מתקן אגירת חום – רעיון להמצאה

התבקשתי לחשוב על רעיון של מתקן אגירת חום

מאת : מהנדס Mastaq

לאחרונה אנו עדים לצמיחה חסרת תקדים, של בנית מקורות אנרגיה חלופיים

בדרך כלל, מדובר בהתקנת קולטי שמש על גגות , מבנים או שטחים פתוחים בפריפריה כדי לייצר חשמל. הדבר מבורך, הכרחי ושימושי. למרות  שהוא לא זול, בהתחשב בעלות הקמה בתחזוקה עתידית.,

פרסום

המושג והביטוי אופנתי – "התייעלות אנרגטית" ,מתייחס לכך שזה חלק משימור אנרגיה או חסכון באנרגיה או  בצמצום איבוד האנרגיה.

לכן, מצורפת  הצעה של המצאה אחסון של אנרגיה תרמית.

ההמצאה מתייחסת לאחסון של אנרגיה תרמית, וניתן להשתמש בה לצבירה של חום או קור היכול  לשמש לחימום, למים חמים, מיזוג אוויר, ייצור חשמל.

מצבר האנרגיה התרמית מכיל מאגר,  שבנוי מחלל באדמה המלא בחומר מצטבר מוצק, אשר ניתן לבחור כאדמה, חול, אבן, פסולת מוצקה,(חומר שלא יהיה דליק) וכו', כמו כן המתקן כולל מחליפי חום טעינה ופריקה עם נושאת חום מחובר למקור  ולצרכן של אנרגיה תרמית, בהתאם. לטנק יש בידוד תרמי והידראולי מהסביבה החיצונית, הנפח הפנימי של המכל מחולק על ידי מחיצות בידוד הידראולי ותרמי אופקי לחלקים נפרדים. מצבר כזה מאופיין על-ידי פלט חום גבוה, זמן טעינה קצר, ואובדן חום נמוך.

הדרך המבטיחה ביותר ליצור מאגר חום יעיל וזול ביותר היא: הגדלת כמות החומר המצטבר בחום, תוך שימוש בחומר צובר חום, שימוש בחומר זול וזמין, שיפור בחילופי החום עם מעגלי הטעינה והפריקה, צמצום הפסדי החום, אשר ניתן להשיג עם בידוד ואיטום באיכות גבוהה.

על מנת להוזיל את העלות של הסוללה של האנרגיה התרמית ולהגביר את האמינות והבטיחות, הוצע להשתמש במאגר (חפירה) באדמה הסמוכה לצרכן של אנרגיה תרמית והשימוש בקרקע שהוסר מהבור הוצע כחומר צובר חום.

כדי להפחית את הפסדי החום, קירות הבור שנחפר מכוסים בשכבה של בידוד תרמי ואיטום. כדי לשפר את חילופי החום של החומר המצטבר בחום עם הצרכן של אנרגיה תרמית, הוצע ליצור מערכת צנרת, כולל טעינה ופריקה מחליפי חום (מעגלים).

מחליף החום הראשון נועד להעביר את החום ממקור החום ודרך השני – המים של הצרכן שמתחמם מהראשון.

מחליפי חום הראשון והשני ממוקמים עם אפשרות של חילופי חום יעיל עם אנרגיה הצטברות החומר. כדי למנוע אובדן חום,

מצבר החום מסופק עם בידוד חום רב שכבתי, כולל איטום, שכבה  של חומר עם מוליכות תרמית נמוכה ושכבות  של חומר בעל יכולת חשיפה גבוהה של קרינת חום.

פתרונות כאלו מאפשרים יצירת סוללות חום בעלות ביצועים גבוהים ובמחיר סביר.

גם, התוצאה הטכנית של ההמצאה היא יצירת מצברים מתקדמים באנרגיית חום עם אמינות מוגברת, יעילות וצריכת אנרגיה, הפסדי חום נמוכים באופן טכנולוגי פשוט.

האפקט הטכני של ההמצאה הוא להפחית את אובדן החום (אשר קורה בתקופה ארוכה של אחסון), פשטות בבניה, שימוש בחומרים נפוצים, קלות מיקום  כמעט על כל שטח, אמינות גבוהה ובטיחות במהלך המבצע, טמפרטורת נמוכה נוזל קירור, כמות קטנה ולחץ נמוך של נוזל חימום.

ההמצאה מתוארת בציור

מצבר האנרגיה התרמית מורכב ממאגר – 1, שבו משתמשים בחללים טבעיים או מלאכותיים בקרקע –

2 (תעלות, מחצבות נטושות,וכו '). מיכל 1 מצויד בבידוד חום ואיטום – 3.

במיכל 1, מותקנים מחליפי חום –  4 ו 5, למשל, בצורת צינורות ספירליים מלאים בנוזל, רצוי עם נקודת רתיחה גבוהה (לדוגמה, שמן מינרלי או שמן סינתטי ). הטנק 1  מלא חומר מוצק – 6, אשר משמש קרקע, חול, גרניט, בזלת, טוף ופסולת אחרים של תעשיות הכרייה והייצור, לבנים שבורות, זכוכית שבורה וכל פסולת  של התעשייה שאינה דליקה

. הטנק 1 מלא בחומרי אחסון מוצקים 6 ובקטעים של מחליפי חום 4 ו -5, בשכבות. שכבות (רמות) של מצברי חום מופרדים על ידי מחיצות בידוד חום – 7. קירות הטנק 1 ואת מחיצות בידוד חום 7 עשויים מחומר עם הידרו ותרמו בידוד טוב (למשל, קצף פוליאוריטן מוצק).מחליף חום 4 מחובר למקור חום: קולטי שמש, דודי דלק מוצקים או נוזליים, מחליפי חום, וכו . מחליף חום 5 מחובר לצרכן של חום: למערכות של אספקת חום של מבנים, אספקת מים חמים.

היתרונות של צובר חום כזה הוא עלות נמוכה וזמינות כללית של החומר המצטבר, הטמפרטורה הגבוהה של נושאת החום, הפסדי חום נמוכים, היכולת ליצור מתקן בעלות נמוכה של נפח גדול (עוצמת אנרגיה גבוהה) בתוך זמן קצר. העברת אנרגיה תרמית עם טמפרטורה מקסימלית (לא פחות מ 90% של הטמפרטורה של נוזל בכניסה הצובר חום) באמצעות מחליף חום פריקה יכול להתבצע בכל עת, אפילו עם מצבר חום מחומם חלקית.

כאשר מופרדים על ידי שכבות בידוד תרמיות (לא מוצגות בציור), ניתן להשבית את החלקים הללו מתחום הטעינה והפריקה באמצעות מעגלי בידוד תרמיים. זה יכול להפחית באופן משמעותי את אובדן החום כאשר טנק חומם חלקית, או להשתמש בטנק לאחסון בו זמנית של חום וקור

הפעולה של צובר אנרגיית החום מוצג על הדגמה של חימום הבניין.

נושאת חום עם טמפרטורה גבוהה מכל מקור של אנרגיה תרמית (למשל, קולטי שמש 8 מכל סוג שהוא ) הוא עובר דרך מחליף חום 4 מעגלים הטעינה, החום מועבר לחומר אחסון 6, מחמם אותו. נושאת חום עבור צרכן, עובר דרך מעגל הפריקה של צינורות 5, מתחמם ונותן את האנרגיה כדי לחמם את הצרכנים חימום של הבניינים 9 כדי לחמם את המים בתוך דוד המים 10 או רדיאטורים 9. מחזור של נושאת חום מבוצעת על ידי משאבות כוח מאולץ 11.

פרסום

באזורים עם קרינת שמש  יומית גבוהה  כמו בארץ, במהלך עונת האביב קיץ בסתיו, צובר אנרגיה סוללות עם כמות משמעותית של חומר המצטבר בחום ניתן ליצור,אנרגיית חום אשר תבטיח את הצטברות של אנרגית חום שמספיקה לחימום מבנים בחורף.

במהלך העונה, הטמפרטורה של החומר המצטבר יכולה להגיע ל-95-150 מעלות צלזיוס, ואנרגיית החום של צינור החילוף 4 מועברת בעיקר לשכבות העליונות של המאגר 1 באמצעות המוליכות התרמית של חומר המצבר 6. עבר אנרגיה תרמית באמצעות מחליף חום פריקה 5 ניתן לעשות בכל עת, אפילו עם מצבר תרמי מחומם חלקית.

במקרה של צריכת אנרגיה לחימום בבניין במהלך תקופת החימום (100 יום) :

מצבר תרמי מאפשר לצבור אנרגיה תרמית במהלך תקופת הקיץ (אביב-קיץ-סתיו), כלומר, בימים עם קרינה סולארית גבוהה, והוא משמש ביעילות במהלך עונת החורף.

השוואה של הפתרון זה לעומת פתרונות אחרים מוכרים מראה כי השימוש בהמצאה הנוכחית מאפשרת:

1. להפחית את אובדן האנרגיה החום, להפחית את העלות של מצבר החום, להגביר את האמינות שלו.
2. להטעין את המצבר ובמקביל לייצר חום לצרכנים.

.אני מסכים שהצעה זו אינה מקובלת על מבנים במרכז או צפון תל-אביב, שכונות חדשות או בתעשיית היי-טק. אבל אפשרי לשימוש במקלחות לחיילים בצבא , לקיבוצים לחדרי אוכל, בצימרים ומלונות בוטיק וכו '.

בנוסף הייתי מציע:

טנק מתכת  (דוד שמש) של 120 ליטר, לדוגמה,  צבוע בצבעים שחורים ומבודד עם פולי קרבונט שקוף (ניתן לעשות גליל נשלף על גבי הדוד) וממקמים אותו בפוקוס מראה חלקה (נירוסטה, אלומיניום, פולי קרבונט מכוסה בנייר כסף( כדי להקטין את המשקל ) ועיצומה השמש הדוד מתחמם. לפעמים, אין לה מספיק שטח לספוג את האנרגיה הדרושה, המראה תוסיף לה אנרגיה זו.

סרט בעל מידות של 3 X 1.5  מ ' יהיה מספיק כדי לפתח הספק של כ – 4 קילוואט, כלומר, הדוד כולו יחומם תוך 1.5 – 2 שעות. שינוי המיקום של השמש במהלך תקופה זו לא רלוונטי. משקל המראה על בסיס פלסטיק עם עמודים או עוגנים יהיה 10-15 ק"ג. ובעל  ניידות גבוהה, ניתן לבצע מחלקים וסגמנטים (precast), לא שביר, לא ניתן לקלקל, המורכבות והעלות הם מינימליים..