Теплоаккумулирующий состав Российский патент 2017 года по МПК C09K5/06 

Предлагаемое изобретение посвящено разработке теплоаккумулирующих составов на основе сульфатов, фторидов и хлоридов лития и натрия, которые могут быть использованы для поддержания заданного интервала температур, представляющих интерес для теплотехники.

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фториды лития, натрия, стронция и магния, для которого температура плавления соответствует 600-605°C [1].

1. Вердиев Н.Н., Вердиева З.Н., Мустафаев Н.А., Магомедова Х.Г. Теплоаккумулирующий состав. Патент РФ №2458096 от 10.08.2012. Бюл. №22.

Однако этот состав можно использовать для поддержания постоянной температуры при 600-605°C.

Также известен состав, содержащий фториды лития, натрия, калия и хлорид калия. Фазовая диаграмма системы K, Li, Na // F, Cl изучена [2-4].

2. Бергман А.Г., Березина С.И., Бакумская Е.А. ЖНХ, 1963. Т. 8. С. 2144.

3. Бергман А.Г., Козаченко Е.Л., Керонян В.В. ЖНХ. Т. 13. С. 1670.

4. Керонян В.В., Козаченко Е.Л., Бергман А.Г. ЖНХ. 1970. Т. 15. С. 3320.

Теплофизические характеристики данного состава определены в [5].

5. Васина Н.А., Грызлова Е.С., Коробов В.А., Кондратенков В.М., Нахшин М.Ю., Труш Ф.Ф. А.с. СССР. №1102800 от 15.07.1984. Бюл. №26.

По данным [1-3] состав в стабильном тетраэдре LiF - NaF - KF - KCl системы K, Li, Na // F, Cl эвтектический, эвтектика плавится при 440°C и содержит экв.%: LiF - 44; NaF - 11,1; KF - 42; KCl - 2,9.

По данным [5] этот состав поддерживает температуру при 440-448°C.

Проведенные нами дополнительные исследования показывают, что предложенный в А.с. СССР, №1102800 состав начинает кристаллизоваться при 437°C, результаты проведенных нами исследований приложены (рис.1).

Наиболее близким по составу к рассматриваемому образцу является композит, содержащий фторид, хлорид, сульфат и молибдат лития [6]. Температура плавления указанной смеси 402-404°C, удельная энтальпия плавления 296-312 Дж/г.

6. Гаркушин И.К., Губанова Т.В., Кондратюк И.М., Прохоров А.Е., Максимов А.Е. Патент РФ №2272822 от 27.03.2006, Бюл. №9.

Однако этот состав поддерживает температуру при 402-404°C и низкая удельная энтальпия плавления (312 Дж/г).

Задача изобретения - разработка состава, способного запасать и высвобождать тепловую энергию при 447-451°C, и повышение теплоаккумулирующей способности.

Достижение технического результата связано с обеспечением работоспособности теплоаккумулирующей смеси с высокой удельной энтальпией плавления в интервале температур 447-451°C.

Технический результат достигается тем, что в теплоаккумулирующий состав, включающий фторид лития и сульфат лития, дополнительно введен хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

LiF 9,80÷10,10 Li₂SO₄ 66,20÷67,10 NaCl 22,80÷23,90

Примеры конкретного исполнения

Температуры фазовых переходов и удельные энтальпии плавления определялись на установке синхронного термического анализа STA 449 F3 Phoenix, фирмы Netzsch, предназначенной для работы в интервале температур от комнатной до 1500°C, в атмосфере инертных газов. В качестве инертного газа использован аргон. Квалификации солей: LiF; Li₂SO₄; NaCl - «х.ч.».

Пример 1. 0,0198 г (9,9 мас.%) LiF+0,1324 г (66,2 мас.%) Li₂SO₄+0,0478 г (23,9 мас.%) NaCl. Температура плавления сплава 447°C, энтальпия плавления 460 Дж/г.

Пример 2. 0.0196 г (9,80 мас.%) LiF+0.1326 г (66,30 мас.%) Li₂SO₄+0,0478 г (23,90 мас.%) NaCl. Температура плавления сплава 449°C, энтальпия плавления 456 Дж/г.

Пример 3. 0,0202 г (10,10 мас.%) LiF+0,1342 г (67,10 мас.%) Li₂SO₄+0,0456 г (22,80 мас.%) NaCl. Температура плавления сплава 451°C, энтальпия плавления 454 Дж/г.

На рис. 1 представлена термограмма эвтектического состава (экв. %: LiF - 44; NaF - 11,1; KF - 42; KCl - 2,9) системы Li, Na, K // F, Cl;

За пределами указанных концентраций температура плавления возрастает и снижается удельная энтальпия плавления, нарушается однофазность, что приводит к неравномерному тепловыделению.

Данные по сравнению некоторых теплофизических свойств прототипа и предлагаемого состава приведены в таблице.

Из результатов таблицы видно, что предлагаемый состав обеспечивает работоспособность теплового аккумулятора в диапазоне температур 447-451°C, с удельной энтальпией фазового перехода 460 Дж/г, что на 148 Дж/г выше по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим составам, которые могут быть использованы для поддержания заданного интервала температур и предназначены для использования в теплотехнике. Теплоаккумулирующий состав включает (в мас.%) фторид лития (9,80-10,10), сульфат лития (66,20-67,10), хлорид натрия (22,80-23,90) и имеет работоспособность в интервале температур 447-451°C. Изобретение обеспечивает разработку состава, способного запасать и высвобождать тепловую энергию при 447-451°C, и повышение его теплоаккумулирующей способности. 1 табл., 1 ил., 3 пр.

Теплоаккумулирующий состав, включающий фторид лития и сульфат лития, отличающийся тем, что дополнительно содержит хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Фторид лития 9,80÷10,10 Сульфат лития 66,20÷67,10 Хлорид натрия 22,80÷23,90

и имеет работоспособность в интервале температур 447-451°С.