Tööstusruumide gaasi-infrapunakiirgurid: ehitus, tööpõhimõte, liigid
IR-seadmed, mis tekitavad soojus- ja valgusvooge, kasutatakse aktiivselt erinevates tootmis- ja eramajapidamiste valdkondades. Kõige nõutumad on gaasinfrapunakiirgurid tööstusruumidele. Nende toime põhineb kuumutatud keha võimel eraldada ruumi saadud soojus.
Kõik infrapunaseadmete tööpõhimõtetest saate teada meie pakutud artiklist. Me räägime infrapunaseadmete liikidest ja nende iseloomulikest erinevustest. Tutvustame turul juhtivaid mudeleid.
Artikli sisukord:
Infrapunakiirguse olemus
Infrapunakiirgus erineb tavalisest ja nii harjumuspärasest nähtavast valgusest. Nad on sarnased kiiruse poolest, millega nad levivad ja ruumi läbivad. Mõlemad liigid on võimelised murduma, peegelduma ja kogunema «kimbuks».
Erinevalt tavalisest valguskiirgusest, mis kujutab endast elektromagnetlaineid, omab IR-voog nii laine- kui ka kvantomadusi. See tähendab, et ta edastab nii valgust kui ka soojust.

Infrapunaseadmete poolt tarnitud valgus liigub lainekujuliselt. Elektromagnetilised valgusvõnkumised asuvad spektri segmendis vahemikus 760 nm (nanomeetrit) kuni 540 µm (mikromeetrit). IR-kiirgurite poolt eraldatav soojus on kvantide voog. Nende energia hõlmab vahemikku 0,0125 kuni 1,25 eV (elektronvoltides).
Infrapunaseadmete poolt kiiratavad soojus- ja valgusvood on omavahel seotud. Valguse intensiivsuse suurenemisega väheneb soojuse kvantvoog. Sõltuvalt temperatuurist võib infrapunakiirgus olla meie silmadele tajutav või mittetajutav. Soojuskiirgust visuaalselt ei tuvastata.
Seda infrapunakiirguse eripära kasutatakse tööstuses polümerisatsiooni ja kõvenemisprotsesside kiirendamiseks. Infrapunakiirguse soojusosa võimaldab tuvastada inimese või looma olemasolu ja asukohta nõrgalt valgustatud ja valgustamata öisel ajal.

Infrapunaseadmete, mis eraldavad valgust koos soojusega, ebatavaline töö on saanud aluseks öövaatlusseadmete väljatöötamisele. Seda kasutatakse defektoskoopias, varjatud signalisatsioonivahendites ja tehnilistes seadmetes pildistamiseks pimedal ajal.
Mõlemad infrapunakiirguse komponendid peaaegu ei haju töödeldavas ruumis, need justkui fokuseeruvad nende mõjualas olevatel objektidel. Soojus tungib kuumutatava eseme kehasse, tungimise sügavus sõltub objekti omadustest, struktuurist ja materjalist. Sügavus varieerub kümnendikust millimeetrist kuni mitme millimeetrini.

Tööstuslikul kasutamisel valitakse infrapunakiirgurite lainepikkus vastavalt eseme või aine tehnilistele omadustele. Infrapunakiired läbivad vabalt õhumassi, seetõttu toimub kuumutamine ilma märgatavate kadudeta. Seda asjaolu peetakse põhjendatult oluliseks eeliseks tootmises.
Lisaks seadme töödeldava tsooni kuumutamisele ja valgustamisele kasutatakse infrapunakiirgureid järgmiste ülesannete lahendamiseks:
Infrapunakiirguse allikate liigid
Lihtsaimate IR-kiirguse allikate hulka kuuluvad meile kõigile hästi tuntud hõõglambid, mis töötavad madala pingega. Sellistes tingimustes kiirgavad nad peamiselt infrapunakiirgust. Valguse elektromagnetlainete osakaal on seejuures väike, kuid see on optiliselt määratav.
Praegu on eraostjate, ehitus- ja tootmisorganisatsioonide käsutuses palju erinevaid IR-kiirgurite tüüpe.
Nende kasutusala määravad:
- töötemperatuur;
- lainepikkuse maksimaalne väärtus;
- tsoon, kus infrapunakiirgus jaotub ühtlaselt;
Arvestades loetletud omadusi, valitakse kiirgav seade, mis on ette nähtud konkreetsete ülesannete lahendamiseks.
Kõige levinumad IR-kiirgurite tüübid on:
- Lambid peegeldavate reflektoritega. Maksimaalse kiirguse korral on nende lainepikkus 1,05 μm.
- Kvartstorulambid. Nende lainepikkus maksimaalse kiirguse korral on vahemikus 2–3 μm.
- Varraskujulised mittemetallilised küttekehad. Konstruktsiooniliselt on need varustatud reflektoritega, maksimaalne lainepikkus on vahemikus 6–8 μm.
- Torukujulised elektrimasinate küttekehad. Laialt levinud kodumajapidamises ja tootmises kasutatavad kütteelementidega seadmed.
- Infrapunapõletid. Need on varustatud keraamiliste või metallist perforeeritud otsikutega. Neid kasutatakse ehituses sise- ja välialade soojendamiseks hoone püstitamise ajal, viimistlustööde tegemisel.
Infrapunakiirguse allikad on leidnud kasutust põllumajanduses. Nende abiga soojendatakse linnupoegi ja vastsündinud koduloomi. Kiirgurid paigaldatakse kasvuhoonetesse kasvatatavate sortide kasvu stimuleerimiseks, lautadesse ja teraviljahoidlatesse kuivatamiseks.
Infrapunakiirguse allikad jagunevad:
- Infrapunalambid. Need on "valgus"kiirgurid ja seadmed, mis annavad soojuskiirgust.
- Küttekehad. Seadmed, mida kasutatakse suletud ruumide ja avatud alade kütmiseks. Nende hulka kuuluvad mudelid, mis töötavad elektriga, vedel- või gaaskütusel. Küttekehaks võib olla nii kütteelement kui ka kõrge takistusega sulamist spiraal.
Lainepikkuse klassifikatsiooni kohaselt jagunevad infrapunaallikad kahte põhirühma: tumedad ja heledad. Esimesed eraldavad ruumi pikki laineid, teised aga lühikesi.
Tumedad ja heledad IR-kiirgurid
Definitsiooni järgi suudavad «heledad» allikad valgust eraldada. Nende poolt kiiratavad vood on nähtavad, kuigi neid on keeruline nimetada eredaks valgustuseks ning neid ei soovitata just sel eesmärgil kasutada.
«Tumedad» seadmed annavad inimesele nähtamatu soojusvoo, mida kasutaja tunneb nahaga, kuid mida ei saa visuaalselt tuvastada. Piirväärtuseks «heledate» ja «tumedate» vahel on lainepikkus 3 µm. Kütte pinna piirtemperatuur on 700º.

Kõige tuntum «tumeda» kütteseadme esindaja on tellistest vene ahi, mis on sajandeid edukalt kütnud madalaid maju. «Heledate» hulka, nagu me juba teame, kuulub elektriline hõõglamp, mis annab valgust mitte rohkem kui 12%. Selle põhiline energia on suunatud soojuse tootmisele.
Heledate seadmete ehituse eripärad
Konstruktsioonilt on heledad allikad sarnased tüüpilise hõõglambiga. Siiski on erinevusi hõõgkehades. Heledate infrapunaseadmete temperatuur ei tohi ületada piiri 2270-2770 K. See on vajalik soojusvoo suurendamiseks valguse emissiooni vähendamise arvelt.
Täpselt nagu tavalistel lambipirnidel, asetatakse volframniidist hõõgkeha klaaskolbi. Erinevus on selles, et kolb on varustatud reflektoriga, mille abil kogu kiirgusenergia fokusseeritakse kuumutatavale objektile. Samal ajal kulub väike osa energiast lambipirni sokli soojendamiseks.
Heledate infrapunaallikate kolb kuumutatakse kõrgete temperatuurideni, mistõttu osaleb see ka soojuse ülekandmisel ruumi. Kuumutatud kolvist tulenev soojusenergia ei fokusseerita reflektoriga ja lahkub töötlemata ruumi, mis ongi seadme kasutegurit vähendav komponent.

Hele infrapunaallika tootlikkus ei ületa keskmiselt 65%. Seda suurendatakse, asetades volframküttekeha kvartsklaasist torusse või sarnasesse kolbi. Selline lahendus võimaldab suurendada lainepikkust 3,3 µm-ni ja vähendada temperatuuri 600º-ni.
Seda varianti kasutatakse kvarts- infrapunakütteseadmetes, kus kroomnikkeltraat on mähitud ümber kvartsvarda ja kõik see koos paikneb kvartstorus.

Töö põhimõte seisneb traadi hõõgumise kahekordses kasutuses. Eralduv soojusenergia läheb osaliselt otseseks kütmiseks, osaliselt kvartsvarda temperatuuri tõstmiseks. Kuumaks köetud varras eraldab samuti soojusvoogusid.
Torukujuliste seadmete plussideks peetakse põhjendatult kõikide kvartsist ja keraamikast valmistatud komponentide vastupidavust atmosfääri negatiivsetele mõjudele. Miinuseks loetakse keraamiliste osade haprust.
Tumedate küttekehade töö ja konstruktsiooni spetsiifika
Niinimetatud «tumedad» infrapunavoo allikad on oluliselt praktilisemad kui «heledad» sugulased. Nende kiirgav element on ehituselt parem. Kuumenev juht ise ei kiirga soojusenergiat, seda annab ümbritsev metallkest.
Tulemusena ei ületa seadme töötemperatuur 400 – 600º. Selleks, et soojusenergiat ei raisataks, varustatakse tumedad kiirgurid reflektoritega, mis suunavad vood vajalikku suunda.
Pikalainelised tumeda rühma kiirgurid ei karda lööke ega muid mehaanilisi mõjutusi, sest nende habras polümeer- või keraamiline element on kaitstud metallist kesta ja soojusisolatsioonikihiga. Selle rühma kiirgurite kasutegur ulatub 90%-ni.
Kuid ka neil pole puudusteta. Tumedate rühma kütteseadmed sõltuvad seadme konstruktsiooni eripäradest. Kui põhilise kiirgava elemendi ja seadme pinna vaheline kaugus on suur, siis see ujutatakse üle ja jahutatakse mööduva õhu poolt. Selle tulemusel kasutegur langeb.
Konstruktsiooniliste omaduste tõttu paigaldatakse tumedad mudelid madalate lagedega ruumide ja lineaarset soojusvarustust nõudvate alade kütmiseks. Heledad mudelid paigaldatakse kohtadesse, kus on vaja kõrgete lagedega ruumide ja vertikaalselt väljavenitatud alade soojendamist.
Gaaspõletid kui IR-kiirte allikad
Seadmeid, milles toimub leegita gaasi töötlemine, nimetatakse gaasipõletiteks või gaasilisteks infrapunakiirguriteks. Nende poolt suure intensiivsusega eralduv soojusenergia kantakse ruumi üle seadme kiirgava pinna kaudu.
Just gaasilisi infrapunasoojendeid, mis on põletitüüpi, kasutatakse tööstuslikus mahus ehitus- ja paigaldustööde tegemisel. Suurem osa soojusenergiast edastatakse põletite kiirgavate keraamiliste otsakute kaudu.
Otsakutena kasutatakse:
- perforeeritud keraamilised plaadid, mis võivad olla lamedad või reljeefsed;
- ühtlaselt jaotatud pooridega keraamilised plaadid;
- keraamilised elemendid võrgusilma nikroomist ekraaniga, võrkmetallist ja mitmesugused katalüütilised otsakud.
Kõik loetletud augutüübid keraamilises või metallist elemendis on leekkanalid.

Seda tüüpi infrapunakiirgurite töökütuseks on maagaas, samuti selle vedelgaasivariant või kunstlikult loodud gaasid. Venemaal toodetakse põleteid, mis on ette nähtud vedelgaasi ja maagaasi töötlemiseks. Välismaised seadmed on peamiselt ette nähtud vedelgaasi ja kunstlike variantide töötlemiseks.

Kui kasutusreegleid ei rikuta, siis gaasipõleti tööst tekkivad põlemisproduktid eralduvad minimaalses koguses, sisaldades vähesel määral lämmastikoksiide ja vingugaasi.
Gaasi etteandmiseks varustatakse gaasilised infrapunapõletid (GIP) düüsidega, mille kaudu gaasi suurel kiirusel surutakse. Selline gaasi etteanne tagab põlemiseks vajaliku õhu injektsiooni. See "surutakse" suure kiirusega voolu abil läbi injektori jaotuskojakoda.

Gaas mitte ainult injekteerib õhku, vaid seguneb sellega injektoris, mille tulemusena saadakse täielikuks põlemiseks sobiv gaasi-õhu segu. See segu liigub keraamilise otsiku pinnale läbi selle pooride, perforeeritud avade või pilude, kus see põleb täielikult õhukeses kihis paksusega mitte üle 1,5 mm.
Põletid lamedate keraamiliste otsakutega
Valdav osa soojusenergiast antakse üle keraamilistele plaatidele, mida kuumutatakse ülikõrgete temperatuurideni vähem kui minuti jooksul. Keraamilise elemendi välispind muutub soojusvoo täiendavaks allikaks.
Keraamilise otsiku osa moodustab 40–60% kiirgusest, mida edastab tööstuslik gaasiline IK-küttekeha. Seadme efektiivsuse suurendamiseks paigaldatakse otsiku kohale võrkkest. Soojusülekande pinna suurendamiseks liimitakse perforeeritud plaadid omavahel, kasutades tulekindlat pahtlit.
Oluliseks näitajaks on tulekanalite läbimõõt. Sellest sõltub, millist gaasi seade töödelda suudab. Läbimõõdust sõltub keraamilises plaadis olevate avade üldarv. Mida rohkem neid on, seda hapramaks kujuneb soojuskiirguse element ja seda tundlikum on see mehaaniliste kahjustuste suhtes (GIP).
Küttekehad ribilise otsakutüübiga
Lisaks perforeeritud lamedatele keraamilistele düüsidele kasutatakse ka reljeefseid elemente. Sellisel juhul stimuleerib ribilise pinna kasutamine soojusvahetust kiirgava pinna ja põleva gaasi vahel. Ribiline keraamiline plaat soojeneb paremini, samal ajal ei suurene soojuskoormus kiirgavale elemendile.
Lamedad ja ribilised keraamilised düüsid kuumenevad kuni 1473 K. Poorsed keraamilised elemendid aga ainult kuni 1237 K. Poorne variant on valmistamisel lihtsam, seega odavam. Lisaks kasutatakse selle tootmisel keraamikatööstuse jäätmeid.

Poorsete plaatide paksus ulatub 30 mm-ni, mis suurendab oluliselt düüsi vastupidavust mehaanilisele mõjule. Sellise düüsiga põleti töötamise ajal põleb jaotuskambrist väljunud gaasi-õhu segu keraamilise plaadi välispinnal kihina kuni 2 mm.
Põlemispiirkond poorses düüsis liigub välispinnalt sügavusele kuni 3–5 mm. Samal ajal ulatub kuumutustemperatuur vaid 1123 K-ni.
Poorsete düüside puuduseks GIG-i jaoks on liiga kõrge hüdrauliline takistus, mille tõttu ei ole võimalik töös kasutada madala rõhuga maagaasi.
Seadmed metallvõrkudega
Siiski on kõik loetletud düüside tüübid valmistatud keraamikast, mis tähendab, et vaatamata paksusele ja tootja kõikvõimalikele tugevust suurendada soovivatele nüanssidele on need siiski haprad. Habras on eriti tülikas, kui seadet tuleb pidevalt teisaldada.
Seetõttu töötati välja vastupidavam põletitüüp, mis on varustatud metallist topeltvõrguga, et soojendada ehitus- või paigaldustööde ajal platse. Sellises seadmes töödeldakse gaasi-õhu segu düüsi ja võrkude vahel. Välisvõrgu pind kuumutatakse vaid 1023 K-ni.

Võrkdüüsidega GIG-is valmistatakse need elemendid kroomi ja nikliga kuumakindlatest sulamitest. Düüsid tehakse nii, et ülemise võrgu silmasuurus võimaldaks leegil vabalt läbida, alumise oma aga oleks minimaalne, tule läbilöögi jaoks kriitiline. Siin võivad IR-soojuse kiirgajateks olla mõlemad võrgud või ainult üks.
Kui infrapunapõleti töötleb maagaasi või propaan-butaani vedelgaasisegu gaasiballoonist, osaleb soojusenergia levitamises ainult ülemine võrk. Kui töödeldakse madala koormusega gaasi, kiirgavad soojust mõlemad võrgud. Sel viisil suurendatakse soojusülekannet.
Maksimaalne võrkudega gaasi infrapunapõleti kasutegur ei ületa 60%, sest düüside hüdrauliline takistus on kaks korda suurem kui igat tüüpi perforeeritud keraamilistel plaatidel. Tõsi, see on väiksem kui poorsetel düüsidel.
Seadmed suurendatud soojusvõimsusega
Infrapunagaasikiirgurite üsna madal efektiivsus keraamiliste plaatide ja võrkudega sundis otsima võimalusi soojusvõimsuse suurendamiseks. Tulemust õnnestus saavutada uut tüüpi düüsi kasutuselevõtuga, mis kujutab endast keraamilist paneeli rea piludega.
Ristlõikes on piludel järsk laienemine, nende sissepääsuavad on väiksemad kui väljapääsuavad. Selline lahendus tõstab põleti töö efektiivsust põlemisproduktide retsirkulatsiooni arvelt, st nende tagasipöördumise kaudu leegi alusele tulekanali piires. Pealegi on leek sellistes mudelites stabiilsem ja kustub palju harvemini avatud tuule käes.

Vaba ristlõikepindala pilupaneelidel moodustab keskmiselt 55–60% nende tegelikust koguristlõikest. Nendega varustatud põletid töötavad keskmise rõhuga gaasil. Düüsi välimine tasapind kuumutatakse 1723 K-ni.
Kiirgurid tuulekoormuskindlusega
Töö stabiilsus tuulekoormuse korral on oluline näitaja gaasi infrapunapõleti valimisel, mida kasutatakse ehituses või tootmispaigaldiste kokkupanekul. Seda omadust ei oma kaugeltki kõik tööstuslikud gaasitöötlevad infrapunakiirgurid.
Avatud alade jaoks on vaja eriseadmeid, mis:
- eristuvad stabiilse sissepritse poolest, mis ei sõltu tuuleiilidest;
- varustatud seadmega, mis takistab düüsist väljuva joa kõrvalekaldumist;
- kaitstud kiirguse pinna aktiivse jahtumise eest, mis toimub tuule mõju tõttu.
Tehnilises passis gaasiseadmel, mis suudab kuumutada tugeva tuulega ega kustu, on näidatud tuulekindlus. See omadus on seeriatootmises olevatel infrapunapõletitel ligikaudu sama nii otsese, st frontaalse tuule mõju kui ka külgmise puhumise korral.
Injektsiooniteguri vähendamine põhjustab leegi ilmnemist kiirgava paneeli välispinnal. Samal ajal langeb temperatuur järsult. Seda alandab külm õhk, mis tungib põlemispiirkonda.
Tuulekindlus on füüsiliselt seotud erisoojuskoormuse ja õhuhulgaga, mis jõuab düüsini põlemise ajal. Õhuvoolu ülejäägi ja suure kiiruse korral infrapunakiirgaja efektiivsus väheneb. Vähenemisega kaasneb leegikeelte ilmumine, kiirgava pinna tumenemine ja agregaadi töö lõppemine leegivabas režiimis.
IR-küttekehade tootjate ülevaade
Nii kodumaised ettevõtted kui ka välismaised firmad toodavad gaasiseadmeid soodsa mikrokliima loomiseks ehitusplatsil, töökojas, tootmistsehhis ja sarnastel objektidel.
Tarbijate arvates juhib Venemaa toodangu reitingut mark Soljarogazi gaasipõletid. Selle ettevõtte esitatud sortimendis on mudelid, mis on mõeldud erineva suurusega alade kütmiseks. Agregaate saab kasutada kasvuhoonetes, garaažides ja avatud aladel.

Ainus puudus, mida ostjatel ja pealinna tootja gaasipõleti- ja -pliitide mudelite tegelikel omanikel tuleb arvestada, on turvasüsteemide andurite puudumine. Seetõttu saab neid kasutada kodus, kuid ettevaatusabinõusid järgides.
Sledopõti ettevõtte tooted ei jää populaarsuselt alla. Ostjale pakutavas kaubavalikus domineerivad aga koduseks kasutamiseks mõeldud tooted ja turismivariandid.
Täiesti põhjendatud populaarsust naudivad plaadid, mida kasutatakse nii kütmisel kui ka lihtsate roogade valmistamisel, ja minipõletid balloonist.
Tarbijatelt on suurepäraseid hinnanguid saanud gaasiküttekehad logoga Aeroheat. See seade tõmbab tähelepanu oma töökindlusega, mis põhineb kvaliteetsete komponentide kasutamisel, ja soodsa hinnaga. Hästi on end tõestanud gaasiga töötavad plaadid ja põletid firmadelt Dikson ja Sibirjatška.
Vääriliste gaasiküttekehade nimekirja välistarnijate poolt juhatavad gaasipõletid ja -plaadid Lõuna-Korea firmalt Kovea. Selle kaubamärgi tooteid kasutatakse aktiivselt väikestes töökodades, maali- ja ehitustööde platsidel, matkadel ja kalastusretkedel.

Töökodade sisustamiseks kasutatakse sageli gaasiküttekehi Itaalia firmalt Sistema. Aktiivselt nõutud on Lõuna-Korea Hyundai mudelid, Itaalia gaasipliidid Bartolini, mida saab kasutada nii kodus kui ka kontoris. Usaldusväärsuse ja stabiilse töö poolest paistavad silma Rootsi pliidid Timberk, Hiina seadmed Ballu.
Järeldused ja kasulik video teemal
Infrapuna gaasipõletite tööpõhimõttest ja eelistest räägib üksikasjalikult järgmise video autor:
Infrapunakütte korraldamise üksikasjad on esitatud järgmises videos:
Lae tüüpi gaasikütteseadme paigaldamise etapid on siin näidatud:
Venemaal toodetakse erinevaid infrapunapõleteid, mille hulgas on ka tuulekindlaid mudeleid. Ettevõtte pakutav sortiment võimaldab valida seadme nii avatud kui ka suletud alade kütmiseks.
Enne ostmist on oluline otsustada, millisel eesmärgil ja millistes tingimustes seadet kasutatakse, seejärel valida kas produktiivsem või vastupidavam mudel, mis ei karda korduvaid teisaldamisi.
