තාප ශක්තිය, මානව වර්ගයා විසින් භාවිතා කරන ඉතා වැදගත් බලශක්ති ප්‍රභවයක් ලෙස, එහි ක්‍රියාකාරී මූලධර්ම මත පදනම්ව ප්රධාන වශයෙන් කාණ්ඩ තුනකට වර්ගීකරණය කර ඇත: සංවේදී තාප ගබඩාව, ගුප්ත තාප (අදියර වෙනස් කිරීම) තාප ගබඩාව සහ තාප රසායනික තාප ගබඩාව. එය අවසාන බලශක්ති පරිභෝජනයෙන් 40% සිට 50% දක්වා වන අතර, එහි යෙදීම් අතිශයින් පුලුල් වේ-. වත්මන් බලශක්ති සංවර්ධන හා උපයෝගිතා පද්ධතිය තුළ, බලශක්ති පරිවර්තන ක්රියාවලීන් සියල්ලම පාහේ තාප ශක්තිය ඇතුළත් වේ. කෙසේ වෙතත්, බලශක්ති පරිවර්ථනයේදී සිදුවන නොවැළැක්විය හැකි බලශක්ති අලාභය හේතුවෙන්, තාප ගබඩා තාක්ෂණය විද්යුත් ශක්ති ගබඩාවට (එනම්, ආදානය සහ ප්‍රතිදානය යන දෙකම විද්යුත් ශක්තිය වන අවස්ථා) කලාතුරකින් සෘජුවම යෙදේ. ඒ වෙනුවට, එය බොහෝ විට බලශක්ති පරිවර්තන දාමයේ සබැඳියක් ලෙස හෝ තාප පද්ධති සඳහා සරලව යොදනු ලැබේ.
සංවේදී තාප ගබඩා කිරීම
සංවේදී තාප ගබඩා කිරීමේ තාක්ෂණය යනු ද්‍රව්‍යයක උෂ්ණත්වයේ වෙනස්වීම් උපයෝගී කර ගනිමින් තාපය ගබඩා කර මුදා හැරීමේ ක්‍රමයකි. එහි ක්‍රියාකාරී යාන්ත්‍රණය සාපේක්ෂ වශයෙන් සරල ය: තාප ගබඩා කිරීම හෝ මුදා හැරීම මාධ්‍යය රත් කිරීමෙන් හෝ සිසිල් කිරීමෙන් ලබා ගනී. මෙම ක්රියාවලිය අතරතුර, මාධ්‍යය රසායනික පරිවර්තනයකට හෝ අදියර වෙනස්වීම්වලට භාජනය නොවන අතර, සමස්ත පද්ධතියම පාලනය කිරීමට සහ ස්ථාවරව ක්‍රියා කිරීමට පහසු කරයි. තවද, එවැනි තාප ගබඩා ද්රව්ය වර්ග බොහොමයක් අඩු මිලට ලබා ගත හැකි අතර, ඒවා විශාල-පරිමාණ යෙදුම් සඳහා සුදුසු වේ. මෙම තාක්ෂණය ඉතා පරිණත වනවා පමණක් නොව විවිධ ක්ෂේත්‍රවල පුළුල් යෙදුම් විභවයන් ද පෙන්නුම් කරයි. කෙසේ වෙතත්, සංවේදී තාප ගබඩාව අඩු ශක්ති ඝනත්වය, විශාල උපකරණ ප්‍රමාණය, දිගු-කාලීන ගබඩා කිරීමේදී සැලකිය යුතු තාප හානියක් සහ අස්ථායී ප්‍රතිදාන උෂ්ණත්වය වැනි සමහර අභියෝගවලට ද මුහුණ දෙයි. සංවේදී තාප ගබඩා මාධ්ය පුළුල් ලෙස වර්ග දෙකකට වර්ග කළ හැක: ද්රව සහ ඝන. සාමාන්ය ද්රව තාප ගබඩා ද්රව්ය ජලය, තාප තෙල්, උණු කළ ලුණු සහ ද්රව ලෝහ ඇතුළත් වේ. මේ අතර, ජලය, එහි හොඳ ආරක්ෂාව සහ ස්ථාවරත්වය සහ එහි තාප ගබඩා උෂ්ණත්වය සාමාන්‍යයෙන් අංශක 100 නොඉක්මවන නිසා, සූර්ය ජල තාපන පද්ධති සහ අභ්‍යවකාශ උණුසුම සඳහා බහුලව භාවිතා වේ. විශිෂ්ට තාප සන්නායකතාව සහ පුළුල් මෙහෙයුම් උෂ්ණත්ව පරාසයක් සහිත තාප තෙල්, මුල් මධ්‍යම- සහ ඉහළ-උෂ්ණත්ව තාප ශක්ති ගබඩා යෙදුම්වල භාවිතා කර ඇත; කෙසේ වෙතත්, ඒවායේ අධික පිරිවැය, දැවෙන බව සහ සංවෘත ලූප් පද්ධතිවල ඇති විය හැකි අධි පීඩන අවදානම්- වෙනත් උසස් විකල්ප මගින් ක්‍රමානුකූලව ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමට හේතු වී ඇත. ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, උණු කළ ලවණ, ඒවායේ අඩු සංතෘප්ත වාෂ්ප පීඩනය, අඩු දුස්ස්‍රාවීතාව, ඉහළ තාප සන්නායකතාවය, ගිනි නොගැනීම සහ-විෂ නොවන බව, ප්රධාන ධාරාවේ වාෂ්ප පරාමිතීන්ට අනුරූප උෂ්ණත්වවලදී හොඳින් ක්‍රියා කරන අතර ඒවා සාපේක්ෂව මිල අඩු බැවින් ඒවා සූර්ය තාප විදුලිය සඳහා කදිම තේරීමක් ලෙස සැලකේ. කෙසේ වෙතත්, අතිශයින් ඉහළ පරිසර උෂ්ණත්වවලදී, උණු කළ ලවණ නල මාර්ග සහ ඒ ආශ්‍රිත උපකරණ විඛාදනයට ලක් කළ හැකි අතර, මල නොබැඳෙන වානේ සමඟ ඒවායේ ගැළපුම සහ තාප ප්‍රතිරෝධය තවදුරටත් පර්යේෂණ කිරීම සහ වැඩිදියුණු කිරීම අවශ්‍ය වේ. ද්රව ලෝහ, ඒවායේ අතිශය ඉහළ තාප සන්නායකතාව හේතුවෙන්, විභව ඉහළ{21}}උෂ්ණත්වය (අංශක 600 ට වැඩි) තාප ගබඩා ද්‍රාවණයක් ලෙස සැලකේ; කෙසේ වෙතත්, ඒවායේ ඉහළ ප්‍රතික්‍රියාශීලී රසායනික ගුණාංග අනුව, සාමාන්ය පද්ධති ක්‍රියාකාරිත්වය සහතික කිරීම සඳහා අමතර ආරක්ෂක පියවරයන් අවශ්‍ය වන අතර, ඒවායේ අධික පිරිවැය නිසා ඒවා ගවේෂණවල මුල් අවධියේ තබා ගනී.
පොදු ඝන තාප ගබඩා ද්රව්ය කොන්ක්රීට්, පාෂාණ සහ පරාවර්තක ගඩොල් ඇතුළත් වේ. ද්රව තාප ගබඩා ද්රව්ය හා සසඳන විට ඝන තාප ගබඩා ද්රව්ය ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්‍රියා කළ හැකි අතර එම අවකාශයේ වැඩි තාපයක් ගබඩා කළ හැකි අතර එයින් අදහස් කරන්නේ අවශ්‍ය ද්රව්ය ප්‍රමාණය අඩුවීම සහ සමස්ත පිරිවැය අඩුවීමයි.
ගුප්ත තාපය (අදියර වෙනස් කිරීම) තාප ගබඩා කිරීම
අදියර වෙනස් කිරීමේ තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීමේ තාක්ෂණය මූලික වශයෙන් එහි ප්රධාන බලශක්ති ගබඩා ආකාරය ලෙස ගුප්ත තාපය මත රඳා පවතී. මෙම තාක්ෂණය තාපය ගබඩා කිරීම සඳහා අදියර සංක්‍රාන්ති වලදී විශාල ප්‍රමාණයේ ගුප්ත තාප අවශෝෂණය හෝ මුදා හැරීම භාවිතා කරයි. මෙම ක්රියාවලිය අතරතුර, ද්රව්යයේ උෂ්ණත්වය පාහේ නියතව පවතී. මෙම තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීමේ තාක්ෂණය ඉහළ ශක්ති ඝනත්වය සහ කුඩා පරිමාව වැනි සැලකිය යුතු වාසි ඇත.
පදාර්ථය එක් තරාතිරමක සිට තවත් තත්වයකට පරිවර්තනය වීමේ ක්රියාවලිය අදියර සංක්‍රාන්තියක් ලෙස හැඳින්වේ. සාමාන්‍යයෙන්, මෙම සංක්‍රාන්තිය සිදුවන්නේ සමෝෂ්ණ හෝ ආසන්න-සමාවිතාප තත්ත්‍වයන් යටතේ වන අතර සැලකිය යුතු ශක්ති වෙනසක් සමඟ-විශාල තාප ප්‍රමාණයක් අවශෝෂණය හෝ මුදා හැරීම සිදුවේ. මෙම ශක්තිය අදියර සංක්‍රාන්තියේ ගුප්ත තාපය ලෙස අර්ථ දැක්වේ. විශේෂයෙන්ම, බොහෝ ද්රව්යවල අදියර සංක්‍රාන්තියට සම්බන්ධ ගුප්ත තාපය සංවේදී තාපයට වඩා විශාල වේ. උදාහරණයක් ලෙස, ජලයට ආසන්න වශයෙන් 4.2 kJ/kg· අංශකයක නිශ්චිත තාප ධාරිතාවක් ඇති අතර, ඝන තත්වයේ සිට ද්රව තත්වයට (අයිස් දියවීම ජලයට) සංක්‍රමණය වීමේදී, අදියර සංක්‍රාන්තියේ ගුප්ත තාපය ලෙස ජලයට 355 kJ/kg ශක්තියක් අවශෝෂණය කරගත හැක. එබැවින්, ශක්ති ඝනත්වය අනුව, අදියර සංක්‍රමණයේ ගුප්ත තාපය භාවිතා කිරීම සංවේදී තාපය මත පමණක් රඳා පවතින ක්‍රමවලට වඩා සැලකිය යුතු ලෙස උසස් වේ.
පදාර්ථයේ අවධි සංක්‍රමණයට ප්රධාන වශයෙන් වර්ග හතරක් ඇතුළත් වේ: ඝන-ඝන, ඝන-දියර, ඝන-වායු, සහ ද්රව-වායු. ඝන-ගෑස් සහ ද්රව-ගෑස් සංක්‍රාන්තිවලට ඉහළ ගුප්ත තාප අගයන් ඇතත්, මෙම අවස්ථාවන්හි සැලකිය යුතු පරිමාව වෙනස් වීම ප්‍රායෝගික ක්‍රියාකාරිත්වයේ දුෂ්කරතාව වැඩි කරන අතර එමඟින් ඒවායේ යෙදුම සීමා කරයි. ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධව, ඝන ද්‍රව්‍යයක් එක් ස්ඵටික තත්වයක සිට තවත් ස්ථානයකට පරිවර්තනය වන විට සිදු වන ඝන-ඝන අවධි සංක්‍රාන්ති, කුඩා පරිමා වෙනස්වීම් සහ අඩු සුපිරි සිසිලනය පෙන්නුම් කරයි, නමුත් මුදා හරින ලද හෝ අවශෝෂණය කරන තාපය සාමාන්‍යයෙන් අනෙක් අවධි සංක්‍රාන්ති ක්‍රියාවලීන්ට වඩා අඩුය. ඝන-ද්රව අවධි සංක්‍රාන්ති වලදී පදාර්ථය ඝනයේ සිට ද්රව තත්වයට වෙනස් වේ. මෙම ක්‍රියාවලියට ද්රව රඳවා ගැනීමට නිශ්චිත බහාලුමක් අවශ්‍ය වුවද, ඝන-ගෑස් සහ ද්රව-ගෑස් අවධි සංක්‍රාන්තිවලට වඩා පරිමාව වෙනස් වීම ඉතා කුඩා වන අතර, ඝන-ඝන අවධි සංක්‍රාන්තිවලට වඩා සම්බන්ධ වූ ගුප්ත තාපය සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වේ. මෙම ලක්ෂණ අනුව, ඝන-දියර අවධි සංක්‍රාන්ති දැනට වඩාත්ම ප්‍රායෝගික සහ පුළුල් ලෙස අදාළ වන අදියර වෙනස් කිරීමේ තාප ගබඩා ක්‍රමය ලෙස සැලකේ.
වර්තමානයේ, අදියර වෙනස් කිරීමේ තාප ගබඩා කිරීමේ තාක්ෂණය භාවිතා කරන ද්රව්ය වර්ග බොහොමයක් ඇත, ප්රධාන වශයෙන් ඒවායේ රසායනික සංයුතිය මත පදනම්ව කාණ්ඩ දෙකකට බෙදා ඇත: කාබනික සහ අකාබනික. කාබනික අදියර වෙනස් කිරීමේ ද්රව්ය ප්රධාන වශයෙන් පැරෆින් ඉටි, මධ්යසාර සහ මේද අම්ල වැනි ද්රව්ය ඇතුළත් වේ; අකාබනික අවධි විපර්යාස ද්රව්ය ස්ඵටිකරූපී හයිඩ්රේටඩ් ලවණ, උණු කළ ලවණ සහ ලෝහ හෝ ඒවායේ මිශ්‍ර ලෝහ මගින් නිරූපණය කෙරේ. සාමාන්‍යයෙන් කිවහොත්, කාබනික අවධි වෙනස් කිරීමේ ද්රව්ය අඩු සිට මධ්‍යම උෂ්ණත්ව පරාසයක තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීම සඳහා වඩාත් යෝග්‍ය වන අතර අකාබනික අවධි විපර්යාස ද්රව්ය මධ්‍යම සිට ඉහළ උෂ්ණත්ව තත්ත්ව යටතේ වඩා හොඳ තාප ශක්ති ගබඩා කාර්ය සාධනයක් පෙන්වයි.
තාප රසායනික තාප ගබඩා කිරීම
තාප රසායනික තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීමේ තාක්ෂණය GJ/m³ අනුපිළිවෙලට ළඟා වන ඒකක පරිමාවකට අතිශයින් ඉහළ ශක්ති ඝනත්වයකින් යුක්ත වේ. සංසන්දනාත්මකව, සංවේදී තාප ගබඩා ද්රව්යවල ශක්ති ඝනත්වය දහයෙන් එකක් පමණ වන අතර, ගුප්ත තාප ගබඩා ද්රව්යවල ශක්ති ඝනත්වය අඩක් පමණි. තවද, ප්‍රතික්‍රියාකාරක වෙන් කිරීමෙන්, මෙම තාක්ෂණයට කාමර උෂ්ණත්වයේ දී තාප ශක්ති ගබඩාව බිංදුව ලබා ගත හැකිය බලශක්ති ගබඩා කිරීමේ ක්‍රියාවලියට සම්බන්ධ විවිධ රසායනික බන්ධන වෙනස්වීම් මත පදනම්ව, තාප රසායනික තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීම ප්රධාන කාණ්ඩ දෙකකට බෙදිය හැකිය: රසායනික අවශෝෂණය තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීම සහ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීම.
Chemisorption තාප ගබඩාව අඩු-උෂ්ණත්ව පරිසරවල යෙදුම් සඳහා විශේෂයෙන් සුදුසු වේ. එය තාප ගබඩා කිරීම සහ මුදා හැරීම සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා ඝන adsorbents සහ වායුමය adsorbates අතර භෞතික හෝ රසායනික අන්තර් අණුක බල (van der Waals බලවේග, විද්යුත් ස්ථිතික බලවේග සහ හයිඩ්රජන් බන්ධන වැනි) ගොඩනැගීම සහ බිඳීම මත රඳා පවතී. මෙම තාක්ෂණයට ප්රධාන වශයෙන් පද්ධති කාණ්ඩ දෙකක් ඇතුළත් වේ: එකක් ජල වාෂ්ප adsorbate ලෙස භාවිතා කරන හයිඩ්රේටඩ් ලවණ පද්ධතියකි; අනෙක ඇමෝනියා සංකීර්ණ පද්ධතියක් ඇමෝනියා අණු adsorbate ලෙස භාවිතා කරයි. 1-2 වගුවේ දැක්වෙන්නේ බහුලව භාවිතා වන රසායන ද්රව්ය තාප ගබඩා ද්රව්ය කිහිපයක විශේෂිත වර්ග, තාප ගබඩා/නිදහස් උෂ්ණත්වය සහ බලශක්ති ගබඩා ඝනත්වයයි.
වගුව 1-2 බහුලව භාවිතා වන රසායනික Adsorption තාප ගබඩා ද්රව්යවල ගුණ:
| ද්රව්ය පද්ධතිය | තාප ගබඩා ද්රව්ය | තාප ගබඩා කිරීම / මුදා හැරීමේ උෂ්ණත්වය (අංශකය) | බලශක්ති ඝනත්වය |
|---|---|---|---|
| හයිඩ්රේටඩ් ලුණු | LiCl·H₂O | 85 / 40 | 2622 kJ/kg |
| හයිඩ්රේටඩ් ලුණු | CaSO₄·2H₂O | 150 / 60 | 277 kJ/kg |
| හයිඩ්රේටඩ් ලුණු | Na₂S·5H₂O | 82 / 66 | 27.89 GJ/m³ |
| හයිඩ්රේටඩ් ලුණු | MgCl₂·6H₂O | 104 / 61 | 17.82 GJ/m³ |
| හයිඩ්රේටඩ් ලුණු | SrBr₂·6H₂O | 105 / 52 | 4.14 GJ/m³ |
| හයිඩ්රේටඩ් ලුණු | MgSO₄·7H₂O | 150 / 25 | 21.99 GJ/m³ |
| ද්රව්ය පද්ධතිය | තාප ගබඩා ද්රව්ය | තාප ගබඩා කිරීම / මුදා හැරීමේ උෂ්ණත්වය (අංශකය) | බලශක්ති ඝනත්වය |
|---|---|---|---|
| ලෝහ ඔක්සයිඩ් | SrCl₂ | 96 / 52 | 1724 kJ/kg |
| ලෝහ ඔක්සයිඩ් | MnCl₂ | 162 / 45 | 1296 kJ/kg |
රසායනික ප්‍රතික්‍රියා තාප ශක්ති ගබඩාව ප්රධාන වශයෙන් මධ්‍යම- සහ ඉහළ{1}}උෂ්ණත්ව තත්ව යටතේ යොදනු ලබන අතර, මීතේන් ප්‍රතිසංස්කරණය, ඇමෝනියා සංස්ලේෂණය සහ වියෝජනය, ලෝහ හයිඩ්‍රයිඩ්, කාබනේට්, ලෝහ ඔක්සයිඩ් සහ ලෝහ හයිඩ්‍රොක්සයිඩ් ඇතුළු එහි පද්ධති විවිධ වේ. මෙම ක්‍රම මගින් රසායනික බන්ධන කැඩීම සහ නැවත සංකලනය කිරීම මගින් තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීම සහ මුදා හැරීම සිදු කරයි. මෙම ආකාරයේ බලශක්ති ගබඩාව විශාල ප්‍රතික්‍රියා අගයන්, ඉහළ ශක්ති ඝනත්වය සහ පුළුල් මෙහෙයුම් උෂ්ණත්ව පරාසයක් ඇත. කෙසේ වෙතත්, ප්‍රායෝගික යෙදීම් වලදී, පිරිවැය පාලනය, ද්රව්ය විඛාදනය සහ ගෑස් ගබඩා කිරීම ඇතුළු අභියෝග පවතී. එබැවින්, අදාළ ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණ පිළිබඳ ගැඹුරු පර්යේෂණ සිදු කිරීම සහ සමස්ත කාර්ය සාධනය වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා ක්‍රියාවලි ප්‍රවාහය ප්‍රශස්ත කිරීම අවශ්‍ය වේ.
තාප රසායනික තාප ශක්ති ගබඩා පද්ධති සංකීර්ණ ව්‍යුහයන් සහ සහායක උපාංග රාශියක් ඇති අතර එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ඉහළ ආරම්භක ආයෝජන පිරිවැයක් දැරීමට සිදුවේ. දැනට, ඒකක පරිමාවකට ඒවායේ අති-අධි ශක්ති ඝනත්වය සම්පූර්ණයෙන් භාවිත කර නොමැත. තවද, සම්බන්ධ වූ රසායනික ප්‍රතික්‍රියා යාන්ත්‍රණවල සංකීර්ණත්වය හේතුවෙන්, ප්‍රතික්‍රියා අනුපාතවල නිරවද්‍ය පාලනය අභියෝගාත්මක වන අතර, සමහර ප්‍රතික්‍රියා ක්රියාවලීන් දැඩි ආරක්‍ෂිත අවශ්‍යතා ඇති අතර, සමස්ත පද්ධතියේ කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් වැඩිදියුණු කරයි. එබැවින්, මෙම ගැටළු විසඳීම සඳහා තාප රසායනික තාප ශක්තිය ගබඩා කිරීමේ තාක්ෂණය පිළිබඳ -ගැඹුරු පර්යේෂණ තවදුරටත් අවශ්‍ය වේ.