Радиационные нагреватели

Принцип работы радиационных нагревателей основан на способности излучать инфракрасные (ИК) лучи теплыми телами и поглощать их другими более холодными телами. ИК-излучение есть результат движения молекул вещества, т.е. тепловое излучение. Лучистый теплообмен сопровождается двойным превращением энергии – тепловой в лучистую, а затем лучистой в тепловую. В результате лучистого теплообмена тепло передается от более нагретого тела к менее теплому.

Для нагрева используют ИК-лучи с длиной волны от 0,75 до 400 мкм. Коротковолновые ИК-излучатели называют светящимися, а длинноволновые – темными излучателями.

ИК-лучи проникают в древесину на глубину до 2 мм в зависимости от ее породы и влажности. Они несут с собой тепловую энергию, передавая ее нагреваемой древесине.

На рис. 29 показано нагревательное устройство радиационного типа, выполненное в виде панели. Характерной деталью подобных нагревателей является отражательный экран 1 из листа алюминия или оцинкованного железа. Перед экраном расположен источник излучения 2 в виде ТЭН. Благодаря экрану большая часть теплового потока направляется в сторону нагреваемой поверхности. Для уменьшения тепловых потерь на задней стенке панели положен теплоизоляционный слой 3, защищенный корпусом 4. Для безопасности обслуживания излучательная панель закрыта защитной сеткой 5. С увеличением температуры излучателя тепловой поток возрастает. Особенно эффективно протекает процесс теплового излучения при температуре нагревательного тела 400°С.

Рис. 29. Излучательная панель с ТЭН

На практике используют ТЭН с температурой на поверхности 300…700°С. Ресурс таких устройств, относящихся к группе “темных” излучателей, доведен до 20000 часов.

Предельно допустимая удельная поверхностная мощность при передаче тепла излучением для идеального нагревателя, т.е. нагревателя, работающего без тепловых потерь, может быть найдена по следующему выражению, Вт/м²:

, (27)

где Т_{нагр. макс.} и Т_изд - температуры нагревателя и изделия, К;

e_нагр и e_изд – относительные коэффициенты лучеиспускания материалов нагревателя и изделия соответственно (табл. 7);

F_изд – тепловоспринимающая площадь поверхности изделия, м²;

F_ст – площадь поверхности стены, занятой нагревателями, м².

Площадь поверхности нагревательных элементов (ТЭН, проволоки нагревательной спирали), м²:

. (28)

Пример. Рассчитать радиационный нагреватель на базе ТЭН для обогрева деревянных склеиваемых поверхностей размерами L = 1000 мм, B = 600 мм. F_изд / F_ст = 0,9. Температура изделия t_изд = 150°С, нагревателя t_нагр = 450°С; e_нагр = 0,56; e_изд = 0,8.

Таблица 7

Относительный коэффициент лучеиспускания e для некоторых материалов

Решение. Отношение m = L/B = 1000/600 =1,7. Удельная поверхностная мощность нагревателя w = 3,3 кВт/ м². По формуле (6) мощность нагревателя Р = 10^-6wBL = 10^-6× 3,3 × 600 × 1000 = 1,98 кВт. Установленная мощность Р_у = 1,98 × 1,3 = 2,57 кВт. По формуле (27)

Вт/м².

Площадь поверхности ТЭН, м²:

F ³ P_у/W_доп ³ 2,57 × 10³/2,532 × 10⁴ ³ 0,1 м².

Выбираем ТЭН-100Б8/0,63С220, ГОСТ 13268-74. Поверхность одного ТЭН: F1 = pdL = 3,14 × 8 × 10^-3 ×1 = 0,02512 м². Необходимое количество ТЭН: n = F/F₁ = 0,1/0,02512 = 4.

Вывод. На панели с размерами 600 ´1000 мм² рекомендуется равномерно разместить 4 ТЭН длиной 1000 мм, диаметром 8 мм и подключить их параллельно к источнику переменного тока напряжением 220 В.

В качестве тепловых ИК-излучателей используют также кварцевые трубчатые нагреватели мощностью до 2,5 кВт, позволяющие создавать интенсивность излучения до 62 кВт/м², а в кратковременном режиме – до 1600 кВт/м². Они малоинерционные и удобны для прерывистой подачи энергии.

Для нагрева применяют также лампы накаливания с параболическими посеребренными колбами мощностью 250…500 Вт.