CC BY
0Диаграмма - Соотношение чрезвычайных ситуаций природного, техногенного и биолого-социального характера на территории Республики Бурятия за период с 2000 по 2017 гг. (18 лет).
Вывод: На основании изложенного выше, исходя из колебаний (цикличности), которые являются закономерностью для ЧС различного характера, происходящих на территории Бурятии, можно пологать, что после длительного 18 летнего их снижения наступит длительный период их роста, или сохранения на низком количественном уровне.
Список литературы
1. Материалы в государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий РФ от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» за Республику Бурятия за 2000 -2017 гг.
2. Акимов В.А. Риски в природе, техносфере, обществе и экономике / В. А. Акимов, В. В. Лесных, Н. Н. Радаев; МЧС России. - М.: Деловой экспресс, 2004. - 352 с.
3. Менчук В.В. Геоэкологический анализ природных катастроф и стихийных бедствий на территории Республики Бурятия: Монография. -Улан - Удэ: Изд - во ВСГТУ, 2008. - 200 с.
4. Мухин В. И. Исследование систем управления (дидактический материал), -Новогорск: Академия гражданской защиты МЧС России. 1999. - 120 с.
5. Оценка и управление природными рисками. Тематический том / Под ред. А. Л. Рагозина. - М.: Издательская фирма «КРУК», 2003. - 320 с.
О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧАЮЩИХ СТЕКЛЯННЫХ ПАНЕЛЕЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ
Родионов Е.В.
Национальный университет пищевых технологий,
Киев, Украина Шмидко И.Н.
Институт физики полупроводников им.В.Е.Лашкарева НАН Украины,
Киев, Украина
ABOUT POSSIBILITY OF USE OF THERMAL INFRARED GLASS PANELS IN TECHNOLOGICAL
EQUIPMENT
Rodionov E. V.,
National University of Food Technologies, Kiev, Ukraine
Shmidko I.N.
V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine
Аннотация
В данной работе проведены исследования излучательных стеклянных панелей с нагревательным слоем прозрачного полупроводникового оксида. Целью исследований было уменьшение конвекционной составляющей с тыльной поверхности излучательной панели за счет уменьшения излучательной способности нагревательного слоя, а также использования дополнительных конструктивных элементов. Оценена возможность использования инфракрасных стеклянных панелей в технологическом оборудовании с температурой излучающей поверхности до 350 0С.
Abstract
In this work, studies of radiative glass panels with a heating layer of a semiconductor oxide have been carried out. The aim of the study was to reduce the convection component to the radiating capacity of the heating layer, as well as the use of additional structural elements. The possibility of using infrared glass panels in technological equipment with the temperature of the emitting surface up to 3500С is estimated.
Ключевые слова: инфракрасный, тонкопленочный проводящий слой, магнетронное напыление, интегральный тепловой поток.
Keywords: infrared, thin-film conducting layer, magnetron sputtering, integral heat flux.
Как известно, существует три способа передачи тепловой энергии: контактный, конвекционный и тепловым инфракрасным (ИК) излучением.
В последнее время получили достаточно широкое распространение инфракрасные излучатели на стекле. Это связано с высокой, порядка 94%, излучательной способностью стекла[1]. Наиболее широкое использование получили стекла с подогревом, используемые в стеклопакетах с температурой нагрева стекла около 40 0С [2].
Тепловые обогреваемые стеклянные панели достаточно широко производятся в разных странах: Бельгия, Германия, Англия, Китай. Температура таких излучательных панелей в зависимости от потребляемой мощности (600-2000 Вт) составляет 60-150 0С [3].
25
Нами были проведены исследования излуча-тельных стеклянных панелей с нагревательным слоем прозрачного полупроводникового оксида, с размером излучающей поверхности 600х1200 мм2 и мощностью 1,5 кВт[4].
Целью исследований было уменьшение конвекционной составляющей с тыльной поверхности излучательной панели за счет уменьшения излуча-тельной способности нагревательного слоя (Рис. 1), а также использования дополнительных конструктивных элементов. Излучательная способность тонкопленочного нагревательного слоя существенно зависит от технологии получения, состава материала, наличия примесей (Рисунок 1).
мО Н О
о X
ю о о о с о
£ X
мО
ч
<и
V
Ё?
со
к
20
15
10
5
;
12
3 4 567 89 10 11 Способы получения
Рисунок 1 - Зависимость излучательной способности пленок оксида олова от технологии их получения: 1 - катодное распыления [6]; 2 - магнетронное распыление [7, 8, 21]; 3 - высокочастотное (ВЧ) магнетронное распыление [9,10]; 4 - осаждение термическим испарением [11]; 5 - испарение электронным лучом [12]; 6 - осаждение методом пульверизации [13]; 7 - химическое осаждение из газовой фазы [14,15]; 8 - ВЧ катодное распыление [16]; 9 - пиролиз аэрозоли [17,18]; 10 - импульсное лазерное испарение [19]; 11 - осаждение золь-гель технологией [20].
Однако, кроме технологии получения, излуча- чении пленки SnO2. Так мы, используя метод маг-тельная способность существенно зависит от тех- нетронного напыления, могли получить пленки нологических режимов, используемых при полу-
8и02 с излучательной способностью от 21% до
9%.
Кроме того, необходимо было исследовать зависимость изменения температуры излучательной поверхности ИК панели от ее положения и температуры окружающей среды.
На основании полученных результатов необходимо было оценить возможность использования ИК стеклянных панелей в технологическом обору-
довании с температурой излучающей поверхности до 350 0С [5].
Методика измерений.
Для измерения температуры поверхности использовались тепловизионная система (Рисунок 2), инфракрасные датчики температуры (Рисунок 3) и многоканальный измеритель температур (16 температур) с компьютерной обработкой результатов.
Рисунок 2 - Измерение температуры поверхности тепловизионной системой
В первом и втором случае (Рисунок 2, 3), температура измерялась дистанционно, а в третьем -контактным способом в заранее заданных точках.
Для оценки влияния конвекции, на температуру излучающей поверхности рассматривались несколько положений панели по отношению к горизонтали (Рисунок 4).
а б в
Рисунок 4 - Положения излучающей панели по отношению к горизонтали при измерении температуры
поверхности
На рисунке 5 приведены результаты измере- ционном измерении температуры. Точками с циф-ний температуры поверхности при вертикальном рами отмечены точки измерения температуры. размещении излучающей поверхности и дистан-
• • •
1 2 3
•
16
• • • • •
4 5 15 6 7
•
14
•в •9 10е
• 11 •12 13е
Рисунок 5 - Результаты измерений температуры поверхности при вертикальном размещении
излучающей поверхности
а) при температуре окружающей среды 200С:
1, 2, 3 - 128, 129, 128 0С; 15, 14, 16 - 135±10С; 4, 7 - 128 0С; 8, 9, 10 - 130, 131, 130 0С; 5, 6 - 135±10С; 11,
12, 13 - 126, 127, 126 0С.
б) при температуре окружающей среды 400С:
1, 2, 3 - 130, 132, 130 0С; 15, 14, 16 - 137,5±10С; 4, 7- 130 0С; 8, 9, 10 - 133, 134, 133 0С; 5, 6- 137±10С;
11, 12, 13 - 128, 129, 128 0С.
В Таблице 1 приведена зависимость температуры поверхности в измеряемых точках от температуры окружающей среды, меняющейся от 10 до
40 0С. В этих же точках была измерена температуры контактным способом. Данные измерения также приведены в таблице 1.
Таблица 1
Зависимость температуры поверхности в измеряемых точках от температуры окружающей среды
Температура окружающей среды Температура поверхности, измеренная в точках (термопар/пирометр)
2 3 4 9 10 11 15
1° °С 129 129 127 131 130 126 134
128 127 127 129 128 125 134
2° °С 130 129 128 132 131 127 135
129 128 128 131 130 126 135
3° °С 131 130 130 132 134 128 137
130 129 129 130 133 127 137
4° °С 132 131 130 134 133 129 138
132 130 130 132 132 128 137,5
Измерения температуры поверхности излучающей панели в положениях, отличных от вертикального, проводились только контактным способом. При этом термопары закреплялись на поверхности излучающей панели теплопроводящим клеем GD9980.
Как видно из результатов измерений, температура поверхности излучающей панели, определяемая различными методами, отличается незначительно.
В то же время заметно снижение температуры излучающей поверхности, связанное с конвекционной отдачей тепловой энергии. Так по всему периметру нагреваемой поверхности наблюдается понижение температуры поверхности, в особенности в нижней части излучающей панели (Таблица 1).
Измерение температуры поверхности излуча-тельной панели наклонной к горизонту на +300 (излучающая поверхность смотрит вниз, вариант 1) и на - 30° (излучающая поверхность смотрит вверх, вариант 2), показали, что конвекционный отбор тепловой мощности различен, что приводит к изменению поверхностной температуры по всей поверхности.
При варианте 1 температуры на поверхности излучающей панели повышается во всех точках на 1-2 °С по отношению к вертикальному расположению панели, а при варианте 2 понижается на 1-2 °С.
Особенное внимание нами уделено измерению температуры при горизонтальном размещении излучающей поверхности вниз, т.к. это положение является наиболее используемым при создании технологического оборудования.
Излучающая панель по периметру излучающего стекла имеет теплоизолированный корпус, выступающий под поверхностью стекла на 5 мм.
После установления стационарного (квазистационарного) режима практически по всей излу-
чающей поверхности устанавливается температура 145-146 °С, при этом по всему периметру излучающего слоя на ширину не более 20-30 мм температура изменялась (уменьшалась) не более, чем на 1-1,5°С. При постановке на раме излучающей панели ограничивающего барьера, выступающего над поверхностью стекла на 10-15мм, температура по периметру излучающей поверхности уменьшалась не более, чем на 0,5-0,7°С.
Наиболее вероятным является установление квазистационарного состояния, при котором образуется слой нагретого воздуха, препятствующего подходу к нагреваемой поверхности более холодного воздуха.
Данное заключение подтверждается тем, что при принудительном обдуве поверхности панели воздухом с температурой окружающей среды, температура поверхности стекла уменьшалась. Таким образом, при работе излучательной панели в небольшом замкнутом объеме, в стационарном режиме, после затрат на конвекционный обогрев воздуха в технологической установке, практически вся энергия передается объекту обогрева лучистой энергией плюс энергия, передающаяся нагретым воздухом с температурой, близкой к температуре излучаемой поверхности панели.
Одними из таких технологических установок были созданные на стеклянных излучательных панелях, линия по вжиганию защитного покрытия из порошковой краски на крупноформатных зеркалах 3,2 х 2,4 м2, общая площадь панелей составила около 24 м2 (Рисунок 6) и печь для выпечки хлеба (Рисунок 7), при этом последняя предполагает серийное производство. Для изделий данного типа, а также для различного рода устройств конвейерного типа (сушка, выпечка, обработка инфракрасным излучением) требуются знание диаграммы направленности теплового лучистого потока.
Рисунок 6
Линия по вжиганию защитного покрытия из порошковой краски на крупноформатных зеркалах
Рисунок 7 - Печь для выпечки хлеба
Для определения диаграммы лучистого потока мы использовали инфракрасный пирометрический приемник излучения.
В инструкции по использованию сказано, что для более точного определения температуры, измеряемая поверхность должна быть расположена перпендикулярно к оси измерителя.
Это связано с тем, что термометрический измеритель температуры измеряет интегральный тепловой поток, переводя его в температуру поверхности.
Тем не менее, данный прибор идеально подходит для измерения диаграммы направленности
излучения. На Рисунке 8-2 представлена диаграмма излучения в горизонтальной плоскости с середины излучающей панели, расположенной вертикально. Как видно из диаграммы, основной поток излучения выходит из излучающей панели перпендикулярно ее поверхности.
Установка увеличенной рамки, выступающей над поверхностью стекла на 15^20 мм еще более формирует излучение в направлении, перпендикулярном плоскости излучающей поверхности (Рисунок 8-1).
2
Рисунок 8
Диаграмма излучения в горизонтальной плоскости с установленной увеличенной рамкой (1) и без нее(2)
Таким образом, стеклянные излучательные панели показали свою пригодность не только в технологическом оборудовании с рабочим квазизамкнутым объемом, но возможность их использования в конвейерных системах, например, сушки сельскохозяйственной продукции (зерно, семена, чай, хмель и т.д.), а также различных аптекарских трав и смесей.
Данные инфракрасные излучатели обеспечивают необходимую плотность тепловой энергии с длиной волны излучения, соответствующей максимуму поглощения влаги и температурой, позволяющей сохранить все полезные ингредиенты в материалах, которые сушатся.
Список литературы
1. Ж. Гроссорг. Инфракрасная термография, Из-во Мир, М., 1988, 399 стр.
2. Техническая и справочная информация. Штивер, http://www.shtiever.com/Library.html. Стр 1-4, 13.06.2016.
3. Родионов Е.В. Инфракрасный электообо-гревательный элемент. Пат. Украины №108277. 11.07.2016.
4. Родионов Е.В. Способ получения инфракрасной излучающей панели. Пат. Украины №116929, 25.05.2018.
5. Родионов Е.В., Шмидко И.Н. Инфракрасные нагреватели на стекле с тонкопленочным нагревательным слоем, Science of Europe №7, 4.II, стр. 32-42. 2016.
6. GilleryF.H. et. Al Properties of thin films indium oxide and tin dioxide prepared diodes deposition. J.Vac. Science Technology 1978 v. 15. p №2 p.78
7. Рамбеза С.И. и др. Микроструктура и физические свойства тонких пленок SnO2. Физика и техника полупроводников 2001. Т.15, №7, с.795-800.
8. LytvynenkoJ.N., I.N. Shmidko, E.V. Rodionov//Infrared heaters with thin-film conductive layers were synthesized on the glas by the magnetron sputtering// Pr
9. oblems of Atomic Science and Technology №5 (111) 2017. P.98-102.
10. Симаков В.В, и др. Формирование пленок диоксида олова с вертикально ориентированными нанопорами // Нанотехника, 2011, №3, с.45-46.
11. Ковалев А.В., Родионов Е.В., Шмидко И.Н.// Пленочные нагревательные элементы инфракрасных панелей // Smart and Young №4, 2016, стр. 16-24.
12. Yamazaki T., Muzutami H., Iwqmq Y. // Teplo-electric evaporation and properties of SnO2 thin films// Jap. J. Appl.Rhys. 1982. Pt1 V21 №3.
13. Sohn J.C. ct.al. Properties of SnO2 thin films prepared by e-bean evaporation// Transaction on Electrical and Electronic Materials. 2009 T.10 №4. Р.135-139.
14. Kovalenko V.V. et.al. Surface chemistry of monocrystalline SnO2 effect of thermal treatment and additives // Sensors and Activators B. Chemical 2007 T.126, №1, c.52-55.
15. Lancok J. et.al. Tin oxide films prepared by lasers-assisted metal-organic CVD// Surface and Coating Technology, 2005. T.200, №1, c.1057-1060.
16. Kilic C., Zunger A. // Origins of coexistence of conductivity and transparency in SnO2 // Phisixal Review Letters 2002 т. 88, №9, с.095501, 1-4.
17. Рембеза С.И. и др. Электрофизические и газочувствительные свойства полупроводниковых наноструктурированных пленок SnO2// Физика и техника полупроводников, 2011, Т.45, №5, с. 612616.
18. Boshta M., Mahmoud F.A., Sayed M.H., Characterization of sprayed SnO2thin films for gas sensing applications// Jpurnal of ovonic research. 2010, T.6, №2, p.93-98.
19. Shaw G. et.al Control of semiconducting oxide thin films microstructure by application of on electric during aerosol-assisted chemical vapor deposition// Journal of Material Chemistry. 2005, t.15, №1 c.149-154.
20. Doningeur J.E., Fu L., Pan X.Q.// Effect of crystals defects on the electrical properties in epitaxial tin dioxide thin films // Applied physics letters. 2002, !81.,№27б сю5168-5170.
21. Han S.D., et.al// Influence of the pH values of the sol-gel state on the properties of SnO2 powders, abstained from sol-gel route // Active and Passive Electronic Components, 1995, №18, c.53-60.
22. Tuncolu Y.G. et.al, // Effects of Hydrothernaly Synthesized Power Properties of Electrical and Optical Properties of Magnetron Sputtered SnO2.// Films for Gas Sensor Application, 15-19, Inna, Italy, CIMTEC, 2014 (Ozet).
