Тепловой аккумулятор

Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)
Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]

5655 0

Принцип теплового аккумулятора заключается в том, что соответствующее вещество нагревается до высокой температуры (или расплавляется) и покрывается теплоизоляционным слоем, отделяющим его от окружающей среды. Теплота, затрачиваемая для нагревания или расплавления вещества, сохраняется для дальнейшего использования, и ее можно отводить до тех пор, пока вещество не приобретет температуру, окружающей среды. Такой аккумулятор не изнашивается и поэтому имеет большой срок службы.

Рис. 1
Процесс зарядки теплового аккумулятора с наполнителем из фтористого лития LiF: Q — кривая подвода энергии к аккумулятору; W — механическая энергии вырабатываемая в двигателе Стирлинга; η — КПД двигателя Стирлинга.

Система отвода теплоты от аккумулятора к двигателю должна быть короткой и иметь теплоизоляцию во избежание потерь теплоты. На рис. 1 изображен процесс зарядки теплового аккумулятора на базе LiF, а на рис. 2 — изменение теплоемкости его наполнителя — фтористого лития LiF в зависимости от температуры. Следует обратить внимание на диапазон температуры от 550 °C до точки плавления LiF, соответствующей 848 °C. Для нагревания 1 кг LiF в этом температурном интервале требуется около 220 Вт∙ч. Для полного расплава такого количества LiF (вертикальный участок кривой Q при температуре 848 °C, рис. 1) необходимо подвести энергию мощностью 472 Вт∙ч. Превращение тепловой энергии в механическую в двигателе Стирлинга с таким тепловым аккумулятором будет происходить с определенным КПД η (см. рис. 1), зависящим от температуры. Окончательная плотность энергии после превращения ее в механическую в такой силовой установке равна приблизительно 200 Вт∙ч/кг.

Рис. 2
Изменение теплоемкости C фтористого лития в зависимости от температуры t.

Для передачи теплоты от теплового аккумулятора к двигателю могут быть применены так называемые тепловые трубки, использующие тепловые эффекты, возникающие при изменении агрегатного состояния вещества, например, металла и соли. В тепловом аккумуляторе (см. рис. 3) для переноса теплоты применен жидкий натрий, испаряющийся в емкости с наполнителем из фтористого лития LiF. Пары натрия поступают к головке двигателя Стирлинга, где, отдавая теплоту, конденсируются и по оболочке тепловых трубок (пунктирная линия, рис. 3) вновь возвращаются в емкость с LiF.

Рис. 3
Соединение теплового аккумулятора с головкой цилиндра двигателя Стирлинга: 1 — резервуар с LiF; 2 — жидкий натрий; 3 — нагревательная спираль; 4 — теплоизоляция.

Если двигатель не работает, то тепловая трубка закрыта. При хорошей теплоизоляции потери аккумулированной теплоты за 24 ч составляют 12 %. Разумеется, такой результат неприемлем для условий, когда автомобиль не находится в постоянной эксплуатации. В таблице ниже приведены характеристики различных автомобилей и массы тепловых аккумуляторов, требуемых для получения различных запасов хода. По расчетам фирмы «Филипс», представленным в этой таблице, запас хода легкового автомобиля малого класса полной массой 1135 кг при применении теплового аккумулятора, масса которого (с тепловым трубопроводом) составляет 139 кг, будет равен 311 км.

Сноски

1. ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.: ил.//Стр. 290—292 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru

Комментарии

Ваше имя:
Ваш e-mail:		необязательное поле
Мы будем рады, если Вы оставите свой комментарий.
Кто Вы?	Человек Робот