RU2249770C2 - Method of optimal local infrared heating - Google Patents
Method of optimal local infrared heating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249770C2 RU2249770C2 RU2002135471/06A RU2002135471A RU2249770C2 RU 2249770 C2 RU2249770 C2 RU 2249770C2 RU 2002135471/06 A RU2002135471/06 A RU 2002135471/06A RU 2002135471 A RU2002135471 A RU 2002135471A RU 2249770 C2 RU2249770 C2 RU 2249770C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- heating
- height
- face
- heat flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/17—District heating
Landscapes
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области отопления и может быть использовано для локального обогрева.The invention relates to the field of heating and can be used for local heating.
Известны способы локального инфракрасного обогрева (ИК-обогрева), реализованные при использовании инфракрасных обогревателей различных конструкций (Брамстон М.А. “Инфракрасное излучение нагретых тел” М.: Наука, 1964 г. 222 с.). Как правило, инфракрасные обогреватели своей нагретой поверхностью направляются на объект обогрева. Для локального ИК-обогрева сельскохозяйственных помещений источник обогрева устанавливается над местом обитания животных и птицы. Все конструкции современных источников локального ИК-обогрева (электрические, газовые и др.) не обеспечивают:Known methods of local infrared heating (IR heating), implemented using infrared heaters of various designs (Bramston MA "Infrared radiation of heated bodies" M .: Nauka, 1964. 222 S.). As a rule, infrared heaters with their heated surface are directed to the object of heating. For local infrared heating of agricultural premises, a heating source is installed above the habitat of animals and birds. All designs of modern sources of local infrared heating (electric, gas, etc.) do not provide:
- уровень оптимальной интенсивности в области локального обогрева при необходимой высоте подвеса облучателя;- the level of optimal intensity in the area of local heating at the required height of the suspension of the irradiator;
- равномерный обогрев поверхности (с минимальным продольным тепловым градиентом).- uniform surface heating (with a minimum longitudinal thermal gradient).
Это объясняется тем, что в ИК-облучателях отсутствует система концентрации и направленного распределения диффузионного лучистого потока в область локального обогрева. Как правило, ИК-облучатели вместе с их рефлекторами обеспечивают передачу до 25% лучистого потока в зону локального обогрева. Суть проблемы заключается в том, что общий радиационный поток Ф(1,α) от ИК-облучателя определяется:This is explained by the fact that in IR irradiators there is no system of concentration and directional distribution of the diffusive radiant flux into the local heating region. As a rule, IR-irradiators together with their reflectors provide transmission of up to 25% of the radiant flux to the local heating zone. The essence of the problem lies in the fact that the total radiation flux f (1, α) from the IR irradiator is determined:
где Фи - радиационный поток от ИК-источника (керамического насадка, металлического конуса или цилиндра, электронагревателя и др.),where f and is the radiation flux from the IR source (ceramic nozzle, metal cone or cylinder, electric heater, etc.),
Фрф[Кф(1,α)] - радиационный поток от рефлектора облучателя, формирующийся за счет конструктивных особенностей источника ИК-излучения и формы рефлектора и определяющийся коэффициентом формы Кф(1,α). Основными характеристиками коэффициента формы рефлектора являются: рабочий параметр 1 (высота грани или длинна рабочей поверхности и др.), угол α между нормалью к поверхности локального облучения и высотой грани (рабочей поверхности) рефлектора.F rf [K f (1, α)] is the radiation flux from the reflector of the irradiator, which is formed due to the design features of the IR radiation source and the shape of the reflector and is determined by the shape coefficient K f (1, α). The main characteristics of the reflector shape factor are: operating parameter 1 (face height or length of the working surface, etc.), angle α between the normal to the local irradiation surface and the height of the face (working surface) of the reflector.
Экспериментально установлено:Experimentally established:
При этом увеличение теплового потока выше max Фрф приводит к значительному повышению металлоемкости (габаритов) рефлектора. Экспериментально величинаIn this case, an increase in the heat flux above max F rf leads to a significant increase in the metal consumption (dimensions) of the reflector. Experimental value
и определяет максимальный уровень теплового потока при оптимальном угле α0 расположения поверхностей рефлектора относительно нормали к поверхности локального облучения. В этом случае при α=α0 повышается равномерность излучения во всей зоне локального обогрева. Для организации оптимального радиационного потока Фрф тепловой баланс на грани (рабочей поверхности) рефлектора описывается формулой:and determines the maximum level of heat flux at an optimal angle α 0 of the location of the reflector surfaces relative to the normal to the local exposure surface. In this case, when α = α 0, the uniformity of radiation in the entire zone of local heating increases. To organize the optimal radiation flux f rf the heat balance on the edge (working surface) of the reflector is described by the formula:
где Фλ - тепловой поток вдоль грани (рабочей поверхности) рефлектора;where Фλ is the heat flux along the face (working surface) of the reflector;
Фр - радиационный поток от внешней поверхности рефлектора в окружающую среду.F p - radiation flux from the outer surface of the reflector into the environment.
Согласно соотношению (5) для увеличения теплового потока Ф величины Фλ и Фр должны быть сведены к минимуму, например, путем теплоизоляции внешней поверхности рефлектора материалом с коэффициентом теплопроводности 0,05-0,15 Вт/мК и со степенью черноты полного нормального излучения 0,02-0,3.According to relation (5), in order to increase the heat flux Φ, the quantities Φλ and Φ p must be minimized, for example, by thermal insulation of the outer surface of the reflector with a material with a thermal conductivity of 0.05-0.15 W / mK and with a degree of blackness of the total normal radiation 0 , 02-0.3.
Техническим результатом изобретения является обеспечение уровня оптимальной интенсивности в области локального обогрева при необходимой высоте подвеса облучателя и обеспечение равномерного обогрева поверхности.The technical result of the invention is to provide the level of optimal intensity in the field of local heating at the required height of the suspension of the irradiator and to ensure uniform heating of the surface.
Технический результат достигается тем, что способ включает источник инфракрасного обогрева с длиной волны от 0,5 до 7 мкм, введенный в рефлектор, при этом при постоянной высоте подвеса обогревателя определяют тепловые потоки вдоль локальной поверхности обогрева: тепловой поток от источника ИК-обогрева, тепловой поток от инфракрасного обогревателя, тепловой поток от рефлектора как разность между тепловым потоком инфракрасного обогревателя и тепловым потоком от источника ИК-обогрева в зависимости от высоты (грани) рабочей поверхности рефлектора, находят максимум теплового потока рефлектора в зависимости от соответствующей ему высоты (грани) рабочей облучаемой поверхности рефлектора, определяют оптимальную высоту (грани) рефлектора, соответствующую максимуму теплового потока, при этом при оптимальной высоте грани рефлектора находят зависимость теплового потока рефлектора от изменения угла между нормалью к облучаемой поверхности и высотой (грани) боковой поверхности рефлектора, при теплоизоляции ее внешней поверхности, например, материалом с коэффициентом теплопроводности 0,05-0,15 Вт/м К со степенью черноты полного нормального излучения 0,02-0,3, а оптимальное значение угла для рефлектора выбирают соответствующим максимуму теплового потока ИК-излучения.The technical result is achieved in that the method includes an infrared heating source with a wavelength of 0.5 to 7 μm, introduced into the reflector, while at a constant height of the heater suspension, heat fluxes are determined along the local heating surface: heat flux from the IR heating source, heat the flow from the infrared heater, the heat flux from the reflector as the difference between the heat flux of the infrared heater and the heat flux from the source of infrared heating, depending on the height (face) of the working surface ref of the reflector, find the maximum of the heat flux of the reflector depending on the corresponding height (face) of the working irradiated surface of the reflector, determine the optimal height (face) of the reflector corresponding to the maximum of the heat flux, while at the optimum height of the face of the reflector find the dependence of the heat flux of the reflector on the change in the angle between normal to the irradiated surface and the height (face) of the side surface of the reflector, when thermal insulation of its external surface, for example, with a material with a coefficient of heat and heat NOSTA 0.05-0.15 W / m K at the normal full level of radiation emissivity 0.02-0.3, and the optimal value for the angle of the reflector is selected corresponding to the maximum heat flux of infrared radiation.
На фиг.1-5 пояснено выполнение способа. На фиг.1 показана схема тепловых потоков в инфракрасном обогревателе. На фиг.2 представлена схема тепловых потоков в рефлекторе обогревателя:Figure 1-5 explains the implementation of the method. Figure 1 shows a diagram of heat fluxes in an infrared heater. Figure 2 presents a diagram of heat fluxes in the reflector of the heater:
1 - источник ИК-излучения;1 - source of infrared radiation;
2 - рефлектор;2 - reflector;
Фλ - плотность потока теплопроводностью;Фλ is the flux density of thermal conductivity;
Фр - плотность радиационного потока;Ф р - radiation flux density;
Фрф - плотность потока от рефлектора.F rf is the flux density from the reflector.
На фиг.3 показано изменение плотности потока источника излучения Фи к плотности потока от рефлектора Фрф вдоль координаты Х в области локального ИК-обогрева. На фиг.4 представлено изменение плотности потока излучения Фрф от рефлектора в зависимости от обобщенной высоты грани рабочей поверхности рефлектора. На фиг.5 показано изменение плотности потока излучения Фрф от рефлектора в зависимости от угла α. На фиг.6 изображено изменение плотности теплового потока Фи при удалении от центра проекции керамического насадка (источника нагрева).Figure 3 shows the change in the flux density of the radiation source f and to the flux density from the reflector f rf along the X coordinate in the area of local infrared heating. Figure 4 presents the change in the radiation flux density Ф rf from the reflector depending on the generalized height facets of the working surface of the reflector. Figure 5 shows the change in the radiation flux density Ф rf from the reflector depending on the angle α. Figure 6 shows the change in the density of the heat flux Φ and when moving away from the center of the projection of the ceramic nozzle (heating source).
На фиг.7 представлено изменение плотности теплового потока Фрф от рефлектора при источнике облучения газовой ИК-горелки Фи от центра проекции керамического насадка на облучаемой поверхности.Figure 7 presents the change in the density of the heat flux f rf from the reflector at the source of irradiation of the gas infrared burner f and from the center of the projection of the ceramic nozzle on the irradiated surface.
На фиг.8 показано изменение плотности теплового потока Фрф в зависимости от обобщенной высоты грани рефлектора газовой ИК-горелки с керамическим насадком.On Fig shows the change in heat flux density Ф rf depending on the generalized height of the face of the reflector of a gas infrared burner with a ceramic nozzle.
На фиг.9 показано изменение плотности теплового потока на облучаемой поверхности в зависимости от изменения угла α между нормалью к облучаемой поверхности и высотой грани (рабочей) поверхности рефлектора газовой ИК-горелки.Figure 9 shows the change in heat flux density on the irradiated surface depending on the change in the angle α between the normal to the irradiated surface and the height of the face (working) surface of the reflector of a gas infrared burner.
На фиг.10 представлено изменение прироста лучистого КПД рефлектора газовой ИК-горелки в зависимости от обобщенной высоты грани (рабочей) поверхности рефлектора.Figure 10 shows the change in the increase in the radiant efficiency of the reflector of a gas IR burner depending on the generalized height of the face (working) surface of the reflector.
На фиг.11 показано изменение плотности лучистого потока газовой ИК-горелки с заводским рефлектором и с рефлектором, изготовленным по предлагаемому способу.Figure 11 shows the change in the density of the radiant flux of a gas infrared burner with a factory reflector and with a reflector made by the proposed method.
Для ИК-обогревателей любого типа потоков на фиг.1 показано направление в них тепловых потоков Фи и Фрф (соотношение (1)), а на фиг.2 показано направление тепловых потоков рассеивания в рефлекторе за счет переноса тепла теплопроводностью Фλ вдоль рабочей поверхности 2, излучением от рефлектора Фрф и радиационным потоком рассеяния Фр в окружающую среду.For infrared heaters of any type of flux, Fig. 1 shows the direction of heat fluxes Φ and Φ ff in them (relation (1)), and Fig. 2 shows the direction of heat fluxes of dissipation in the reflector due to heat transfer by the thermal conductivity Φλ along the working
Для любого типа ИК-обогревателей предлагаемый способ выполняется следующим образом. Определяется изменение теплового потока источника ИК-излучения Фи вдоль поверхности локального обогрева, фиг.3. Определяется изменение Ф(1,α) всего радиационного потока от ИК-обогревателя, фиг.3, согласно соотношению (1), вдоль поверхности локального обогрева. При известном изменении значения Фи и Ф(1,α) у поверхности локального ИК-обогрева определяют изменение плотности теплового потока от рефлектора обогревателя, Фрф, (соотношение (1)), фиг.2, при угле α=const и изменении (l=lmax высота рабочей грани рефлектора, когда температура на его нижнем торце равна температуре окружающей среды), фиг.4. Находят величину фиг.4, рабочей грани рефлектора, соответствующую max При известном значении высоты рабочей грани рефлектора определяют изменение плотности теплового потока от рефлектора обогревателя Фрф, при изменении угла α находят угол α=α0 при max For any type of infrared heaters, the proposed method is as follows. The change in the heat flux of the source of infrared radiation F and along the surface of the local heating is determined, Fig.3. The change Φ (1, α) of the entire radiation flux from the infrared heater is determined, Fig. 3, according to relation (1), along the local heating surface. With a known change in the values of Ф and and Ф (1, α) at the surface of the local infrared heating, the change in the heat flux density from the heater reflector, Ф рф , (relation (1)), FIG. 2, at an angle α = const and change (l = l max the height of the working face of the reflector when the temperature at its lower end is equal to the ambient temperature), Fig. 4. Find the value figure 4, the working face of the reflector corresponding to max With a known value of the height of the working face of the reflector determine the change in heat flux density from the heater reflector Ф rf , when changing the angle α, find the angle α = α 0 at max
Рефлектор с и α=α0 можно считать оптимальным для ИК-обогревателя.Reflector with and α = α 0 can be considered optimal for an infrared heater.
Пример. Для реализации предлагаемого способа применительно к ИК-горелке с керамическим насадком температурой 800°С выполняются следующие операции.Example. To implement the proposed method in relation to an infrared burner with a ceramic nozzle with a temperature of 800 ° C, the following operations are performed.
1. Определяется изменение плотности теплового потока Фи от источника ИК-излучения горелки, фиг.6, на облучаемой поверхности вдоль координаты X.1. Determine the change in heat flux F and the burner from a source of infrared radiation, Figure 6, on the exposed surface along the coordinate X.
2. Определяется изменение плотности теплового потока Фрф от рефлектора при постоянной плотности потока источника излучения горелки Фи, исходя из соотношения (1) при l=const и α=const на облучаемой поверхности вдоль координаты X, фиг.7.2. The change in the heat flux density Ф rf from the reflector is determined at a constant flux density of the burner radiation source Ф and , based on relation (1) with l = const and α = const on the irradiated surface along the coordinate X, Fig. 7.
3. Находят максимум теплового потока рефлектора Фрф (при теплоизоляции его внешней стороны и минимальной лучистой составляющей его внешней поверхности) в зависимости от обобщенной высоты грани рабочей поверхности рефлектора, при α=const, фиг.8. Величина lmax это максимальная высота грани рабочей поверхности рефлектора фиг.4, 5, при которой температура на ее нижнем торце равна температуре окружающей среды. Определяют высоту грани рабочей поверхности рефлектора, при которой имеет место max 3. Find the maximum heat flux of the reflector f rf (with thermal insulation of its outer side and the minimum radiant component of its outer surface) depending on the generalized height of the face of the working surface reflector, with α = const, Fig. 8. The value of l max is the maximum height of the face of the working surface of the reflector of Fig.4, 5, at which the temperature at its lower end is equal to the ambient temperature. Determine the height of the face of the working surface of the reflector, at which max
4. При длине грани рабочей поверхности рефлектора определяют зависимость теплового потока рефлектора Фрф от изменения угла α между нормалью к облучаемой поверхности и высотой грани рабочей поверхности рефлектора, фиг.9. Определяют оптимальный угол αопт раскрытия рефлектора при max Принимают оптимальными значения и α=α0 для данного типа рефлектора ИК-горелки.4. When the length of the face of the working surface of the reflector determine the dependence of the heat flux of the reflector f rf from a change in the angle α between the normal to the irradiated surface and the height of the face of the working surface of the reflector, Fig.9. Determine the optimal angle α opt disclosure of the reflector at max Take optimal values and α = α 0 for this type of reflector IR burner.
5. Определяют изменение лучистого КПД рефлектора горелки как отношение η=Фрф/(Фи+Фрф) при α=αопт. Как видно из фиг.10, при введении рефлектора с длиной l=lр прирост КПД изменяется от 18% до 62%.5. The change in the radiant efficiency of the burner reflector is determined as the ratio η = Ф rf / (Ф and + Ф rf ) at α = α opt . As can be seen from figure 10, with the introduction of a reflector with a length l = l p the increase in efficiency varies from 18% to 62%.
Для прирост КПД ИК-горелки падает, некоторое повышение КПД горелки при приводит к увеличению площади рефлектора до трех раз, что является экономически невыгодным.For the increase in the efficiency of the IR burner decreases, a slight increase in the efficiency of the burner at leads to an increase in reflector area up to three times, which is economically disadvantageous.
Для ИК-горелки, имеющей рефлектор и α=αопт, получена возможность увеличения плотности локального лучистого потока в 2-2,5 раза, фиг.11.For an IR burner having a reflector and α = α opt , it was possible to increase the density of the local radiant flux by 2-2.5 times, Fig.11.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002135471/06A RU2249770C2 (en) | 2002-12-30 | 2002-12-30 | Method of optimal local infrared heating |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002135471/06A RU2249770C2 (en) | 2002-12-30 | 2002-12-30 | Method of optimal local infrared heating |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002135471A RU2002135471A (en) | 2004-08-20 |
RU2249770C2 true RU2249770C2 (en) | 2005-04-10 |
Family
ID=35612018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002135471/06A RU2249770C2 (en) | 2002-12-30 | 2002-12-30 | Method of optimal local infrared heating |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2249770C2 (en) |
-
2002
- 2002-12-30 RU RU2002135471/06A patent/RU2249770C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
БРАМСТОН М.А., Инфракрасное излучение нагретых тел, Наука, Москва, 1964, с.222. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI501703B (en) | Electric heater | |
AU2008261194B2 (en) | Radiator apparatus | |
JPWO2005051043A1 (en) | Infrared bulb and heating device | |
US4563572A (en) | High-efficiency task heater | |
Lee et al. | Experimental and numerical analysis of a parabolic reflector with a radiant heat source | |
RU2249770C2 (en) | Method of optimal local infrared heating | |
ATE93675T1 (en) | RADIANT HEATING ELEMENT FOR COOKING APPLIANCES. | |
US4766288A (en) | Flash fusing reflector cavity | |
JP2007333250A (en) | Far-infrared panel heater | |
EP0930466A3 (en) | Auxiliary heater | |
US5747820A (en) | Infrared radiation source for a gas analyzer and method for generating infrared radiation | |
SU873302A1 (en) | Directly heated cathode | |
US8153998B2 (en) | Temperature radiator | |
KR200243513Y1 (en) | Heating structure with infrared emission function | |
KR100980804B1 (en) | Heating device using radiation and outdoor heating apparatus using the same | |
KR200281387Y1 (en) | Heating Apparatus Using Infrared Rays | |
RU167234U1 (en) | HEAT ENERGY RADIATOR | |
KR100594373B1 (en) | Radiating structures for infrared ray emitter | |
US20200187619A1 (en) | Hair stying device | |
RU2447372C2 (en) | Spheric thermal radiator | |
JPH02152187A (en) | Heating cooker | |
JP2024059644A (en) | Apparatus for non-contact temperature control, method for generating an electromagnetic radiation wavefront, and use of the apparatus for generating a temperature field profile - Patents.com | |
RU2608113C2 (en) | Method of using infrared radiation, mirror electric lamps of ikz type | |
KR20210002453U (en) | Infrared Oven for Post Treatment of Continuous Galvanizing Line | |
JPS60205982A (en) | Light beam radiating heater |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071231 |