Напрямки покращення основних характеристик теплових акумуляторів та теплоакумуляційних матеріалів

Abstract

Стаття присвячена дослідженню теплоакумулюючих технологій як основного заходу з енергозбереження. В роботі проведено патентний пошук та аналіз наукових праць, у яких висвітлено питання та викладений основний матеріал існуючих технологій акумулювання теплової енергії. Наведено класифікацію основних типів теплоакумуляторів (ТА) та теплоакумуляційних матеріалів (ТАМ). Теплоакумулятори класифіковані: за природою акумулювання; за рівнем робочих температур; за тривалістю періоду заряду-розряду. Проаналізовано відмінності та конструктивні особливості ТА, переваги і недоліки. Визначено основні теплоакумулюючі матеріали, які фактично використовуються або можуть використовуватись в подальшому. Описано теплофізичні властивості теплоакумулюючих матеріалів, так як: питома теплоємність, теплота плавлення, густина та щільність.

Визначено методику розрахунку об`єму ємнісного та фазоперехідного теплових акумуляторів за наступними вихідними даними: прийнятий тип теплоакумулюючого матеріалу, тип та теплові характеристики теплоносія, прийнятий перепад температури теплоакумулюючого матеріалу. Наведено приклади практичного використання ємнісних акумуляторів, зокрема бак-акумулятора в системі сонячного опалення, а також гравійного акумулятора у прибудинковій теплиці типу «сонячний вегетарій». Описано використання кристалогідратів та органічних легкоплавких сполук (жирні кислоти та парафіни) як фазоперехідних теплоакумуляційних матеріалів. Наведено характеристику термохімічних теплових акумуляторів, їх принцип дії, а також їх переваги над ємнісними та фазоперехідними акумулюючими установками. Описано реакції збагачення традиційного вуглецевого палива, а також наведено приклади реакцій, які можуть бути використані як теплоакумулюючі процеси. Визначено перспективи подальшого дослідження.

The article is devoted to the study of heat storage technologies as the main energy saving measure. The paper conducts a patent search and analyzes scientific papers that cover the issue and present the main material of existing technologies for thermal energy storage. The classification of the main types of heat accumulators (HA) and heat storage materials (HSM) is presented. Heat accumulators are classified: by the nature of accumulation; by the level of operating temperatures; by the duration of the charge-discharge period. The differences and design features of TAMs, advantages and disadvantages are analyzed. The main heat storage materials that are actually used or can be used in the future are identified. The thermophysical properties of heat storage materials, such as specific heat capacity, melting point, density, and density, are described. The methodology for calculating the volume of capacitive and phase-transition heat accumulators is determined based on the following initial data: the type of heat storage material, the type and thermal characteristics of the heat carrier, and the temperature drop of the heat storage material. Examples of the practical use of capacitive batteries are given, in particular, a tank battery in a solar heating system, as well as a gravel battery in a solar vegetable garden. The use of crystalline hydrates and organic lowmelting compounds (fatty acids and paraffins) as phase-transition heat storage materials is described. The characteristics of thermochemical thermal accumulators, their principle of operation, and their advantages over capacitive and phase-transition accumulation units are presented. The reactions of enrichment of traditional carbon fuels are described, and examples of reactions that can be used as heat storage processes are given. Prospects for further research are identified.