1. Друзья, "лихорадка" вокруг тем об альтернативной энергии заставила возбудиться и мошенников! Будьте бдительны и не ведитесь на дешевые разводы. Помните, что если Вам предлагают купить рабочий БТГ по цене дешевле миллиона долларов, то на 99% это развод Вас на деньги. Если же Вам предлагают купить БТГ дороже миллиона долларов, то это развод на 100%. Увы чудес и исключений пока нет, хотя Вы всегда можете это проверить самостоятельно... :-)
    Скрыть объявление

Тепловой аккумулятор на основе мирабилита

Тема в разделе "Накопление и хранение энергии", создана пользователем moderator, 27 Август 2011.

  1. moderator

    moderator Administrator Команда форума

    В некотором роде подобные термохимические реакции можно рассматривать как смену фазового состояния смеси реагентов, и проблемы здесь возникают примерно те же — трудно найти найти дешёвую, безопасную и эффективную смесь веществ, успешно действующую подобным образом в диапазоне температур от +20°С до +70°С. Впрочем, один подобный состав известен уже не одно столетие — это глауберова соль.

    Мирабилит (он же глауберова соль, он же десятиводный сульфат натрия Na2SO4 · 10H2O) получают в результате элементарных химических реакций (например, при добавлении поваренной соли в серную кислоту) или добывают в «готовом виде» как полезное ископаемое. Например, очень велики запасы экологически чистого мирабилита в заливе Кара-Богаз-Гол на Каспии (Туркменистан), причём там они постоянно возобновляются благодаря естественному испарению огромных объёмов солёной каспийской воды под жарким южным солнцем. Оптовая стоимость технического мирабилита в Москве на конец 2009 года — порядка 5.5 рублей за килограмм, медицинского (используется при промывании желудка) чуть дороже. При длительном хранении в сухом месте кристаллический мирабилит «высыхает», теряя связанную воду и потихоньку превращаясь в безводный сульфат натрия. При этом его плотность повышается, а объём уменьшается, что облегчает транспортировку. Чтобы восстановить сульфат натрия до «рабочего» десятиводного состояния, достаточно добавить в него необходимое количество воды.

    С точки зрения аккумуляции тепла наиболее интересная особенность мирабилита заключается в том, что при повышении температуры выше 32°С связанная вода начинает освобождаться, и внешне это выглядит как «плавление» кристаллов, которые растворяются в выделившейся из них же воде. При снижении температуры до 32°С свободная вода вновь связывается в структуру кристаллогидрата — происходит кристаллизация. Но самое главное — теплота этой реакции гидратации-дегидратации весьма велика и составляет 251 кДж/кг, что заметно выше теплоты «честного» плавления-кристаллизации парафинов, хотя и на треть меньше, чем теплота плавления льда (воды).

    Таким образом, теплоаккумулятор на основе насыщенного раствора мирабилита (насыщенного именно при температуре выше 32°С) может эффективно поддерживать температуру на уровне 32°С с большим ресурсом накопления или отдачи энергии. Конечно, для горячего водоснабжения эта температура низка (душ с такой температурой обычно воспринимается как «весьма прохладный»), но вот для воздушного отопления такой температуры может быть вполне достаточно (в этом случае раствор мирабилита можно поместить в пластиковые бутылки и обдувать их воздухом с помощью обычного маломощного вентилятора, в том числе и автомобильного на 12 вольт или компьютерного на 5 вольт). В жарких местностях можно использовать раствор мирабилита для сохранения прохлады, — согласитесь, что когда на улице больше 40°С в тени, даже 33..35°С в помещении будут весьма живительны, причём в отличии от прожорливых кондиционеров здесь не нужно ни электричества, ни топлива.

    И ещё один приятный «бонус» мирабилита при работе «на обогрев» — возможность значительного переохлаждения находящегося в покое раствора без кристаллизации (до 20°С и ниже). В этом случае получается «управляемый» теплоаккумулятор, который можно «включить», внеся возмущение в переохлаждённый раствор, скажем, стукнув по стенке ёмкости. При этом начинается реакция кристаллизации, в результате которой выделяется тепло и температура раствора быстро возрастает до 32°С. Далее реакция кристаллизации замедляется и идёт со скоростью, необходимой для поддержания этой температуры, — до тех пор, пока вся глауберова соль не кристаллизуется. Но, конечно, не следует думать, что раствор можно переохладить очень сильно, и приехав под Новый год на промороженную дачу, обогреть её запасённым летом теплом. Дело в том, что чем больше степень переохлаждения, тем меньшее воздействие нужно для запуска реакции кристаллизации, вплоть до неуловимых человеком естественных вибраций и перепадов атмосферного давления. И уж в любом случае, таким воздействием будет начало замерзания свободной воды в ёмкости!

    Для того, чтобы кристаллизация начиналась автоматически при снижении температуры до порогового уровня, необходимо либо принудительного «взбадривать» раствор (например, установить обдувающий ёмкость вентилятор непосредственно на её стенке — тогда вибрация от вентилятора запустит кристаллизацию сразу, как только температура начнёт снижаться). Другой способ — это использовать перенасыщенный раствор, когда часть кристаллов так и не сможет раствориться (им просто не хватит воды). Эти кристаллы обеспечат неравовесность раствора, автоматически запускающую кристаллизацию при снижении температуры ниже пороговой.

    Весьма низкая температура фазового перехода позволяет «заряжать» мирабилитовый теплоаккумулятор не только интенсивным нагревом с помощью электрогрелок или сжигания топлива, но и «низкотемпературным» солнечным теплом от солнечных коллекторов даже в прохладные, но солнечные весенние и осенние дни! При этом, хотя габариты такого теплоаккумулятора будут немалыми и в городской квартире его не разместить (масса нужна большая, и здесь никуда не деться), при условии использования бросовых материалов для солнечного коллектора и емкостей под раствор его стоимость в зависимости от объёма я оцениваю всего от нескольких тысяч до двух-трёх десятков тысяч рублей, — главным образом на теплоизоляцию и сам мирабилит.
     
    geo нравится это.
  2. Индеец Джо

    Индеец Джо Антитентурианец

    Для пустынных регионов, где днём духовка а ночью холодильник - самое то. На основной территории России - практически бесполезен. Ибо халявного источника тепла на >32° нету. Ну, разве что тепло печки накапливать.
     

    Вложения:

    • DSC00146.JPG
      DSC00146.JPG
      Размер файла:
      2,1 МБ
      Просмотров:
      12
    • DSC00143.JPG
      DSC00143.JPG
      Размер файла:
      2,1 МБ
      Просмотров:
      11
    Ser1 и geo нравится это.
  3. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    Солнечные коллекторы. Именно такой источник тепла (и он отчаянно требует аккумуляции, поверьте).
    Тепловые насосы (если отапливаться ими, то очень выгодно аккумулировать тепло при постоянной температуре).
    Печка? Да! Потому что можно один раз протопить и на несколько суток. И без этих перепадов - то не продохнуть, то уши мерзнут. Резко поднимает комфортность.

    Я как раз сейчас занимаюсь конструированием большого аккумулятора ацетата натрия или сульфат - ещё буду выбирать.
     
  4. moderator

    moderator Administrator Команда форума

    А каков практический КПД данных аккумуляторов?
    Всплыли ли какие то подводные камни при практическом подходе?
     

    Вложения:

    geo нравится это.
  5. Индеец Джо

    Индеец Джо Антитентурианец

    Ну да, о коллекторах подзабыл.

    -Ну, если это не печка, а "буржуйка", то да. Нормальная печь держит сутки. Хотя перепады таки есть, и было бы неплохо их сгладить. Сделать что-то вроде парового котла с двойным набором трубок - одни нагрев от печки, другие-отбор теплого воздуха. Только либо его надо располагать выше печки, либо использовать какой-нибудь теплоноситель. Тогда подобный термоаккум можно под пол закатать. ИМХО, лучший вариант использования - как тёплый пол.
     
  6. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    100%. Практический КПД. См. тему про солнце.

    Есть такая проблема, что интересен фазовый переход десятиводного сульфата натрия (собссно, глауберовой соли).
    А сульфат натрия с водой (тем более - в насыщеных растворах) может образовывать ещё кучу соединений - от одноводного начиная. И есть такая неприятная модификация - гексагидрат, которая при температурах 20-50С просто выпадает в осадок и в процессе не участвует. Остальные модификации при избытка воды неустойчивы, а вот гексагидрат может быть устойчив. По мере его накопления, емкость аккумулятора падает.

    Поэтому для правильной кристаллизации нужно пользовать либо чистые материалы, либо в аккумуляторе должна оставаться "затравка" кристалла (то есть, его нельзя разряжать полностью). Это раз.

    Второе - кристаллогидраты могут переохлаждаться. То есть, оставаться жидкими ниже своей температуры перехода в иную форму. Тепло при этом в них сидит. На это часто указывают как на преимущество (можно хранить холодным, а потом стукнул, запустил кристаллизацию, оно нагрелось до 32С), но по-моему, запуск кристаллизации - просто добавляет заморок, а плюсы как-то сомнительны. Это два.

    Коррозионная активность солевых растворов - три.

    Ну и бабло, как обычно. Это четыре.
     
  7. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    Держит-то она держит... Но я ж пользовался печным отоплением. Сначала - тепло. Потом - холодно. У печи - тепло, у стен - мерзнешь, по полу - холодным шпарит. А если вместо классического аккумулятора на кирпичах металлическую печку вот с такой фигнёй - со всех сторон хорошо.

    Кирпичная печь сама по себе дорогая и тяжелая, значит, габариты, масса, стоимость теплового аккума, если сравнивать с ней - не проблема, а то ещё и дешевле получится. С учётом фундамента, да трубы.

    Запасает тепла столько же (ну, чуть меньше, чуть больше - не суть) за счёт фазового перехода (у кирпичей печи температура от 20 до 500-600С скачет и обратно.
    КПД печи высокий (отводит потому что в холод). Теплоотвод всегда равномерный, потому что температура одна и та же. Греть начинает сразу, как до 30С прогрелось. Через трубу погасшая печка меньше выстужается (потому что когда металлическая печка погасла, она почти сразу и остыла, она ж не запасает в кирпичах топки тепло под несколько сот С.
    В общем, как ни крути - с виду одни радости.

    Главное, что кирпичную печку сложить - печник нужен. Профессия дорогая и редкая нынче. А металлическую любой домой приволочь способен.
     
  8. mishka

    mishka Антитентурианец

    Безусловно, самый выгодный вариант- печь с дымогарными трубами. Компактная, энергоемкая,всегда равномерно греет. Переохлаждение устраняется просто небольшим переизбытком соли против стехиометрического количества. При вертикальном расположении проблему гексагидрата тоже можно решить организовав возможность сбора и выпуска в нижней части. Единственный минус- как минимум дымогарные трубы нужно делать из нержавейки. Наружную трубу можно защитить слоем пластика, пожертвовав небольшой потерей теплопроводности. Или эмаль.
     
  9. Индеец Джо

    Индеец Джо Антитентурианец

    Ну, как-то так:
    Вместо котла можно и солнечный коллектор.
    За отсутствие насоса не пинать!
     

    Вложения:

  10. mishka

    mishka Антитентурианец

    Можно и так, но проблема с размещением раствора под полом.
    Это на картинке легко и просто. В реальности влетит в копеечку.
     
  11. Индеец Джо

    Индеец Джо Антитентурианец

    В какую копеечку? Обычный полиэтилен и то сойдёт для гидроизоляции.
    Главное, чтобы под полом место было. Ну, придётся, конечно, пол поднимать. Но это не критично.
     
  12. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    Буду делиться своими материалами по мере реализации проекта.

    Вот в этой статейке (весьма низкого качества, увы) есть данные по коррозионной устойчивости разных материалов к ацетату натрия:
    <a class="postlink" href="http://www.rae.ru/snt/?section=content&op=show_article&article_id=6140" onclick="window.open(this.href);return false;">http://www.rae.ru/snt/?section=content& ... le_id=6140</a>
    " было установлено, что этот материал коррозионно неактивен к меди, стали углеродистой, алюминий Д16 и других марок. Скорость коррозии для этих материалов не превышает 0,02 мм/год."
    - то есть, под ацетат подходит почти любой материал (конечно, никаких гальванопар!).

    Ну и теплоемкости жидкой и тведой фаз: "тригидрат ацетата натрия имеет температуру плавления 58 оС, теплоту плавления - 220 кДж/кг, теплоемкость твердой фазы - 2,0 кДж/(кг.К), жидкой - 2,8 кДж/(кг.К)"
     
  13. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    Нужно ещё чтоб пол дополнительную нагрузку выдержал, и как-то сделать ТА так, чтобы по нему можно было ходить и мебеля двигать. Кроме монолитного армированого бетона ничего на ум не приходит.

    А главное - нельзя развязать цикл добычи энергии с расходом. Такая схема для солнечных коллекторов уже плоха.
     
  14. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    Кстати, есть и ещё один материал, с фазовой температурой пониже: гексагидрат хлорида кальция.
    Тпер ~= 29С, теплота ~= 180кДж/кг
     
  15. mishka

    mishka Антитентурианец

    Хлорид кальция очень гигроскопичная хрень. Нужна полная изоляция от воздуха, иначе через пол-года будет полный подвал воды...
     
  16. Индеец Джо

    Индеец Джо Антитентурианец

    29 градусов - маловато... Гигроскопичность не парит ни разу, толстый полиэтиленовый рукав (для параноиков - в 2 слоя) Один конец полностью запаять, во второй - трубы теплоносителя. В подобном случае (труба в полиэтилен) я применял обычный силиконовый герметик (бескислотный). Замазал всю горловину герметиком и на пластиковые хомуты затянул. Использовалось в качестве водного резервуара, причём трубка была внизу. Делал 4 года назад, пока работает. Ёмкость не мерил, но пол-чердака дачи занимает. Конструкция боится только мышей. Ну и солнца, если планируется многолетняя эксплуатация.
     
  17. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    ?
    Не понял. ВО-первых, он в аккумуляторе. А во-вторых, он и без того уже по уши водный. Аккумуляция идет на образовании/разложении его тригидрата. Всё как и с другими солями.
     
  18. Индеец Джо

    Индеец Джо Антитентурианец

    Он, видимо о недостаточной герметизации + перенасыщении водой. Или я чего-то не понял?

    Элементарно, доска на ребро, между досками полиэтиленовый рукав ТА+трубы теплоносителя. На доски укладывается сам пол. Ну, основа, конечно, должна быть мощная, вся конструкция на несколько тонн потянет. И опять же, от грызунов беречь придётся.

    Вот примерно так:
     

    Вложения:

  19. mishka

    mishka Антитентурианец

    Влагу он будет впитывать даже будучи полностью в растворенном виде, постепенно снижая концентрацию. Поэтому нужна надежная герметизация.
     
  20. Z-zyl

    Z-zyl Антитентурианец

    Не. Тригидрат не очень гигроскопичен. Безводный - да, жрет влагу аки слон.
    А вот когда на моль хлорида три моля воды - лишнюю воду он есть очень неохотно.
    Там при отсутствии герметичности другая проблема может быть: упаривание нагретого раствора, когда он "расплавлен". Но мне кажется, что в открытых бочках это добро по-любому хранить не дело.
     

Поделиться этой страницей