188094. lajstromszámú szabadalom • Hőenergia tároló rendszer a fázisátalakulási entalpia tárolására és eljárás a rendszer előállítására
1 188 094 2 A találmány tárgya a fázisátalakulási entalpia tárolására szolgáló hőenergia tároló rendszer és eljárás e rendszer előállítására. A fázisátalakulási entalpia tárolása a találmány szerint az e célra kiválasztott anyagok közötti kölcsönhatás útján megy végbe olyan háromfázisú rendszerben, amely fázisátalakulásra képes legalább egy anyagrendszerből, legalább egy, az anyagrendszer ciklusstabilitását fokozó stabilizátorból és legalább egy, a reverzibilitás javítását szolgáló kristályosító iniciátorból áll. A technika állása Az alacsony hőmérséklettartományban tároló közegként eddig főként a glaubersó ismert, amely csak egy fázisátalakulási ponttal rendelkezik 32,2 °C-on. Megpróbáltak dolgozni alacsony olvadáspontú sóhidrátokkal is, így CaCl2 x 6 H20-tal [kalcium-klorid-hexahidrát; Ty (fázisátalakulási pont) = 28,9], amely adott esetben az üzemi épületek elmenő levegőjében lévő hőenergia tárolására alkalmas. Csekély fázisátalakulási entalpiájuk miatt [pl. a CaCl2 x 6 H20 a fázisátalakulási entalpiája (HF) = 174 kJ/kg] ezen anyagok esetében tekintélyes tárolótérfogatra van szükség, ami a gyakorlati megvalósítást végérvényesen kizárja. A -glaubersó hátránya, hogy nem egyöntetűen olvad; ebből következik, hogy a megolvadt glaubersónak csak egy része kristályosodik újra, és a kiülepedett, fajlagosan nehezebb anhidrid (tenardid) az újrakristályosodásban többé nem képes részt venni, minthogy az anhidrid (Na2S04) oldhatósága a növekvő hőmérséklettel még csökken is. Más szóval, irreverzíbilis kicsapódási folyamat megy végbe, így néhány ciklus után a kiindulási anyag jelentős kapacitáscsökkenésével kell számolni. A glaubersónál lényegében csak az átalakulási entalpia hasznosítható, azaz a fázisátalakulás során ezen anyag hőtartalmának (entalpiájának) nem érzékelhető- (látens) változása. A glaubersó fajhőjének kihasználása a gyakorlatban nem lehetséges, minthogy a nem egyöntetű olvadás előbb említett problematikája miatt csak egy kis hőmérséklettartomány hasznosítható, és mert a glaubersónak csupán egy fázisátalakulási pontja van. A kezdeti tartományban lévő fajhő gazdasági szempontból alárendelt jelentőségű. A glaubersó ciklusstabilitását megpróbálták javítani egy olyan többkomponensű rendszer segítségével, amely a glaubersón kívül további komponensként oltóanyagot tartalmazott (26 67 664. sz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírás). Ez az oltóanyag általában bórax (Na2B407 x 10H20). Felmerül még egy probléma, ez pedig az úgynevezett rétegeződés, azaz a tárolóközeg és az oltómagok szétválása, minthogy a bórax fajsúlya a glaubersóénál nagyobb. Az ilyen szétválás végeredményben a folyamat irreverzibilitásához vezet. A folyamat megfordítása adott esetben elképzelhető a heterogén magképződés statisztikus-fizikai lefolyása következtében. A glaubersó-bórax rendszer szétválásának megakadályozására stabilizátorként töltőanyagokat, így fűrészport, papírzagyot, szilikagélt vagy diatomaföldet alkalmaznak, ezáltal a kiválást késleltetik. A statisztikus valószínűség adta rendezetlenségtől eltekintve, e töltőanyagok nem alkotnak kifejezetten szabályos tercier vagy kvaterner szerkezettel rendelkező, megfelelően stabil és tömör molekulavázakat, hanem csupán lineáris molekulákat vagy lineáris molekulaláncokat és -kötegeket képeznek, amelyek nem képesek a sóhidrátot és az oltómagot stabilizáló módon bezárni, azaz a kiülepedés ellen hatni. Ehhez járul még az a mellékhatás, hogy néhány töltőanyag, pl. szilikagél az oltómagok kristálymagképző képességét gátolja. A nem megfelelő magképződés hátrányainak csökkentése céljából ismert módszer a magképződés indukálása mechanikus módszerrel, pl. rázogatással. Az ilyen eljárás azonban a gyakorlatilag hasznosítható, főként a nagytérfogatú hőtárolóknál sem műszakilag, sem gazdaságilag nem ésszerű megoldás. A glaubersóval alkotott többkomponensű rendszerek további kísérleteinél a szétválás megakadályozása érdekében a folyadék állapotú hőtároló anyagot tartalmazó testek közé folyékony olajokat vagy paraffint szivattyúztak (26 07 168 sz. NSZK- beli közrebocsátási irat). Ebből újabb nehézségek adódtak, így koaleszcencia, kristályelhordás, üregképződés és mindenekelőtt korrózió. Ismertek továbbá a nátrium-hidrogén-foszfátdodekahidráttal, mint hőtároló közeggel végzett kísérletek, mely vegyületet a ciklusszám növelése céljából vízzel és adott esetben karbamiddal kevernek, és amelyben a magképződést többszöri megolvasztással és rázással indítják meg (78 10 1487.3. sz. európai szabadalmi bejelentés). Olvasztáskor ez a dodekahidrát a fázisátalakulási pontján heptahidráttá és öt molekula kristályvízzé alakul. A nehezebb fajsúlyú heptahidrát az olvadékban azonban kiülepszik, ezen a víz felesleg sem változtat. A kiülepedett heptahidrát így a következő újrakristályosodási folyamatban nem vesz részt, tehát a reverzibilitás nem biztosítható. Ezen úgy próbáltak segíteni, hogy kristályosodást elősegítő anyagként szabálytalan felületű üvegrészecskékkel dolgoztak (26 77 367. sz. Amerikai Egyesült Államok-beli szabadalmi leírás). A várt siker azonban elmaradt. Az előzőekben említett minden energiatároló rendszernél csupán egyetlen fázisátalakulási pontot használtak fel, miáltal fajhőkihasználás és ezzel együtt az egész rendszer hatásfoka igen korlátozott mértékű volt. Feladat A találmány kidolgozásánál azt a feladatot tűztük ki, hogy a bevezetőben leírt jellegű, olyan hőenergia tároló rendszert alakítsunk ki, amely az ismert összetevőkből álló rendszerekkel szemben nagyobb ciklusstabilitás mellett fokozott energiasűrűséggel bír. A feladat találmány szerinti megoldásánál szükséges, hogy a bevezetőben ismertetett jellegű hőenergia tároló rendszer esetén 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
