ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2013 года по МПК C09K5/06 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплоаккумулирующим составам, включающим фториды, хлориды, метаванадаты и молибдаты щелочных элементов, которые применяются в тепловых аккумуляторах в качестве рабочих тел.

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид, хлорид и молибдат лития. Рабочая температура плавления смеси в тепловом аккумуляторе равна 436°C (Теплоаккумулирующий состав АС №1274287 от 01.08.86 г.). Однако этот состав поддерживает постоянную температуру в диапазоне 436-438°C.

Известен состав, содержащий фторид, хлорид, метаванадат и молибдат лития (Журн. неорган, химии. - 2000. - 45, №12. - С.2072-2074). Однако этот состав обеспечивает работоспособность при температуре 387°C и удельной энтальпии плавления 222 Дж/г.

Наиболее близким к заявленному составу по температуре и компонентам является низкоплавкий состав системы LiF-LiCl-LiVO₃-Li₂MoO₄-Li₂SO₄ (Теплоаккумулирующий состав: Пат. 2272823 Россия, МПК⁷ С09К 5/06 ГОУВПО «Самарский государственный технический университет», Гаркушин И.К., Губанова Т.В., Кондратюк И.М., Архипов Г.Г., Баталов Н.Н. №2004134642/04; заявл. 26.11.04; опубл. 27.03.2006 в БИ №9). Однако и приведенный состав обеспечивает работоспособность при температуре плавления 360-363°C.

Техническим результатом изобретения является возможность применения состава в качестве теплоаккумулирующего материала в диапазоне температур 336-340°C.

Технический результат достигается тем, что в теплоаккумулирующий состав в качестве щелочного элемента введен хлорид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фторид лития 2,0…2,2 хлорид лития 36,2…36,6 метаванадат лития 3,1…8,7 молибдат лития 15,0…16,4 хлорид калия 37,7…42,1

Новизна заявляемого состава по сравнению с известным заключается в том, что данный состав содержит фторид, хлорид, метаванадат и молибдат лития и для достижения поставленной цели изобретения вместо сравнительно дорогостоящего сульфата лития введен хлорид калия.

Примеры конкретного исполнения.

В электропечи шахтного типа переплавляют безводные соли квалификации «хч» и рассчитывают удельную энтальпию плавления

Пример 1

0,2 г (2,0 мас.%) фторида лития + 3,66 г.(36,6 мас.%) хлорида лития + 0,87 г. (8,7 мас.%) метаванадата лития + 1,5 г (15 мас.%) молибдата лития + 3,77 (37,7 мас.%) хлорида калия.

Температура плавления смеси 338°C.

Удельная энтальпия плавления рассчитывалась по формуле:

$${\Delta }_m{H}_{Е}={\Delta }_t{Н}_{эт}\frac{S_E}{S_{эт}}\cdot \frac{T_E}{T_{эт}}$$ , Дж/г,

где Δ_tH_E - удельная энтальпия фазового перехода вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, Дж/г; S_E, S_эт - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающих плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; T_e, Т_эт - температуры плавления эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества соответственно, К. Окончательное значение энтальпии находили как среднее трех измерений. В качестве эталонного вещества взят КNO₃ (температура плавления 338°С, удельная энтальпия плавления 115.8 Дж/г).

Удельная энтальпия состава 291 кДж/кг.

Пример 2

0,21 (2,1%) фторида лития + 3,63 г. (36,3 мас.%) хлорида лития + 0,68 г. (6,8 мас.%) метаванадата лития + 1,58 г (15,8 мас.%) молибдата лития + 3,9 г (39%) хлорида калия.

Температура плавления смеси 336°С.

Удельная энтальпия плавления 294 кДж/кг.

Пример 3.

0,22 г (2,2 мас.%) фторида лития + 36,2 г.(36,2 мас.%) хлорида лития + 0,31 г.(3,1 мас.%) метаванадата лития + 1,64 г (16,4 мас.%) молибдата лития + 4,21 г (42,1 мас.%) хлорида калия.

Температура плавления смеси 340°С.

Удельная энтальпия плавления 293 кДж/кг.

За указанными пределами соотношений компонентов нарушается однофазность состава, возрастает температура плавления, что приводит к неравномерному тепловыделению.

В таблице приведены сравнительные характеристики свойств заявляемого состава и состава, выбранного в качестве прототипа.

Составы Состав смеси, мас.% Удельная энтальпия плавления, Дж/г Температура плавления, °С LiF LiCl LiVO₃ Li₂MoO₄ Li₂SO₄ KCl Прототип 6,1 2,42 2,50 2,74 1,73 - 284 363 Предлагаемый 1 2,0 15,0 37,7 8,7 - 36,6 291 338 2 2,1 15,8 39,0 6,8 - 36,3 294 336 3 2,2 16,4 42,1 3,1 - 36,2 293 340

Как видно из таблицы, заявляемый состав обеспечивает работоспособность в тепловом аккумуляторе при 336-340°С. Кроме того, снижение температуры плавления на 23-27°С позволяет расширить диапазон использования состава по температуре в качестве теплоносителя.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов. Согласно изобретению состав содержит фторид, хлорид, метаванадат, молибдат лития и хлорид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фторид лития 2,0…2,2 хлорид лития 36,2…36,6 метаванадат лития 3,1…8,7 молибдат лития 15,0…16,4 хлорид калия 37,7…42,1

Техническим результатом изобретения является обеспечение работоспособности смеси в тепловом аккумуляторе при 336-340°C. Кроме того, возможно использование заявленной смеси в качестве теплоносителя при расширении диапазона по температуре по сравнению с известными. 3 пр.

Теплоаккумулирующий состав, включающий фторид, хлорид, метаванадат и молибдат лития и соль другого щелочного элемента, отличающийся тем, что в качестве соли другого щелочного элемента введен хлорид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
фторид лития 2,0…2,2 хлорид лития 36,2…36,6 метаванадат лития 3,1…8,7 молибдат лития 15,0…16,4 хлорид калия 37,7…42,1