थर्मल बैटरी

This article is about storage of heat energy. For high-temperature electrical batteries, see Molten-salt battery. For other uses, see Thermal battery (disambiguation).

तापीय ऊर्जा बैटरी एक भौतिक संरचना है जिसका उपयोग ताप संचयन और विमोचन के उद्देश्य से किया जाता है—तापीय ऊर्जा भंडारण भी देखें। ऐसी थर्मल बैटरी (उर्फ टीबीएटी) एक समय में उपलब्ध ऊर्जा को अस्थायी रूप से संग्रहीत करने और फिर दूसरे समय में जारी करने की अनुमति देती है। थर्मल बैटरी में शामिल बुनियादी सिद्धांत पदार्थ के परमाणु स्तर पर होते हैं, जिसमें ऊर्जा को ठोस द्रव्यमान या तरल मात्रा में जोड़ा या लिया जाता है जिससे पदार्थ का तापमान बदल जाता है। कुछ तापीय बैटरियों में एक पदार्थ को एक चरण संक्रमण के माध्यम से ऊष्मीय रूप से संक्रमण करने के लिए भी शामिल किया जाता है जिससे संलयन की डेल्टा गर्मी या वाष्पीकरण की डेल्टा गर्मी के कारण और भी अधिक ऊर्जा संग्रहीत और जारी की जाती है।

थर्मल बैटरी का इतिहास

थर्मल बैटरी बहुत आम हैं और इसमें गर्म पानी की बोतल जैसी परिचित वस्तुएं शामिल हैं। थर्मल बैटरियों के शुरुआती उदाहरणों में पत्थर और मिट्टी के चूल्हे, आग में रखी चट्टानें और भट्टियां शामिल हैं। जबकि स्टोव और भट्ठे ओवन हैं, वे थर्मल स्टोरेज सिस्टम भी हैं जो समय की विस्तारित अवधि के लिए गर्मी को बनाए रखने पर निर्भर करते हैं।

थर्मल बैटरी के प्रकार

थर्मल बैटरी आम तौर पर विभिन्न रूपों और अनुप्रयोगों के साथ 4 श्रेणियों में आती हैं, हालांकि मौलिक रूप से सभी तापीय ऊर्जा के भंडारण और पुनर्प्राप्ति के लिए हैं। वे ताप भंडारण की विधि और घनत्व में भी भिन्न होते हैं।

चरण परिवर्तन थर्मल बैटरी

थर्मल भंडारण के लिए उपयोग की जाने वाली चरण परिवर्तन सामग्री उस तापमान पर महत्वपूर्ण तापीय क्षमता को संग्रहीत करने और जारी करने में सक्षम होती है जिससे वे चरण बदलते हैं। इन सामग्रियों को विशिष्ट अनुप्रयोगों के आधार पर चुना जाता है क्योंकि तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला होती है जो विभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोगी हो सकती है और सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला होती है जो विभिन्न तापमानों पर चरण बदलती है। इन सामग्रियों में लवण और मोम शामिल हैं जो विशेष रूप से उनके द्वारा प्रदान किए जाने वाले अनुप्रयोगों के लिए इंजीनियर हैं। निर्मित सामग्री के अलावा, पानी एक चरण परिवर्तन सामग्री है। जल की गुप्त ऊष्मा 334 जूल/ग्राम होती है। पानी का चरण परिवर्तन 0 °C (32 °F) पर होता है।

कुछ अनुप्रयोग कोल्ड स्टोरेज के रूप में पानी या बर्फ की तापीय क्षमता का उपयोग करते हैं; अन्य इसे गर्मी भंडारण के रूप में उपयोग करते हैं। यह किसी भी एप्लिकेशन की सेवा कर सकता है; गर्मी को स्टोर करने के लिए बर्फ को पिघलाया जा सकता है, फिर ठंड से नीचे के वातावरण को गर्म करने के लिए फिर से जमाया जा सकता है (ऐसे वातावरण में 0 डिग्री सेल्सियस पर तरल पानी डालने से वातावरण उसी तापमान पर बर्फ के समान द्रव्यमान की तुलना में बहुत अधिक गर्म हो जाता है, क्योंकि बर्फ की गुप्त गर्मी हिमीकरण को इसमें से निकाला जाता है, यही कारण है कि चरण परिवर्तन प्रासंगिक है), या ठंड को जमा करने के लिए पानी को जमाया जा सकता है और ठंड से ऊपर के वातावरण को ठंडा करने के लिए पिघलाया जा सकता है (और फिर से, 0 डिग्री सेल्सियस पर बर्फ का एक द्रव्यमान अधिक शीतलन प्रदान करेगा एक ही तापमान पर पानी के समान द्रव्यमान की तुलना में)।

इस तरह एक चरण परिवर्तन का उपयोग करने का लाभ यह है कि सामग्री का एक दिया गया द्रव्यमान बिना तापमान परिवर्तन के बड़ी मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है। इसलिए एक चरण परिवर्तन का उपयोग करने वाली एक थर्मल बैटरी को हल्का बनाया जा सकता है, या आंतरिक तापमान को अस्वीकार्य रूप से बढ़ाए बिना अधिक ऊर्जा डाली जा सकती है।

समझाया थर्मल बैटरी

एक एनकैप्सुलेटेड थर्मल बैटरी भौतिक रूप से एक चरण परिवर्तन थर्मल बैटरी के समान होती है, जिसमें यह भौतिक सामग्री की एक सीमित मात्रा होती है जो ऊर्जा को संग्रहीत करने या निकालने के लिए तापीय रूप से गर्म या ठंडा होती है। हालांकि, एक गैर-चरण परिवर्तन में थर्मल बैटरी को समझाया गया है, चरण परिवर्तन को प्रेरित किए बिना पदार्थ का तापमान बदल दिया जाता है। चूंकि एक चरण परिवर्तन की आवश्यकता नहीं है, इसलिए एक अतिक्रमित थर्मल बैटरी में उपयोग के लिए कई और सामग्रियां उपलब्ध हैं।

एक एनकैप्सुलेटेड थर्मल बैटरी के प्रमुख गुणों में से एक इसकी वॉल्यूमेट्रिक ताप की गुंजाइश (VHC) है, जिसे वॉल्यूम-स्पेसिफिक हीट कैपेसिटी भी कहा जाता है। इन थर्मल बैटरियों के लिए उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट पदार्थों में पानी, कंक्रीट और गीली रेत शामिल हैं।

एक एन्कैप्सुलेटेड थर्मल बैटरी का एक उदाहरण एक भंडारण टैंक के साथ एक आवासीय वॉटर हीटर है। इस थर्मल बैटरी को आमतौर पर जरूरत पड़ने पर तेजी से उपयोग के लिए लगभग 30-60 मिनट की अवधि में धीरे-धीरे चार्ज किया जाता है (जैसे, 10-15 मिनट)। वॉटर हीटर की थर्मल बैटरी प्रकृति को समझते हुए, कई उपयोगिताओं ने घर के मालिक द्वारा बाद में उपयोग के लिए उपलब्ध होने पर अतिरिक्त नवीकरणीय ऊर्जा शक्ति को अवशोषित करने के लिए उनका उपयोग करना शुरू कर दिया है। उपर्युक्त लेख के अनुसार,बिजली प्रणाली के लिए कुल बचत $200 प्रति वर्ष प्रति हीटर हो सकती है - जिनमें से कुछ इसके मालिक को दी जा सकती है।

फ़िनलैंड में गर्मी भंडारण माध्यम के रूप में रेत का उपयोग करने पर शोध किया गया है, जहां अक्षय सौर और पवन ऊर्जा को गर्मी के रूप में संग्रहीत करने के लिए एक प्रोटोटाइप रेत बैटरी बनाई गई है, जिसे बाद में जिला हीटिंग के रूप में उपयोग किया जा सकता है, और बाद में बिजली उत्पादन संभव हो सकता है।

अनकैप्सुलेटेड थर्मल बैटरी

GHEX थर्मल बैटरी

Main article: Ground-coupled heat exchanger

Thermal battery

प्रकार	Energy
Working principle	Thermodynamics
आविष्कार किया	Heat pumps, as used by the GHEX depicted above, were invented in the 1940s by Robert C. Webber.
First production	Heat pumps were first produced in the 1970s.

एक ग्राउंड हीट एक्सचेंजर (जीएचईएक्स) पृथ्वी का एक क्षेत्र है जिसका उपयोग मौसमी/वार्षिक चक्र थर्मल बैटरी के रूप में किया जाता है। ये थर्मल बैटरी पृथ्वी के क्षेत्र हैं जिनमें थर्मल ऊर्जा को स्थानांतरित करने के लिए पाइप लगाए गए हैं; वे इस अर्थ में असंपुटित हैं कि लक्षित क्षेत्र आसपास की शेष पृथ्वी से अछूता नहीं है। पाइपों के माध्यम से एक उच्च तापमान तरल पदार्थ चलाकर और इस प्रकार स्थानीय पृथ्वी के तापमान को बढ़ाकर GHEX में ऊर्जा जोड़ी जाती है। उन्हीं पाइपों के माध्यम से कम तापमान वाले द्रव को चलाकर जीएचईएक्स से ऊर्जा भी ली जा सकती है।

GHEX थर्मल बैटरी आमतौर पर दो रूपों में लागू की जाती हैं। ऊपर दी गई तस्वीर क्षैतिज जीएचईएक्स के रूप में जानी जाती है जहां ट्रेन्चिंग का उपयोग जमीन में बंद लूप में पाइप की मात्रा रखने के लिए किया जाता है। वे जमीन में बोरहोल को लंबवत या क्षैतिज रूप से ड्रिलिंग करके भी बनते हैं, और फिर लूप के दूर छोर पर यू-बेंड फिटिंग के साथ बंद लूप के रूप में पाइप डाले जाते हैं। इन ड्रिल किए गए GHEX थर्मल बैटरी को कभी-कभी बोरहोल थर्मल एनर्जी स्टोरेज सिस्टम भी कहा जाता है।

GHEX थर्मल बैटरी में किसी भी समय ऊष्मा ऊर्जा को जोड़ा या हटाया जा सकता है। हालांकि, वे अक्सर एक वार्षिक चक्र पर चलने वाले मौसमी तापीय ऊर्जा भंडारण के रूप में उपयोग किए जाते हैं जहां गर्मी के मौसम में इमारत को ठंडा करने के लिए इमारत से ऊर्जा निकाली जाती है और जीएचईएक्स में जोड़ा जाता है। फिर उसी ऊर्जा को बाद में भवन को गर्म करने के लिए सर्दियों के मौसम में जीएचईएक्स से निकाला जाता है। ऊर्जा के जोड़ और घटाव का यह वार्षिक चक्र सर्व की गई इमारत के ऊर्जा मॉडलिंग के आधार पर अत्यधिक अनुमानित है। इस मोड में उपयोग की जाने वाली थर्मल बैटरी एक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत है क्योंकि सर्दियों में निकाली गई ऊर्जा को अगली गर्मियों में GHEX में लगातार दोहराए जाने वाले चक्र में बहाल किया जाएगा। यह प्रकार सौर ऊर्जा संचालित है क्योंकि यह गर्मियों में सूर्य से निकलने वाली गर्मी है जिसे एक इमारत से हटा दिया जाता है और अगले सर्दियों के मौसम में गर्म करने के लिए जमीन में जमा कर दिया जाता है। थर्मल रिस्पांस टेस्टिंग की दो मुख्य विधियाँ हैं जिनका उपयोग GHEX थर्मल बैटरियों की तापीय चालकता और थर्मल क्षमता/विसरण की विशेषता के लिए किया जाता है - लॉग-टाइम 1-डायमेंशनल कर्व फ़िट और हाल ही में जारी उन्नत थर्मल प्रतिक्रिया परीक्षण। ASHRAE बिल्डिंग अध्ययन में GHEX थर्मल बैटरी की वार्षिक चक्र प्रकृति का एक अच्छा उदाहरण देखा जा सकता है। जैसा कि 'ग्राउंड लूप एंड एम्बिएंट एयर टेम्परेचर बाय डेट' ग्राफिक (चित्र 2-7) में देखा गया है, कोई भी आसानी से जमीन के तापमान के वार्षिक चक्र साइनसोइडल आकार को देख सकता है क्योंकि गर्मी को सर्दियों में जमीन से मौसमी रूप से निकाला जाता है और इसे खारिज कर दिया जाता है। गर्मियों में ग्राउंडिंग, एक सीज़न में एक ग्राउंड थर्मल चार्ज बनाना जो अपरिवर्तित नहीं है और दूसरी दिशा को बाद के सीज़न तक न्यूट्रल से संचालित करता है। जानबूझकर वेल-बोर थर्मल पैटर्न का उपयोग करने वाली ग्राउंड-आधारित थर्मल बैटरियों के अन्य अधिक उन्नत उदाहरण वर्तमान में अनुसंधान और प्रारंभिक उपयोग में हैं।

अन्य थर्मल बैटरी

रक्षा उद्योग में प्राथमिक बैटरी मोल्टेन-नमक बैटरी#थर्मल बैटरी (गैर-रिचार्जेबल)|पिघली-नमक बैटरी को थर्मल बैटरी कहा जाता है। वे इलेक्ट्रोलाइट के रूप में आयनिक धातु के लवण (सोडियम, पोटेशियम और लिथियम क्लोराइड, ब्रोमाइड्स, आदि) के कम पिघलने वाले गलनक्रांतिक मिश्रण का उपयोग करके गैर-रिचार्जेबल विद्युत बैटरी हैं, जो ठोस रूप में लवण के साथ निर्मित होते हैं। जब तक नमक ठोस रहता है, तब तक बैटरी की शेल्फ लाइफ 50 तक होती है साल। एक बार सक्रिय (आमतौर पर एक आतिशबाज़ी ताप स्रोत द्वारा) और इलेक्ट्रोलाइट पिघल जाता है, यह उच्च ऊर्जा और शक्ति घनत्व के साथ बहुत विश्वसनीय है। वे बड़े पैमाने पर सैन्य अनुप्रयोगों जैसे छोटे से बड़े निर्देशित मिसाइलों और परमाणु हथियारों के लिए उपयोग किए जाते हैं।

ऐसी अन्य वस्तुएं हैं जिन्हें ऐतिहासिक रूप से थर्मल बैटरी कहा जाता है, जैसे ऊर्जा-भंडारण ताप पैक जो स्कीयर हाथों और पैरों को गर्म रखने के लिए उपयोग करते हैं (हाथ गर्म देखें)। इनमें ऑक्सीजन मुक्त खारे पानी के साथ नम लौह चूर्ण होता है जो हवा के संपर्क में आने पर कुछ घंटों में तेजी से क्षरण करता है, जिससे गर्मी निकलती है। तत्काल कोल्ड पैक एक गैर-रासायनिक चरण-परिवर्तन द्वारा गर्मी को अवशोषित करते हैं जैसे कि कुछ यौगिकों के समाधान की एन्दोठेर्मिक गर्मी को अवशोषित करके।

इन अन्य थर्मल बैटरियों का एक सामान्य सिद्धांत यह है कि इसमें शामिल प्रतिक्रिया उत्क्रमणीय नहीं है। इस प्रकार, इन बैटरियों का उपयोग ऊष्मा ऊर्जा को संग्रहित करने और पुनः प्राप्त करने के लिए नहीं किया जाता है।

यह भी देखें

• थर्मल ऊर्जा भंडारण
• मौसमी तापीय ऊर्जा भंडारण
• ग्राउंड-युग्मित हीट एक्सचेंजर
• भूतापीय ताप पंप
• इंटरनेशनल ग्राउंड सोर्स हीट पंप एसोसिएशन
• भाप संचायक