ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2013 года по МПК C09K5/06 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих галогениды и вольфраматы щелочных элементов.

Известен теплоаккумулирующий состав, включающий индивидуальное вещество - вольфрамат натрия однако рабочая температура состава 696°C и сравнительно низкая удельная энтальпия плавления - 107 кДж/кг (Термические константы веществ. Под ред. Глушко В.П.. Вып. X, Ч.1. М.: ВИНИТИ, 1981. - 300 с.).

Известен теплоаккумулирующий состав, который включает индивидуальное вещество - фторид натрия, однако это вещество при высокой энтальпии плавления 796 кДж/кг (Термические константы веществ. Под ред. Глушко В.П.. Вып. Х, 4.1. М.: ВИНИТИ, 1981. - 300 с.) обеспечивает температуру работоспособности теплового аккумулятора при 996°C.

Известен также эвтектический состав системы NaF-Na₂MoO₄ (Справочник по плавкости солевых систем. T.1 // Под ред. Воскресенской Н.К. М. - Л.: Изд-во АН СССР 1961. 708 с.). Энтальпия плавления при рабочей температуре 611°C составляет 150 кДж/кг.

Наиболее близким по составу ингредиентов является система NaF-Na₂WO₄ (Морозова и др. Физико-химический анализ одно- и двухкомпонентных систем из фторидов, хлоридов, вольфроматов натрия, стронция и бария. - Тезисы докладов XXXIII научной конференции. - Самара, 2007. С.162-163). Однако в тезисах докладов не приводятся теплофизические характеристики (удельная энтальпия плавления эвтектического состава и расположенных вблизи него составов, а также суммарная энтальпия полиморфных переходов и энтальпии плавления). Кроме того, нет данных о работе теплоаккумулирующего состава при температурах 632…645°C и 576…589°C.

Настоящее изобретение обеспечивает работу состава на двух температурных уровнях 632…645°C и 576…589°C.

Новизна заявляемого состава по сравнению с известным, заключается в том, что теплоаккумулирующий состав аккумулирует тепло на двух температурных уровнях с суммарной удельной энтальпией плавления и полиморфных переходов 200-207 Дж/г в следующем диапазоне концентраций компонентов, мас.%:

фторид натрия 3.0…3.4 вольфрамат натрия 96.6…97.0

Примеры конкретного исполнения.

Пример 1.

В электропечи шахтного типа переплавляют безводные соли квалификации «чда» (NaF, Na₂WO₄) фторида натрия 0.030 г (3.0 мас.%) +0.970 г (97.0 мас.%) вольфрамата натрия.

Температура плавления смеси 645°C. Температура полиморфных переходов 576…589°C.

Удельная энтальпия плавления и полиморфных переходов рассчитывалась по формуле:

$${\Delta }_m{H}_E={\Delta }_t{H}_{эт}\frac{S_E}{S_{эт}}\cdot \frac{T_E}{T_{эт}}$$ , кДж/кг,

где Δ_tH_E - удельная энтальпия фазового перехода вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, кДж/кг; S_E, S_эт - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающих плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; Т_е, 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 хлорид лития (температура плавления 610°C, удельная энтальпия плавления 408.9 кДж/кг).

Суммарная удельная энтальпия плавления эвтектики и полиморфных переходов равна 200 кДж/кг (117+83 кДж/кг соответственно).

Пример 2.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (NaF, Na₂WO₄) фторида натрия 0.032 г (3.2 мас.%) +0.968 г (96.8 мас.%) вольфрамата натрия.

Температура плавления смеси 632°C.

Суммарная удельная энтальпия плавления эвтектики и полиморфных переходов равна 207 кДж/кг (121+86 соответственно).

Пример 3.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (NaF, Na₂WO₄) фторида натрия 0.034 г (3.4 мас.%) +0.966 г (96.6 мас.%) вольфрамата натрия.

Температура плавления смеси 642°C. Температуры полиморфных переходов 576…589°C.

Суммарная удельная энтальпия плавления эвтектики и полиморфных переходов равна 202 кДж/кг (119+83 соответственно).

За заявляемыми пределами нарушается однофазность состава, что приводит к неравномерному тепловыделению.

Пример 4.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (NaF, Na₂WO₄) фторида натрия 0,026 г (2.6 мас.%) +0.974 г (97.4 мас.%) вольфрамата натрия.

Температура плавления смеси 651°C.

Суммарная удельная энтальпия плавления эвтектики и полиморфных переходов равна 195 кДж/кг (115+80 соответственно).

Пример 5.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (NaF, Na₂WO₄) фторида натрия 0,038 г (3.8 мас.%) +0.962 г (96.2 мас.%) вольфрамата натрия.

Температура плавления смеси 646°C.

Суммарная удельная энтальпия плавления эвтектики и полиморфных переходов равна 193 кДж/кг (113+80 соответственно).

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

Составы Состав смеси, мас.% Суммарная удельная энтальпия плавления, кДж/кг Температура фазового перехода, °C NaF, Na₂WO₄ Прототип 3.2 96.8 - 632 Предлагаемый 1 3.0 97.0 200 645 и 589…576 2 3.2 96.8 207 632 и 589…576 3 3.4 86.6 202 642 и 589…576

Как видно из данных таблицы, предлагаемый состав обеспечивает работоспособность в тепловом аккумуляторе в диапазоне температур 632…645°C и 576…589°C с суммарной удельной энтальпией фазовых переходов 200…207 кДж/кг.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, применяемых в качестве энергоемких материалов в тепловых аккумуляторах. Теплоаккумулирующий состав содержит 3,0-3,4 мас.% фторида натрия и 96,6-97,0 мас.% вольфрамата натрия. По сравнению с известными аналогичными теплоаккумулирующими составами предложенный состав обеспечивает работоспособность в тепловом аккумуляторе на двух уровнях температур: при 632-645°C и 576-589°C с суммарной удельной энтальпией 200-207 Дж/г и повышенной на 50-57 кДж/кг удельной энтальпией фазовых переходов. 1 табл., 5 пр.

Теплоаккумулирующий состав, включающий фторид натрия и вольфрамат натрия, отличающийся тем, что для обеспечения работоспособности на двух температурных уровнях 632-645°C и 576-589°C с суммарной удельной энтальпией 200-207 Дж/г взято следующее соотношение компонентов, мас.%:
фторид натрия 3,0-3,4 вольфрамат натрия 96,6-97,0