Nowoczesne elementy grzewcze

W artykule „Elektryczne elementy grzejne” Mówiono głównie o rurowych elementach grzejnych - elementach grzejnych i otwartych spiralach. Ponadto istnieje wiele innych elementów, z których niektóre są prawie w tym samym wieku co otwarta spirala, a inne pojawiły się stosunkowo niedawno, dzięki rozwojowi nowoczesnych technologii. O tych grzejnikach, nowych i niezbyt, zostaną omówione w tym artykule.

Elementy grzewcze na podczerwień

Są używane przede wszystkim w różnych urządzeniach promienniki podczerwieni do ogrzewania pomieszczeń. Krótko mówiąc, są to urządzenia grzewcze, które zapewniają komfort w domu, mieszkaniu, biurze lub warsztacie. W różnych warunkach stosuje się różnorodne konstrukcje grzejników. Promienniki podczerwieni można również stosować w różnych urządzeniach technologicznych, w których wymagane jest ogrzewanie niektórych obiektów.

Uderzającym przykładem takiego sprzętu technologicznego są stacje lutownicze na podczerwień oraz nowoczesne laboratoryjne szafy i piece grzewcze. Ogrzewanie na podczerwień jest szeroko stosowane w lutowaniu grupowym płytek drukowanych z elementami SMD.

Rysunek 1. Instalacja lutowania grupowego z ogrzewaniem IR: 1 - wentylacja wyciągowa, 2 - matryca lamp IR, 3 - płytka drukowana, 4 - lampa IR, 5 - reflektor, 6 - urządzenie chłodzące, 7 - przenośnik

Promieniowanie IR, co to jest i jak działa

Promieniowanie podczerwone jest jednym ze składników widma słonecznego. Promienie IR znajdują się w obszarze światła słonecznego o najniższej częstotliwości. To oni przynoszą nam ciepło na Ziemię. Jednocześnie promienie podczerwone przechodzą bez przeszkód w powietrzu, nie podgrzewając go wcale. Powierzchnia ziemi jest ogrzewana i wszystko, co znajduje się na drodze światła słonecznego. I tylko wtedy powietrze ogrzewa się od ciepłych przedmiotów. Właśnie dlatego rano powietrze jest chłodne, aż wstanie słońce. Promienniki podczerwieni, które są podstawą przemysłową i grzejniki domowe.

Oczywiście zakres sztucznych promienników podczerwieni nie jest tak szeroki jak zasięg promieni słonecznych i znajduje się w obszarze długich fal zakresu IR o długości fali λ = 50–2000 μm. Co więcej, im niższa temperatura ogrzewanego ciała, tym dłuższa jest długość fali. Zasadniczo zasięg promieniowania IR jest znacznie szerszy i dzieli się na trzy podzakresy

• region fal krótkich: λ = 0,74–2,5 mikrona,

• region środkowej fali: λ = 2,5-50 mikronów,

• region o długiej długości fali: λ = 50–2000 mikronów,

ale elementy grzewcze na podczerwień działają tylko w części widma IR o dużej długości fali. Różne elementy grzejne na podczerwień są podstawą do tworzenia promienników podczerwieni. Ponieważ ciepło z elementów grzejnych na podczerwień jest przenoszone głównie przez promieniowanie cieplne, często nazywane są emiterami podczerwieni.

Jak rozmieszczone są promienniki podczerwieni?

W rzeczywistości konstrukcja promiennika podczerwieni jest prosta i bezpretensjonalna: element grzejny - grzejnik jest umieszczony w obudowie o takiej lub innej konstrukcji, wewnątrz obudowy znajduje się odbłyśnik - odbłyśnik, zaciski do podłączenia grzejnika i zewnętrzne zaciski dla przewodów zewnętrznych. Rysunek 2 pokazuje właśnie taką prostą wersję grzejnika.

Rysunek 2. Konstrukcja promiennika podczerwieni: 1 - reflektor (reflektor), 2 - siatka ochronna, 3 - przełącznik, 4 - wspornik montażowy, 5 - lampa węglowa na podczerwień, 6 - pokrywa, 7 - skrzynka zaciskowa, 8 - przewód zasilający, 9 - widelec.

Od razu widać, że grzejnik tego projektu jest bardzo podobny do reflektora do lamp halogenowych, służącego do oświetlania reklamy, elewacji budynków, stopni ganku, części podwórza w pobliżu domu. Ogólnie rzecz biorąc, jakiś stosunkowo niewielki obszar, tak zwane oświetlenie lokalne.

Dlatego za pomocą promienników podczerwieni można również ogrzewać nie cały obszar pomieszczenia, ale tylko jego część. Oszczędność energii jest zauważalna gołym okiem: po co ogrzewać całe pomieszczenie, jeśli można ogrzać tylko jeden kąt? Przykład indywidualnego ogrzewania pracownika biurowego pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Punktowe ogrzewanie IR

Jest to dokładnie opcja ogrzewania, którą można uzyskać za pomocą grzejnika pokazanego na rycinie 2. Jeśli chcesz nagrzewać, na przykład w kawiarni, potrzebujesz grzejników o nieco innej konstrukcji, które można zainstalować w suficie, takich jak lampy z lampami fluorescencyjnymi. Ta opcja jest pokazana na rysunku 4. Zasadniczo grzejniki można zawiesić nad każdym stołem lub po prostu w układzie szachownicy.

Rysunek 4. Pełne ogrzewanie

Można znaleźć wiele podobnych schematów ogrzewania, ponieważ promienniki podczerwieni służą do ogrzewania wystarczająco dużych pomieszczeń: warsztatów, magazynów, warsztatów, a nawet małych obszarów zewnętrznych. Na przykład może to być altana w pobliżu domu lub weranda ze stolikami. Promiennik podczerwieni pokazany na ryc. 2 wykorzystuje lampę węglową na podczerwień, co to jest, jak jest ustawione i jakie są jego właściwości?

Lampa węglowa

Jest to rurka próżniowa wykonana ze szkła kwarcowego, wewnątrz której znajduje się element promieniujący wykonany z włókna węglowego (węglowego), a dokładniej z kilku włókien skręconych w wiązkę. Czasami ten element promieniujący nazywa się spiralą węglową, chociaż nie jest to całkowicie poprawne.

Włókno węglowe pojawiło się stosunkowo niedawno, ale zyskało dużą popularność w różnych technologiach. Z niego wytwarzane są nie tylko emitery węgla. Przy użyciu specjalnych technologii włókno węglowe jest wykonane z włókna węglowego.

Zakres zastosowań tworzyw węglowych jest bardzo szeroki, około dwudziestu kierunków: od technologii samolotów i rakiet po struny do instrumentów muzycznych. Tworzywa węglowe są szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, głównie w samochodach sportowych. Miłośnicy amatorskich i sportowych połowów docenili wszystkie uroki wędek węglowych.

Włókno węglowe ma strukturę włóknistą, co znacznie zwiększa obszar promieniowania. Obszar ten jest dziesiątki i setki razy większy niż obszar spirali nichromu, wolframu, ceramiki, flamentinu lub innych materiałów. Tak rozwinięty obszar prowadzi do tego, że przenikanie ciepła z włókna węglowego jest o 30 ... 40% wyższe niż w przypadku tradycyjnych elementów grzewczych.

Po przyłożeniu napięcia włókno węglowe nagrzewa się natychmiast, a wytwarzanie ciepła promieniującego natychmiast rozpoczyna się, ponadto bez szkodliwego promieniowania w części widma ultrafioletowego. Zwiększone przenoszenie ciepła z włókna węglowego prowadzi do bardziej ekonomicznego zużycia energii niż konwencjonalne grzejniki wykonane z nichromu.

Przy takim samym zużyciu energii grzejniki węglowe wytwarzają więcej ciepła. Ciepło nie przechodzi pod sufit, jak w przypadku ogrzewania, na przykład grzejnika olejowego lub akumulatora centralnego ogrzewania.

Promieniowanie optyczne lamp węglowych jest bardzo małe. Lekko widoczna czerwona poświata w ogóle nie wpływa na widzenie, nie oślepia, ale nadal jest zauważalna. Rycina 5 pokazuje działający grzejnik domowy oparty na lampach węglowych.

Rysunek 5. Działanie nagrzewnicy węglowej

W górnej części grzejnika znajdują się przełączniki, które ustawiają tryby pracy. Na stojaku grzejnika znajduje się napęd elektryczny, który powoduje kołysanie grzejnika w różnych kierunkach, tak jak robią to fani. Dzięki tym obrotom osiąga się wzrost powierzchni grzewczej.

Zobacz także na ten temat:Interesujące fakty dotyczące ogrzewania na podczerwień

Ceramiczne promienniki podczerwieni (emiter)

Są zwykłym grzejnikiem, „uwięzionym” w ceramicznej skorupie - skrzynka. Ceramika jest podgrzewana przez ciepło z grzejnika, a już z niego promienie cieplne są emitowane do środowiska zewnętrznego. Ceramiczna skorupa ma powierzchnię kilka razy większą niż powierzchnia grzejnika, dlatego ciepło jest oddawane bardziej aktywnie.

Wygląd grzejnika ceramicznego pokazano na rycinie 6. Takie grzejniki są często nazywane panelowymi grzejnikami na podczerwień. Kształt paneli grzewczych jest najbardziej zróżnicowany. Grzejnik może być płaski, wklęsły lub odwrotnie, wypukły.

Ryc. 6. Wygląd grzejnika ceramicznego

Na przedniej powierzchni można rozważyć konfigurację grzejnika; na tylnej powierzchni znajdują się przewody izolowane koralikami ceramicznymi. Temperatura pracy grzejników ceramicznych wynosi 700 ... 750 stopni, moc właściwa powierzchni wynosi do 64 kW / m2. Moc grzejników ceramicznych może wynosić od kilkudziesięciu watów do kilku kilowatów. To, co się nazywa, na każdą okazję.

Niektóre typy grzejników ceramicznych mają otwartą, widoczną cewkę, na przykład typu HSR. Temperatura robocza grzejnika wynosi 900 ° C; grzejnik jest przeznaczony do szybkiego nagrzewania. Wygląd grzejnika HSR pokazano na rysunku 7.

Rysunek 7. Grzałka typu HSR

Ceramiczne promienniki podczerwieni występują w trzech rodzajach: wolumetryczne (pełne), puste, a także grzejniki z wbudowanym termoparą. Elementy wolumetryczne są wystarczająco bezwładne, rozgrzewają się przez długi czas i powoli się ochładzają. W przypadkach, gdy potrzebujesz okresowego włączania / wyłączania grzejnika, stosuje się puste grzejniki.

Są mniej inercyjne, co pozwala na ich zastosowanie w różnych procesach technologicznych, w których konieczne jest utrzymanie dokładnej temperatury czynnika roboczego poprzez okresowe włączanie / wyłączanie emitera. Ze względu na zmniejszoną masę szybkość ogrzewania pustych emiterów jest o 40% wyższa niż w przypadku masowych.

W przeciwieństwie do emiterów masowych większość promieniowania z pustych emiterów jest skierowana do przodu. Promieniowaniu wstecznemu zapobiega pusta bariera termiczna z tyłu, która zapewnia oszczędne warunki temperaturowe dla elementów konstrukcji mieszkaniowych, a także zwiększa wydajność emitera. W porównaniu z grzejnikami objętościowymi o tej samej mocy zmniejszenie zużycia energii elektrycznej osiąga 15%.

W przypadku zastosowania grzejnika objętościowego taki rozkład ciepła można uzyskać tylko za pomocą reflektora. Niektóre typy grzejników panelowych na podczerwień mają wbudowaną termoparę typu K lub J, która umożliwia precyzyjną kontrolę i regulację temperatury. Jest bardzo wygodny w użyciu w procesach technologicznych.

Istnieje wiele procesów technologicznych, w których wykorzystywane są nadajniki IR. Oto tylko kilka z nich:

• Suszenie farb (farby dwuskładnikowe, lakiery epoksydowe),

• Przetwarzanie tworzyw sztucznych (wulkanizacja PVC, termoformowanie tworzywa ABS, polietylen, polistyren, części nadwozia, lakierowanie proszkowe)

• Suszenie kleju

• Przetwarzanie żywności (utrzymanie podgrzewania, grillowanie, sterylizacja i pasteryzacja),

• Tekstylia (sitodruk, kalkomanie na koszulkach, lateks dywanowy),

• Uroda i zdrowie (kabiny na podczerwień, sauny)

Ceramiczne lampy na podczerwień Edison

Odnoszą się do pustych emiterów ceramicznych, są dostępne z trzonkiem E27, podobnie jak konwencjonalna lampa żarowa. Baza ta została wynaleziona dawno temu przez wielkiego wynalazcę T. Edisona. Jest to litera „E” w nazwie czapki, która unieśmiertelnia imię wynalazcy, a 27 to średnica czapki w milimetrach. Konstrukcja jest bardzo wygodna: wystarczy wkręcić w kartridż zamiast żarówki i natychmiast zrobiło się ciepło!

Uważa się, że te grzejniki są najczęściej stosowane w hodowli zwierząt.Nawet na chińskich stronach z bezpłatną dostawą, z niezdarnego tłumaczenia maszynowego z angielskiego, można zrozumieć, że te grzejniki są przeznaczone do obór, kurników i chlewni.

Dlaczego nie można zawiesić takiego grzejnika, jeśli nie w domu, a przynajmniej w miejscu pracy? W końcu nie jest tajemnicą, że nasi pracodawcy nie zawracają sobie głowy tworzeniem normalnych warunków pracy: latem nie ma wystarczającej ilości klimatyzacji, a jesienią, gdy ogrzewanie nie zostało jeszcze włączone, musisz założyć bawełnianą kurtkę w warsztacie, warsztacie lub w dziale projektowym.

Dostępne są metalowe odbłyśniki do grzejników Edisona, co pozwala zwiększyć wymianę ciepła we właściwym kierunku i zmniejszyć wpływ termiczny na ściany i sufity. W rzeczywistości do tych samych celów służą również reflektory używane z innymi rodzajami grzejników. Wygląd grzejnika z podstawą E27 pokazano na rysunku 8.

Rysunek 8. Lampa na podczerwień Edison

Naturalnie konieczne jest wkręcenie takich „żarówek” w wysokotemperaturowy wkład ceramiczny.

Emitery kwarcowe i halogenowe

Są to szczelne lampy próżniowe ze szkła kwarcowego, wewnątrz których znajduje się spirala z metalu o wysokiej rezystancji. W rzeczywistości to konwencjonalne lampy halogenowe wolframowe. W zależności od konstrukcji spirali, emitery są podzielone na dwa zakresy promieniowania podczerwonego - emitery średniej fali i emitery fal krótkich.

W pierwszym z nich spirala ma kształt gwiazdy, a po drugie, wewnątrz kwarcowej rurki znajduje się podparty filament, który jest doskonale widoczny przez przezroczyste szkło kwarcowe. Pytanie brzmi: po co wytwarzać spirale różnych konstrukcji, co jest wynikiem takich badań technologicznych?

Emitery halogenowe z podtrzymywanym włóknem działają w zakresie wysokich częstotliwości podczerwieni i zapewniają zdolność podgrzewania do 2600 ° C. Ten element grzejny ma wysoką moc, bardzo szybki czas reakcji, co czyni go niezbędnym w krótkich cyklicznych procesach, w których wymagana jest wysoka moc właściwa.

Elementy grzejne do płaszczyzn grzewczych

Ogrzewanie do tak wysokich temperatur jest dalekie od zawsze koniecznego, w takich przypadkach konieczne jest zastosowanie innych grzejników, które przenoszą ciepło nie przez promieniowanie, ale w bezpośrednim kontakcie z ogrzewanym przedmiotem. W takim przypadku powierzchnia określonego obszaru i kształtu jest ogrzewana, zarówno płaska, jak i zakrzywiona. Jednym z tych typów grzejników są płaskie elastyczne grzejniki wykonane z silikonu.

Silikon jest polimerem krzemoorganicznym złożonym z atomów krzemu i węgla. W zależności od masy cząsteczkowej polimery te mogą być ciekłe (ciecze krzemoorganiczne), elastyczne (gumy krzemoorganiczne) lub produkty stałe (tworzywa krzemoorganiczne).

Polimery krzemoorganiczne mają dobre właściwości dielektryczne, charakteryzują się wysoką odpornością na ciepło, dobrymi właściwościami hydrofobowymi, obojętnością fizjologiczną, co pozwala na stosowanie ich do tworzenia płaskich elementów grzewczych. Ta konstrukcja nazywa się silikonowymi matami grzewczymi i jest stosowana w przypadkach, w których wymagane jest równomierne ogrzewanie dowolnej powierzchni.

Silikonowe elementy grzejne

Są to konstrukcje z dwóch warstw silikonu, między którymi umieszczony jest drut grzejny lub wytrawiona folia grzewcza, co pozwala uzyskać różne parametry grzejnika. Aby zwiększyć wytrzymałość mechaniczną, silikon wzmocniono włóknem szklanym.

Grzejniki te mają wysoki wskaźnik odpowiedzi (krótki czas nagrzewania / chłodzenia), dokładność utrzymania temperatury jest dość wysoka, szczególnie jeśli nagrzewnica jest wyposażona w czujnik temperatury i termostat.

Geometryczne wymiary mat silikonowych są małe, grubość grzejników zaczyna się od 0,7 mm, co pozwala na ich stosowanie w różnych obszarach, od pojazdów lotniczych i kończąc na podgrzewaniu beczek z olejami lub farbami.

Grzejniki silikonowe mają zwiększoną odporność na wilgoć i wilgoć, dlatego są zalecane do sprzętu laboratoryjnego, zastosowań w gastronomii, a także do ochrony sprzętu elektronicznego przed zamarzaniem i kondensacją. Jedynym ograniczeniem stosowania silikonowych elementów grzejnych może być stosunkowo niska temperatura robocza: 200 ° C w trybie ciągłym i 230 ° C przez krótki czas. Wygląd silikonowych grzejników pokazano na rysunku 9.

Rysunek 9. Grzejniki silikonowe

Grzejnik z wytrawionej folii pokazano na rycinie 10. Oczywiście ta ścieżka przewodząca jest pokazana warunkowo, w rzeczywistości jest pokryta inną warstwą silikonu.

Rycina 10

Grzejniki z elementami trawionymi, a także grzejniki z drutem grzewczym, są dostępne w szerokiej gamie kształtów i rozmiarów, jednak elementy trawione zapewniają szeroki zakres schematów dystrybucji ciepła. Ponadto duży obszar trawionego elementu grzejnego zapewnia wyższą gęstość mocy i równomierny rozkład ciepła. Odległość między wytrawionymi przewodami można uzyskać nieco mniej niż w przypadku zastosowania drutu grzejnego.

Dla ułatwienia instalacji wiele silikonowych grzejników na odwrotnej stronie jest wyposażonych w folię samoprzylepną. Nowoczesne technologie klejenia umożliwiają tworzenie trwałych połączeń nawet w podwyższonych temperaturach, w których działają grzejniki silikonowe, dzięki czemu połączenie jest niezawodne i trwałe.

Grzejniki beczkowe są często nazywane koszulami termicznymi. Te same koszule istnieją do podgrzewania pojemników, a także dna beczek i pojemników. Oczywiście grzejniki te są płaskie, a ich rozmiary odpowiadają wymiarom beczek lub pojemników. Grzejniki mikanitowe

Dotyczy również płaskich elementów grzewczych. Ich podstawą jest mikanit - papier mikowy. Jego podstawą jest okruchy naturalnej miki połączone spoiwem termoodpornym. Kilka warstw takiego papieru prasuje się i poddaje obróbce pod wysokim ciśnieniem i temperaturą, uzyskując płyty o pożądanym rozmiarze.

Aby zapewnić wydajność i wytrzymałość mechaniczną, „kanapki” mikanitowe produkowane są w obudowie wykonanej z cienkiego metalu, co pozwala tworzyć grzejniki o różnych kształtach. Ryc. 11 pokazuje płaski grzejnik mikanitowy i podgrzewacz mankietu. Takie grzejniki stosuje się w urządzeniach do przetwarzania tworzyw sztucznych, których temperatura topnienia mieści się w zakresie 180 ... 240 ° C, co jest całkiem akceptowalne w przypadku grzejników mikanitowych.

Rysunek 11. Grzejniki mikanitowe

Aby poprawić przenoszenie ciepła, grzejniki w metalowych obudowach są dociskane do ogrzewanego elementu za pomocą metalowych wsporników i zacisków, a nawet po prostu wiązane drutem.

Obecnie istnieje wiele różnych systemów i konstrukcji grzejników, które umożliwiają wykonywanie dowolnych zadań technologicznych. W tym artykule opisano tylko niewielką ich część. Jeśli ktoś jest poważnie zainteresowany tym problemem, a konkretnie dowolnym rodzajem grzejnika, technologią jego zastosowania, to takie informacje zawsze można znaleźć w wyszukiwarkach internetowych.

Zobacz także:Nowoczesne domowe grzejniki elektryczne