Электроды прогрева для бетона: Электрод для прогрева бетона ВР-1 (D-4мм)

Прогрев бетона электродами: технология и особенности

Технология, применяемая в сложных условиях для приобретения бетоном необходимых физико-механических свойств, называется прогрев бетона электродами. Метод получил распространение благодаря простому оборудованию, которое основано на способностях электрического тока при прохождении через какое-либо вещество выделять тепло. Прогрев бетона в зимнее время электродами очень производителен, он охватывает рабочий объем 100 м³ при t -40 °C. Исходя из особенностей конструкции и уличной температуры, подбираются технологические режимы, учитывающие:

• расстояние между электродами при прогреве бетона, их тип;
• силу тока;
• стадийность процесса в зависимости от использования изотермического «одеяла».

Чтобы обеспечить прогрев бетона электродами, расчет должен быть точным. Зависит он от следующих параметров:

• форма, толщина и общая площадь заливки;
• мощность трансформатора;
• толщина электрических проводников;
• сила тока;
• время, выдержка и продолжительность нагрева.

Схема подключения электродов для прогрева бетона

Важно! В ходе процедуры важно обеспечить равномерность нагревания и невысокую скорость — 8-15 °С в час, а остывания — 5-10 °С

На сегодня самый эффективный способ не привязывать строительные работы к определенному времени года, трудиться в дождливых условиях, а также суровом климате — это проводить прогрев бетона электродами, технология может состоять из нескольких стадий:

• нагрев и выдержка;
• нагнетание температуры с последующим охлаждением при термоизоляции;
• нагрев, выдержка и остывание.

Прогрев бетона с помощью электродов могут дополнять использованием термоизолирующей конструкции, которая снижает скорость охлаждения или позволяет выдерживать однородную температуру во время операции. Это наиболее эффективный метод нагрева. Кроме этого, сам трансформатор может оснащаться модулями:

• подогрева почвы;
• сушки электродов;
• стабилизации напряжения;
• генератором.

Разновидности применяемых электродов

Прогрев стен бетона электродами обеспечивается с помощью специальной установки или сварочного аппарата, состоящего из трансформатора и нагревательных элементов. Разные типы конструкций определяют форму электродов, применение которых наиболее целесообразно.

Электроды для прогрева бетона

Существует 4 типа нагревательных элементов: 2 варианта предназначены для внутреннего напряжения и 2 для поверхностного. Первые изготавливаются из арматуры в бунтах или прутьях. Маркируется проволока ВР1, а электроды для прогрева бетона ВР 4/ 5/ 3 обозначают диаметр проволоки. Вторые из пластин разных размеров. За основу берется листовая или кровельная сталь до 4 мм толщиной.

Электроды для внутреннего напряжения:

1. Стержневые. Для изготовления используется арматура диаметром 6-12 мм, длиной до 2 метров. Располагаются по «телу» бетона. Подходят для больших площадей, при этом используется индивидуальная технологическая карта прогрева бетона электродами. Площадь должна соответствовать мощности трансформатора. Шаг прутьев варьируется от 60 до 100 см, но расстояние между рядами должно быть не менее 200-400 мм; до каркаса — 50-150 мм; до шва конструкции — более 100 мм.
2. Струнные. Используются для вертикальных конструкций (колонны, арки). Представляют собой арматуру диаметром до 15 мм и длиной 2-3 метра. Один устанавливается по центру (может применяться каркасная арматура), в качестве второго используется опалубка из токопроводящего материала.
3. Пластинчатые. Представляют собой пластины, которые устанавливаются между опалубкой и бетоном с разных сторон и создают электрическое поле.
4. Полосовые или нашивные. Похожи на пластинчатые, но имеют более компактную ширину (20-50 мм) и толщину до 4 мм, располагаются по сторонам стяжки. Шаг электродов при прогреве бетона составляет 100-400 мм. Их применяют для небольших площадей, плит перекрытия и бетона, соприкасающегося с грунтом.

Чтобы обеспечить эффективный прогрев бетона электродами, схема подключения должна учитывать толщину бетонной смеси. В случаях с пластинчатыми изделиями это имеет основное значение: подсоединяются они периферийно (при толщине смеси более 300 мм) или односторонне (при толщине до 300 мм).

Обвязка электродов для прогрева бетонного фундамента

Советы по реализации

Важно! Применять можно только переменный ток. Постоянный приведет к активизации электролиза. Также нерационально использовать этот метод для конструкций большой толщины

Электроды устанавливаются в бетон в порядке, при котором после подключения к трансформатору создается электрическое поле. Регулируя параметры трансформатора, достигается необходимая t нагрева и выдержки. Интенсивность нагрева должна быть невысокой, максимальная t выдержки зависит от марки бетона и составляет не более +55-75 °С. Во время прогрева участок должен быть покрыт изолирующим верхом (рубероид, специальные маты). Зимний прогрев бетона электродами должен учитывать при охлаждении перепад t между уличной и рабочей — не более 20 °С.

Поскольку при изменении структуры меняется сопротивление, то необходимо следить за силой тока: установить в цепь приборы, контролирующие параметры тока, температуры, проверять степень застывания бетонной смеси. Изменение сопротивления происходит не линейно, а параболически, также на этот показатель влияют марка бетона и производитель (компоненты состава меняют свойства в зависимости от места добычи).

Задаваясь вопросом, как прогреть бетон электродами, важно обеспечить безопасность технологии, поскольку здесь присутствуют такие энергоносители, как вода и электрический ток. При невозможности изоляции электрических проводников обычным способом, они защищаются эбонитовыми трубками. Также категорически запрещается соприкосновение изделий с армирующим каркасом из-за короткого замыкания.

Ток для прогрева бетона электродами используется как 1-фазный, так и 3-фазный. Но в первом случае конструкция должна быть небольшой, без армирующей сетки, а также не контактировать с другими элементами построек. В остальных ситуациях используется напряжение 380 В.

Заключение

К особенностям этого метода относят одноразовость использования электродов: после затвердевания они остаются частью конструкции. При этом стоимость расходников низкая, а сами они широко доступны, поэтому технология вполне оправдывает себя.

Видео: Прогрев бетона в зимнее время, кабель пнсв,тмо-80, оборудование для прогрева

схема подключения, технология прогревочных работ

Чтобы бетон во время твердения правильно набрал прочность, в зимнее время его обогревают различными способами. Технология прогрева бетона электродами является одним из них. Процесс этот можно проводить как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами обогрева. Особенно актуально электродный метод применять при заливке раствором монолитных вертикальных конструкций.

Необходимость прогрева в зимний период

Работы, связанные с заливкой бетонного раствора, строители проводят в любое время года. Одним из компонентов, необходимых для набора прочности бетоном, является вода. Если в теплое время твердение материала проходит естественным способом, так как гидратация цемента протекает успешно, то зимой это невозможно. При низких температурах в бетоне происходят следующие процессы:

1. Вода замерзает и перестает взаимодействовать с цементом. В итоге процесс твердения бетона практически останавливается.
2. Лед, постепенно увеличиваясь в объеме, снижает плотность застывающего раствора, и при оттаивании бетон начнет просто крошиться.
3. В связи с образованием наледи, в месте соединения арматуры с раствором происходит снижение прочности.

Поэтому стоит задача остановить эти процессы, чтобы получить качественный бетон, способный выдержать любые нагрузки. Обычно для этих целей применяют комплексные меры, чтобы достичь наилучшего результата. При минусовых температурах в бетон добавляют вещества, способные предотвращать замерзание воды, но при сильных морозах без обогрева раствор все равно замерзнет. Поэтому дополнительно используют обогрев с помощью электродов, между которыми в жидком бетоне появляется электрическое поле и он начинает нагреваться.

Виды электродов

В зависимости от расположения прогревочных электродов различают поверхностное и погружное их использование. В первом случае на поверхность раствора накладываются пластины, к которым присоединяют провода.

После окончания процесса такие электроды можно использовать повторно на других объектах. При втором способе электроды погружают в раствор, в дальнейшем они в нем остаются.

Всего различают 4 вида электродов:

• пластинчатые;
• полосовые;
• струнные;
• стержневые.

Технология электропрогрева бетона электродами, сделанными в виде пластин, заключается в том, что они размещаются между внутренней стороной опалубки и бетонным раствором. К каждой пластине подключают провода, подходящие к разным фазам трансформатора.

В результате между пластинами образуется электрическое поле и раствор начинает прогреваться. Применяется такой способ в основном при небольших объемах заливки. Полосовые электроды представляют собой металлические пластинки шириной не более 50 мм. Располагают их на поверхности раствора и подключают через одну к одной фазе, а оставшиеся — к другой.

Их используют для обогрева плоских и невысоких изделий. Струнные проводники используют при заливке высоких цилиндрических конструкций, например, колонн. В центр конструкции помещается электрод, а сама опалубка охватывается токопроводящим листом. Лист и центральную струну подключают к разным фазам.

 

В качестве стержневых проводников используют нарезанные арматурные прутья диаметром от 7 до 11 мм, которые заглубляют в раствор согласно рассчитанному расстоянию. Таким образом осуществляют прогрев сложных конструкций.

Технология прогрева

Все работы строители проводят, опираясь на технологическую карту прогрева электродами монолитных конструкций. Сам процесс происходит при низком напряжении и высокой силе тока. Обеспечивает эти показатели использование масляного прогревочного трансформатора, работающего от сети 380 В. Очень часто для этого применяют передвижные электрические станции, которые можно доставить до самого отдаленного объекта.

Схему подключения электродов при прогреве бетона осуществляют проводами, способными выдерживать мощность 80 Вт на 1 м его длины. Ими подключают три звена электродов к каждой фазе трансформатора так, чтобы они не касались деталей опалубки и арматуры каркаса. Контакт между проводами и электродами должен быть надежным, желательно использовать для этого резьбовое соединение.

Как только закончится заливка раствора, начинают процесс прогрева. Регулируется он с помощью трансформатора. Когда раствор жидкий, то для прогрева достаточно будет тока равного 250 А. Этот показатель достигается установлением на выходе трансформатора 100 В. По мере застывания бетонного раствора, силу тока необходимо увеличивать, для этого в трансформаторе имеются 4 ступени.

Диапазон регулировки силы тока составляет от 250 до 450 А. При отсутствии трансформатора, для этого процесса можно использовать сварочный аппарат. Во время прогрева обязательно каждый час проводят замеры температуры бетона и выходной силы тока и затем записывают показания в соответствующий журнал прогрева.

Ошибки при нагреве бетона электродами и греющим кабелем

Каждый строительный материал имеет свои положительные и отрицательные стороны. Что касается бетона, то его недостатком является сложность использования в холодное время года. Точнее, при температуре ниже 5 градусов и средней температуре менее 0 градусов. Если бетон будет подвергаться воздействию низких температур, это приведет к ухудшению его прочностных свойств и уменьшению срока службы. Кроме того, созданная из него структура не сможет в полной мере выполнять возложенную на нее роль. Таким образом, материал будет испорчен, а организация понесет большие убытки.

• Причины неправильного нагрева
• Распространенные ошибки
• Электродный нагрев бетона
• Обогрев бетона нагревательным кабелем
• Какому способу нагрева отдать предпочтение

К чему приводит неправильное отопление

Многие не понимают, что неправильный подход к бетонным работам приводит в дальнейшем к крайне неприятным последствиям. Избежать их достаточно просто – нужно лишь определиться с качественным способом прогрева бетона и четко придерживаться его технологии.

Для увеличения скорости строительства используется множество различных методов нагревания бетона. Среди них стоит выделить нагревательную проволоку, электроды и другие. Эти методы требуют участия опытных специалистов и отличаются большими трудозатратами.

Неумелое использование техники разминки приводит к множеству ошибок. Следует остановиться на самых популярных. Они встречаются практически на каждой второй стройке. В результате на конструкциях появляются трещины, что впоследствии приводит к разрушению. Вряд ли кого-то заинтересуют такие перспективы в будущем.

Распространенные ошибки

Электродный прогрев бетона

Электродный прогрев смеси часто сопровождается следующими ошибками:

Ошибка №1 . Электроды имеют малую площадь контакта с бетоном, что обусловлено их конструктивными особенностями. В результате прогрев становится некачественным. Также между электродами и смесью могут появиться пузырьки воздуха. Они приводят к кипению воды, блокируя распространение тепловой энергии в бетоне. Он концентрируется в одном месте, образуя полости.

Ошибка № 2 . Внутри бетона находится армирующий металлический «каркас». Если электрод касается ее во время погружения, это моментально приводит к короткому замыканию. Таким образом, выходит из строя дорогостоящее оборудование, которое может быть неремонтопригодным. Если топить больше нечего, то нарушается технология застывания смеси.

Ошибка № 3 . Увеличение плотности тока в зоне непосредственного контакта бетона и электродов. Это чревато замедлением скорости гидратации, локальным перегревом и образованием пористой структуры. Примечательно, но внешне обнаружить допущенную ошибку невозможно. Узнать об этом можно будет в будущем, когда конструкция начнет разрушаться раньше времени.

Обогрев бетона нагревательным кабелем

Возникают ошибки при нагреве бетона нагревательным кабелем:

Ошибка №1 . Мало кто из строителей обращает внимание на схему подключения ТЭНов. В особенности, если ни у кого из них нет образования в области электротехники. Что касается целостности проводов, то такого практически не бывает. Они просто раскладываются на поверхности. Если целостность нарушена, то греющий кабель не может выполнять возложенную на него роль. Или нагрев происходит только в определенных местах. Неравномерный нагрев приводит к образованию трещин и быстрому разрушению внутренней структуры бетона.

Ошибка № 2 . При прокладке проводов следует обратить внимание на их изоляцию и правильное расположение. Многие об этом забывают. Кабель должен иметь оптимальную длину – не больше и не меньше проложенной. В противном случае происходит его перерасход, что приводит к увеличению продолжительности строительных работ.

Отрицательные стороны использования греющего кабеля следующие:

1. Для нагрева значительного количества бетона необходимы большие мощности. Часто их нет на месте работы.
2. Потребуется много электрических расчетов. Это требует дополнительного времени и усилий.
3. Очень ограниченное количество специалистов способно правильно проложить кабель. Не все компании могут позволить себе держать это в штате.

Данные ошибки наиболее распространены при бетонировании и утеплении перечисленными способами. Зная о них подробно, лучше стараться их избегать. Ведь лучше сделать все сразу, чем тратить деньги в будущем на демонтаж старой и установку новой конструкции. Иногда для этого требуется полное разрушение здания или объекта.

Какому способу нагрева отдать предпочтение

При отсутствии электриков и опыта нагрева электродами, а также кабелем следует обратить внимание на альтернативные способы. Например, накрыть конструкцию обычным тентом. При затвердевании смесь выделяет тепловую энергию. Она пойдет на отопление. Но, тент можно применять только тогда, когда на улице нет морозной погоды. Другим вариантом является использование термоэлектроматов.

Сегодня они есть в продаже и имеют оптимальную стоимость. Они укладываются на бетонную конструкцию сверху. Они поддерживают заданную температуру по всей обогреваемой поверхности. В перечень преимуществ использования термоэлектроматов входят:

1. Сокращение сроков строительства объектов. Можно будет гораздо быстрее перейти на новый этап работы, либо на новый объект.
2. Равномерное распределение тепловой энергии. Каждый сантиметр термомата излучает тепло в одинаковом объеме.
3. Улучшение качества дизайна. Застывает как надо, независимо от погодных условий.
4. Снижение стоимости. Это важно, учитывая текущую экономическую ситуацию и огромную конкуренцию.

В завершение рекомендуем посмотреть полезные видео по теме статьи:

Опубликовано: 18. 12.2018 Обновлено: 18.12.2018 Пока без коментариев

Патентная заявка США на токопроводящую бетонную электрическую тепловую батарею Патентная заявка (заявка № 20230051892, выданная 16 февраля 2023 г.) § 119(e) к предварительной заявке США № 63/233,553, поданной 16 августа 2021 г., которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра, требуют накопления энергии для обеспечения электроэнергией в периоды, когда солнце не светит или ветер не дует. Накопление энергии может быть использовано для балансирования производства и потребления электроэнергии в сети. Развернутые технологии накопления энергии включают химические батареи для бытовых и сетевых коммунальных услуг и бизнес-приложений. Аккумулирование гидроэлектроэнергии и аккумулирование энергии сжатого воздуха являются другими примерами успешно развернутых приложений в масштабе сети.

Совсем недавно была продемонстрирована электростанция для хранения тепловой энергии с доказательством работоспособности системы. Для зарядки в электротермической технологии используется электрический нагреватель сопротивления и продувается горячим воздухом через 1000 метрических тонн вулканической породы для хранения тепла, повышая температуру вулканической породы до 750 градусов по Цельсию (°C). В этом энергоаккумуляторе электричество используется для нагрева воздуха. Затем горячий воздух продувается через вулканическую породу, нагревая ее. Вулканические породы хранят энергию в виде тепла (т. е. хранят тепловую энергию). Для высвобождения накопленной тепловой энергии холодный воздух продувает высокотемпературные вулканические породы. Вулканические породы передают часть своей тепловой энергии, нагревая воздух. Нагретый воздух передает тепло паровому котлу, который приводит в действие паровую турбину для выработки электроэнергии. Эта технология хранения может использовать избыточную солнечную и ветровую, а также коммунальную электроэнергию для зарядки и может обеспечивать электроэнергию, тепло и технологический пар при разрядке.

РЕЗЮМЕ

В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения предложена электрическая тепловая батарея из проводящего бетона, которая включает в себя проводящий бетон, включающий смесь бетона и по меньшей мере одного проводящего материала, и множество электродов, расположенных в проводящем бетоне, где каждый электрод из множества электродов механически изолирован от каждого другого электрода из множества электродов и выполнен с возможностью электрического соединения с источником электрической энергии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 показывает электрическую тепловую батарею из проводящего бетона в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего изобретения.

РИС. 2 показана электрическая тепловая батарея из проводящего бетона в системе, которая включает в себя паротурбинный двигатель в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего раскрытия.

РИС. 3 показана электрическая тепловая батарея из проводящего бетона в системе, которая включает в себя термоэлектрический генератор и генератор с двигателем Стирлинга в соответствии с одним или несколькими вариантами осуществления настоящего раскрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения может использоваться электропроводящий бетон, такой как бетон, разработанный в Университете Небраски. Проводящий бетон может быть подобен обычному бетону, но проводящий бетон может также включать некоторую форму углеродных и/или металлических волокон/стружки (например, стальное волокно/стружку) и т.п., чтобы бетон мог проводить электричество. Углерод может представлять собой, например, низкосортный углеродсодержащий материал, такой как коксовая мелочь по низкой цене. Электрическая проводимость бетона может регулироваться путем изменения состава бетона и обычно может находиться в диапазоне от нескольких десятых долей сименса (S) до нескольких сименсов, хотя возможны и другие значения.

Электропроводящий бетон можно использовать для защиты от обледенения дорог и мостов, антистатических полов/заземления, контроля состояния бетонных конструкций, электромагнитного экранирования, безэховых камер, заземляющих плоскостей и т.п.

Концептуально токопроводящий бетон позволяет накапливать тепловую энергию (TES) посредством джоулевого нагрева, используя электричество для непосредственного нагрева электрической тепловой батареи вместо горячего воздуха посредством электрического нагрева сопротивления. Прямой джоулев нагрев может быть более эффективным при преобразовании электрической энергии в тепловую во время зарядки, чем нагрев горячим воздухом за счет нагрева электрическим сопротивлением. В одном или нескольких вариантах осуществления металлические электроды могут быть встроены в проводящий бетон для подачи электроэнергии в объем бетона, тем самым нагревая бетон и повышая его температуру. Теплоемкость бетона при комнатной температуре может составлять около 880 джоулей/килограмм/градус Цельсия (Дж/кг/°С) или 400 джоулей/фунт/градус Цельсия (Дж/фунт/°С).

Массовая плотность бетона при 150 фунтах на кубический фут (фунт/фут ³ ) дает тепловую плотность 60 килоджоулей/кубический фут/градус Цельсия (кДж/фут ³ /°C) или 1,62 мегаджоуля/кубический ярд/градус Цельсия (МДж/ярд ³ /°C). . Эта тепловая плотность соответствует плотности хранения 810 МДж/ярд ³ или 225 кВтч/ярд ³ при 500°C для примерного варианта осуществления электрической тепловой батареи из проводящего бетона. Таким образом, базовая стоимость хранения составляет около 2 долларов за кВтч при стоимости 450 долларов за кубический ярд проводящего бетона. Обратите внимание, что 225 кВтч/ярд ³ Емкость для хранения хорошо подходит для жилых помещений. Согласно этому примеру, для аккумулирования на уровне сети мощностью 1 гигаватт-час (ГВт-ч) с электрической тепловой батареей из проводящего бетона потребуется около 4500 кубических ярдов при базовой стоимости бетона около 2 миллионов долларов. Таким образом, электрическая тепловая батарея из проводящего бетона может обеспечить экономически эффективное решение для хранения энергии в сети. В одном или нескольких вариантах осуществления бетон может быть отлит с использованием изолированной бетонной формы (ICF) с высокотемпературной изоляцией для длительного сохранения тепла.

Для решетчатых хранилищ в одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения могут использоваться вентиляционные отверстия, которые будут либо отлиты, либо просверлены в проводящем бетоне. Холодный воздух может проходить через высокотемпературный бетон, получая тепло, которое можно использовать для других целей, например, для нагрева воды для работы парового котла. Пар, производимый в котле, может использоваться для привода паровой турбины для выработки электроэнергии. Преимущественно, этот или другие варианты осуществления могут позволить повторно ввести в эксплуатацию существующие электростанции, работающие на ископаемом топливе, такие как электростанции, работающие на угле и газе, для работы с проводящей бетонной электрической тепловой батареей в качестве источника тепла вместо сжигания ископаемого топлива.

В одном или нескольких вариантах осуществления электрическая тепловая батарея из проводящего бетона может быть отлита со встроенным паровым котлом, который был спроектирован для прямого нагрева через высокотемпературный бетон. Этот подход также позволяет повторно ввести в эксплуатацию существующие электростанции с ядерными реакторами, такие как реакторы с водой под давлением и реакторы с кипящей водой, для работы с батареей из проводящего бетона в качестве основного источника тепла.

Ссылаясь на РИС. 1 , в одном или нескольких вариантах осуществления, электрическая тепловая батарея из проводящего бетона 100 может содержать проводящий бетон 110 . Хотя фиг. 1 показывает токопроводящий бетон 110 в форме прямоугольного тела, могут быть использованы другие формы, включая неправильные формы. Множество электродов 120 может быть расположено в проводящем бетоне 110 . Эти электроды 120 способны принимать электрический ток от источника электрической энергии, например, электросети, солнечных ферм и ветряных генераторов. По крайней мере, один жидкостный канал 130 проходит через токопроводящий бетон 110 . Такие каналы , 130, для жидкости позволяют жидкости, например воздуху, при температуре ниже температуры электротермической батареи , 100, из проводящего бетона проходить через проводящий бетон , 110, и поглощать тепловую энергию, которая затем может быть использована в другом месте. В одном или нескольких вариантах осуществления канал для текучей среды может не понадобиться, если тепло передается непосредственно от проводящей бетонной электрической тепловой батареи 9.0033 100 на другое устройство, например двигатель Стирлинга или термоэлектрический генератор (ТЭГ). ТЭГ представляет собой полупроводниковое устройство, которое вырабатывает электричество при контакте с резервуаром с более высокой температурой с одной стороны и резервуаром с более низкой температурой с противоположной стороны. Например, резервуар с более высокой температурой может представлять собой массу проводящего бетона с температурой 500°С, а резервуар с более низкой температурой может представлять собой холодную плиту, температура которой поддерживается на уровне 30°С за счет протекающей через нее воды. В ТЭГ используется эффект Зеебека, при котором разница температур между двумя разнородными электрическими проводниками или полупроводниками создает разницу напряжений между двумя веществами. Например, теллурид висмута ( Bi ₂ Te ₃ ) могут использоваться полупроводники.

Ссылаясь на РИС. 2 , источник электрической энергии 202 может передавать электрическую энергию 204 на токопроводящую бетонную электрическую тепловую батарею 100 . Возможные источники энергии могут включать ветер и солнечную энергию, мощность которых может сильно меняться со временем, а также другие источники в электросети, включая электростанции, работающие на ископаемом топливе (например, природный газ, нефть и уголь). Электроэнергия 204 может быть получена от токопроводящей бетонной электрической тепловой батареи 100 либо в виде переменного тока (AC), либо в виде постоянного тока (DC).

Все еще ссылаясь на РИС. 2 , энергия может накапливаться в проводящей бетонной электрической тепловой батарее 100 путем пропускания электричества переменного или постоянного тока через проводящую бетонную электрическую тепловую батарею 100 путем подключения источника энергии 202 по крайней мере к двум электродам 120 встроенный в токопроводящий бетон 110 .

Тепловая энергия, хранящаяся в проводящей бетонной электрической тепловой батарее 100 , может извлекаться различными способами, обсуждаемыми в настоящем раскрытии. В примере, показанном на фиг. 2 , жидкость с температурой (обозначенной как «низкотемпературная» жидкость в этом примере) ниже, чем температура проводящей бетонной электрической тепловой батареи 100 , проходит через часть или всю батарею, повышая температуру до тех пор, пока жидкость не выйдет аккумулятор при более высокой температуре («высокотемпературная» жидкость 208 в этом примере). Жидкостью может быть воздух, хотя могут использоваться и другие газы и жидкости. Электрическая тепловая батарея 100 из проводящего бетона может быть спроектирована с отверстиями (например, вентиляционными отверстиями), просверленными или залитыми в бетоне, которые позволяют жидкости проходить через батарею 100 .

Высокотемпературная жидкость 208 может использоваться для производства пара в котле 210 путем нагрева воды. Передав часть своего тепла в котле, жидкость выходит из котла с более низкой температурой («низкотемпературная» жидкость 9).0033 206 ) и возвращается в токопроводящую бетонную электрическую тепловую батарею 100 , где жидкость может снова нагреваться.

Пар высокой температуры затем можно использовать для вращения паровой турбины 212 , соединенной с электрическим генератором 214 , который может производить электричество 216 . Пар, проходящий через паровую турбину, будет выходить из паровой турбины при средней температуре («средняя температура» жидкости 218 ), где он может пройти через конденсатор 9.0033 220 , где может произойти фазовый переход из газа в жидкость (например, из пара в воду), и позволить этой жидкости снова попасть в котел 210 , возможно, с помощью насоса 222 , для нагрева.

Технологический пар 224 может также отбираться из паровой турбины 212 . Технологический пар 224 определяется как пар, используемый для получения тепла и влаги, а не энергии.

Также показано на РИС. 2 жидкость, извлекаемая из токопроводящего бетона, электрическая тепловая батарея 100 при средней температуре и прохождении через теплообменник 226 . Эта извлеченная тепловая энергия может быть использована для централизованного теплоснабжения 228 , обеспечения отопления помещений и нагрева воды для коммерческих и жилых нужд рядом с токопроводящей бетонной электрической тепловой батареей 100 .

Для жилых помещений выработка электроэнергии с помощью паровой турбины может быть нецелесообразна. Вместо этого в одном или нескольких вариантах осуществления настоящего изобретения может использоваться термоэлектрический генератор (ТЭГ). Все твердотельные термоэлектрические модули в ТЭГ могут быть изготовлены из полупроводниковых материалов, которые генерируют электричество за счет разницы температур между более высокотемпературным проводящим бетоном, например, при 500°С, и более низкой температурой окружающей среды, например, при 30°С. C. Эффективность теплового преобразования ТЭГ в электрическую может быть довольно низкой, возможно, менее 5%. Таким образом, накопитель тепловой энергии может иметь соответствующие размеры. Например, 4 кубических метра проводящего бетона могут хранить 900 кВтч тепловой энергии при 500°С для выработки 45 кВтч электроэнергии ТЭГ при КПД теплового преобразования в электрическое 5-6%. Кроме того, отработанное тепло от ТЭГ может быть использовано для отопления жилых помещений и горячего водоснабжения. Ожидается, что эффективность и стоимость преобразования ТЭГ будут улучшаться по мере того, как развертывание технологии согласно настоящему раскрытию станет широко распространенным.

В одном или нескольких вариантах осуществления в другом способе разрядки согласно настоящему раскрытию может использоваться генератор двигателя Стирлинга. Генератор двигателя Стирлинга является более эффективным тепловым двигателем. При эффективности преобразования электроэнергии 20% при 225 кВтч на кубический ярд электротермическая батарея из проводящего бетона может обеспечить 45 кВтч электроэнергии для хранения на кубический ярд.

В примере, показанном на РИС. 3 , источники энергии 202 могут быть получены из одного или нескольких кандидатов, указанных выше при обсуждении ФИГ. 2 . Точно так же энергия может быть передана и сохранена в проводящей бетонной электрической тепловой батарее 100 , как обсуждалось выше. ИНЖИР. 3 содержит примеры двух дополнительных способов извлечения энергии, хранящейся в проводящей бетонной электрической тепловой батарее 100 . Эти два средства преобразования тепловой энергии запасаются в токопроводящей бетонной электрической тепловой батарее 9.0033 100 в электроэнергию 304 , 306 представляют собой генератор двигателя Стирлинга 310 и термоэлектрический генератор (ТЭГ) 320 . Как генератор двигателя Стирлинга 310 , так и ТЭГ 320 могут вырабатывать тепло 330 , 340 , которое можно использовать другими способами в качестве побочного продукта производства электроэнергии.

В одном или нескольких вариантах осуществления электрическая тепловая батарея из проводящего бетона 100 включает проводящий бетон, где проводящий бетон содержит смесь бетона и по меньшей мере одного проводящего материала. Токопроводящая бетонная электрическая тепловая батарея 100 может дополнительно включать множество электродов 120 , расположенных в проводящем бетоне, причем каждый электрод из множества электродов механически изолирован от каждого другого электрода из множества электродов и сконфигурирован для электрического соединения с источником электрической энергии. .

Электротермическая батарея из проводящего бетона 100 может дополнительно включать по крайней мере один канал для жидкости 130 через проводящий бетон 110 , начинающийся на первой внешней поверхности проводящего бетона 110 и заканчивающийся на первой внешней поверхности и/или второй внешней поверхности проводящего бетона 110 .

В одном или нескольких вариантах осуществления по меньшей мере один проводящий материал может включать углерод, металлические волокна/стружку или и то, и другое. Металлическое волокно/стружка может представлять собой, например, стальное волокно/стружку.

В одном или нескольких вариантах проводимость проводящего бетона может быть больше или равна 0,1 Сименс и меньше или равна 10 Сименс.

Электротермическая батарея из токопроводящего бетона 100 может нагреваться джоулевым нагревом.

В одном или нескольких вариантах осуществления электрическая тепловая батарея из проводящего бетона может быть сформирована в виде конструктивных элементов, сконфигурированных для включения в коммерческое, промышленное или жилое строение. Этими конструктивными элементами могут быть стена, пол, потолок и т.п. Прочность проводящего бетона может быть выше, чем прочность бетона без добавления проводящих материалов. Например, некоторый проводящий бетон в два раза прочнее бетона без проводящих материалов.

Электротермическая батарея из проводящего бетона может дополнительно включать изоляционный материал, который, по крайней мере, частично окружает проводящий бетон. Изоляционный материал может включать изолированную бетонную форму, а проводящий бетон может быть отлит с использованием изолированной бетонной формы.

В одном или нескольких вариантах осуществления способ накопления тепловой энергии в проводящей бетонной электрической тепловой батарее может включать Джоулев нагрев проводящей бетонной электрической тепловой батареи путем пропускания электрического тока через проводящий бетон.

В одном или нескольких вариантах осуществления система подачи тепловой энергии, хранящейся в электропроводящей бетонной электрической тепловой батарее, для выработки электроэнергии может включать в себя проводящую бетонную электрическую тепловую батарею, паровой электрический генератор, вырабатывающий электроэнергию и включающий бойлер, и замкнутый контур текучей среды. который включает жидкость, которая проходит через один или несколько жидкостных каналов проводящей бетонной электрической тепловой батареи и передает тепло котлу. Пароэлектрический генератор может быть частью выведенной из эксплуатации атомной электростанции или частью выведенной из эксплуатации электростанции, работающей на ископаемом топливе.

В одном или нескольких вариантах осуществления система подачи тепловой энергии, хранящейся в проводящей бетонной электрической тепловой батарее, для выработки электроэнергии может включать в себя проводящую бетонную электрическую тепловую батарею и генератор с двигателем Стирлинга, который вырабатывает электроэнергию и осуществляет тепловой контакт с проводящей бетонной электрической тепловой батареей. тепловая батарея, где токопроводящая бетонная электрическая тепловая батарея является высокотемпературным резервуаром для генератора двигателя Стирлинга.

В одном или нескольких вариантах осуществления система подачи тепловой энергии, хранящейся в электропроводящей бетонной электрической тепловой батарее, для выработки электроэнергии может включать в себя проводящую бетонную электрическую тепловую батарею и термоэлектрический генератор. Термоэлектрический генератор может включать более одного полупроводникового материала и может иметь тепловой контакт с проводящей бетонной электрической тепловой батареей. То есть токопроводящая бетонная электрическая тепловая батарея может быть высокотемпературным резервуаром для термоэлектрического генератора.

Все ссылки, включая публикации, заявки на патенты и патенты, цитируемые в настоящем документе, настоящим включены в качестве ссылки в той же степени, как если бы каждая ссылка была отдельно и специально указана для включения в качестве ссылки и изложена здесь полностью.

Использование терминов «a» и «an», «the» и «по меньшей мере один» и подобных ссылок в контексте описания изобретения (особенно в контексте следующей формулы изобретения) следует толковать как охватывающие как в единственном, так и во множественном числе, если иное не указано здесь или явно не противоречит контексту. Использование термина «по крайней мере один», за которым следует список из одного или нескольких элементов (например, «по крайней мере один из А и В»), следует понимать как означающий один элемент, выбранный из перечисленных элементов (А или В). ) или любое сочетание двух или более перечисленных элементов (А и В), если иное не указано в настоящем документе или явно не противоречит контексту. Термины «содержащий», «имеющий», «включающий» и «содержащий» следует толковать как термины с открытым текстом (т. е. означающие «включая, но не ограничиваясь»), если не указано иное. Перечисление диапазонов значений в данном документе предназначено лишь для использования в качестве сокращенного метода ссылки на каждое отдельное значение, попадающее в диапазон, если иное не указано в настоящем документе, и каждое отдельное значение включено в спецификацию, как если бы оно было приведено в данном документе по отдельности. Все способы, описанные в настоящем документе, могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если иное не указано в настоящем документе или иным образом явно не противоречит контексту. Использование любых и всех примеров или иллюстративного языка (например, «такой как»), представленных в настоящем документе, предназначено только для лучшего освещения изобретения и не налагает ограничения на объем изобретения, если не заявлено иное. Никакая формулировка в описании не должна толковаться как указывающая на какой-либо не заявленный элемент как существенный для практического применения изобретения.

Здесь описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, включая наилучший способ осуществления изобретения, известный изобретателям. Вариации этих предпочтительных вариантов осуществления могут стать очевидными для специалистов в данной области техники после прочтения вышеприведенного описания. Изобретатели ожидают, что квалифицированные специалисты будут использовать такие варианты по мере необходимости, и изобретатели предполагают, что изобретение будет осуществлено иначе, чем конкретно описано здесь. Соответственно, это изобретение включает в себя все модификации и эквиваленты предмета, изложенного в прилагаемой формуле изобретения, как это разрешено применимым законодательством. Более того, любое сочетание вышеописанных элементов во всех их возможных вариантах охватывается изобретением, если иное не указано в настоящем документе или иным образом явно не противоречит контексту.