4. Тепловое аккумулирование с использованием недогретых жидкостей под давлением
Поддерживая давление среды выше или температуру ниже уровня насыщения ("поддавливание" или "недогрев"), можно предотвратить кипение аккумулирующей среды. Давление при этом поддерживается постоянным. "Поддавливание" можно осуществить атмосферным давлением при аккумулировании с использованием горячей воды при температуре ниже 100°С или высококипящих жидкостей, закачкой инертного газа под давлением или применением двухфазного нагнетателя, поддерживающего давление в паровой подушке за счет испарения части жидкости или конденсации части пара. Емкость аккумулятора в данном случае определяется в основном изменением энтальпии жидкой фазы.
В качестве примеров использования таких систем аккумулирования можно привести системы для нагрева питающей воды на тепловых электростанциях, системы с горячей нефтью и расплавленными солями в солнечных электростанциях, водяные системы аккумулирования в районных теплосетях.
Такие аккумуляторы в основном работают в диапазоне средних и высоких температур. При низких температурах, то есть при отношении температур аккумулятора и окружающей среды 0,2 и меньше, емкость аккумулятора возрастает, но при этом возникает потребность в использовании тепловых насосов, специальных рабочих тел и относительно дорогого оборудования. Схема теплового аккумулятора, в котором в качестве теплоаккумулирующей среды используется недогретая жидкость под давлением приведена на рисунке 4.
Рис. 4. Аккумулятор постоянного давления.
1 – сосуд давления, 2 – жидкая аккумулирующая среда, 3 – система наддува,
4 – верхняя линия зарядки/разрядки, 5 – нижняя линия зарядки/разрядки,
6 – поверхность разрядного теплообменника, 7 – поверхность зарядного теплообменника, 8 – верхняя зарядная линия горячей воды, 9 – внутреннее
оборудование.
Рис. 5. Типы тепловых аккумуляторов с использованием
недогретых жидкостей под давлением.
а – горячий и холодный сосуды, б – полевой вариант, в – система со скользящей температурой, государство – аккумулирование с вытеснением.
1 – горячий сосуд, 2 – горячая линия, 3 – потребитель, 4 – холодная линия, 5 – насос для зарядки, 6 – холодный сосуд, 7 – сосуд с переменной температурой.
Возможны следующие типы систем аккумулирования с использованием недогретых жидкостей под давлением (Рис. 5.):
а) Горячая (заряженная) и холодная (разряженная) аккумулирующие среды находятся в отдельных сосудах, каждый из которых рассчитан на полную рабочую массу аккумулирующего вещества. Переходные термические напряжения и потери от смешения исключены.
б) Схема аналогична предыдущей. Разница в том, что горячая вода содержится во всех сосудах, кроме последнего, который не содержит воды вообще. В процессе разрядки горячая жидкость из первого сосуда охлаждается и накапливается во втором, из второго в третьем и т.д. до тех пор, пока последний сосуд не заполнится холодной водой, а первый не останется пустым. Объем сосудов в данном случае меньше, но могут возникать переходные термические напряжения, хотя при низких давлениях и небольшой толщине стенок они почти не оказывают влияния на процесс теплоотдачи.
в) Температура жидкости повышается в процессе зарядки и понижается при разрядке. В сосуде может быть установлен теплообменник, либо жидкость может закачиваться в сосуд и забираться из него.
г) Горячая и холодная жидкости находятся в одном сосуде. Горячая жидкость, имеющая меньшую плотность, скапливается в верхней части сосуда, а холодная – в нижней. Вследствие теплопроводности воды и стенок сосуда, а также турбулизации при зарядке и разрядке будет формироваться зона смешения, которая с одной стороны приводит к потерям тепла, а с другой уменьшает переходные температурные напряжения в стенках сосуда. Данный тип аккумулятора лучше использовать для работы с большой цикличностью зарядки и разрядки.