Перейти к публикации

Восстановлен мод "Модераторы тем" - просьба проверить.

Алексей4177

Высокотемпературный теплоаккумулятор

Рекомендованные сообщения

 Есть идея использовать в качестве тела теплоаккумулятора сталь.  Для накопления тепловой энергии в системах отопления. В качестве источника энергии может быть обычна сеть с использованием ночного тарифа, твёрдые виды топлива, солнечные панели или ветряки.

В чём суть идеи. На количество энергии в ТА влияют три параметра. Масса, теплоёмкость и дельта температуры. На размер, а следовательно на потери через теплоизоляцию влияет удельный вес теплоносителя. Так же на потери влияет качество теплоизоляции.

 Выбирая материал теплоносителя по теплоёмкости приходим к простому выводу, что наилучшим выбором будет вода, имеющая теплоёмкость 4200Дж/кг.

Если делать выбор по возможной дельте температуры, то самым выгодным материалом становится железо. Имея температуру плавления 1500град, оно легко выдерживает нагрев до 1000грал не теряя своих свойств.  Удельный вес железа 7800кг*куб.м. , что в 7.8 раз больше воды. А значит в том же объёме имеем в 7.8 раз большую массу.

 Теплоёмкость железа 460Дж.кг.  Это в 10 раз меньше воды. При одинаковом объёме нагретая до одинаковой температуры вода накопит почти одинаковое количество энергии  с  железом. Но железо можно греть до температуры в 10 раз большей. И в этом и есть выигрыш ТА с телом из железа.

 Как это может выглядеть конструктивно.

 1. Способ нагрева.

 Использовать ТЭНы промышленного назначения в случае нагрева от сети. Или прямой нагрев твёрдым топливом.

2. Форма тела ТА.

 Для уменьшения потерь через изоляцию нужна форма с наименьшей площадью наружной поверхности. Это шар. Изготовить цельный шар очень сложно. Особенно его монтаж изз веса. Поэтому сделать шар можно  по принципу детской пирамидки. Набирая листы разного размера на центральный стержень.

3. Способ отборы тепла.

 Так как температура тела ТА очень высокая, применять прямой нагрев жидкости для дальнейшего использования в системе отопления затруднительно. Потребуется постоянная циркуляция, чтобы избежать закипания. А отбор нужен постепенный и не постоянный. Это зависит от расхода тепла в системе отопления.

 Поэтому нужно использовать воздушно-водяной теплообменник с принудительной цикуляцией воздуха по замкнутому контуру между телом ТА и ВВ теплообменником.

4. Теплоизоляция.

 Первый слой после воздушного зазора, огнеупорный кирпич. Далее каменная вата или засыпка из перлита. Оба материала имют высокую температуру плавления.

5. Размеры, вес, стоимость.

 Легко масштабировать такой тип ТА. Для небольших домов с СО на электричестве по ночному тарифу, достаточно ТА весом в 200кг и запасом энергии в 100кВт.

 Для систем с солнечными панелями или ветряками вес можно довести до десяток тонн и запасом до мегаваттов.

 Для справки. Шар из стали диаметром 1 метр имеет объём 0,5 куб.м и вес 4000 кг. При нагреве от 100 до 1000 град он запасает примерно 300кВт энергии.

 Шар диаметром 2 метра имеет объём 4 куб.м и весит более 30 тонн, запасая 3 МВт энергии. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Алексей4177,  использование теплоаккумуляторов с перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое (плавление) выгоднее.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

 Ну как то иметь в подвале дома ёмкость с расплавленным алюминием я слабо себе представляю. Хотя в цифрах может оно и так.

Над же учитывать и доступность материалов и их стоимость. Можно греть ёмкости с кварцевым песком. У него температура плавления как у стали примерно 1500град. Но у нед плотность 2000кг.куб.м. Получится большая площадь поверхности и отсюда большие паразитные потери. 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
42 минуты назад, Алексей4177 сказал:

Можно греть ёмкости с кварцевым песком. У него температура плавления как у стали примерно 1500град. Но у нед плотность 2000кг.куб.м. Получится большая площадь поверхности и отсюда большие паразитные потери. 

И теплопроводность раз в 100 ниже, чем у стали. В результате проблематично будет "доставать" тепло из глубины.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
8 минут назад, sergeijob сказал:

И теплопроводность раз в 100 ниже, чем у стали. В результате проблематично будет "доставать" тепло из глубины.

 В случае песка теплообменные трубы для циркуляции воздуха можно расположить равномерно в теле ТА и снимать тепло изнутри и не быстро.  Но основная проблема в размерах. Плотность в 4 раза ниже. Соответственно в 4 раза больше размер. и выше потери с поверхности.

 Можно экстраполировать свойства материалов для понимания что нам нужно . Размеры минимальные, теплоёмкость минимальная, дельта температуры максимальная.

 Получается нам нужен шар диаметром 50 см разогретый до 3000 град и имеющий теплоёмкость больше воды и дельный вес больше вольфрама. 

 Но таких материалов нет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

В файловом архиве есть книжка "Двигатели Стирлинга" М.Г.Круглов. В ней, начиная со 132-й страницы всё подробно разжёвано. :)

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
13 минут назад, Алексей4177 сказал:

В случае песка теплообменные трубы для циркуляции воздуха можно расположить равномерно в теле ТА и снимать тепло изнутри и не быстро

Что приведёт к увеличению размера аккумулятора, соответственно будет

 

14 минут назад, Алексей4177 сказал:

больше размер. и выше потери с поверхности.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
2 часа назад, Алексей4177 сказал:

запасает примерно 300кВт энергии.

 

2 часа назад, Алексей4177 сказал:

запасая 3 МВт энергии

Размерности КВт и МВт обозначают не количество энергии, а мощность.

В посте номер 5 ошибка, если время не истекло исправьте..

Нам нужно не минимальная, а максимальная теплоемкость. В целом же подход к проблеме абсолютно верен.

Изменено пользователем Паровичкофф

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

При высокой температуре размер тепллобменника будет мало влиять на общий размер. Грубо говоря это сфера из стали с наполнение песком, сквозь которую проходят трубы для воздуха. Может быть для некоторых условий такой ТА будет выгоднее стального. Например при использовании его как накопитель для ТТ котла. Или при нагреве электричеством по ночному тарифу. Когда не нужен большой запас тепла.

2 минуты назад, Паровичкофф сказал:

 

Размерности КВт и МВт обозначают не количество энергии, а мощность.

Спасибо. Конечно кВт.ч.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 час назад, Алексей4177 сказал:

Ну как то иметь в подвале дома ёмкость с расплавленным алюминием я слабо себе представляю.

Расплавленный алюминий оно конечно бы неплохо. И хочется и колется... Но. Из чего сделать эту самую емкость? 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
49 минут назад, Паровичкофф сказал:

Расплавленный алюминий оно конечно бы неплохо. И хочется и колется... Но. Из чего сделать эту самую емкость? 

Из стали. Т пл ал 650 град у стали 1500. Выдержит без проблем. Но у алюминия маленькая плотность. 2700 против 7800 у железа. Правда теплоёмкость 900Дж.кг

Что в итоге. Нагревая 1 кг алюминия от 100 до 650 град имеем дельту в 550град и  запасём 495кДж нагрев выше температуры  плавления запасём ещё 390кДж. Итого около 900кДж.

Нагрев 1кг стали до температуры 650 град запасём 414кДж.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Мельком слышал про использование парафина в качестве аккумулятора. Сталь тоже нравится, но годится только для эл. отопления, другим способом не получить хорошую дельту?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Ёмкость для расплавленного алюминия можно делать разве из очень толстой стали а лучше литого чугуна или из нержавеющей стали литой или тщательно проваренной, алюминий перед этим насытить железками - оный растворяет железо как вода сахар.

Высокопотенциальное тепло получать рационально только электронагревом либо солнцем, во всех остальных случаях придется строить многочисленные промежуточные хранилища кратно большего объёма, для поглощения низкопотенциальных хвостов теплоты в которых будет кратно больше чем в основном хранилище.

Камни - песок и тёплая вода и ничего более ИМХО. Или продавать высокопотенциальное тепло любым способом - например хранить его в плавильной печи разливая жаждущим алюминий.

  • Понравилось 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
2 минуты назад, АркадийСПб сказал:

Мельком слышал про использование парафина в качестве аккумулятора. Сталь тоже нравится, но годится только для эл. отопления, другим способом не получить хорошую дельту?

 Самый простой способ. ТТ печь из массива стали. Топка внутри массива. Хорошая изоляция через воздушную прослойку. Теплообмен с системой отопления через воздушно-водяной теплобменник с управляемой циркуляцией. Проще говоря воздуходувка с контролем температуры воды в теплообменнике.

 Массив из порезанной листовой стали толщиной 10мм собранный на шпильках.  Можно в форме цилиндра для упрощения изготовления. С внутренними каналами для дымовых газов и топкой. Собирать послойно на центрующих шпильках.  Вес практически не ограничен.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
3 часа назад, Алексей4177 сказал:

Есть идея использовать в качестве тела теплоаккумулятора сталь

Используйте то что уже проверено - свинцово-висмутовый сплав, зачем вам сталь? 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Промышленные  встречал чугунная дробь, залитая парафином, можно в место дроби кварцевый песок применить.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
1 час назад, Сергей АА сказал:

Ёмкость для расплавленного алюминия можно делать разве из очень толстой стали а лучше литого чугуна или из нержавеющей стали литой или тщательно проваренной, алюминий перед этим насытить железками - оный растворяет железо как вода сахар.

Это точно, что в какой то момент, после насыщения железом алюминий перестанет растворять железо? За идею о насыщении алюминия железом спасибо.

По теме.

Надо не забывать что потери тепла при высокой температуре будут прогрессировать в 4 степени её увеличения. Поэтому низкотемпературный ТА на воде всё же может оказаться практичнее. 

Изменено пользователем Паровичкофф

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Ага... Хорошая идея.

Делаем двухконтурную систему олово/вода, добавляем агрегат из соседней ветки для добычи электричества (Паровичкофф поможет), через неделю приходим к очевидному решению добавить в аккумулятор немного урана-235 с бетонографитовым замедлителем и начинаем играть в Хогбенов...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Самый дешёвый высокотемпературный теплоаккумулятор это кирпичная отопительная печь.А если она ещё и по уму сложена,то и высокоэффективный.

  • Понравилось 2

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
2 часа назад, Паровичкофф сказал:

Это точно, что в какой то момент, после насыщения железом алюминий перестанет растворять железо?

Не перестанет, но прохудится не скоро, и скорее всего через годик будет не железо а алитированная насквозь болванка которую уже не расплавить и возможно даже охладить не получиться без трещин. Чепуха вообщем. По нерже что будет - не скажу...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
2 часа назад, Travelller сказал:

неделю приходим к очевидному решению добавить в аккумулятор немного урана-235 с бетонографитовым замедлителем

Вот ! Самый рачительный способ, уран в нерастворимой форме капсулированный, замедлитель и источник нейтронов перемещаемый манипулятором и заслонка-замедлитель.  Всё это в засыпке в десяток метров песка и защищённое от влаги в Ж/Б коробке, и про любое отопление можно забыть - греться у стенок.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Хочу покритиковать изготовление из листового материала.
Сфера и цилиндр не технологично, слишком много отходов при производстве. Утеплить бОльшую площадь куба не затратно. И проще, чем сферу. Он не покатится после установки, проще крепление.

Имхо, дешевле литье заказать,

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

* судорожно ищет эмодзю фэйспалма, безнадежно машет рукой *

 

Ребят, вы в курсе, что это даже не раздел "безумные идеи"?

 

Ладно, я соглашусь, что с "расчетами" в первом посте.

Но где расчет, хоть прикидочный, обслуживания и эксплуатации этой хреновины?

Вы всерьез считаете, что тонна железа, разогретая до Х градусов дешевле, проще, эффективнее, безопаснее и удобнее 10 кубов воды при температуре Х/10 градусов?

А вы в курсе, что градусы при этом раскладе нужно считать не по Цельсию, а по Кельвину, что, мягко говоря вообще ставит под вопрос адекватность обсуждения?... :tease:

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
17.01.2019 в 21:41, Travelller сказал:

* судорожно ищет эмодзю фэйспалма, безнадежно машет рукой *

 

Ребят, вы в курсе, что это даже не раздел "безумные идеи"?

 

Ладно, я соглашусь, что с "расчетами" в первом посте.

Но где расчет, хоть прикидочный, обслуживания и эксплуатации этой хреновины?

Вы всерьез считаете, что тонна железа, разогретая до Х градусов дешевле, проще, эффективнее, безопаснее и удобнее 10 кубов воды при температуре Х/10 градусов?

А вы в курсе, что градусы при этом раскладе нужно считать не по Цельсию, а по Кельвину, что, мягко говоря вообще ставит под вопрос адекватность обсуждения?... :tease:

 

 

  10 кубов воды надо куда то пристроить. Бак на 10 кубов тоже стоит не мало. В системах с ТА на воде, ТТ котёл имеет свойство кипеть и взрываться. Против этого его обвешивают автоматикой и принудительной циркуляцией.  

 Как обслуживать массив железа. пусть и нагретый. Ответ, никак. Стоит себе и стоит. Ни холода, ни нагрева не боится. Съём тепла с него, воздухом. С воздухом тоже ничего не может случится. 

 Массив можно греть открытым пламенем. Т.е. устроить внутри топку для твёрдого топлива и каналы для газов.    Получится вариант кирпичной печи в стальном исполнении. Топить такой агрегат можно будет раз в неделю.

 Мало того. Печь на дровах можно устанавливать в отдельном строении. Хорошо утеплить. А в дом тепло подавать по подземной утеплённой трубе, заполненной антифризом.  Отдельная котельная с отдельной трубой, мечта многих, кто не любит грязь от печки и боится пожаров. Некоторые так и с газом делают. Строят сарайчик 2х2 для газового котла с насосом расширительным баком.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

А закопать эти 10 кубометров вместе с теплоизоляцией, или

8 минут назад, Алексей4177 сказал:

в отдельном строении.

религия не позволяет?

8 минут назад, Алексей4177 сказал:

В системах с ТА на воде, ТТ котёл имеет свойство кипеть и взрываться.

"ТТ" - это твердотопливный?

Сделайте для начала модель вашего аккума, килограмм на 10, и посмотрите как прост

10 минут назад, Алексей4177 сказал:

Съём тепла с него, воздухом. С воздухом тоже ничего не может случится. 

и что именно "ничего" не может случиться ни с воздухом, ни с тем, с чем он контактирует.

 

Не, ради бога, делайте... Только сначала сделайте нормальный расчет эффективности, чтобы было видно, насколько придется ту чушку греть.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас

  • Сейчас на странице   0 пользователей

    Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

×