hořáku vybavený dvojitou kovovou sítí. V takovém přístroji se směs plynu a vzduchu zpracovává v prostoru mezi nástavcem a sítěmi. Povrch vnější sítě se zahřívá pouze na 1023 K.

Použití kovové sítě umožnilo výrazně zvýšit tepelný výkon IR zářiče a také chránit keramický nástavec před poškozením.

U GIG se síťovými nástavci se tyto prvky vyrábějí ze žáruvzdorných slitin s chromem a niklem. Nástavce se vyrábějí tak, aby velikost ok horní sítě umožňovala plameni volně procházet a spodní byla minimální, kritická pro přeskok ohně. Zde mohou být zářiči IR tepla obě sítě nebo jedna.

Pokud infračervený hořák zpracovává zemní plyn nebo propan-butanovou zkapalněnou směs z plynové lahve, je při šíření tepelné energie využita pouze horní síťka. Pokud je zpracováván plyn s nízkým zatížením, teplo vyzařují obě síťky. Tímto způsobem se zvyšuje přenos tepla.

Maximální hodnota účinnosti infračervených hořáků se síťkami nepřesahuje 60 %, protože hydraulický odpor trysek je dvakrát větší než u perforovaných keramických desek všech druhů. Je však menší než u porézních trysek.

Zařízení se zvýšeným tepelným výkonem

Poměrně nízká účinnost infračervených plynových zářičů s keramickými deskami a síťkami přiměla hledat způsoby zvýšení tepelného výkonu. Výsledku bylo dosaženo zavedením nového typu trysky, která představuje keramický panel s řadou štěrbin.

V řezu mají štěrbiny náhlé rozšíření, jejich vstupní otvory jsou menší než výstupní. Toto řešení zvyšuje účinnost hořáku díky recirkulaci spalin, tj. jejich návratu k základně plamene v rámci spalovacího kanálu. Kromě toho je plamen u těchto modelů stabilnější a mnohem méně často zhasíná na otevřeném větru.

Pro zvýšení tepelného výkonu se používají různé postupy, jedním z nich je vzájemné posunutí štěrbinových otvorů. Toto řešení také přispívá k ochraně před působením větru.

Světlý průřez štěrbinových panelů činí v průměru 55–60 % jejich skutečného celkového průřezu. Hořáky jimi vybavené pracují na středotlaký plyn. Vnější rovina trysky se zahřívá na 1723 K.

Zářiče s odolností vůči zatížení větrem

Stabilita provozu při zatížení větrem je důležitým ukazatelem pro výběr plynového infračerveného hořáku používaného ve stavebnictví nebo při montáži výrobních zařízení. Touto vlastností disponují zdaleka ne všechny průmyslové infračervené zářiče zpracovávající plyn.

Pro otevřené prostory jsou potřeba speciální přístroje, které:

• se vyznačují stabilní injekcí, nezávislou na poryvech větru;
• jsou vybaveny zařízením zabraňujícím odklonu proudu vycházejícího z trysky;
• jsou chráněny před aktivním ochlazováním vyzařovacího povrchu, k němuž dochází v důsledku působení větru.

V technickém listu plynového zařízení schopného topit při nárazovém větru a nezhasínat je uvedena odolnost proti větru. Tato charakteristika u sériově vyráběných infračervených hořáků je přibližně stejná jak při přímém, tj. čelním působení větru, tak při bočním foukání.

Snížení koeficientu injektáže způsobuje vznik plamene na vnějším povrchu vyzařujícího panelu. Teplota přitom prudce klesá. Snižuje ji studený vzduch, který proniká do oblasti hoření.

Odolnost proti větru je fyzicky spojena s měrným tepelným zatížením a objemem vzduchu přiváděného k trysce během spalování. Při nadbytku a vysoké rychlosti proudění vzduchu se účinnost infračerveného zářiče snižuje. Snížení je doprovázeno výskytem plamenných jazyků, ztmavnutím vyzařujícího povrchu a zastavením provozu jednotky v bezplamenném režimu.

Přehled výrobců IR ohřívačů

Plynové přístroje pro vytvoření příznivého mikroklimatu na staveništi, v dílně, výrobní hale a podobných objektech vyrábějí jak tuzemské společnosti, tak i zahraniční firmy.

Podle spotřebitelů žebříček výrobků ruské výroby vedou plynové hořáky značky Soljarogaz. V sortimentu nabízeném touto společností jsou modely určené k vytápění různých ploch. Jednotky lze použít ve sklenících, garážích a na otevřených prostranstvích.

Jedním z nejžádanějších na tuzemském trhu a praxí ověřených typů plynových infračervených zařízení je řada plynových hořáků a vařičů od společnosti Soljarogaz.

Jedinou nevýhodou, kterou by měli kupující a skuteční vlastníci modelů plynových hořáků a vařičů od moskevského výrobce vzít v úvahu, je absence snímačů bezpečnostních systémů. Z toho důvodu je lze používat v domácnosti, ale s dodržováním bezpečnostních opatření.

V popularitě nezaostávají výrobky od společnosti Sledopyt. V nabízené obchodní řadě však převládá produkce pro domácí použití a turistické varianty.

Zcela oprávněné oblibě se těší vařiče používané jak k vytápění, tak k přípravě jednoduchých jídel, a mini hořáky z kartuše.

Výborné hodnocení od spotřebitelů získaly plynové ohřívače s logem Aeroheat. Toto zařízení láká spolehlivostí, založenou na použití vysoce kvalitních komponentů, a dostupnou cenou. Dobře se osvědčily vařiče a hořáky na plyn od Dixon a Sibirjačka.

Seznam kvalitních plynových ohřívačů od zahraničních dodavatelů vedou plynové hořáky a vařiče od jihokorejské firmy Kovea. Výrobky této značky jsou aktivně používány v malých dílnách, na místech provádění malířských a stavebních prací, na turistických výpravách a při rybaření.

Plynové vařiče a hořáky od Hyundai kvalitou a technickými parametry nezaostávají za zařízeními od evropských výrobců. V některých ukazatelích je dokonce předčí.

Pro vybavení dílen se častěji používají plynové ohřívače od italské společnosti Sistema. Aktivně jsou žádané modely od jihokorejců Hyundai, italská plynová kamna Bartolini, která lze použít jak v domácnosti, tak v kanceláři. Spolehlivostí a stabilním provozem se vyznačují švédská kamna Timberk, čínské zařízení Ballu.

Závěry a užitečné video k tématu

Podrobně o principu činnosti a výhodách infračervených plynových hořáků pohovoří autor následujícího videa:

Podrobnosti organizace infračerveného vytápění jsou představeny v následujícím videu:

Fáze instalace plynového topného zařízení stropního typu jsou demonstrovány zde:

V Ruské federaci se vyrábějí různé typy infračervených hořáků, včetně modelů odolných proti větru. Nabízený sortiment podniku umožňuje vybrat zařízení pro vytápění otevřených i uzavřených prostor.

Je důležité se před nákupem rozhodnout, k jakému účelu a za jakých podmínek bude zařízení provozováno, a poté vybrat buď výkonnější, nebo odolný model, který se nebojí opakovaného přemisťování.