Émetteurs infrarouges à gaz pour locaux industriels : dispositif, principe de fonctionnement, variétés
Les appareils IR qui génèrent des flux de chaleur et de lumière sont activement utilisés dans divers domaines de la production et de l'économie privée.Les émetteurs infrarouges à gaz sont les plus demandés dans les locaux industriels. Leur action repose sur la capacité d'un corps chauffé à libérer la chaleur qui en résulte dans l'espace.
Vous apprendrez tout sur les principes de fonctionnement des équipements infrarouges grâce à notre article proposé. Nous parlerons des types d'équipements infrarouges et de leurs différences caractéristiques. Laissez-nous vous présenter les modèles phares du marché.
Le contenu de l'article :
L'essence du rayonnement infrarouge
Le rayonnement infrarouge diffère de la lumière visible ordinaire et si familière. Ils sont similaires dans la vitesse à laquelle ils se propagent et traversent l’espace. Les deux variétés sont capables de réfraction, de réflexion et de regroupement.
Contrairement au rayonnement lumineux ordinaire, qui est constitué d’ondes électromagnétiques, le flux IR possède à la fois des propriétés ondulatoires et quantiques. Autrement dit, il transmet à la fois la lumière et la chaleur.
La lumière fournie par les appareils infrarouges se déplace par vagues.Les vibrations lumineuses électromagnétiques se situent dans le segment spectral de 760 nm (nanomètres) à 540 μm (micromètres). La chaleur générée par les émetteurs IR est un flux de quanta. Leur énergie varie de 0,0125 à 1,25 eV (électronvolts).
Les flux de chaleur et de lumière émis par les appareils infrarouges sont interconnectés. À mesure que l’intensité lumineuse augmente, le flux de chaleur quantique diminue. Selon la température, le rayonnement infrarouge peut être perçu ou non par nos yeux. Le rayonnement thermique n'est pas détectable visuellement.
Cette spécificité du rayonnement infrarouge est utilisée dans l’industrie pour accélérer les processus de polymérisation et de durcissement. La partie thermique du rayonnement infrarouge permet de déterminer la présence et la localisation d'une personne ou d'un animal dans des périodes nocturnes faiblement éclairées ou non.
Le fonctionnement non standard des appareils IR émettant de la lumière en combinaison avec de la chaleur est devenu la base du développement d'appareils de vision nocturne. Il est utilisé dans la détection de défauts, dans les systèmes d'alarme cachés et dans les appareils techniques pour la photographie dans l'obscurité.
Les deux composants rayonnement infrarouge ne se dissipent quasiment pas dans l'espace traité, ils semblent se concentrer sur les objets situés dans la zone de leur influence. La chaleur pénètre dans le corps de l'objet chauffé, la profondeur de pénétration dépend des propriétés, de la structure et du matériau de l'objet. La profondeur varie d'un dixième de mm à plusieurs mm.
Lorsqu'elles sont utilisées à des fins industrielles, la longueur d'onde des émetteurs infrarouges est sélectionnée en fonction des caractéristiques techniques de l'objet ou de la substance. Les rayons IR traversent librement la masse d'air, le chauffage s'effectue donc sans pertes notables. Cette circonstance est raisonnablement considérée comme un avantage important dans la production.
En plus de chauffer et d'éclairer la zone traitée par l'appareil, les émetteurs infrarouges permettent de résoudre les problèmes suivants :
Types de sources de rayonnement infrarouge
Les sources de rayonnement IR les plus simples comprennent celles qui nous sont très familières. Lampes incandescentes, fonctionnant sous basse tension. Dans de telles conditions, ils émettent principalement des flux infrarouges.La part des ondes électromagnétiques lumineuses est insignifiante, mais elle est toujours déterminée optiquement.
De nos jours, les consommateurs privés, les organisations de construction et de production disposent de nombreux types différents d'émetteurs IR.
Le champ d'application de leur application est déterminé par :
- température de fonctionnement ;
- valeur de longueur d'onde maximale ;
- zone dans laquelle le flux infrarouge est réparti uniformément.
En tenant compte des caractéristiques énumérées, un dispositif rayonnant est sélectionné, conçu pour résoudre des problèmes spécifiques.
Les types d’émetteurs IR les plus courants comprennent :
- Lampes avec dispositifs réfléchissants à miroir. Au rayonnement maximum, leur longueur d'onde est de 1,05 microns.
- Lampes à tubes de quartz. Leur longueur d'onde au rayonnement maximum est comprise entre 2 et 3 microns.
- Radiateurs à tige non métalliques. Structurellement, ils sont complétés par des réflecteurs, la longueur d'onde maximale est de 6 à 8 microns.
- Radiateurs électriques tubulaires. Les appareils dotés d'éléments chauffants sont largement utilisés dans la vie quotidienne.
- Brûleurs infrarouges. Ils sont équipés de buses perforées en céramique ou en métal. Ils sont utilisés dans la construction pour chauffer des zones ouvertes et fermées lors de la construction d'un bâtiment et des travaux de finition.
Les sources de rayons infrarouges ont trouvé des applications dans l'agriculture. Avec leur aide, les jeunes oiseaux et les animaux nouvellement nés sont chauffés. Des émetteurs sont installés dans les serres pour stimuler la croissance des variétés cultivées, dans les granges et greniers pour le séchage.
Les sources de flux infrarouges sont divisées en :
- Lampes infrarouges. Il s'agit d'émetteurs de « lumière » et de dispositifs qui fournissent un rayonnement thermique.
- Radiateurs. Appareils utilisés pour chauffer des espaces confinés et des espaces ouverts. Il s’agit notamment de modèles fonctionnant à l’électricité, à un carburant liquide ou gazeux. L'élément chauffant peut être soit un élément chauffant, soit une spirale en alliage à haute résistance.
Selon la classification par longueur d'onde, les sources infrarouges sont divisées en deux groupes principaux : l'obscurité et la lumière. Les premiers fonctionnent en libérant de longues ondes dans l’espace, les seconds des ondes courtes.
Émetteurs IR sombres et clairs
Par définition, les sources « lumineuses » sont capables d’émettre de la lumière. Les flux qu'ils émettent sont perçus par la vision, même s'il est encore difficile de les appeler un éclairage brillant et ne doivent pas du tout être utilisés à cette fin.
Les appareils « sombres » délivrent un flux de chaleur invisible pour les humains, ressenti par la peau de l’utilisateur, mais non détecté visuellement. La valeur limite entre « clair » et « sombre » est considérée comme une longueur d’onde de 3 microns. La température limite de la surface chauffée est de 700º.
Le représentant le plus célèbre de l'unité de chauffage « sombre » est Poêle russe en brique, qui chauffe avec succès des bâtiments de faible hauteur depuis de nombreux siècles. Parmi les « lumières », comme nous l'avons déjà compris, il y a une ampoule électrique à incandescence, si elle ne fournit pas plus de 12 % de la lumière. Son énergie principale est dirigée vers la production de chaleur.
Caractéristiques de la conception des luminaires
Structurellement, les sources lumineuses sont similaires à une lampe à incandescence typique. Cependant, il existe des différences dans les corps des filaments. Pour les appareils à infrarouge brillant, la température ne peut pas dépasser une limite de 2 270-2 770 K. Ceci est nécessaire pour augmenter le flux de chaleur en réduisant l'émission de lumière.
Tout comme les ampoules classiques, le corps du filament, constitué d'un filament de tungstène, est placé dans une ampoule en verre. Seul le ballon est équipé de réflecteurs, grâce auxquels toute l'énergie rayonnante est concentrée sur l'objet chauffé. Dans ce cas, une petite partie de l’énergie est consacrée au chauffage du culot de l’ampoule.
L'ampoule des sources lumineuses infrarouges chauffe jusqu'à des températures élevées, elle participe donc également au processus de transfert de chaleur dans l'espace. L'énergie thermique du ballon chauffé n'est pas focalisée par le réflecteur et sort dans l'espace non traité ; c'est le composant qui réduit l'efficacité de l'appareil.
La productivité d'une source lumineuse infrarouge ne dépasse en moyenne pas 65 %.On l'augmente en plaçant un corps chauffant en tungstène dans un tube ou un flacon similaire en verre de quartz. Cette solution permet d'augmenter la longueur d'onde à 3,3 microns et de réduire la température à 600º.
Cette option est utilisée dans les radiateurs IR à quartz, dans lesquels un fil de chrome-nickel est enroulé autour d'une tige de quartz et le tout est placé dans un tube de quartz.
L’essence du travail réside dans le double usage du fil de filament. L'énergie thermique libérée est utilisée en partie pour le chauffage direct et en partie pour augmenter la température de la tige de quartz. Une tige chauffée au rouge émet également de la chaleur.
Les avantages des appareils tubulaires incluent, tout à fait raisonnablement, la résistance de tous les composants en quartz et en céramique à la négativité atmosphérique. L'inconvénient est la fragilité des pièces en céramique.
Spécificités de fonctionnement et de conception des radiateurs sombres
Les sources de flux IR dites « sombres » sont bien plus pratiques que leurs homologues « claires ». Leur élément rayonnant diffère en mieux par sa structure. Le conducteur chauffé lui-même n'émet pas d'énergie thermique, elle est fournie par la coque métallique qui l'entoure.
En conséquence, la température de fonctionnement de l'appareil ne dépasse pas 400 à 600º. Pour garantir que l'énergie thermique ne soit pas gaspillée, les émetteurs sombres sont équipés de réflecteurs qui redirigent le flux dans la direction souhaitée.
Les émetteurs à ondes longues du groupe sombre n'ont pas peur des chocs et des influences mécaniques similaires, car l'élément fragile en polymère ou en céramique qu'ils contiennent est protégé par un boîtier métallique et une couche protectrice d'isolation thermique. L'efficacité des émetteurs de ce groupe atteint 90 %.
Mais ils ne sont pas sans inconvénients. Les radiateurs de groupe sombres dépendent des caractéristiques de conception de l'appareil. Si la distance entre l'élément rayonnant principal et la surface de l'appareil est grande, celui-ci sera alors lavé et refroidi par l'air qui passe devant. En conséquence, l’efficacité diminue.
En raison de leurs caractéristiques de conception, les modèles sombres sont installés pour chauffer des pièces avec des plafonds bas et des zones nécessitant un apport de chaleur linéaire. Lumière - placée là où le traitement de pièces avec de hauts plafonds et des zones allongées verticalement est nécessaire.
Brûleurs à gaz comme source de rayons IR
Les appareils dans lesquels le traitement du gaz sans flamme a lieu sont appelés brûleurs à gaz ou émetteurs infrarouges à gaz. L'énergie thermique dégagée avec une haute intensité est transférée dans l'espace à travers la surface rayonnante de l'unité.
Il s'agit de radiateurs à gaz de type brûleur infrarouge qui sont utilisés à l'échelle industrielle lors des travaux de construction et d'installation.La majeure partie de l'énergie thermique est transmise par les buses rayonnantes des brûleurs en céramique.
Les éléments suivants sont utilisés comme buses :
- plaques en céramique perforées, qui peuvent être plates ou en relief ;
- plaques de céramique aux pores uniformément répartis;
- éléments en céramique avec tamis en nichrome, treillis métallique et toutes sortes d'accessoires catalytiques.
Tous les types de trous répertoriés dans un élément en céramique ou en métal sont des canaux de feu.
Le combustible utilisé pour faire fonctionner ce type d’émetteur infrarouge est le gaz principal, ainsi que sa version liquéfiée ou des gaz créés artificiellement. En Russie, ils produisent des brûleurs conçus pour le traitement du gaz liquéfié et principal. Les équipements étrangers sont principalement conçus pour le traitement des versions liquéfiées et artificielles.
Si les règles de fonctionnement ne sont pas violées, les produits de combustion provenant du fonctionnement d'un brûleur à gaz sont libérés en quantités minimes avec une teneur insignifiante en oxydes d'azote et en monoxyde de carbone.
Pour fournir du gaz, les brûleurs infrarouges à gaz (GIG) sont équipés de buses à travers lesquelles le gaz est pompé à grande vitesse. Cette alimentation en gaz assure l'injection de l'air nécessaire à la combustion. Il est « poussé » par un flux à grande vitesse traversant l’injecteur jusqu’à la chambre de distribution.
Le gaz injecte non seulement de l'air, mais se mélange également à celui-ci dans l'injecteur, ce qui donne un mélange gaz-air adapté à une combustion complète. Ce mélange se déplace vers la surface de la buse en céramique à travers ses pores, trous perforés ou fentes, où il brûle complètement en une fine couche ne dépassant pas 1,5 mm d'épaisseur.
Brûleurs à buses plates en céramique
La majeure partie de l’énergie thermique est transférée aux carreaux de céramique, qui sont chauffés à des températures ultra-élevées en moins d’une minute. La surface extérieure de l'élément en céramique se transforme en une source supplémentaire de flux de chaleur.
La buse en céramique représente 40 à 60 % du rayonnement transmis par un radiateur IR à gaz industriel. Afin d'augmenter l'efficacité de l'appareil, un tamis à mailles est installé au-dessus de la buse.Pour augmenter la surface d'échange thermique, les carreaux perforés sont collés entre eux à l'aide d'un mastic ignifuge.
Un indicateur important est le diamètre des canaux d'incendie. Il détermine quel gaz l'appareil peut traiter. Le nombre total de trous dans le carreau de céramique dépend du diamètre. Plus il y en aura, plus l'élément émetteur de chaleur sera fragile et le GIG sera sensible aux dommages mécaniques.
Appareils de chauffage avec buses à ailettes
En plus des buses plates en céramique perforées, des éléments en relief sont utilisés. L'utilisation d'une surface nervurée dans ce cas stimule le flux d'échange thermique entre la surface rayonnante et le gaz brûlant. Les carreaux de céramique nervurés chauffent mieux, tandis que la charge thermique sur l'élément rayonnant n'augmente pas.
Les buses en céramique plates et nervurées chauffent jusqu'à 1 473 K. Mais les éléments en céramique poreuse ne chauffent que jusqu'à 1 237 K. La version poreuse est plus facile à fabriquer et donc moins chère.De plus, des déchets de l'industrie céramique sont utilisés dans sa production.
L'épaisseur des carreaux poreux atteint 30 mm, ce qui augmente considérablement la résistance de la buse aux contraintes mécaniques. Lors du fonctionnement d'un brûleur doté d'une telle buse, le mélange gaz-air sortant de la chambre de distribution brûle sur la surface extérieure du carreau de céramique en une couche allant jusqu'à 2 mm.
La zone de combustion dans la buse poreuse se déplace de la surface extérieure jusqu'à une profondeur de 3 à 5 mm. Dans ce cas, la température de chauffage n'atteint que 1123 K.
L'inconvénient des buses poreuses pour injection hygroscopique est la résistance hydraulique trop élevée, qui rend impossible l'utilisation de gaz principal basse pression.
Équipement avec treillis métallique
Cependant, tous les types d'accessoires répertoriés sont en céramique, ce qui signifie que, malgré l'épaisseur et toutes sortes d'astuces du fabricant qui souhaite augmenter la résistance, ils restent fragiles. La fragilité est particulièrement gênante si l'appareil doit être constamment déplacé.
Par conséquent, pour chauffer les chantiers lors des travaux de construction ou d'installation, un type de brûleur plus durable, équipé d'une double maille métallique, a été développé. Dans un tel dispositif, le mélange gaz-air est traité dans l'espace compris entre la buse et les grilles. La surface du maillage extérieur chauffe jusqu'à seulement 1023 K.
Dans les GIG à buses maillées, ces éléments sont constitués d'alliages résistants à la chaleur avec du chrome et du nickel.Les buses sont fabriquées de manière à ce que la taille des cellules de la maille supérieure permette à la flamme de passer librement et que la taille de la maille inférieure soit minimale, ce qui est essentiel pour que le feu se propage. Ici, les deux grilles ou une seule peuvent être des émetteurs de chaleur IR.
Si le brûleur infrarouge traite du gaz principal ou un mélange propane-butane liquéfié provenant bouteille de gaz, seule la maille supérieure participe à la diffusion de l'énergie thermique. Si du gaz à faible charge est traité, les deux réseaux rayonnent de la chaleur. De cette façon, le transfert de chaleur est augmenté.
Cependant, la valeur maximale d'efficacité du GIG avec mailles ne dépasse pas 60%, car la résistance hydraulique des buses est deux fois plus élevée que celle des carreaux de céramique perforés de tous types. Certes, c'est moins que celui des buses poreuses.
Appareils à puissance thermique accrue
L'efficacité plutôt faible des émetteurs de gaz infrarouges à plaques et grilles en céramique nous a obligés à rechercher des moyens d'augmenter la puissance thermique. Le résultat a été obtenu grâce à l'introduction d'un nouveau type de buse, à savoir un panneau en céramique comportant plusieurs fentes.
Dans la coupe, les fissures s'élargissent brusquement, leurs trous d'entrée sont plus petits que les trous de sortie. Cette solution augmente le rendement du brûleur grâce à la recirculation des produits de combustion, c'est-à-dire leur retour à la base de la flamme au sein du canal de feu. De plus, la flamme de ces modèles est plus stable et risque beaucoup moins de s'éteindre en cas de vent ouvert.
La section transversale active des panneaux à fentes représente en moyenne 55 à 60 % de leur section transversale totale réelle. Les brûleurs qui en sont équipés fonctionnent au gaz moyenne pression. Le plan extérieur de la buse est chauffé à 1723 K.
Émetteurs résistant aux charges de vent
La stabilité de fonctionnement sous charge de vent est un indicateur important pour le choix d'un brûleur infrarouge à gaz utilisé dans la construction ou l'assemblage d'usines de production. Tous les émetteurs infrarouges industriels qui traitent des gaz n'ont pas cette qualité.
Pour les zones ouvertes, des dispositifs spéciaux sont nécessaires qui :
- caractérisé par une injection stable, en fonction des rafales de vent ;
- équipé d'un dispositif empêchant la déviation du jet sortant de la buse ;
- protégé du refroidissement actif du rayonnement de surface se produisant sous l'influence des vents.
La fiche technique des équipements à gaz capables de chauffer par vent en rafales et de ne pas s'éteindre indique la résistance au vent. Cette caractéristique des brûleurs infrarouges produits dans le commerce est à peu près la même que celle des brûleurs directs, c'est-à-dire exposition au vent frontal, ainsi qu'au soufflage latéral.
Une diminution du taux d'injection provoque l'apparition d'une flamme sur la surface extérieure du panneau rayonnant. Dans le même temps, la température baisse fortement. Elle est réduite par l'air froid pénétrant dans la zone de combustion.
La résistance au vent est physiquement liée à la charge thermique spécifique et au volume d'air entrant dans la buse pendant la période de combustion. Avec une vitesse de flux d'air excessive et élevée, l'efficacité de l'émetteur infrarouge est réduite. La réduction s'accompagne de l'apparition de flammes, d'un assombrissement de la surface rayonnante et de l'arrêt du fonctionnement de l'appareil en mode sans flamme.
Examen des fabricants de radiateurs IR
Les appareils à gaz destinés à créer un microclimat favorable sur un chantier de construction, un atelier, un atelier de production et des installations similaires sont produits à la fois par des entreprises nationales et des entreprises étrangères.
Selon les consommateurs, les brûleurs à gaz de la marque Solarogaz sont en tête du classement des produits fabriqués en Russie. L'assortiment présenté par cette société comprend des modèles conçus pour chauffer des zones de différentes tailles. Les unités peuvent être utilisées dans les serres, les garages et les espaces ouverts.
Le seul point négatif que les acheteurs et les propriétaires actuels de modèles de brûleurs et de cuisinières à gaz du fabricant de la capitale devraient prendre en compte est le manque de capteurs du système de sécurité. Ils peuvent donc être utilisés au quotidien, mais avec précautions.
Les produits de la société Pathfinder ne sont pas inférieurs en popularité. Cependant, la gamme de produits proposée à l'acheteur est dominée par les produits à usage domestique et les options touristiques.
Les carreaux sont à juste titre populaires, utilisés aussi bien pour chauffer que pour préparer des plats simples, et mini-brûleurs d'une bombe aérosol.
Les radiateurs à gaz portant le logo Aeroheat ont reçu d'excellentes caractéristiques de la part des consommateurs. Cet équipement séduit par sa fiabilité, basée sur l’utilisation de composants de haute qualité, et son prix abordable. Les cuisinières et brûleurs à gaz de Dixon et Sibiryachka ont fait leurs preuves.
La liste des appareils de chauffage à gaz dignes de fournisseurs étrangers est dominée par les brûleurs et les poêles à gaz de la société sud-coréenne Kovea. Les produits de la marque sont activement utilisés dans les petits ateliers, sur les chantiers de peinture et de construction, lors de randonnées et de pêche.
Pour équiper les ateliers, on utilise souvent des radiateurs à gaz de la société italienne Sistema. Les modèles de cuisinières à gaz sud-coréennes Hyundai et italiennes Bartolini, qui peuvent être utilisées aussi bien à la maison qu'au bureau, sont très demandées. Les poêles suédois Timberk et les équipements chinois Ballu se distinguent par leur fiabilité et leur fonctionnement stable.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
L'auteur de la vidéo suivante vous expliquera en détail le principe de fonctionnement et les avantages des brûleurs à gaz IR :
Les détails de l'organisation du chauffage infrarouge sont présentés dans la vidéo suivante :
Les étapes d'installation d'un chauffage à gaz de type plafond sont illustrées ici :
En Fédération de Russie, différents types de brûleurs infrarouges sont produits, notamment des modèles résistants au vent. La gamme proposée par l'entreprise permet de choisir un appareil pour chauffer des espaces ouverts et fermés.
Avant d'acheter, il est important de décider dans quel but et dans quelles conditions l'équipement sera utilisé, puis de choisir un modèle plus productif ou plus durable qui ne craint pas les mouvements répétés.
