CC BY
3
Свиридова И. В. ассистент кафедры прикладной информатики и информационных технологий
НИУ «БелГУ» Россия, г. Белгород Гончаров Д.В. ассистент кафедры информационных и робототехнических систем НИУ «БелГУ» Россия, г. Белгород Гурьянова О.И. преподаватель СПО Инжиниринговый колледж
НИУ «БелГУ» Россия, г. Белгород Бундюк Р. студент
Инжиниринговый колледж НИУ «БелГУ» Россия, г. Белгород
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ В ПРИБОРАХ
ОТОПЛЕНИЯ
Аннотация: Полупроводниками называют вещества, обладающие электронной проводимостью, занимающей промежуточное положение между металлами и изоляторами. От металлов они отличаются те.м, что носители электр.ического то.ка в них создаются тепловым движе.нием, свето.м, потоком электронов и т..п. источни.ком энерги.и.
Ключевые слова: полупроводниковый рез.истивный н.агреватель.ный элемент; электроконве.ктор; отопительный пр.ибор.
Sviridova I. V.
assistant of the department of applied informatics and information technology
NRU "BelGU" Russia, Belgorod Goncharov D.V.
assistant of the department of information and robotic systems
NRU ""BelGU" Russia, Belgorod Guryanova O.I.
VET Teacher College of Engineering NRU ""BelGU"
Russia, Belgorod Bundyuk R. student Engineering College NRU "BelGU" Russia, Belgorod
USE OF SEMICONDUCTORS IN HEATING DEVICES
Abstract: Semiconductors are substances that h.ave electro.nic conduct.ivity, whic.h occupies a.n intermed.iate posit.ion betwee.n metals a.nd insulato.rs. They d.iffer from met.als in that t.he carriers o.f electric cu.rrent in t.hem are cre.ated by thermal motio.n, light, t.he flow of e.lectrons, etc., a.n energy sou. rce.
Keywords: semiconductor resistive he.ating eleme.nt; electr.ic convecto.r; heating dev. ice.
Важной особенностью, от.крывающей ш.ирокие перс.пективы пр.именения по.лупроводни.ков, являете. я получение с и.х помощью хо.лода и теп.ла более э.кономичным.и путями. Такое испо.льзование по.лупроводни.ков основа. но на термоэ.лектрическ.их явления. х, обратны.х наблюдаю. щимся в тер.моэлемента.х. Ток, воз.никающий в з.амкнутой це.пи термоэле. мента, охл.аждает гор. ячий спай и н.аоборот, по.догревает хо.лодный спа.й. При про.пускании же то.ка через тер.моэлементы в обр.атном напр.авлении вы.деляется те.пло в горяче.м спае и от.нимается те.пло от холо.дного. Оди.н и тот же с. пай двух про. водников пр. и одном на. правлении то.ка нагреваетс.я, а при дру.гом охлажд.ается. Пол.ьзуясь эти.м, можно о.хлаждать воз. дух в холо.дильном шк.афу, в котор.ый помещён о.хлаждаемый с. пай металл. а. Применяя д. ля этой це.ли полупро. водники, х.арактеризу.ющие достаточ.но высокой ве.личиной к..п.д. термоэ.лемента, мо.жно получит.ь в холоди.льном шкафу необходимые н.изкие темпер.атуры.
Акаде.мик А.Ф.Иоффе р.ассчитал, к.акое количест.во тепла бу.дет при это.м выделено. От о.хлаждаемого с. пая отнимаетс.я некоторое ко.личество те.пловой энер.гии
Qo=aToIt,
где a - тер.моэлектрод.вижущая си.ла, в;
• To - абсолют. ная темпер. атура холо.дного спая;
• I - величи.на тока, а;
• t - длител.ьность про. хождения то.ка, сек.
Соответственно в тё.плом спае, абсо.лютную тем.пературу которо.го обознач.им через Ti, выделяетс.я тепловая э.нергия Qi: Qi=aTiIt.
Эта теплов.ая энергия Q1 больше те.плоты Q0, в отноше.нии:
Qi/ Qo= Ti/ To.
Если ограничиться рассмотрением про.цесса на обо.их спаях, то и.х можно оп.исать следу.ющим образо.м: электричес.кий ток от.нимает от хо.лодного сп.ая теплоту Qo и пере. даёт тепло. му спаю бо.льшее количест.во тепла Ql, добавляя не. достающую э.нергию в в.иде электр.ической энер.гии W. К те. плоте Q0, отнимаемо. й от холод. ного спая, доб.авляется э.нергия W, и су.мма их Q0+W= Q1 выделяетс.я на тёпло.м спае.
Из приведе.нных данны.х о величи.нах Q0 и Q1 видно, что от.ношение затр.ачиваемой э.лектрическо.й энергии W к те. плоте Q1, которая ос.вобождаетс.я на тепло. м спае, ра.вно: W/Ql=QlQo/Ql=TlTo/T.
Если абсол.ютная темпер.атура тепло.го спая Т1=300°, что соот.ветствует +.27°C, а те.мпература Т0=270° или -.3°C, то W/Q1=30/300=0,1.
Отсюда сле.дует, что д. ля передач.и в тёплое по.мещение пр.и температуре 27.27°000 ка.л тепла мо.жно было б.ы использо.вать 90 ка.л, взятых от хо.лодной сре.ды (например, от в.нешнего воз. духа) и доб.авить всего 10 к.ал за счёт э.лектроэнер.гии. Поско.льку такое из.влечение те.пла из вне.шнего холо.дного возду.ха или вод. ного резер.вуара легко и досту.пно, возни. кает заманч.ивая возмо.жность, затр.ачивая все. го 10% от в. носимого в по.мещение те.пла за счёт э.лектроэнер.гии, отапл.ивать поме.щение практ.ически за счёт из.влекаемого с.наружи теп.ла. Но про.цесс в тер.моэлектричес.кой батарее не о.граничиваетс.я только в.ыделением и по.глощением те.пла на спа.ях. Вдоль вет.вей самой тер.мобатареи воз.никает пото.к тепла от те.плого спая к хо.лодному, котор.ый противо.действует пере. носу тепла в обр.атном напр.авлении, со.провождающе.му прохожде.ние тока. Кро.ме того, ч.асть электр.ической энер.гии превра.щается в те.пло в обеи.х ветвях тер.моэлемента. В резу.льтате нал.ичия этих д.вух процессо.в использо.вание электроэ.нергии рез.ко снижаетс.я; приходитс.я добавлят.ь не 10% э.лектроэнер.гии, а око.ло 60%; но и т.акой резул.ьтат предст.авляет знач.ительный и.нтерес: затр.ата электроэ.нергии сост.авляет тол.ько около по.ловины теп.лоты, посту.пающей в по.мещение, а ост.альная поло.вина доставляется бо.лее холодн.ым наружны. м воздухом и. ли проточно. й водой пр. и температур. ах, близки. х к нулю.
Чем меньше разность Т1-Т0 по сравнению с Т1, тем выго.днее окажетс.я термоэле.ктрическая б.атарея по ср.авнению с э.лектрическо.й печью со. противлени. я.
Термоэлектрическая батарея обладает и дру.гим важным пре. имуществом. Ес.ли изменит. ь направле.ние тока н.а противопо. ложное, то н.а наружных с. паях начнёт в.ыделяться те.плота Q0, а нагрев.авшие поме.щение спаи бу.дут отнимат.ь теплоту Q1, охлаждая по.мещение. В ж.аркое врем. я года та же тер.мобатарея мо.жет охлажд.ать воздух. Ре.гулируя ве. личину и н.аправление то.ка в батарее, мо.жно поддер. живать в по.мещении од.инаковую те.мпературу пр. и любых те.мпературах в.нешнего воз. духа.
Проблема э.кономии эле.ктрической э.нергии в сфере ст.ационарного ото.пления явл.яется одно.й из самых а.ктуальных. Со. гласно про. веденным
исследованиям, эффективность р.аботы стац.ионарных с.истем отоп.ления с пр.именением э.лектрическ.их конвекторо.в составляет от 40 до 60%.
Электроконвекторы я.вляются са.мыми распространенными э.лектроприбор.ами. Это обус.ловлено их н.изкой себестоимостью, простото.й изготовле.ния и монт.ажа. Электро. конвектор пре.дставляет собо.й защитный де.коративный мет.аллический ко. жух с отверст. иями снизу д. ля поступле.ния холодно. го воздуха и ж.алюзи свер.ху для выхо.да нагрето.го воздуха. Совреме.нные конве.кторы могут э.ксплуатиро.ваться во в. лажных поме.щениях, хоро.шо защищен.ы от брызг во.ды. Отключе.ние питани.я не приво.дит к нару.шению функ.циональных воз.можностей н.агревателе.й, и после по. дачи напря.жения электро.конвектор ср.азу начинает р.аботать. Системы име.ют широкий д.иапазон ре.гулировки те.мператур, в.ысокую точ.ность, воз.можность ко.нтролироват.ь температуру в каждом помещении раздельно. Выход из строя одного конвектора не приводит к нарушению работы всей системы. Оборудование легко ремонтируется, просто в монтаже, экологически безопасно, не выделяет продуктов горения, не изменяет влажность, не сжигает пыль и кислород. Внедрение таких систем идет крайне медленно из-за высокой стоимости импортных систем управления. К недостаткам электроконвекторов следует отнести существенные конвекционные потоки, неравномерность прогрева помещения по высоте, увеличение эксплуатационных затрат на 20-25% по сравнению с теплым полом и излучающими инфракрасными обогревателями.
Недостатками известных приборов является то, что основная теплоотдача (90%) осуществляется естественной конвекцией и лишь 10% -радиационным излучением.
Использованные источники:
1. Д.А.Браун.-Новые материалы в технике. -Издательство "Высшая школа", М.- 1965,194с.
2. А.с. 281651 СССР МПК Н 01 5/00. Полупроводниковый генератор/ Б.С.Муравский. В.И.Кузнецов. Заявл. 03.12.68., Опублик. 21.03.73. Бюл.Ш.
3. Кнаб О.Д. БИСПИН - новый тип полупроводниковых приборов// Электронная промышленность. 1989. N8 4. Шалимова К.В. "Физика полупроводников" Изд. "Энергия" 1976.
