Bestrahlungsgeräte und Anlagen zur Infraroterwärmung von Tieren

In der Landwirtschaft werden Allzweckglühlampen, Glühlampen, Röhrenstrahler und elektrische Röhrenheizer (TEN) als Infrarotstrahlungsquellen zur Erwärmung von Tieren verwendet.

Glühlampen.

Glühlampen unterscheiden sich in Spannung, Leistung und Bauform. Das Design von Glühlampen hängt von ihrem Verwendungszweck ab. Der Glaskolben, dessen Durchmesser von der Leistung der Lampe abhängt, ist am Sockel mit einem speziellen Mastix verstärkt. Am Sockel befindet sich ein Schraubgewinde zur Befestigung in der Fassung, mit der die Lampe an das Netzwerk angeschlossen wird. Zur Herstellung des Glühfadens der Lampe wird Wolfram verwendet. Um die Streuung von Wolfram zu reduzieren, wird die Lampe mit einem Inertgas (z. B. Argon, Stickstoff usw.) gefüllt.

Die Hauptparameter der Glühlampe:

• Nennspannung,

• elektrische Energie,

• Lichtstrom,

• durchschnittliche Brenndauer.

Allzweckglühlampen sind in 127 und 220 V erhältlich.

Die elektrische Wattzahl von Glühlampen wird als Durchschnittswert für die Nennspannung angegeben, für die die Lampe ausgelegt ist. In der Landwirtschaft werden überwiegend Glühlampen mit einem Leistungsbereich von 40 bis 1500 W eingesetzt.

Der Lichtstrom einer Glühlampe ist direkt proportional zur elektrischen Leistung der Lampe und der Temperatur des Glühfadens; Bei Lampen, die 75 % ihrer Nennlebensdauer durchgebrannt haben, ist eine Verringerung des Lichtstroms um 15-20 % des Anfangswertes zulässig.

Beachten Sie bei der Verwendung von Beleuchtungslampen zum Erwärmen von Tieren, dass hohe Lichtstärken die Tiere reizen können.

Die durchschnittliche Brenndauer einer Glühlampe wird hauptsächlich durch das Zerstäuben von Wolfram bestimmt. Bei den meisten Allzweck-Glühlampen beträgt die durchschnittliche Brenndauer 1000 Stunden.

Änderungen der Netzspannung gegenüber dem Nennwert führen zu Änderungen des von der Lampe abgegebenen Lichtstroms sowie der Leistung und Lebensdauer. Bei einer Spannungsänderung um ± 1 % ändert sich der Lichtstrom der Lampe um ± 2,7 % und die durchschnittliche Brenndauer um ± 13 %.

Glühlampen mit reflektierender Schicht. Um den Strahlungsfluss auf einen bestimmten Bereich zu lenken, werden Lampen mit einem Spiegel und einer diffusen Reflexionsschicht verwendet, die von innen auf den oberen Teil des Leuchtmittels aufgebracht wird.

Wärmeabgebende Lampen.

Bei diesen Strahlungsquellen handelt es sich um „Licht“-Emitter, die aus einer Wolfram-Monospule und einem Reflektor bestehen, bei dem es sich um die innere aluminisierte Oberfläche der Glühbirne mit einem speziellen Profil handelt. Die Verteilungskurve des Strahlungsflusses Ф (λ) entlang des Spektrums für Lampen vom Typ IKZ ist in Abb. 1 dargestellt. 1.

Reis. 1.Verteilung des Strahlungsflusses entlang des Spektrums der Lampen IKZ 220-500 und IKZ 127-500.

Reis. 2. Verteilung des Strahlungsflusses entlang des Spektrums der Lampen IKZK 220-250 und IKZK 127-250.

In Abb. In Abb. 2 zeigt die Strahlungsflussverteilungskurve entlang des Spektrums von Lampen der Typen IKZK 220-250 und IKZK 127-250.

Bei der Bezeichnung des Lampentyps bedeuten die Buchstaben: IKZ – Infrarotspiegel, IKZK 220-250 – Infrarotspiegel mit lackierter Glühbirne; Die Zahlen hinter den Buchstaben geben die Netzspannung und die Leistung der Strahlungsquelle an. Die Lampe ist ein paraboloider Glaskolben. Ein Teil der Oberfläche der Lampe ist von innen mit einer dünnen reflektierenden Silberschicht bedeckt, um den Strahlungsfluss in eine bestimmte Richtung zu konzentrieren.

Ein sehr wichtiger Parameter von Glaskolben, der die Lebensdauer der Lampen beeinflusst, ist ihre Hitzebeständigkeit, also die Fähigkeit, plötzlichen Temperaturschwankungen standzuhalten. Um die Hitzebeständigkeit durch Änderung der Zusammensetzung der Charge beim Glasschmelzen zu erhöhen, ist es notwendig, ihre Wärmekapazität und ihren Temperaturkoeffizienten der linearen Ausdehnung zu verringern sowie die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.

Abhängig von der Form des Kolbens weisen die Lampen eine unterschiedliche Verteilung des Strahlungsflusses auf: entweder konzentriert entlang der Achse (bei einem Parabolkolben) oder breit, in einem Raumwinkel von etwa 45° (bei einem Kugelkolben). Zu beachten ist der Vorteil der Verwendung von Lampen mit Kugelkolben in der landwirtschaftlichen Produktion: Diese Lampen sorgen für eine gleichmäßigere Strahlungsverteilung in der Heizzone.

Im Inneren der Glühbirne ist ein Wolfram-Glühfadenkörper befestigt. Das Glühfadenmaterial des Glühkörpers verdampft im Vakuum, setzt sich auf der Innenfläche des Kolbens ab und bildet einen schwarzen Belag.Dies führt zu einer Verringerung des Lichtstroms aufgrund der intensiveren Absorption durch das Glas.

Um die Lebensdauer der Lampe zu erhöhen und die Verdampfungsrate des Glühfadenkörpers zu verringern, wird der Kolben mit einer Mischung aus Inertgasen (Argon und Stickstoff) gefüllt.

Durch die Anwesenheit von Gas entstehen Wärmeverluste durch Wärmeleitung und Konvektion. Bei gasgefüllten Lampen wird der Kolben nicht nur durch die Strahlung des Glühfadens erhitzt, sondern auch durch Konvektion und Leitung des Füllgases. Das Erhitzen des Gases in einer 500-W-Lampe verbraucht also 9 % der zugeführten Energie.

Bei leistungsstarken Lampen mit einem massiven Glühfadenkörper wird der Anstieg des Wärmeverlusts durch das Gas durch die starke Abnahme der Streuung des Glühfadens vollständig kompensiert, sodass sie immer mit Gas abgegeben werden.

Im Gegensatz zu Vakuumlampen hängt die Temperatur einzelner Abschnitte von Inertgasflaschen von ihrer Betriebsposition ab. Wenn Sie beispielsweise den Kolben auf den Kopf stellen, können Sie die Erwärmung der Metall-Glas-Verbindung von 383–403 auf 323–343 K reduzieren.

Der Strahlungsfluss hängt von der Körpertemperatur des Filaments ab. Eine Temperaturerhöhung beschleunigt die Verdampfung von Wolfram und erhöht den Anteil des sichtbaren Lichts am Strahlungsfluss. Daher wird bei Lampen vom Typ IKZ, bei denen Infrarotstrahlung wirksam ist, die Arbeitstemperatur des Glühfadens von 2973 K (wie bei einer Glühlampe) auf 2473 K gesenkt, was zu einer Verringerung der Lichtausbeute um 60 % führt. Dadurch können bis zu 70 % des verbrauchten Stroms in Infrarotstrahlung umgewandelt werden.

Durch die Senkung der Glühfadentemperatur konnte die Lebensdauer von Infrarotlampen von 1000 auf 5000 Stunden erhöht werden.Die Strahlung des Glühkörpers mit einer Wellenlänge von mehr als 3,5 Mikrometern (7-8 % des Gesamtlichtstroms) wird vom Glas des Kolbens absorbiert, was die Ursache für häufige vorzeitige Ausfälle der Lampen aufgrund von Temperaturstößen ist.

Die Strahlung einer IKZ-Lampe in einem Abstand von 50–400 mm zur beheizten Oberfläche variiert zwischen 2 und 0,2 W/cm2.

Diagramme der Energiestrahlung einer Infrarot-Spiegellampe IKZ mit einer Leistung von 250 W bei einer Aufhängehöhe: 1 — 10 cm, 2 — 20 cm, 3 — 30 cm, 4 — 40 cm, 5 — 50 cm, 6 — 60 cm, 7 — 80 cm...

Zur Wärmeübertragung durch Strahlung können gewöhnliche Glühlampen mit einer Wolframwendel und einem kugelförmigen Kolben verwendet werden. Die Erhöhung der Strahlungseffizienz wird durch die Versorgung mit Spannung erreicht, deren Wert 5-10 % unter dem Nennwert liegt; Zusätzlich müssen im Gerät polierte Aluminiumreflektoren verbaut sein.

Röhren-Infrarotstrahler.

Röhrenquellen für Infrarotstrahlung werden konstruktionsbedingt in zwei Gruppen eingeteilt – mit Heizkörpern aus Metallwiderstandslegierungen und Wolfram. Das erste ist ein Rohr aus gewöhnlichem oder feuerfestem Glas mit einem Durchmesser von 10–20 mm; Im Inneren des Rohrs befindet sich entlang der Mittelachse ein Körper mit einem spiralförmigen Faden, an dessen Enden eine Versorgungsspannung angelegt wird. Solche Emitter sind nicht weit verbreitet. Sie werden in der Regel zur Raumheizung eingesetzt.

Wolfram-Glühfadenstrahler ähneln im Design Glühlampen. Der Heizkörper in Form einer Wolframspirale befindet sich entlang der Rohrachse und ist auf Molybdänhaltern befestigt, die mit einem Glasstab verlötet sind. Ein Röhrenstrahler kann mit einem Außen- oder Innenreflektor hergestellt werden, der durch Verdampfen von Silber oder Aluminium im Vakuum entsteht. In Abb.3 zeigt den Aufbau eines solchen IR-Strahlers.

Die spektrale Verteilung der Strahlung von Röhrenstrahlern ähnelt der von Röhrenstrahlern; Die Heiztemperatur beträgt 2100-2450 K.

Reis. 3. Aufbau einer konventionellen Röhren-IR-Quelle. 1 – Basis; 2 – Stab; 3 – Feder, die die Stange trägt; 4 – Halter für Molybdän; 5 – Glasstab; 6 – Elektroden; 7 – Wolframfaden; 8 – Glasröhre.

Rohrheizkörper mit geringer Leistung (100 W) können in der Landwirtschaft häufig zum Heizen von Jungtieren und Geflügel eingesetzt werden. In Frankreich werden sie daher zum Erhitzen von Junggeflügel in Käfigen verwendet. Die Heizkörper werden direkt an der Käfigdecke in einer Höhe von 45 cm installiert und sorgen für eine gleichmäßige Erwärmung von 40 Hühnern.

Röhrenlampen können erfolgreich bei der Schaffung kombinierter Bestrahlungs- und Beleuchtungsanlagen für junge Nutztiere und Geflügel eingesetzt werden, insbesondere wenn man bedenkt, dass UV-Lampen und Lampen zur Erythembeleuchtung ebenfalls eine Röhrenkonstruktion haben.

Quarz-IR-Strahler.

Quarz-IR-Strahler ähneln den oben beschriebenen, außer dass ein Quarzglasrohr verwendet wird. Wir beschränken uns hier auf die Betrachtung von Quarz-IR-Strahlern mit Wolfram-Heizelementen.

Reis. 4. Gerät für Infrarotlampe mit Glühfaden Typ KI 220-1000.

Abbildung 4 zeigt das Gerät eines Quarzrohremitters – eine Lampe vom Typ KI (KG). Zylinderkolben 1 mit einem Durchmesser von 10 mm besteht aus Quarzglas, das im IR-Spektralbereich eine maximale Transmission aufweist. 1-2 mg Jod werden in einen Kolben gegeben und mit Argon gefüllt. Der in Form einer Monospule ausgeführte Lichtkörper 2 ist entlang der Rohrachse auf Wolframstützen 3 montiert.

Der Eingang zur Lampe erfolgt über in Quarzschenkel 4 eingelötete Molybdänelektroden. Die Enden der Glühwendel sind mit dem Innenteil der Hülsen 5 verschraubt. Die zylindrischen Sockel 6 bestehen aus einem Nickelstreifen mit einer Naht, in der die äußere Molybdändrähte sind verschweißt 7. Die Temperatur der Sockel der Quarzstrahler sollte 573 K nicht überschreiten. In diesem Zusammenhang ist eine Kühlung der Strahler während des Betriebs in Bestrahlungsanlagen zwingend erforderlich.

In Kombination mit einem Spiegelreflektor in Form eines elliptischen Zylinders erzeugen Quarzlampen eine sehr hohe Bestrahlungsstärke. Wenn Spiegellampen Strahlung bis zu 2-3 W/cm2 liefern, kann mit einer Quarzlampe mit Reflektor eine Strahlung bis zu 100 W/cm2 erzielt werden.

Quarzstrahler mit Wolfram-Heizelementen werden von Unternehmen wie Osram, Philips, General Electric usw. hergestellt. W für Spannung 110/130 und 220/250 V. Die Lebensdauer dieser Lampen beträgt 5000 Stunden.

Die Verteilung der Strahlungsenergie der Lampe KI-220-1000 über das Spektrum ist in Abb. dargestellt. 5. Die spektrale Zusammensetzung der von Quarzlampen erzeugten Strahlung ist dadurch gekennzeichnet, dass es im Bereich von Wellenlängen größer 2,5 Mikrometer ein zweites Maximum gibt, das durch die Strahlung einer beheizten Röhre verursacht wird. Durch die Zugabe von Jod zur Glühbirne wird das Sputtern des Wolframs verringert und somit die Lebensdauer der Lampe erhöht. Bei Infrarot-Quarzlampen führt eine Erhöhung der Spannung über den Nennwert nicht zu einer starken Verkürzung der Lebensdauer, weshalb eine stufenlose Anpassung des Strahlungsflusses durch Änderung der angelegten Spannung möglich ist.

Reis. 5. Verteilung des Strahlungsenergiespektrums einer Lampe vom Typ KI 220-1000 bei verschiedenen Lampenspannungen.

Infrarot-Quarzlampen mit Jodzyklus haben folgende Vorteile:

• hohe spezifische Strahlungsdichte;

• Stabilität des Strahlungsflusses während der Betriebsdauer. Der Strahlungsfluss am Lebensende beträgt 98 % des ursprünglichen;

• kleine Abmessungen;

• Fähigkeit, langfristigen und großen Überlastungen standzuhalten;

• die Möglichkeit, den Strahlungsfluss in einem weiten Bereich durch Änderung der zugeführten Spannung stufenlos anzupassen.

Die Hauptnachteile dieser Lampen:

• bei Hülsentemperaturen über 623 K wird Quarz durch thermische Ausdehnung zerstört;

• Die Lampen dürfen nur in horizontaler Lage betrieben werden, da sich sonst der Glühkörper durch sein Eigengewicht verformen kann und der Jodkreislauf durch die Jodkonzentration im unteren Teil der Röhre gestört wird.

Infrarotlampen mit Jodkreislauf werden auf verschiedenen landwirtschaftlichen Flächen zum Trocknen von Farben und Lacken eingesetzt; zum Erwärmen von Nutztieren (Kälber, Ferkel usw.).

Strahler mit Infrarotlampen.

Um die Infrarotlampen vor mechanischer Beschädigung und Wassertropfen zu schützen sowie den Strahlungsfluss im Raum neu zu verteilen, werden spezielle Armaturen eingesetzt. Die Strahlungsquelle wird zusammen mit dem Gerät als Stromversorgung bezeichnet.

Bestrahlungsgeräte mit verschiedenen Infrarotlampen werden in der Tierhaltung häufig zur lokalen Erwärmung von Jungtieren und Geflügel eingesetzt.