Сколько весит батарея чугунная. Вес одной секции
Чугунные батареи существуют уже более века. И сегодня этот вид отопительных радиаторов продолжает обогревать человеческие жилища, ничуть не уступая более современным компактным конвекторам и аллюминиевым аналогам.
Преимущества чугуна
Чугун имеет массу неоспоримых достоинств. Он долговечен, стоек к коррозии, обладает высокой теплоэффективностью. Выпускаемые чугунные батареи в ретро-стиле поражают своей красотой. Да и современные обычные чугунные батареи выглядят очень привлекательно, выгодно отличаясь эффектным дизайном.
У чугунных батарей есть один недостаток – их вес. Сколько весит чугунная батарея, можно понять, приняв во внимание, что вес одной только секции колеблется от 7 до 7,5 кг. Среди современных разработок есть и более легкие модификации. У них вес секции составляет всего 5,7 кг.
Особенности монтажа чугунных батарей
Поскольку монтаж производится на стенки и перегородки, а они часто бывают выполнены из непрочного материала, то важно знать точно, сколько весит одна секция чугунной батареи.
Это нужно для того, чтобы расчитать вес общей нагрузки. Если окажется, что расчетная нагрузка выше норматива, то от такой установки придется отказаться полностью, либо нужно будет делать специальные крепления, чтобы батарея не сломала стену, либо установить отопительную батарею на полу.
Обычно стандартные чугунные батареи состоят из нескольких секций – секционных элементов. Как правило, их количество колеблется от 4 до 10. Но иногда встречаются и батареи с 20 и более секциями. Но использовать такие громоздкие радиаторы неудобно, поэтому на практике обычно устанавливают несколько батарей, по 5-7 секций в каждой. Обычно габариты современной секции чугунной батареи составляют 140 х 500 мм. Рассчитать массу всей батареи несложно, зная точный вес одной секции.
К примеру, нужно определить, сколько весит батарея. Чугунная секция весит 7,5 кг. Следовательно, набор из семи секций будет весить 49-52,5 кг. Такая же батарея, но уже из десяти секций, окажется весом около 75 кг. Необходимо учитывать и то, что это вес батареи без учета веса теплоносителя.
Средний объем одной секции чугунной батареи составляет около 1,5 литра жидкости. Есть и более экономичные модели, с объемом от 1 литра. При решении вопроса о том, сколько весит старая чугунная батарея, необходимо знать, что в старых образцах чугунных батарей объем жидкости достигал 1,7 литра на секцию. Поэтому после запуска системы вес приборов увеличивается.
Технические характеристики батарей из чугуна
Чтобы правильно определить необходимое количество секций в источнике тепла, важно учитывать и другие характеристики чугунных батарей. Главным показателем эффективности радиатора отопления является мощность. Если точно знать мощность одного радиатора, то несложно определить и общее количество, которое требуется для обеспечения жилья теплом.
При неверном расчете нужного количества радиаторов отопления в помещении появится излишняя сухость воздуха, а это не менее неприятно, чем недостаток тепла. На радиаторах будет нагреваться осевшая пыль, из-за необходимости частого проветривания увеличатся сквозняки.
Номинальная тепловая мощность одной секции чугунного радиатора рядовой модификации составляет 160 Вт. При расчете размера каждого устанавливаемого радиатора необходимо сначала узнать, сколько весит чугунная батарея. 1 секция берется за стандарт. Затем нужно определить, какова величина теплового потока отапливаемого жилья. Эта характеристика во многом зависит от того, из какого материала выполнены стены, какова теплоизоляция дома, насколько профессионально установлены окна в здании.
Так, в панельных домах тепловой поток составляет около 0,041 кВт/м3. В кирпичных строениях этот показатель уже составляет 0,034 кВт/м3. А при качественно выполненной теплоизоляции – 0.02 кВт/м3. В последнем примере не имеет значения, из чего построены стены.
Расчет необходимого количества секций в батареях
После определения того, сколько весит батарея чугунная, необходимо расчитать необходимое число звеньев в радиаторе либо количество приборов, которое нужно установить в отдельно взятом помещении.
Ту цифру, которая обозначает объем комнаты, умножаем на величину теплового потока помещения, полученную цифру делим на тепловой поток одной секции. Его величина составляет 0,160 кВт.
Полученную в результате вычислений цифру нужно округлить до целого – это и будет количество требуемых секций. При этом нет необходимости соединять все секции в один радиатор. Лучше распределить их в нескольких приборах, установив по одному под каждым оконным проемом. Вычислим таким образом, сколько весит батарея. Чугунная весит намного больше, это мы уже выяснили. Осталось определиться с местом для установки радиатора.
Размер оконного проема также влияет на выбираемое количество секций в устанавливаемом радиаторе. Чтобы использовать всю мощность отопительного прибора, его длина должна быть шире окна не менее чем на 70-75 %. При этом сам радиатор должен быть расположен на расстоянии от 8 до 12 см от подоконника.
Размеры чугунного радиатора
Отдавая дань традициям, радиаторы выпускают общепринятых размеров, обеспечивая этим еще и эффективную работу и безопасность отопления.
Ширина одной секции составляет, как правило, от 30 до 60 сантиметров. Это объясняется тем, что конкурирующие производители стремятся выпускать как можно более уникальную продукцию. Кроме того, различные модели также могут иметь разные габаритные размеры. Типовые же изделия обычно имеют глубины 92, 99 и 110 мм.
На современном рынке можно встретить и множество дизайнерских модификаций. Высота чугунных батарей всегда больше межосевого расстояния и всегда может быть увеличена, если прибор планируется устанавливать на пол. Площадь одной секции чугунной батареи составляет около 0,25 кв. м.
Срок службы чугунных батарей отопления
Чугунные радиаторы служат десятилетиями, зачастую без ремонта. Поэтому, установив такие обогреватели, можно в ближайшие лет 20-25 не думать о замене батарей. Давление, которое считается рабочим для чугунных батарей, составляет 9 атмосфер, это дает возможность устанавливать их и в автономных, и в центральных системах отопления.
В домах дореволюционной постройки такие батареи исправно служат и по сей день.
А ведь они были отлиты более 100 лет назад.
Помимо всего прочего, чугунные батареи спокойно переносят летний слив теплоносителя и не теряют своих свойств до следующего отопительного сезона.
Зная технические характеристики и то, сколько весит батарея чугунная, из соображений практичности лучше доверить расчет и монтаж специалистам, чем пытаться самому выполнять работу. Тогда не придется расстраиваться из-за совершенных ошибок.
Полностью железная батарея с открытым исходным кодом 2.0
- Список журналов
- ОборудованиеX
- т.9; 2021 апр
- PMC50
Являясь библиотекой, NLM предоставляет доступ к научной литературе. Включение в базу данных NLM не означает одобрения или согласия с
содержание NLM или Национальных институтов здравоохранения.
Узнайте больше о нашем отказе от ответственности.
ОборудованиеX. 2021 апрель; 9: e00171.
Опубликовано в сети 2 января 2021 г. doi: 10.1016/j.ohx.2020.e00171
Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензии Отказ от ответственности
- Дополнительные материалы
Открыть в отдельное окно
Ключевые слова: Аккумулятор , Электрохимический элемент, Перезаряжаемый, Мощность, Энергия, Возобновляемый источник энергии
В этой работе мы представляем значительные усовершенствования полностью железной батареи с открытым исходным кодом. Мы показываем более высокую удельную мощность и более простое изготовление. Мы также показываем более воспроизводимую процедуру приготовления электролитов. В результате получился электрохимический элемент с высокой перезаряжаемостью на основе ионов железа, хлорида, сульфата и калия в воде при близком к нейтральному pH.
Клетка стабильна в течение тысяч циклов. Он демонстрирует скромную плотность энергии, соответствующую предыдущей полностью железной батарее. Ток улучшен в 10 раз до практического уровня 500 мА/л и способен обеспечить максимальную мощность 250 мВт/л. Хотя это скромные характеристики по сравнению с коммерческими перезаряжаемыми батареями, их низкая стоимость, простой синтез и безопасное производство могут сделать их подходящими для хранения возобновляемой энергии.
Таблица спецификаций
| Название оборудования | Iron Battery 2.0 с открытым исходным кодом |
|---|---|
| Тематическая область | |
| Тип оборудования | |
| Лицензия с открытым исходным кодом | CC BY-NC -ND 4. |
| Стоимость оборудования | 4,58–13,74 долл. США за кюветы по 8 мл каждая; Стоимость установки 400$ (для сборки 50 ячеек по 8 мл) |
| Репозиторий исходных файлов | https://doi.org/10.17605/OSF.IO/YV2E6 |
Открыть в отдельном окне
Недорогой, безопасный накопитель энергии имеет много приложений. Возобновляемая энергия может заменить только часть энергии ископаемого топлива, если ее нельзя эффективно и экономично хранить [1]. Литий-ионные батареи стали доминирующей системой хранения энергии для мобильных приложений, но они имеют проблемы с безопасностью [2] и стоимостью [3]. Для стационарных приложений может быть выгодно перейти на более дешевую, безопасную химию, но с меньшей плотностью энергии. Мы продемонстрировали малогабаритную цельнометаллическую батарею [4]. Эта ячейка была перезаряжаемой со скромной, но полезной плотностью энергии, подходящей только для маломощных приложений.
Несколько полностью железных батарей были продемонстрированы в литературе и в больших масштабах для коммерческого применения. Недавнее резюме см. в Anarghya et al. [5]. Такие батареи часто реализуются как проточные батареи [6], [7]. Преимущество проточных батарей состоит в том, что энергоемкость (определяемая размером резервуара с электролитом) отделена от мощности (определяется размером проточной ячейки). Это происходит за счет относительно сложной сантехники и насосов.
Представленный здесь цельнометаллический аккумулятор является обычным аккумулятором, а не проточным аккумулятором. Хотя химические реакции, которые перемещают и сохраняют электроны, одинаковы (т. Е. Окисление Fe и восстановление Fe 
Мы описываем конструкцию аккумуляторной батареи с анодом и катодом на основе железа. Общая стратегия показана на . Металлическое железо окисляется до двухвалентного железа на аноде, в то время как трехвалентное железо восстанавливается до двухвалентного железа на катоде, позволяя электронам течь. Эта система обеспечивает высокую перезаряжаемость и настраиваемость, но мощность и плотность энергии ниже по сравнению с коммерческими батареями. Мы также описываем простой синтез подходящей разделительной мембраны из бумаги, пропитанной ацетатом целлюлозы. Этот сепаратор разделяет химию анода и катода, но обеспечивает перенос ионов. Площадь полимерного листа определяет максимальный ток. Для большей мощности батарея должна быть тонкой с большой площадью поверхности. Если требуется меньшая мощность и большая энергоемкость, батарея может быть толще с меньшей площадью разделительной мембраны (т. Е. Можно использовать более толстый акриловый пластик или несколько слоев).
Открыть в отдельном окне
Общий дизайн и функции батареи.
(A) На изображениях показаны три активные формы железа. (B) Схема показывает, как общая конструкция батареи и ток.
Наше основное усовершенствование оригинальной полностью железной батареи с открытым исходным кодом заключается в увеличении плотности тока. Первоначальный состав [4] представлял собой смесь хлорида железа и сульфата калия, доведенную до pH 7,5 с помощью гидроксида натрия. Повышение рН вызывает осаждение твердого вещества. Проводимость осажденных частиц низкая, и концентрация ионов железа в растворе также низкая. Это ограничивало максимальный электрический ток батареи. Мы определили, что максимальный ток разряда и заряда можно значительно увеличить, добавив проводящий углерод. Уменьшив расстояние между углеродным проводником электронов (первоначально углеродным войлоком) и осадком железа, мы смогли увеличить удельную мощность. Добавление сажи ketjen [проводящий углерод] в анодную и катодную пасты позволяет электронам мигрировать на гораздо более короткое расстояние от активного материала через проводящую матрицу (см.
Открыть в отдельном окне
Черные токопроводящие частицы Ketjen улучшают работу аккумулятора. (A) Схема показывает, как электроны диффундируют через электролит. (B) Схема показывает, как гипотетический эффект проводящего углерода сокращает расстояние диффузии. (C) График устойчивого тока в зависимости от % (масс./масс.) проводящего углерода.
В качестве вторичного улучшения мы стремились упростить первоначальный химический состав железной батареи. В исходной химии растворы солей железа содержали растворенные ионы железа, натрия, калия, хлорида и сульфата. Это показано слева с использованием предыдущей лучшей мембраны. В результате получилась стабильная химия с большим падением напряжения (крайний слева). Мы заменили мембрану из полиакрилата натрия на улучшенную мембрану (капля из ацетата целлюлозы, нанесенная на бумагу для печати).
Открыть в отдельном окне
Оптимизация клеточного химического состава включает циклические потенциограммы каждого из четырех составов с исходным химическим составом железа (Iron Battery 1.
0, крайний слева). В каждом случае удалялся один ионный компонент (Na + , K + , Cl – или SO 4 2–). Графики показывают потенциал как функцию времени в течение первых 10 и последних 10 из 500 полных циклов. Постоянство профилей заряда-разряда указывает на стабильность.
Это оборудование может быть полезно в любом контексте, где безопасная и недорогая батарея будет преимуществом. Возможность использования решения для хранения энергии с открытым исходным кодом может дополнить проекты аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом во многих областях: энергия солнечной фермы с открытым исходным кодом [9]
•
Регистраторы данных об окружающей среде с открытым исходным кодом [10]
•
Метеостанции с открытым исходным кодом [11]
Сводка файлов проекта:
| Имя файла проекта | 900 37 Тип файлаЛицензия с открытым исходным кодом | Расположение файла | |
|---|---|---|---|
| Конструкция батареи | Файл САПР в формате . svg | CC BY-NC-ND 4.0 | doi.org/https://doi.org//1 0.17605/OSF.IO/YV2E6 |
Открыть в отдельном окне. Указанная конструкция включает ячейку с внешними размерами 165 мм × 85 мм × 5 мм и внутренним активным объемом 9,6 мл. Ячейка собрана из четырех акриловых частей и скреплена сваркой растворителем, клеем и крепежными винтами.
Нижеследующее для 3 ячеек, содержащих по 8 мл каждой из электролитных паст.
| Обозначение | Компонент | Количество (за 3 ячейки по 8 мл каждая) | Стоимость за кювету 8 мл – USD ($) | Стоимость за единицу – USD ($) 9 0038 | Общая стоимость – доллары США ($) | Источник материалов | Тип материала |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Соль Fe 1 | Хлорид железа (FeCl 2 ) | 3,97 г | 0,25 долл. США 1,11 долл. США 0,66 долл. США | 0,19 долл. США/г 0,84 долл. США/ г 0,50 $/г | 47,90 $ 21 $ 49,95 $ | Alfa-Aesar (A16327) CPLabSafety Amazon (B00QG9I3SK) | Неорганический |
| Соль Fe 2 | Хлорид железа (FeCl 3 ) | 3,24 г | 0,08 $ 0,04 $ $ 0,14 | $ 0,08 / г $ 0,035 / г $ 0,13 | $ 39,10 $ 17,60 $ 12,95 | Alfa Aesar (A1 6231) Amazon (B00DYOA85Q)ebay | Неорганический |
| Соль | Сульфат калия (K 2 SO 4 ) | 6,97 г | 0,08 $ 0,23 $ | 0,034 $/г 9022 5 0,10 долл. США/г | 34,40 долл. США 5,09 долл. США | Alfa Aesar (A13975) ebay | Неорганический |
| Основание | Гидроксид калия (КОН) | 8,42 г | 0,13 долл. США 0,42 долл. США 0,28 долл. США | 0,047 долл. США/г 90 225 0,15 $ 0,10 $/г | 23,70 $ 15,31 $ 5,09 $ | Alfa Aesar (A18854) Amazon (B07JVVTP56) ebay | Неорганический |
| Fe Металл | Стальная шерсть (Fe) | 0,44 г | 0,01 $ | 0,02 долл. США/г | 3,78 долл. США | Amazon/Walmart (B074MDTWQR) | Металл |
| Ацетат целлюлозы | 0,45 г | 0,07 $ | 0,48 $/г | 11,92 $ | Fisher-Scientific ( AC177780250) | Органический | |
| Нафион | 45 мкл | 0,04 $ | 2,46 $/мл | 61,50 $ | Alfa Aesar (42118) | Органический | Этиленгликоль | 67,5 мкл | 0,01 $ | 0,074 $/г | 18,60 $ | Альфа Aesar (A11591) | Органическая |
| Бумага для печати | 1 шт. 6,44 долл. США | Amazon (B0050MRBA0) | Составной | ||||
| Проводящий углерод | Черный Ketjen EC-600JD | 1,20 г | 0,43 $ 0,52 $ | 1,07 $/г 902 25 1,31 долл. США/г | 60 долл. США 65,50 долл. США | Ebay Ebay | Неорганический |
| Корпус | Лист Arcylic | 6 шт. (5″ × 7″) Или, 1700 см 2 | 4,40 $ 1,7 $ | 2,20 $/шт 0 $ 0,003/см 2 | 21,99 $ ~30 $ | Amazon (B081B15HL4 ) Местный хозяйственный магазин | Композит |
| Клей | Прозрачный уплотнитель | ~6 мл | 0,05 $ | 0,025 $/мл | 3,97 долл. США | Amazon/Walmart (B001T8UDOU) | Композитный |
| Электр. 1 | Графитовый лист | 450 см 2 | 0,15 $ 1,12 $ | 0,001 $/см 2 0,008 $/см 2 9 0088 | 11 долларов 23 доллара | Алибаба Амазон (B07K8Y4269) | Полупроводник |
| Метиленхлорид | 6 мл | 0,11 $ | 0,057 $/мл | 28,4 $ 0 | Alfa Aesar ({“type”:”entrez-нуклеотид”,”attrs”:{” text”:”L13089″,”term_id”:”529565″,”term_text”:”L13089″}}L13089) | Органический | |
| Медная лента | 30 см 2 | ~0,50$ | – | 2,63 $ | Walmart | Металл | |
| Гайки и болты | 30 шт. хозяйственный магазин | Металл/сплав/пластик | |||||
| Итого (самое низкое) 4,58 долл. США/ Ячейка (8 мл) Итого (максимум) 13,74 долл. США за ячейку (8 мл) | |||||||
Открыть в отдельном окне
*Вышеуказанные цены указаны без учета местных налогов и стоимости доставки.
Ниже приведены краткие инструкции по сборке (подробные инструкции по сборке включены в качестве дополнительного материала). Корпус ячейки был вырезан лазером из акрилового пластика (используя подходящий CO 2 лазерный резак, такой как BossLaser 80 W, или приобретенный в коммерческой службе, такой как Ponoko). Конструкция может быть адаптирована к широкому диапазону размеров. Проекты САПР для лазерной резки акрилового пластика (ПММА) показаны на A. Следует сделать две копии каждой детали. Внутренний замкнутый объем определяет емкость накопления энергии. Площадь поверхности определяет мощность.
Открыть в отдельном окне
Дизайн и конструкция ячеек. (A) CAD дизайн сотового корпуса. (B) Схема сборки клеток. (C) Фотография изображения материалов и выбранных этапов сборки клеток.
Графитовая фольга [Elec1] была обрезана с выступами для электрического соединения с зажимами типа «крокодил». Графитовая фольга была приклеена к плоскому акриловому листу с помощью прозрачного клея. Второй акриловый лист был вырезан с центральным отверстием немного меньше, чем графитовая фольга, и приклеен к первому. Конструкция оставляет открытую полость для активного материала (т. е. пасты анодного электролита или пасты катодного электролита), как показано на B. Мембрана сепаратора была приготовлена путем растворения ацетата целлюлозы в ацетоне, нанесения раствора на бумагу вместе с необязательным небольшим объемом Нафион, и дав испариться (см. рис. Д.2).
Электролитную пасту готовили путем растворения хлорида железа (двухвалентное железо для катода и двухвалентное для анода) в воде в соответствующих пропорциях.
К этому добавляли отмеренное количество раствора гидроксида калия для достижения рН 7,5. К полученному осадку добавляли размолотую в шаровой мельнице кетженовую сажу [проводящий углерод] до достижения 4%. Анодная полость была заполнена мелкодисперсной стальной ватой [Fe Metal], а затем заполнена анодной пастой. Мембрана сепаратора располагалась над полостью анода. Катодная полость заполнялась катодной пастой, затем катодный узел прижимался к мембране сепаратора. Затем вся сборка была скреплена крепежными винтами по периметру и герметизирована сваркой акрилового пластика с метиленхлоридом. Медная лента использовалась для усиления выступов из графитовой фольги, которые выходят за края акрила. В собранном виде ячейка находится в заряженном состоянии и готова генерировать электрический ток.
После сборки батарею можно разряжать и заряжать, как любую батарею или гальванический элемент. Это может генерировать необходимый электрический ток для данного электронного устройства. Для разрядки аккумулятор можно использовать для питания любого электрического устройства постоянного тока, потребляющего меньше максимального тока для элемента (4,5 мА для элемента объемом 8 мл).
Несколько ячеек могут быть соединены вместе последовательно или параллельно для получения более высокого напряжения или тока. Для зарядки мы рекомендуем постоянное регулируемое зарядное напряжение 1,1 В на элемент последовательно.
В качестве примера приложения мы использовали одну ячейку со схемой «похитителя Джоуля» для повышения напряжения. Эта схема преобразует постоянный ток низкого напряжения в переменный и передает переменное напряжение через повышающий трансформатор. Результат достаточен для скромной яркости светодиода (см. ). В качестве альтернативы пять таких батарей можно было соединить последовательно. Они могут выступать в качестве резервуара для хранения солнечной энергии, необходимой для освещения ночью. Эта батарея может иметь некоторые преимущества по сравнению с ионно-литиевыми батареями, включая более низкую стоимость и меньшее воздействие производства на окружающую среду, а также низкую токсичность и возможность повторного использования.
Открыть в отдельном окне
Железная батарея 2.
0 и джоулев вор питают светодиод. (A) На фотографии показана разомкнутая цепь (светодиод не горит). (B) На фотографии показана замкнутая цепь (светящийся светодиод).
Железная батарея имеет значительное внутреннее сопротивление. Помимо максимального тока, внутреннее сопротивление приводит к значительно более низкому рабочему напряжению. Более низкое напряжение снижает доступную мощность. Максимальная плотность энергии для ячейки объемом 8 мл составляла 0,25 мВт на мл. Батарея должна быть спроектирована и изготовлена с учетом этого ограничения. В зависимости от требований к мощности потребуется батарея соответствующего размера.
При приготовлении реагентов необходимо учитывать несколько соображений безопасности. Гидроксид калия является едким веществом и не должен попадать на кожу. Хлорид железа вызывает коррозию и сильно кислит, поэтому нельзя допускать его попадания на кожу. Кроме того, хлорид железа разрушает металлы, с которыми контактирует. После нейтрализации компонентов путем смешивания в соответствующих пропорциях они становятся относительно инертными.
Когда ячейка больше не нужна, ее можно считать неопасными отходами (в соответствии с местным законодательством). Пластик, вода с нейтральным pH, соли железа и соли калия являются неопасными отходами (сравнимыми с обычными пищевыми и бытовыми отходами).
Версия железного элемента объемом 8 мл была протестирована на общую емкость и максимальную мощность. Ячейка показана на A. Эта ячейка содержит по 4 мл анодной и катодной пасты. Мембрана 48 см 2 . Чтобы определить общую емкость, элемент разряжали при постоянном токе 1 мА до тех пор, пока потенциал не упал до 75 мВ, как показано на B. Общая емкость при первом разряде составила 80 мАч. При использовании 0,97 г трехвалентного железа в качестве катода мы ожидаем максимум 160 мАч. Таким образом, мы получаем доступ к 50% железа в катоде. После 1000 циклов емкость была повторно измерена и составила 72 мАч, показав потерю всего 10%.
Открыть в отдельном окне
Характеристика клеток. (A) Фотография собранной ячейки.
(B) График показывает глубокий разряд до и после 1000 циклов. (C) График зависимости мощности от тока показывает максимальную мощность.
Для определения максимальной мощности ячейку объемом 8 мл разряжали в диапазоне токов и измеряли напряжение. Мощность рассчитывалась для каждого условия путем умножения тока и напряжения. В результате был получен график зависимости мощности от тока, как показано на С. Максимальная мощность составляла ~ 2 мВт или 0,25 мВт/мл при 4,5 мА. Это значительно ниже, чем у типичных коммерческих батарей, но почти на два порядка больше, чем у наших предыдущих лучших показателей.
Возможности и ограничения:
•
Напряжение: несмотря на то, что ячейка показывает потенциал открытой ячейки 1,1 В, напряжение может упасть до ~ 200 мВ во время сильноточного разряда. Это внутреннее сопротивление снижает доступную мощность.
•
Объемная емкость: 10 Ач/л. Это ограничивает использование батареи стационарными приложениями.
•
Плотность энергии: >3 Втч/л
•
Плотность мощности: 250 мВт/л
•
Циклическая стабильность: стабильно более 1000 циклов
•
Цена: 60 долларов США за ватт-час для кювет 8 мл (как построено, включая лазерную резку жилье)
•
Цена: 0,36 доллара США за ватт-час для активных материалов по оптовым ценам
Права человека и животных
В этой работе не использовались люди или животные.
Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.
Приложение A Дополнительные данные к этой статье можно найти в Интернете по адресу https://doi.org/10.1016/j.ohx.2020.e00171.
Ниже приведены дополнительные данные к этой статье:
Дополнительные данные 1: Нажмите здесь для просмотра.
(2.0M, docx)
1. Будишак К., Сьюэлл Де А., Томсон Х., Мах Л., Верон Д.Е., Кемптон В. Минимизированные по стоимости комбинации энергии ветра, солнечной энергии и электрохимического хранения, питания сетка до 99,9% времени. J. Источники питания. 2013; 225:60–74. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.09.054. [CrossRef] [Google Scholar]
2. Liu B., Jia Y., Yuan C., Wang L., Gao X., Yin S., Xu J. Проблемы безопасности и механизмы литий-ионного аккумулятора при механических воздействиях. оскорбительная загрузка: обзор. Материя накопления энергии. 2020;24:85–112. doi: 10.1016/j.ensm.2019.06.036. [CrossRef] [Google Scholar]
3. Naumann M., Karl R.C., Truong C.N., Jossen A., Hesse H.C. Анализ стоимости литий-ионных аккумуляторов в бытовых фотоэлектрических системах. Энергетическая процедура. 2015;73:37–47. doi: 10.1016/j.egypro.2015.07.555. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
4. Йенсен Н., Аллен П.Б. Полностью железная батарея с открытым исходным кодом для хранения возобновляемой энергии.
ОборудованиеX. 2019;6:e00072. doi: 10.1016/j.ohx.2019.e00072. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
5. Динеш А., Оливера С., Венкатеш К., Сантош М.С., Прия М.Г., Инамуддин, Асири А.М., Муралидхара Х.Б. Проточные батареи на основе железа для хранения возобновляемой энергии. Окружающая среда. хим. лат. 2018;16(3):683–694. doi: 10.1007/s10311-018-0709-8. [CrossRef] [Google Scholar]
6. Gong K.E., Xu F., Grunewald J.B., Ma X., Zhao Y., Gu S., Yan Y. Полностью растворимая железосодержащая водная окислительно-восстановительная батарея. ACS Energy Lett. 2016;1(1):89–93. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00049.s001. [CrossRef] [Google Scholar]
7. Манохар А.К., Ким К.М., Плихта Э., Хендриксон М., Роулингс С., Нараянан С.Р. Высокоэффективная проточная железо-хлоридная окислительно-восстановительная батарея для крупномасштабного накопления энергии. Дж. Электрохим. соц. 2016; 163(1):A5118–A5125. doi: 10.1149/2.0161601jes. [CrossRef] [Google Scholar]
8.
Бартманн Д., Финк Д. Энергия ветра в домашних условиях: практическое руководство по использованию ветра. Издательство Баквилл. ООО. 2009 [Академия Google]
9. Buitenhuis A.J., Pearce J.M. Разработка солнечной фотоэлектрической технологии с открытым исходным кодом. Энергетическая поддержка. Развивать. 2012;16(3):379–388. doi: 10.1016/j.esd.2012.06.006. [CrossRef] [Google Scholar]
10. Э.д. Baker Регистратор данных с открытым исходным кодом для недорогого мониторинга окружающей среды BDJ 2 e1059 10.3897/BDJ.2.e1059.suppl2 [бесплатная статья PMC] [PubMed]
электронная станция абляции для измерения воздействия изменения климата на ледники. ОборудованиеX. 2019;5:e00053. doi: 10.1016/j.ohx.2019.e00053. [CrossRef] [Google Scholar]
Статьи от HardwareX предоставлены здесь с разрешения Elsevier
Инвентаризация литого и кованого железа
Отчеты
Инвентаризация открывается в новом окне и содержит три отчета о каждом состоянии литой или кованой трубы.
В первом отчете можно ранжировать штаты либо по протяжённости магистральных газораспределительных сетей, либо по количеству линий обслуживания. Распределительные магистрали — это распределительные трубопроводы природного газа, которые служат общим источником снабжения для более чем одной сервисной линии. Линии обслуживания – это трубопроводы, по которым газ транспортируется к счетчику или трубопроводу потребителя. Таблица изначально отсортирована по количеству километров литой или кованой газораспределительной магистрали, но может быть отсортирована по любому из столбцов.
Второй отчет показывает изменение количества основных миль и маршрутов обслуживания за прошедшие годы. С 2005 по 2020 год основной пробег по распределению литого и кованого железа на национальном уровне сократился на 50 процентов. Количество сервисных линий из литого или кованого железа сократилось примерно на 80 процентов за тот же период времени. В третьем отчете показаны данные для каждого оператора, сообщающего о железных конвейерах с 2005 года.
Все отчеты можно ограничить одним состоянием, используя подсказку состояния вверху. В любом штате, не включенном в раскрывающийся список, либо никогда не было литых и кованых распределительных газопроводов, либо все они были удалены до 2005 г. 22 государства и 1 территория полностью ликвидировали чугунные и кованые газораспределительные трубопроводы: AK, AZ, AR, CO, HI, IA, ID, MN, MT, NM, NC, ND, NV, OK, OR, PR, SC , SD, UT, VT, WA, WI и WY .
Отчеты об инвентаризации чугунных газораспределительных трубопроводов
Недавние инциденты, связанные с чугунными трубопроводами
Несмотря на то, что количество чугунных трубопроводов сокращается, в последнее время произошел ряд инцидентов, вызванных чугунными газораспределительными магистралями. отказов, вновь привлекая внимание к рискам, связанным с литыми и коваными трубопроводами.
, 27 января 2022 г. – Загорелся газ из протекающего чугунного соединения, в результате чего крышка люка поднялась и ударила подрядчика по сварке в городе Балтимор, что привело к травме, потребовавшей госпитализации.
Компания Baltimore Gas & Electric Co обнаружила утечки в соединениях 12-дюймовой чугунной магистрали, установленной в 1920 году.10 января 2020 г. — Возгорание газа и взрыв на частной территории в Джерси-Сити, штат Нью-Джерси, привели к травме, потребовавшей госпитализации пациента. Компания Public Service Electric & Gas обнаружила утечки в соединениях 36-дюймовой чугунной магистрали, установленной в 1952, мигрировал по 4-дюймовому электропроводу, идущему с улицы и уходящему в подвал строения.
- 19 декабря 2019 г. – Бригады Philadelphia Gas Works (PGW) отреагировали на пожар в трех объектах на улице South 8 th в Филадельфии, штат Пенсильвания. 6-дюймовый чугунный газопровод имел разрыв по окружности, где большая подземная полость вызвала движение грунта и привела к разрыву магистрали, установленной в 1928 году. Погибло 2 человека. Во время происшествия PGW эвакуировала около 60 человек.
- 16 июня 2018 г. — Бригада подрядчика Baltimore Gas and Electric (BGE) по укладке дорожного покрытия была ранена, и ей потребовалась ночная госпитализация во время установки термопластичных маркеров линий дорожного движения с использованием тепловой горелки в Балтиморе, штат Мэриленд. Выявлена протечка газопровода и отремонтирована установленная чугунная муфта 1903 года.
- 20 января 2018 г. — В результате пожара газа в двухэтажном жилом доме в Бруклине, штат Нью-Йорк, четыре человека получили ранения, одному человеку потребовалась ночная стационарная госпитализация. Здание получило умеренные структурные повреждения. 6-дюймовая чугунная магистраль была установлена примерно в 1927 и работал при манометрическом давлении 0,3 фунта на кв. дюйм. Предположительной причиной инцидента стало морозное пучение.
- 31 июля 2016 г. – Выброс из чугунной магистрали привел к 1 смертельному исходу и 1 травме в жилом доме в Шривпорте, штат Луизиана. Определенной причины инцидента нет, но сочетание размыва/эрозии, утечки жидкости из канализационного люка, неправильной обратной засыпки и уплотнения способствовало перегрузке, которая даже привела к утечке газа. 4-дюймовая труба была установлена в 1911 году и работала под давлением 0,5 фунта на кв. дюйм.
- 5 марта 2015 г. – Получив уведомление об утечке газа в жилом доме в Детройте, штат Мичиган, коммунальные службы обнаружили кольцевую трещину в 6-дюймовой чугунной магистрали. Глубина промерзания составляла 48 дюймов, в результате чего магистраль сломалась. Последствия: 1 погибший и 1 травмированный. Чугунная магистраль была установлена в 1923 году и работала под давлением 2 фунта на кв. дюйм.
- 27 января 2015 г. — Дом взорвался на улице МакКрори в Кордове, штат Алабама, когда сотрудники газовой службы реагировали на утечку природного газа. В результате один погибший и трое раненых. Движение земли возле чугунной магистрали привело к растрескиванию трубы. Чугунная распределительная магистраль была установлена в 1952 и работал под давлением 22 фунта на кв. дюйм.
- 9 января 2012 г. – Взорвался дом на Пейн-авеню в Остине, штат Техас, в результате чего один человек погиб и один был ранен. Утечка возникла в результате прорыва четырехдюймового чугунного газопровода, установленного в 1950 году. Прорыв чугунного газопровода произошел после дождя, последовавшего за продолжительной засухой.
- 9 февраля 2011 г. – Трагический взрыв произошел на 13-й Северной улице в Аллентауне, штат Пенсильвания. Местные аварийно-спасательные службы пытались ограничить распространение огня, в то время как оператор прорезал железобетон, чтобы получить доступ к газопроводу. Предварительное расследование выявило трещину в 12-дюймовой чугунной магистрали, установленной в 1928 и на момент инцидента работал под давлением менее 1 фунта на кв. дюйм. В результате взрыва и последовавшего за ним пожара пять человек погибли, трем потребовалась стационарная госпитализация, восемь жилых домов были разрушены.
- 18 января 2011 г. – В результате взрыва и пожара один сотрудник газовой компании погиб и несколько других получили ранения, когда бригады газовой компании реагировали на утечку природного газа в Филадельфии, штат Пенсильвания. Предварительное расследование выявило кольцевой разрыв на 12-дюймовой чугунной распределительной магистрали, которая была установлена в 1942 и работал под давлением 17 фунтов на квадратный дюйм.
Компания Baltimore Gas & Electric Co обнаружила утечки в соединениях 12-дюймовой чугунной магистрали, установленной в 1920 году.
— Бригада подрядчика Baltimore Gas and Electric (BGE) по укладке дорожного покрытия была ранена, и ей потребовалась ночная госпитализация во время установки термопластичных маркеров линий дорожного движения с использованием тепловой горелки в Балтиморе, штат Мэриленд. Выявлена протечка газопровода и отремонтирована установленная чугунная муфта 1903 года.
4-дюймовая труба была установлена в 1911 году и работала под давлением 0,5 фунта на кв. дюйм.
Утечка возникла в результате прорыва четырехдюймового чугунного газопровода, установленного в 1950 году. Прорыв чугунного газопровода произошел после дождя, последовавшего за продолжительной засухой.
Предварительное расследование выявило кольцевой разрыв на 12-дюймовой чугунной распределительной магистрали, которая была установлена в 1942 и работал под давлением 17 фунтов на квадратный дюйм. Анализ происшествий и последствий
Правила PHMSA требуют, чтобы операторы газораспределения представляли отчеты об инцидентах, когда утечка приводит к травмам или летальному исходу, ущерб имуществу превышает нормативный порог в соответствии с §191.3 или непреднамеренный выпуск трех миллионов стандартных кубических футов или более газа. Отчеты об инцидентах в системе газораспределения (за исключением утечек за пределами счетчика потребителя) за 2005–2020 годы показывают следующее:
- 9% происшествий на газораспределительных магистральных сетях были связаны с чугунными магистралями. Однако только 2% распределительных сетей выполнены из чугуна.
- 39 процентов несчастных случаев на литейных/кованых железных дорогах привели к гибели людей или травмам, по сравнению с 21 процентом несчастных случаев на других типах сетей.
- 36 процентов всех смертельных случаев и 16 процентов всех травм на газораспределительных магистральных трубопроводах, связанных с литыми или коваными трубопроводами.
Что вызывает протечки железных труб?
Самой большой угрозой для литых или кованых труб является движение грунта. Если эти трубопроводы будут нарушены земляными работами, сезонными морозными пучениями или изменениями уровня грунтовых вод, может возникнуть утечка.
Другая серьезная угроза, называемая графитизацией, представляет собой естественный процесс, при котором железо разлагается на более мягкие элементы, что делает железные трубопроводы более восприимчивыми к растрескиванию. Степень графитизации зависит от многих факторов, но газ может просачиваться из соединений или через трещины в трубе, если графитизация произошла.
При возникновении утечек в системах низкого давления с распределительными трубопроводами из литого или кованого железа объем газа, выходящего через место отказа, намного меньше, чем тот, который мог бы выйти из-за отказа того же размера в системе, работающей при более высоких давлениях.
Однако даже относительно небольшой объем утечки природного газа может иметь катастрофические последствия.
История
Трубопроводы из чугуна и кованого железа были первоначально построены для транспортировки промышленного газа, начиная с 1870-х и 1880-х годов, а чугун стал более популярным в начале 1900с.
В 1970 году PHMSA начала собирать данные о пробеге газопроводов с разбивкой по типу материала труб. В 1983 году операторы газораспределительных трубопроводов сообщили о 61 536 милях чугунных и 4 371 милях кованых труб. С 1984 года операторы начали представлять объединенные данные по этим двум направлениям.
Трубопроводы из кованого железа соединялись встык с помощью резьбовых или компрессионных муфт, в то время как трубопроводы из чугуна соединялись с помощью раструбных и втулочных соединений с использованием набивочного материала, набитого в раструб, чтобы образуют газонепроницаемое уплотнение. Поскольку по этим трубопроводам транспортировался влажный промышленный газ, упаковочный материал впитывал влагу и, как правило, не имел утечек.
Поскольку в середине 20-го века сухой природный газ начал вытеснять искусственный газ, уплотнительный материал, герметизирующий соединения, высыхал, вызывая утечки. На протяжении многих лет для восстановления суставов применялись различные методы зажима и инкапсуляции.
Программы управления целостностью распределительных сетей
В конце 2009 года PHMSA внедрила правила безопасности трубопроводов для управления целостностью газораспределительных трубопроводов. Операторы должны были создать и внедрить программы управления целостностью распределения (DIMP) к августу 2011 года. Операторы должны знать конкретные характеристики своей системы и операционной среды, чтобы выявлять угрозы, оценивать риски и принимать меры по их снижению.
В частности, при работе с литым/кованым железом операторы должны знать специфические характеристики трубы и условия окружающей среды, в которых графитизация может быть серьезной. Оценка прошлой истории утечек и мониторинг литых/кованых труб во время раскопок также являются ключевыми компонентами поддержания целостности.
Рекомендации Национального совета по безопасности на транспорте
Национальный совет по безопасности на транспорте — это независимое федеральное агентство, которое проводит расследования для определения вероятных причин транспортных происшествий.
В 1986 году NTSB расследовал взрыв в ресторане в Дерби, штат Коннектикут, в результате которого шесть человек погибли и 12 получили ранения. NTSB дал рекомендации по корректирующим действиям только оператору трубопровода. В 1990 году в результате взрыва природного газа и пожара один человек погиб, девять получили ранения, были разрушены два дома и повреждены два соседних дома в Аллентауне, штат Пенсильвания. В отчете NTSB было обнаружено, что утечка водопровода разрушила опору под 4-дюймовым чугунным газопроводом. . Это нарушение грунта приводит к кольцевой трещине в газопроводе. Природный газ мигрировал через почву в подвал одного из домов, где воспламенился, взорвался и сгорел. Чугунный газопровод был значительно ослаблен графитизацией.
В 1991 году NTSB рекомендовал PHMSA, которая тогда называлась Управлением по исследованиям и специальным программам, потребовать от операторов трубопроводов реализации программы по выявлению и замене чугунных трубопроводов, которые могут угрожать общественной безопасности. PHMSA выпустила два консультативных бюллетеня, касающихся программ замены чугуна.
Оповещение RSPA 91-02 Призывает операторов разрабатывать процедуры для определения сегментов чугунных труб, которые могут нуждаться в замене. Напоминает операторам, что правила безопасности трубопроводов требуют замены, как правило, труб из графитированного чугуна и защищают извлеченные чугунные трубы от повреждений.
Оповещение RSPA 92-02 Напоминает операторам о том, что правила безопасности трубопроводов требуют, чтобы операторы имели процедуру постоянного наблюдения за объектами трубопровода для выявления проблем и принятия соответствующих мер в отношении отказов, истории утечек, коррозии и других необычных условий эксплуатации и обслуживания.