1598005384-f9c00b8492d7f4330216974bac4e6cb9 (Солнечные электрические станции. Р.Б. Ахмедов, И.В. Баум, В.А. Пожарнов, В.М. Чаховский, 1986u), страница 17

Были изготовлены различные типы теплообменников АТ емкостью от 0,01 цо 1,5 м3, на кото Рых проведены серии экспериментов, в частности с глауберо- , вой солью. В [104] ] рассмотрены характеристики гексагицрата хлори- ця кальция, цекагиц рата сульфата натрия и цоцекеГидрата ци- иятрий гнцрофосфата как наиболее исслецоввнных материалов. 11-'2, Ооновпымн недостатками этих гипратов являются неодноронностыо плавления, тенпенпня к переохлажпению и постепенное сокращение количества восстанавливаемого тепла за счет крио таллизации и отложения вещества на поверхности теплообмена. Устранение этих непостатков осуществляется ввеаением химических иобавок, например солей стронция в гексагипрат хлорида калыцш.

Ведутся поиски и создание новых хомпозиций солевых смесей с целью возможности их использования в качестве ТАМ в ТАС. В (14) предложена селевая теплоаккумулируюшая смесь, вюпочаюшая хлориды пити|, калия и рубипия. Для обеспечения работоспособности смеси при температуре 265+ 2,5оС она содержит хлорна цезия при следующем соотношении компонентов (в %): хлорип калия 13,7-14,1, хлорип рубидия 13,3- 13,5, хлорид цезия 43,5-44,5, остальное-хлорид лнтия. В (15) цан состав тегшоаккумулируюшей солевой смеси, состояшей из фторидов лития и калия, работоспособной в интервале температур 422-426 С за счет дополнительного содержания хлорнпа и карбоната калия при следующем соотношении компонентов (в Ъ): фторип лития 17,6-17,7, фторип калия 33,2- 33,8, хлорип калия 8,6-8,7, карбонат калия 40,0-40,4. В (140 ] препложена метопика определения скрытой теплоты плавления для эвтектических смесей.

Даны критерии для выбора ТАМ. На основе обобщения сведений по свойствам ТАМ отмечается, что гипраты солей с экономической и технической точки зрения наиболее приемлемы плн аккумуляции солнечного тепла. Однако в связи с широким диапазоном температурного потенциала г: пла, потребляемого в разных произвопствах, возникает цальнейшая необхоцимость в попборе соответствующих ТАМ, Несмотря на большое многообразие химических соединений и смесей, облацаюших скрытой теплотой, ббльшая часть из них исключается по соображениям безопасности и экономичнос и иэ-за несоответствия физических> химических и тепловых свойств. Проблема использования ТАМ состоит в том, что возникает целый ряп вопросов, которые порождают технические трупиости реализации АФП. Среди них следует отметить переохлажцеиие, сегрегацию, коррозию, изменение объема и массовое произвоцство оболочек контейнеров пля ТЛМ. Условием- целесообразности использования ТЛМ является соответствие температуры фазового перехопа рабочей температуре тепло- потребителя при высокой теплоте плавления.

Ряц иэ ТАМ и ют иелонгруэнтный илн полухоитруэнтный режим плавления. 84 Это вепет к снижению емкости теплоаккумулиро . Н „„„ зование кристаллизаторов у таких гАМ уменьшает теплоперэдачу в процессе плавления. Поэтому конгруэнтно плавящийся ТАМ, хотя и с меньшей теплотой плавления, является опиим из лучших Большим препятствием на пути использования ТАМ в ЛФП является обеспечение технически приеьшемых изменений объе ма, оказывающих возпействие на коппус оболочек ТЛМ или контейнеров, ~в которых размещаются ТАМ, Опно из возможных направлений - использование эластичных материалов для оболочек в сочетании с компенсирующими устройствами объемных изменений.

Разработки и исслепования по использованию ТАМ в АФП показали, что эффективность ТАМ в значительной мере зависит от уровня переохлажаения ниже температуры фазового перэхопа и от проявления расслоения фаз (сегрегации) при росте кристаллов. Чтобы теплота фазового перехода использовалась более полно, жеобхопимо добиваться минимального переохлаждения при кристаллизации ТАМ. Выхоп видится и сознании условий быстрого протекания процесса кристаллизации, например, за счет побавок, способствующих ускорению этого процесса. Явление сегрегации снижает уровень теплообмена межау тверцой и жилкой фазами. Решение етого проблемного вопроса считается аффективным, если достигается постоянное движение жидкого ТАМ во время образования кристаллов. Тэ ким решением может быть динамический теплоаккумулятор, выполненный в вице двух концентрических цилиндров: внешнийфиксироваи, а внутренний - поцвижен (2-4 обумин).

Такой принцип обеспечивает хорошее перемещение фаз и исюпочает сегрегацию. В ряпе работ рассматриваются различные конструвтивиые исполнения АФП. В работе (48) преллагается олин из вариантов конструкции кристаллизатора. АФП препставляет собой теплоиэолироваэ ный объем, в нижней части которого нахопится расплав ТАМ. В объеме ЛФП расположен вращающийся барабан. К нему осуществляется попвоп и отвоп нагреваемой срепы. Барабан уотановлен так, что часть его расположена поп уровнем расплава ТАМ. При заряцке барабан вращается, и на верхнюю часть его внутренней поверхности разбрызгивается нагреваемый теплоноситель . На наружной поверхности барабана лроисхопит кристаллизация ТАМ за счет отвоца тепла к теплоносителю.

С поверхности барабана застывший ТАМ снимается ножом и в вине,чешуек поступает слоем на трубную решетку. Во время 85 зарядки в трубы решетки подается нагретый теплоноситель от солнечного источника энергии или тепло от любого пругого иоточника. В процессе зарядки ТАИ расплавляется и поступает в объем АФП 1481. В связи с проблемой переохлажпения необходимо стремиться к выбору разности между температурами плавления ТАМ и рабочего тела в пределах 5-10оС.

Это снижает тепловые потери и степень переохлаждения ТАМ и в то же время этого доо таточно пля обеспечения хорошей теплопередачи при отборе о тепла от ТАМ. Выявлено, что переохлаждение на уровне 5-10 практически приводит к прекращению теплоотвода, Йаже при отсутствии переохлаждения в случае низкой скорости криста««- лизацни уровень теплоотвода становится незначительным. Поэтому одной иэ важных задач является поиск средств, способствующих быстрой скорости образования кристаллов.

В ряде работ рассматриваются вопросы решения задач ак, кумуйирования и экспериментальной проверки методики на основе ИОФ. В частности, в «1101 теоретически рассмотрена задача о динамике фронта плавления внутри цилиндрической капсулы АТ, использующего воду и октан в качестве изменяющего агрегатное состояние материала. Рассмотрен случай больших чисел Релея. Показано, что определяющим фактором, влияю . щим на теплообмен и на движение межфаэового фронта, являет ся естественнаи конвекция. В нижней части цилиндра с течением времени появляется тепловая неуотойчивость и набор вихрей, существенно влияющих на процесс плавления. В «841 проводилась прсверка на прототипе АТ, в котором использованы МОФ, в частности парафин.

Исследованиями на ексцериментальной установке показано, что основной причиной неверных результатов (КПЙ > 100%) является некорректность используемых уравнений, характеризующих потери тепла в АТ. В ннх не учитывается изменение потерь времени. В !109«проведено теоретическое и экспериментальное исследование термических характеристик теплоакзумулирующего элемента с оребренным кольцевым погружным теплообменником Его действие основано на поглощении низкотемпературиого тепла ««ри плавлении ТАМ, используемого в качеетве рабочей срепы. Разработан численный метод решения двумерного нес- ' тационарного процесса передачи телла в гомогенной среде.

Исследовано влияние числа и толщины ребер, наружного диаметра, типа ТАИ и материала теплообменника. В «82«предлагается численный метод решения дифференциальных уравнений в частных проэводных параболического типа совместно с граничными и начальными условиями для цилиндрического АТ с конвективной теплопередачей по периферии цилиндра. Методика позволяет определить изменение температур и перемещение фронта фазового превращения во вреь«е««и. Одним из важнейших требований, предъявляемь«х к ТАМ, является его химическая стабильность и совместимость с конструкционными материалами. Реакции окисления, теплового разложения, гидролиза и др.

могут стать барьером при его использовании в качестве ТАИ. Кроме того, ТАИ дол«кен быть инертен к материалу оболочки, в котором он содержится. Могут оказаться неприемлемы ТАМ, если для их хранения требуется весьма дорогой материал, Одновременно ТАМ должен быть безопасен с точки зрения токсичности, корроэионности, а также пожаро- и вэрывоопасности. При использовании ТАМ для целей тепло- и хоподоснабжения, кроме того, полжны быть обеспечены приемлемые условия безопасности, если абсолютная безопасность невозможна.

Аккумулирование тепла на основе фазовых превращений обладает двумя недостатками в зкономическом плане. Во-первых, стоимость чистых ТАМ выше стоимости традиционных теплоемкостных веществ (вода, камки, гравий), во-вторых, теплообмен в АФП требует развитых поверхностей, что также повышает его стоимость. Поэтому выбор ТАМ должен производиться не столько с учетом его стоимости, сколько эффективности АФП при приемлемых затратах па него и доступности химикатов и сырья, иэ которых изготовив«отся ТАМ и оболочки для капсулирования. При разработках собственно устройств с ТАМ следует исходить из того, что емкость АФП зависит от удельной теплоты плавления и в меньшш«степени - от теплоемкости.

Знание этих процессов важно как для разработки самих ТАМ, так и для конструирования АФП [191, Йругие недостатки ТАМ, которые отмечались, технически преодолимы. К настоящему времени наибольшее распространение получили АФП оля целей тепло- и холодоснабжения. Более интенсивно разработки ТАС на основе ИОФ ведутся с начала 70-х голов в США, Японии и промышленно развитых странах Западной Европы. В 1973 г.