Дослідження теплоакумулювальних властивостей цеолітів після мікрохвильової регенерації
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2025.63.338084Ключові слова:
теплоакумулятори, термохімічне накопичення тепла, мікрохвильове нагрівання, експеримент, похибка, кінетика сушіння, міцність, теплота адсорбціїАнотація
В роботі проведено дослідження кінетики дегідратації щільного шару цеолітів 13X і 4A, які застосовуються для систем накопичення тепла на основі термохімічних процесів адсорбції та десорбції. Наведено результати аналітичного огляду літературних даних, на підставі якого отримано відомості про ефективність термохімічного накопичення теплоти цеолітами завдяки високій щільності акумулювання енергії, а також можливості тривалого зберігання без втрат енергії. Визначено, що при регенерації цеолітів раціонально застосування методу мікрохвильової дегідратації. Представлено схему експериментальної установки для проведення досліджень мікрохвильового сушіння та методику проведення експериментів. Наведено результати експериментів з дегідратації щільного шару цеолітів 13Х та 4А в умовах мікрохвильового нагріву при вихідній потужності магнетрону 800 Вт, початкова маса завантаження — 0,1 кг. Показані криві зміни вологовмісту та температури цеолітів при мікрохвильовому сушінні. Наведено аналіз характеру зміни вмісту вологи і температури для досліджуваних цеолітів. Проведено оцінку властивостей міцності цеолітів за результатами визначення якості зерен після семи циклів сорбції-десорбції. Наведено результати оцінки теплоакумулювальної здатності цеолітів після дегідратації в мікрохвильовому полі. Враховувалося, що теплота адсорбції, що виділяється після додавання води до шару цеолітів, йшла на нагрівання води, експериментальної комірки, шару цеоліту і випаровування вологи. Питома теплота адсорбції досліджуваних цеолітів змінюється в межах 155,5 кДж/кг – 216,4 кДж/кг, при цьому похибка не перевищувала 15,7%. Отримано, що за характеристиками міцності і по теплоакумулювальної здатності переважним для систем термохімічного накопичення тепла є цеоліт 13Х, однак остаточний вибір визначається конкретними умовами застосування.
Посилання
Abedin A. H. A critical review of thermochemical energy storage systems. The Open Renewable Energy Journal. 2011. Vol. 4, iss. 1. P. 42–46. https://doi.org/10.2174/1876387101004010042
Вивчення перспектив застосування цеолітів для теплових акумуляторів / І. Л. Бошкова та ін. Refrigeration Engineering and Technology. 2021. Т. 57, вип. 3. С. 196–205. https://doi.org/10.15673/ret.v57i3.2171
Adsorption performance and thermodynamic analysis SAPO-34 silicone composite foams for adsorption heat pump applications / L. Calabrese et al. Materials for Renewable and Sustainable Energy. 2018. Vol. 7, no. 4. https://doi.org/10.1007/s40243-018-0131-y
Experimental and numerical assessment of novel all-in-one adsorption thermal storage with zeolite for thermal solar applications / Michelangelo Di Palo et al. Applied Sciences. 2020. Vol. 10, iss. 23. Article 8517. https://doi.org/10.3390/app10238517
Erprobung thermochemischen ingredients Langzeitwärmespeichers auf Basis instru-ments Zeolith/Salz-Komposits / T. Nonnen et al. Chemie Ingenieur Technik. 2016. Vol. 88, no. 3. P. 363–371. https://doi.org/10.1002/cite.201500136
Adsorption heat storage: State-of-the-art and future perspectives / S. Vasta et al. Nanomaterials. 2018. Vol. 8, iss. 7. Article 522. https://doi.org/10.3390/nano8070522
Zeolite heat storage: Key parameters from experimental results with binder-free NaY / S. Rönsch et al. Chemical Engineering & Technology. 2020. Vol. 43, iss. 12. P. 2530–2537. https://doi.org/10.1002/ceat.202000342
Ojuva A. Processing and performance of zeolites for efficient carbon dioxide separation [Electronic resource] : doctoral thesis. [S. l.], 2015. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-114160
Thermal energy storage – overview and specific insight in nitrate salts for sensible and latent heat storage / N. Pfleger et al. Beilstein Journal of Nanotechnology. 2015. Vol. 6. P. 1487–1497. https://doi.org/10.3762/bjnano.6.154
Kant K., Pitchumani R. Advances and opportunities in thermochemical heat storage systems for buildings applications. Applied Energy. 2022. Vol. 321. Article 119299. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119299
Analysis and optimization of closed-adsorption heat storage bed performance / K. Kant et al. Journal of Energy Storage. 2020. Vol. 32. Article 101896. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101896
Solar-thermal energy conversion prediction of building envelope using thermochemical sorbent based on established reaction kinetics / Wei Li et al. Energy Conversion and Management. 2022. Vol. 252. Article 115117. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.115117
Sorption heat storage for long-term low-temperature applications: Review on the advancements in material and prototype scale / L. Scapino et al. Applied Energy. 2017. Vol. 190. P. 920–948. https://doi.org/10.1016/j.apen-ergy.2016.12.148
Advances in thermal energy storage materials and their applications towards zero energy buildings: A critical review / J. Lizana et al. Applied Energy. 2017. Vol. 203. P. 219–239. https://doi.org/10.1016/j.apen-ergy.2017.06.008
Use of zeolites in the capture and storage of thermal energy by water desorption– adsorption cycles / B. de Gennaro et al. Materials. 2022. Vol. 15, iss. 16. Article 5574. https://doi.org/10.3390/ma15165574
Adsorbents regeneration under microwave irradiation for dehydration and volatile organic compounds gas treatment / I. Polaert et al. Chemical Engineering Journal. 2010. Vol. 162, no. 3. P. 941–948. https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.06.047
Mechanisms responsible for dielectric properties of faujasites and Linde type A zeolites in the microwave frequency range / B. Legras et al. The Journal of Physical Chemistry C. 2011. Vol. 115, iss. 7. P. 3090–3098. https://doi.org/10.1021/jp111423z
Intensification of TSA processes using a microwave-assisted regeneration step / E. Meloni et al. Chemical Engineering and Processing – Process Intensification. 2021. Vol. 160. Article 108291. https://doi.org/10.1016/j.cep.2020.108291
MW-assisted regeneration of 13X zeolites after N2O adsorption from concentrated streams: A process intensification / E. Meloni et al. Energies. 2022. Vol. 15, iss. 11. Article 4119. https://doi.org/10.3390/en15114119
Cherbanski R. Calculation of critical efficiency factors of microwave energy conversion in heat. Chemical Engineering & Technology. 2011. Vol. 34, iss. 12. P. 2083–2090. https://doi.org/10.1002/ceat.201100405
Microwave irradiation effect in water-vapor desorption from zeolites / H. Hongyu et al. Microwave Heating. [S. l.], 2011. https://doi.org/10.5772/23264
Експериментальне дослідження сушіння цеоліту «4а» у мікрохвильовому полі / І. Л. Бошкова та ін. Refrigeration Engineering and Technology. 2023. Т. 59, вип. 3. С. 197–204. https://doi.org/10.15673/ret.v59i3.2658
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 І. Л. Бошкова, Н. В. Волгушева, А. П. Гречановський, А. Г. Крятов, Є. О. Кравченко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
