Тепловое аккумулиров ание энергии

Потери при зарядке и разрядке

Не считая некоторых тепловых потерь в трубах, потери, при зарядке и разрядке представляют собой чисто эксерге­тические (т. е. не связаны с потерями энтальпии). К ним от­носятся эксергетические потери в теплообменниках, потери при дросселировании, а также вследствие смешения.

а) Эксергетические потери в теплообменниках. Эксергети­ческие потери в теплообменниках вызваны конечными разно­стями температуры и (в значительно меньшей степени) тре­нием и смешением потоков различной температуры.

На рис. 2.20 показана диаграмма температура — энтальпия с температурами первичной (источник тепла) и вторичной (тепловая нагрузка) сторон. Если принять, что потери энталь­пии отсутствуют и теплоемкость постоянна, то эти две тем­пературы будут представлены на графике прямыми линиями.

Рис. 2.20. Диаграмма Т — Q для установки с одним теплообменником.

Помечая одним штрихом первичную и двумя штрихами вто­ричную стороны, получим

Q = гп"с" (Г" - Сх) = АV (Гвых - Гвх), dQ = гіг"с" dT" = гіг'с' dT'.

Используя уравнение (2.43) для эксергии тепла Е, потери эксергии Е" — Е' и эксергетический КПД запишем в виде

SHAPE * MERGEFORMAT

1п Т'Ж

т — т

вх 1 вых

£' = ф-Гокр УвыУГг].

L * nvjv *иї J

Используя понятие среднелогарифмической разности темпе­ратур (измеряемых в кельвинах)

A/jg о (З^і. Т2) in Т1/Т2

получим окончательное выражение для эксергетического КПД:

который приближается к единице при Т'вых Т"% и Т'вх « Т"ЫХг что возможно только при противоточном теплообмене двух сред с одинаковой теплоемкостью {с'tii' = с"гіг") и бесконеч­ной площадью поверхности теплообмена,

Рис. 2.21. Диаграмма T — Q для установки с двумя теплообменниками.

Принято, что изменение фазового состояния происходит в первичном потоке я разность температур стремится к нулю на одном из кондов каждого теплообмен­ника.

Если одна среда (например, первичная) меняет фазовое состояние (7’вх = 7’вых)> А 00 И’ СЛЄД0ВЗТЄЛЬН0, 7"вЫХ == то

Mg о (Ті, T2 — Ti) = Tl (2.90)

і _ j /т"

И Інх =----------------- . 0KPVBr,, v • (2.91)

1-W^.go (СО

Иногда для снижения этих потерь применяются многоступен­чатые теплообменники (рис. 2.21). В результате оптимизации получаем промежуточную температуру, равную средней гео­метрической от температур входа и выхода:

Г, = Jt" Т" . (2.92)

Z V ВХ ВЫХ ' '

б) Эксергетические потери при дросселировании. Дроссе­лирование, проявляющееся в виде падения давления вслед­ствие трения, происходит при течении в трубах, вентилях и т. п. Оно также используется для регулирования нагрузки и мгно­венного вскипания (см. гл. 3).

Удельная эксергия потока определяется (2.1, 2.2] уравне­нием

e = h — h0K р — Токр (s — sOKp) + с2/2 + gz. (2.93)

Пренебрегая кинетическим и гравитационным членами урав­нения и учитывая, что величина h остается во время дроссе­лирования постоянной, имеем

е2 — е, = — Гокр (s2 — sj. (2.94)

Для идеального газа

«2 — «і = ср In (ТУ^) — (ср — св) In (p^Pi) (2.95)

Т, К

Ті

Тг тг

Q

Рис. 2.22. Потери эксергии вследствие смешения.

и, кроме того, Т2 = Т. Таким образом, уравнения (2.94) и (2.95) принимают вид

s2 — Si = — (ср — с0) In WPi),

^2 ^1 == ^окр (Ср £») ІГ1 {р/Р2')'

в) Эксергетические потери вследствие смешения. Эксерге - тические потери адиабатного изобарного смешения потоков массы одинакового состава можно рассматривать в прибли­жении теплообмена с бесконечно малой разностью темпера­тур на одном из концов теплообменника (рис. 2.22). Если принять, что Ті — верхняя входная температура, Т2 — нижняя входная температура и Гсм — выходная (которая может быть легко вычислена из энергетического баланса), то эксергети - ческий КПД записывается следующим образом:

г — 1 ~ ^QKp/^ig О^СМ’ Т2) .

l-*WA#l«o(ri. та) •

г) Потери при зарядке и разрядке термохимического акку­мулятора. Вследствие конечной скорости реакции между ком­понентами температура зарядки должна быть выше темпе­ратуры разрядки. Теплота реакции практически одинакова при протекании реакции в обоих направлениях. Следова­тельно, потери относятся к чисто эксергетическим и могут рас­сматриваться аналогично потерям в теплообменнике.

Однако термохимическое аккумулирование позволяет ис­пользовать интересный способ поддержания температуры за­рядки и разрядки на одинаковом уровне (например, путем смещения равновесия в нужную сторону изменением давле­ния). Вместо потерь, связанных с температурой, будут воз­никать потери, вызванные необходимой в этом случае рабо­
той насоса. Это может тем не менее значительно облегчить увязку аккумулирующей установки с общей схемой системы.