Синтезировали керамический материал, преобразующий энергию первичного источника в инфракрасные импульсы плавлением в фокусе Большой Солнечной Печи мощностью 1 МВт (г.Паркент) как указано в [1-3]. Затем, измельчали в водной среде в планетарных мельницах до среднего размера зерна около 1 мкм. Полученным порошком покрывали лист железа толщиной0,6 мм.
В результате был получен металло-керамический фото-тепло-фотонный преобразователь. В качестве объекта сушки выбраны уплотненные опилки пропитанные водой.
Установка для определения сушки и эффективности передачи энергии показана на рисунке 1. Источником первичного излучения является Солнце.
Рис.1. Схема установки для сушки.
1-без покрытия, 2-керамическое покрытие, 3-опилки, 4- поддоны, 5-железный лист, 6- черная краска
Таблица 1.
Изменение температуры листа и скорости сушки продукта для черного железа и железа, покрытого с внутренней стороны камеры керамикой.
|
Время, мин |
Масса продукта, г 1 |
Темп. на листе железа, oC 1 |
Масса продукта, г 2 |
Темп. на листе железа, oC 2 |
Разница веса, г |
Разница температур, oC |
| 0 | 182,6 | 66 | 182,6 | 62 | 0 | 4 |
| 30 | 163,9 | 63 | 161,4 | 58 | 2,5 | 5 |
| 60 | 147,3 | 57 | 143,4 | 52 | 3,9 | 5 |
| 90 | 134,3 | 59 | 129,1 | 54,5 | 5,2 | 4,5 |
| 120 | 123,4 | 62 | 118,3 | 58 | 5,1 | 4 |
| 150 | 116,3 | 57 | 111,8 | 53,5 | 4,5 | 3,5 |
| 180 облачно | 111 | 52,5 | 107,8 | 47,5 | 3,2 | 5 |
| Остаток | 102,4 | 102,4 |
Условия эксперимента:
Вес поддона 2х82.6 гр.
Продукт – уплотненные опилки пропитанные водой
Лист черного окисленного железа толщиной 0.6 мм. Верх листа окрашен черной НЦ краской
Половина площади нижней части листа железа окрашена керамикой состава n5p
1 – Изменение массы продукта и температуры под непокрытым керамикой листом железа
2 – Изменение массы продукта и температуры под покрытым с нижней стороны керамикой листом железа
Температура листа измерялась пирометром снаружи листа (черная краска)
Температура воздуха 32оС, облачно.
Рис.2. Зависимость скорости сушки продукта для черного железа и железа, покрытого с внутренней стороны камеры керамикой.
Условия эксперимента:
Вес поддона 2х82.6 гр.
Продукт – уплотненные опилки пропитанные водой
Лист черного окисленного железа толщиной 0.6 мм
Верх листа окрашен черной НЦ краской
Половина площади нижней части листа железа окрашена керамикой состава n5p
1 – Изменение массы продукта и температуры под непокрытым керамикой листом железа
2 – Изменение массы продукта и температуры под покрытым с нижней стороны керамикой листом железа
Температура листа измерялась пирометром снаружи листа (черная краска)
Температура воздуха 32оС
Таблица 2.
Изменение температуры внешней поверхности листа и скорости сушки продукта для черного железа и железа, покрытого с внутренней стороны камеры керамикой.
|
Время, мин |
Масса продукта, |
Темп. |
Масса продукта, |
Темп. |
Разница |
Разница |
| 0 | 183,5 | 53,5 | 183,5 | 50,5 | 0 | 3 |
| 30 | 168,5 | 56 | 166,3 | 50 | 2,2 | 6 |
| 60 | 159,1 | 58 | 155,6 | 49 | 3,5 | 9 |
| 90 | 149,1 | 55,5 | 144,3 | 46,5 | 4,8 | 9 |
| 120 | 139,3 | 59 | 133,8 | 54 | 5,5 | 5 |
| 150 | 129,5 | 59 | 123,9 | 55 | 5,6 | 4 |
| 180 | 121,6 | 57 | 116,1 | 52 | 5,5 | 5 |
| 210 | 116 | 38,5 | 111,3 | 34 | 4,7 | 4,5 |
| Остаток | 103,1 | 103,1 |
Условия эксперимента:
Вес поддона 2х83.5 гр.
Продукт – уплотненные опилки пропитанные водой
Лист черного окисленного железа толщиной 0.6 мм. Верх листа окрашен черной НЦ краской
Половина площади нижней части листа железа окрашена керамикой состава n5p
1 – Изменение массы продукта и температуры под непокрытым керамикой листом железа
2 – Изменение массы продукта и температуры под покрытым с нижней стороны керамикой листом железа
Температура листа измерялась пирометром снаружи листа (черная краска)
Облачно, ветер
Температура воздуха 27-28оС
Рис.3. Зависимость скорости сушки продукта для черного железа и железа, покрытого с внутренней стороны камеры керамикой.
Условия эксперимента:
Вес поддона 2х83.5 гр.
Продукт – уплотненные опилки пропитанные водой
Лист черного окисленного железа толщиной 0.6 мм. Верх листа окрашен черной НЦ краской
Половина площади нижней части листа железа окрашена керамикой состава n5p
1 – Изменение массы продукта и температуры под непокрытым керамикой листом железа
2 – Изменение массы продукта и температуры под покрытым с нижней стороны керамикой листом железа
Температура листа измерялась пирометром снаружи листа (черная краска)
Облачно, ветер
Температура воздуха 27-28оС
Данные приведенные в таблицах 1, 2 и на рисунках 2, 3 показывают, что применение функциональной керамики для покрытия нижней части листа, заметно ускоряет процесс сушки. Температура покрытой функциональной керамикой части листа ниже, чем чистой, что обусловлено высокой передачей энергии за счет большего коэффициента излучения функциональной керамики. Характерно, что облачность, ветер и температура окружающей среды, не оказывают заметного влияния на результаты эксперимента – разница в скорости передачи энергии и сушки сохранилась.
Синтезированный и измельченный керамический материал вводили в количестве 0,5-2,0% (масс) в полиэтилен, композит тщательно перемешивали, пропускали через экструдер до получения пленки толщиной 50 мкм.
В результате был получен пленочно-керамический композит с содержанием керамики 0,5; 1,0 и 2,0 % (масс.)
В качестве объекта сушки выбрана морковь, нарезанная кубиками со стороной 5мм.
Рис.4.
Схема установки для сушки показана на рисунке 4. Источником первичного излучения служит лампа 1 мощностью 500 Вт с отражателем О. Интенсивность излучения на поверхности пленок (2 – обычной и 3 – композитной), расположенных на расстоянии 0,8 мсоставляла 1000 Вт/м2. Во время сушки температура на поверхности пленок достигала ~40оС. Одинаковые поддоны с равными массами моркови 5 были расположены на расстоянии4 см от пленок. Через каждые 15 минут измеряли остаточную массу моркови. Данные приведенные на рисунке 5 показывают, что при содержании керамики в пленке 0,5 вес% (кривая 3) сушка происходит быстрее, чем в случае обычной пленки (кривая 1). При 1 вес% керамики через 3 часа достигается полное высушивание продукта и минимальная остаточная масса (кривая 4). Однако увеличение доли керамики до 2 вес% наблюдается резкое снижение эффективности сушки (кривая2).
Рис.5.
Эффект влияния зерен керамики, содержащейся в пленке, объясняется тем, что керамика, поглощая излучение первичного источника, преобразует его в тепло, которое обуславливает перевод его в импульсное ИК излучение в результате накопления и рекомбинации теплогенерированных электронов в поверхностных слоях зерен, где образуется энергетический барьер из-за наличия градиента концентраций примесей. Что касается снижения эффективности сушки при содержании керамики 2 вес% в пленке, можно предположить, что с повышением концентрации зерен растет создаваемое ими затенение и рассеяние излучения первичного источника и ИК импульсов, что и приводит к уменьшению интенсивности проникающих импульсов ИК излучения, ускоряющего процесс сушки.
Библиографический список
- Rakhimov R. Патент США № US 6,251,306 В1. 26.06.01. Infrared radiation emitting ceramic material
- Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Саидов М.С., Гелиотехника, 2005, № 4, с 56-62
- http://www.ks.uz
Добрый день!
Очень интересная статья. А где можно было бы более подробно познакомиться с физическими характеристиками использованных керамических материалов? С такими, как спектры излучения и поглощения, а также частоты и длительности выходных ИК-импульсов в зависимости от условий эксперимента. Интересно также какова с Вашей точки зрения физика преобразования непрерывного излучения в импульсное на этих керамических материалах. Есть ли теория эффекта?
Спасибо.
Михаил Семенович Епифанов