ТЕПЛОАККУМУЛЯТОР СО ШНЕКОВЫМ ТРАНСПОРТЕРОМ

 

COMPACT HEAT ACCUMULATOR WITH A SCREW CONVEYOR

 

Зубарев А.О., Медяков А.А., Онучин Е.М., Семенов К.Д.

(МарГТУ, г. Йошкар-Ола, РФ)

Zubarev A.O., Medyakov A.A., Onuchin E.M., Semenov K.D.

(The Mari State Technical University)

 

Рассмотрены вопросы по применению компактного теплоаккумулятора со шнековым транспортером для обогрева парников и теплиц

The results of studying the processes of compact heat accumulator with a screw conveyor for heating greenhouses and hothouses

 

Ключевые слова: теплоаккумулятор, обогрев, энергия фазового перехода

Key words: heat accumulator, heating, energy of the phase transition

 

Важнейшей проблемой современной энергетики является проблема аккумулирования, обусловленная как неэффективным использованием энергии в период недогрузки энергосистем, так и развитием гелиоэнергетики [1-5].

Компактный теплоаккумулятор со шнековым транспортером предназначен для обогрева тепличных и парниковых комплексов в холодное время суток тепловой энергией, запасенной в теплое время суток. Количество запасаемой теплоты напрямую зависит от количества и рода теплоаккумулирующего материала (ТАМ). Использование в качестве аккумулятора теплоты жидкости — воды сталкивается с множеством трудностей. Во-первых, емкости для накопления воды значительно велики и объемны; во-вторых, постоянное изменение параметров аккумулятора в период отбора теплоты (снижается температура термоаккумулирующего материала).

К числу перспективных и наиболее интенсивно разрабатываемых в настоящее время способов аккумулирования солнечной энергии относится тепловое аккумулирование на основе фазовых переходов различных материалов. Эффективность этого способа обусловлена тем, что для многих веществ значение энтальпии фазового перехода значительно выше теплосодержания за счет теплоемкости. Одним из таких материалов является мирабилит (глауберова соль) – Na2SO4·10H2O.

Также на выбор ТАМ  оказывают влияние и  условия эксплуатации. Для наших климатических условий  целесообразно использовать низкотемпературный теплоаккумулирующий материал, например, мирабилит (глауберова соль), который меняет свое фазовое состояние (плавится) уже при 32,4 , а, следовательно, при этой температуре происходит запас тепловой энергии в размере 251 кДж/кг теплоаккумулирующего материала

В качестве теплоаккумулирующего материала также могут использоваться  и другие вещества. Например, хлорид кальция имеет точку плавления 29, а тепловой эффект от фазового перехода составляет 175,85 кДж/кг.  Парафины же имеют температуру плавления порядка 50, что для осуществления фазового перехода требует дополнительного подвода теплоты извне, а, следовательно, и усложнения конструкции теплоаккумулятора.

В процессе предварительного анализа существующих технических решений было выявлено, что в технике наиболее широкое распространение получили теплоаккумуляторы накапливающие энергию только за счет  теплоемкости теплоаккумулирующего материала (ТАМ).

Нами предлагается такая конструкция теплоаккумулятора, в которой шнековый транспортер, осуществляющий транспорт ТАМ по системе, одновременно выполняет роль теплообменника, посредством которого происходит отдача теплоты. Передача теплоты через шнековый теплообменник нагреваемой среде осуществляется путем теплопроводности.

Тепловой поток, передаваемый через стенку шнекового теплообменника определяется по уравнению:

, где

λ – коэффициент теплопроводности стенки шнека; - температура ТАМ; - температура окружающей среды; - внутренний диаметр шнека; - наружный диаметр шнека; - длина шнека.

Рисунок 1 - Шнековый теплообменник

 

На схеме можно выделить основные компоненты конструкции: баки-аккумуляторы 1,2 соединены шнековым траспортером 3, приводимым в действие приводом 4. Размер баков-аккумуляторов зависит от количества теплоты, которое необходимо запасти.

Использование в конструкции теплоаккумулятора шнекового теплообменника позволяет упростить конструкцию, уменьшить размеры установки и исключить «засорение» теплообменной поверхности, контролировать  скорость и полноту разряда теплоаккумулятора.

Предварительные расчеты показывают перспективность использования таких теплоаккумуляторов  для частных хозяйств. Так, например, для снижения (повышения) температуры воздуха на 10 градусов в теплице 3×6×3 м с учетом аккумулирования тепла в грунте и материалом теплицы, необходимо около 25 кг мирабилита. Размещение соли в теплице в специальных контейнерах может обеспечить снижение температурных перегрузок в ночное время и в период максимальной солнечной активности.

 

Список использованных источников

1.        Бекман Г., Гилли П. Тепловое аккумулирование энергии. - М.: Мир, 1987. -  272 с.

2.        Дибиров М.А., Мозговой А.Г. и др. Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов - ЖПХ. 1993. Т. 66. В. 6. -  С.1210-1216.

3.        Медяков А. А. Конструктивная проработка каталитического подогревателя барботажных сред / А. А. Медяков, Е. М. Онучин // Научному прогрессу – творчество молодых: Матер. междунар. молод. научн. конф. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2011. – С. 38-39.

4.        Онучин Е. М. Экспериментальный комплекс для исследования устройтсв для каталитического обогрева и перемешивания субстрата / Онучин Е. М., Д. Н. Шамшуров, Д. В. Костромин, Р. В. Яблонский, А. А. Медяков // Вузовская наука – региону: Матер. 9-ой всерос. научно-технич. конф.- Вологда: ВоГТУ, 2011. - С. 126-128.

5.         Ширнин, Ю.А. Кинематика движения модульной лесной машины / Ю.А.Ширнин, Е.М.Онучин //  Лесн. вестник. – 2004. – №1. – С. 69–74.