태양 에너지의 열역학적 변환기. 구성표, 설명

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태양열 온수 난방 설비. 태양 에너지의 열역학적 변환기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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전기 및 열 에너지에 대한 가격 및 관세의 급격한 상승, 자체 자율 에너지 원의 신뢰성 및 사용을 개선하려는 소비자의 욕구, 환경 친화적 인 재생 가능 에너지 원 사용에 대한 관심 증가로 인해 기술 및 경제 지표 및 기술 정교성 측면에서 태양열 온수 난방 설비 (SVU)의 국내 시장이 빠르게 발전하고 있으며 러시아 남부 지역뿐만 아니라 중간 차선 및 북부 지역에서도 널리 상업적으로 사용할 수 있습니다.

동시에 러시아에서이 시장의 발전은 여러 요인에 의해 제약을 받고 있으며 그 중 IED의 높은 비용, 불충분 한 신뢰성 및 내구성이 가장 중요합니다. 태양열 집열기의 작동 신뢰성에 대한 장기적인 관찰 결과 대부분의 설계는 러시아 표준에서 정한 최소 서비스 수명인 10년을 제공하지 않는 것으로 나타났습니다.

오늘날 러시아 제조업체의 태양열 집열기 비용은 열 수용 표면 100m200 당 1 ~ 2 달러 범위입니다. 설치 비용과 필요한 추가 장비 및 구성 요소를 고려할 때 태양열 온수 설치 비용은 소비자에게 $ 200 - 500 / m입니다. 러시아 시장에서 제공되는 IED의 외국 유사품은 훨씬 더 비쌉니다.

따라서 안정적인 작동 기간을 늘리면서 태양열 집열기의 설계를 개선하고 비용을 줄이는 작업은 매우 관련이 있습니다.

열역학적 태양 에너지 변환기에는 다음 구성 요소가 포함되어야 합니다.

a) 입사 방사선을 포착하기 위한 시스템
b) 일사 에너지를 열로 변환하여 냉각수로 전달하는 수신 시스템;
c) 냉각수를 리시버에서 어큐뮬레이터로 또는 작동 유체가 가열되는 하나 이상의 열 교환기로 전달하는 시스템;
d) 축열기;
e) 열 엔진의 고온 및 저온 소스를 형성하는 열 교환기.

태양복사를 포착하기 위한 시스템 및 열 변환기 설계

태양복사를 포착하는 시스템은 다양한 농도를 제공합니다(그림 3.1).

태양열 온수 난방 설비. 열역학적 태양 에너지 변환기

태양열 온수 난방 설비. 열역학적 태양 에너지 변환기
그림 3.1. 태양 에너지 포집 시스템

태양광이 도달하는 모든 방향으로 에너지를 집중시키는 반사 표면을 사용하여 약간의 집중도(100 정도)를 얻을 수 있습니다. 이 경우 단순화된 제어 시스템을 사용하여 태양 관찰이 수행됩니다. 이러한 유형의 장치에는 파라볼릭 트로프 반사기가 포함되며, 그 축은 태양 운동면에 대해 수평 또는 수직입니다. 이러한 설치는 낮 동안 하늘에서 태양의 위치 변화에 따라서만 제어됩니다. 연중 태양 위치의 변화는 고려되지 않으며 초점 이미지가 집중 방사선 수신기의 표면을 넘어 가지 않도록 조치 만 취합니다.

평균 집중도(약 1000)는 XNUMX개의 회전 자유도로 제어되는 집속 헬리오스탯을 사용하여 얻습니다. 이러한 헬리오스탯은 축이 태양을 향하는 회전 포물면 형태의 거울이 될 수 있습니다.

높은 수준의 집중은 단일 광학 시스템(평평한 헬리오스탯 및 포물면 반사경)에 의해 수행됩니다. 매우 높은 온도에 도달할 수 있습니다.

집중된 태양 복사는 수신기 표면에 흡수되어 열로 변환됩니다. 스펙트럼의 열 영역에서 가열된 수신기의 복사와 관련된 열 손실을 줄이기 위해 수신기의 표면은 선택적으로 흡수하는 재료의 박막으로 덮여 있습니다. 이를 통해 시스템 효율성을 크게 높일 수 있습니다.

열 변환기 설계. 두 가지 주요 계획이 가능합니다. 첫 번째 (그림 3.2A)에서 냉각수는 배터리의 열 부하가 보장되는 수신기에서 가열됩니다. 동시에 작동 유체는 배터리에 의해 가열되어 태양 복사 섭취량의 변화를 완화합니다. 따라서 배터리는 지속적으로 버퍼 역할을 하며 "리시버-어큐뮬레이터" 시스템과 열 엔진의 연결은 적어도 하나의 열 교환기를 사용하여 수행됩니다.

두 번째 방식(그림 3.2B)에서는 작동 유체가 리시버에서 직접 가열됩니다. 가열 된 본체의 일부를 제거하여 배터리를 충전하고 중간 장치없이 열 엔진과의 연결이 이루어집니다.

첫 번째 계획에서는 두 번째 계획과 비교하여 평균적으로 온도 차이가 더 많이 감소합니다. 열기관의 히터와 쿨러 사이의 온도차. 두 번째 계획에서 열은 축적 및 반환 중에만 손실됩니다. 그러나 첫 번째 경우 열기관과 그 보조 장치는 제어 시스템이 없더라도 임의의 온도 변동에 영향을 받지 않습니다. 또한 많은 경우 냉각수 자체가 축열기 역할을 합니다.

태양열 온수 난방 설비. 열역학적 태양 에너지 변환기

태양열 온수 난방 설비. 열역학적 태양 에너지 변환기
그림 3.2. 태양 에너지의 열역학적 변환 방식: A - 열 교환기가 있는 방식; B - 열 교환기가 없는 방식

축열기

현재 에너지 저장은 열 저장에 의해 수행됩니다.

축열기는 값 비싼 요소입니다. 시스템의 온도에 따라 에너지 저장은 일반적으로 저온(최대 100°C), 중간 온도(100~550°C) 및 고온(>550°C)으로 나뉩니다.

저온 배터리, 특히 물 배터리는 건물 난방 및 온수 공급을 위한 태양열 기술에 널리 사용됩니다. 저온 축적의 경우 염과 산의 수화 및 용매화의 가역 반응과 상전이 공정도 사용됩니다. 이러한 목적을 위해 파라핀과 파라핀과 물로 구성된 에멀젼이 열 저장 물질로 사용됩니다. 파라핀의 융해 잠열은 약 44 cal/g이고 녹는점은 35 - 50°C입니다.

새로운 유형의 열화학 저장 시스템 "Tepidus"가 스웨덴에서 개발되고 있습니다. 이 식물은 황화나트륨의 수화 과정에서 열 방출 과정을 사용합니다.

중온 축적 및 냉각수에는 수백 도의 녹는점과 큰 상전이 잠열을 특징으로 하는 염 및 공융물이 사용됩니다.

알칼리 토금속 산화물의 수화물은 중온 축적에 매우 유망합니다. 산화물 수화 반응의 축적 공정을 사용하면 많은 이점이 있습니다. 이들은 고밀도의 저장 에너지, 주변 온도에서의 단순한 장기 축적, 고체 에너지 저장 물질의 소형화, 저렴한 비용, 수화 단계에서 충분히 높은 잠재적 열을 얻는 것입니다.

고온 축적은 가역적 흡열 반응을 사용하여 수행됩니다. 이 경우 반응은 두 그룹으로 나눌 수 있다. 하나는 생성물이 분리되어 함께 저장될 수 없는 촉매 분해 반응과, 촉매 없이 일어나는 반응은 역반응을 방지하기 위해 태양광 수신기의 온도에서 생성물이 분리되어야 한다.

열역학 사이클 유형과 작동 유체의 특성 선택은 열 엔진의 작동 온도 범위에 따라 결정됩니다. 집중 태양열 설비에서는 증기-물 순환이 선호됩니다.

저자: 마고메도프 A.M.

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미국 엔지니어들은 하나의 돌로 두 마리의 새를 죽였습니다. 그들은 군대의 흔적을 숨기고 전기 공급원을 제공하는 법을 배웠습니다.

예를 들어 전자 장비를 갖춘 미군 병사가 한 발짝도 내딛을 수 없는 연료 공급과 전기 공급은 오랫동안 현대 군대의 걸림돌이 되어 왔습니다. 그러나 연료의 출처는 소비자와 매우 가까운 곳에 있습니다. 이들은 남은 음식, 일회용 식기, 헝겊 및 기타 쓰레기로 군대가 위치한 곳에서 상당한 양으로 형성됩니다. 또한 적의 정보에서 귀중한 데이터를 빼앗기 위해서는 쓰레기를 여전히 파괴해야 합니다.

쓰레기 처리장은 Michael Ladish 교수가 이끄는 미국 Purdue University의 엔지니어에 의해 만들어졌으며 성공적인 테스트의 경우 미군 무기의 일부가 될 것입니다.

쓰레기는 먼저 먹을 수 있는 부분과 먹을 수 없는 부분으로 나뉩니다. 첫 번째는 생물 반응기로 보내지고 효모는 그것에서 알코올을 만듭니다. 두 번째는 낮은 산소 함량으로 기화되어 메탄과 프로판과 같은 가연성 가스로 변합니다. 그런 다음 이러한 가스와 알코올이 연소되고 발전기가 전기를 생성합니다. 그 후, 쓰레기 산에서 재 더미가 남아 있습니다.

Ladish 교수는 "이 설비는 군대뿐만 아니라 많은 양의 유기성 폐기물을 생산하는 식당, 공장 및 기타 기업에서 추가 전력원으로 사용할 수 있을 것이라고 생각합니다."라고 말했습니다.

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