Тепловое аккумулиров ание энергии
Сорбционное аккумулирование тепла
Можно представить себе системы, основанные на реакции вида
АВ (твердое тело или жидкость) + AQ А (твердое тело или жидкость) + В (газ).
Вещество А может быть химическим элементом, компонентом смеси или смесью [2.26]. Теплота реакции (при атмосферном давлении) может быть приближенно определена по формуле
д/гс = (125 ... m)TJMB, (2.72)
где АЛс — теплота сорбции (кДж/кг), Те — температура сорбции (К), Мв — молекулярная масса вещеотва В (кмоль/кг).
Следовательно, теплота сорбции больше теплоты плавления или испарения. Однако масса вещества А также должна учитываться.
На рис. 2.16 показаны основные типы систем сорбционного аккумулирования тепла. По схеме рис. 2.16, а к сорбенту (например, СаСЬ) подводится тепло; десорбированное вещество (NH3) направляется в газовый сосуд, работающий при постоянном или скользящем давлении. Охлаждение газа увеличивает емкость аккумулирования. Плотность аккумулирования энергии здесь низкая.
Если газ может быть сконденсирован при температуре окружающей среды (или близкой к ней), то возможна схема рис. 2.16,6; в этом случае требуется аккумулятор относительно небольшого объема. Теплота конденсации при этом отводится в окружающую среду (например, с помощью градирни). На стадии разрядки жидкость опять испаряется подводом тепла из окружающей среды. Некоторые энергетические потери неизбежны.
|
Рис. 2.16. Типы сорбционных аккумуляторов тепла. а — аккумулирование с использованием сжатого газа; 6 — аккумулирование с использованием конденсата; в — ресорбционный цикл; г — аккумулирование с котлом и паровой турбиной. |
/ — сосуд абсорбера; 2— абсорбционная среда; 3 — теплообменная поверхность раз* рядно-зарядного теплообменника; 4 — паровая линия (4а — дроссельный клапан; 46 — компрессор); 5 — аккумулятор со сжатым газом; 6'— конденсатор; 7 — испаритель; 8 — источник тепла с низкой эксергией; 9 — сосуд конденсата; 10 — сосуд ресорбера; // — ресорбционная среда; 12 — питательный насос; 13 — котел; 14 — паровая турбина; 15 — линия отработавшего пара.
Такое аккумулирующее устройство аналогично абсорбционному рефрижератору периодического действия, в котором абсорбирующая среда 2 подвергается попеременному нагреву и охлаждению. На режиме нагрева тепло отводится в конденсаторе 6; на режиме охлаждения давление в системе падает и начинается кипение конденсата в испарителе 7, где и производится холод. Следует отметить, что непрерывно работающие абсорбционные рефрижераторы, холодильники или тепловые насосы не обладают по своей природе аккумулирующими свойствами. Если требуется тепловое аккумулирование, то в схему необходимо ввести сосуды для крепкого и слабого растворов.
На схеме рис. 2.16, в аккумулятор жидкости заменен сорбционным аккумулятором, содержащим другую абсорбирующую среду, способную абсорбировать и десорбировать газ при температуре окружающей среды (принцип ресорбции).
На рис. 2.16, г показано интересное сочетание сорбционного аккумулятора и теплового двигателя. Когда разрядный вентиль открыт, пар течет от парогенератора через паровой двигатель к сорбционному аккумулятору; тепло высвобождается и подводится к парогенератору, благодаря чему поддерживается парообразование. Зарядка может осуществляться паровым компрессором в соответствии с принципом работы компрессионного теплового насоса. Зарядка может быть осуществлена и по принципу абсорбционного теплового насоса — нагревом сорбента от высокотемпературного источника тепла и отводом десорбированного, а затем и конденсированного газа к парогенератору. Аналогичная система, с NaOH в качестве абсорбента и НгО в качестве рабочего тела, была использована в локомотиве Хонигмана (разд. 1.4 и 8.3.2).
В табл. 2.4 приведены теплофизические свойства и плотности запасенной энергии некоторых веществ, пригодных для сорбционного аккумулирования тепла. Хотя пара СаС12- •8NH3/4NH3 имеет вполне подходящую теплоту сорбции, плотность энергии в этом случае низка из-за низкой плотности абсорбирующей соли.
Плотности запасаемой энергии указаны для двух случаев: а) аккумулирования десорбированного вещества в газообразном состоянии (рис. 2.16, а); б) аккумулирования десорбированного вещества в жидком состоянии (рис. 2.16,6).
Плотности запасаемой энергии для случая (а) довольно низки даже при высоких давлениях. Для случая (б) плотности запасаемой энергии выше, но также выше и потери при зарядке и разрядке.
Абсорбирующий материал должен находиться в гранулированном состоянии для улучшения аккумулирования и ускорения реакции. Однако теплопроводность такого насыпного материала все же ниже, чем у солей. Поэтому будет еще сложнее решить проблемы/теплообмена во время зарядки и разрядки.
Другая возможность состоит в использовании карбонатов, таких, как MgC03, выделяющих при нагревании углекислый газ. Можно использовать также гидриды металлов. В этом случае теплота сорбции высока, но низка плотность запасаемой энергии при поглощении водорода в газообразном состоянии. Ожижение представляет трудности. Однако в соответствии со схемой рис. 2.16, в гидрид другого металла (например, система Fe — Ті) при температуре окружающей среды может поглощать водород, выделившийся во время зарядки. Гидриды металлов были также предложены для аккумулирования водорода в качестве топлива двигателей внутреннего сгорания и топливных элементов, в частности автомобильных
|
Таблица 2.4. Теплофизические характеристики сред, пригодных для термо
|
|
С—сорбционная; Р — разложение; К—каталитическая. *) Аккумулирование NH3 в жидком |
[2.33]. Были также предложены системы с цеолитами, в ко - торых десорбируется водяной пар [2.26].
Были построены прототипы таких систем (локомотив Хо - нигмана, автомобиль Ишики). Другие разработки находятся еще на стадии выбора рабочих пар и изучения кинетики реакций.
