Теплоаккумулирующий состав Российский патент 2018 года по МПК C09K5/06 

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

При проведении поиска мы обнаружили аналоги по теплоаккумулирующему составу.

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид лития, бромид лития, хромат лития, температура плавления соответствует 342-352°С. (Гаркушин И.К., Игнатьева Е.О., Дворянова Е.М. Теплоаккумулирующий состав. Патент РФ №2478115. 27.03.2013 Бюл. №9).

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

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

Однако этот состав можно использовать для поддержания постоянной температуры при 600-605°С[1].

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°С и содержит, экв.%: LiF-44; NaF-11,1; KF-42; KCl-2,9. По данным [5] этот состав поддерживает температуру при 440-448°С.

Известен также патент US №4421661 А1 от 20.12.1983 г. (InstituteofgasTechnology), где заявлен тепловой элемент, при этом не указаны и не приведены данные о значениях энтальпий фазовых переходов при заявляемых нами пределах температур.

В а.с. №1018957 от 23.05.1983 г. (Куйбышевский политехнический институт имени В.В. Куйбышева) приведенные составы обеспечивают работу теплового аккумулятора в интервале температур 593-595°С.

Наиболее близким по составу к рассматриваемому образцу и обладающему теплоаккумулирующими параметрами является композит, содержащий фторид лития и другие галогениды. Температура плавления указанной смеси 593°С, а удельная энтальпия плавления 515 Дж/г (Гаркушин И.К., Трунин А.С, Воронин К.Ю., Дибиров М.А., Гниломедов А.А. Теплоаккумулирующая фторидная смесь А.с. СССР. №1018957 от 11.02.1982 г.). Однако этот состав поддерживает температуру при 593-595°С.

Недостатком всех вышеуказанных источников является невысокая энтальпия плавления.

Задача изобретения - увеличение теплоаккумулирующей способности.

Достижение технического результата связано с увеличением удельной энтальпии плавления на 125-135 Дж/г.

Сущность изобретения в том, что в теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид лития и сульфат-фторид натрия - Na₃FSO₄ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

LiF 22,4÷23 Na₃FSO₄ 77÷77,6,

представляющий собой сплав, имеющий температуру плавления 590-602°С и удельную энтальпию плавления 640-650 Дж/г.

Примеры конкретного исполнения

Температуры фазовых переходов и удельные энтальпии плавления определялись на установке синхронного термического анализа STA 449 F3 Phoenix, фирмы Netzsch, предназначенный для работы в интервале температур от комнатной до 1500°С, в атмосфере инертных газов. В качестве инертного газа использован аргон. Квалификации исходных смесей: LiF - «x.ч.»; Na₃FSO₄ - «х.ч.». Скорость нагревания и охлаждения образцов составляла 10 град./мин. Точность измерения температур ±0,3°С, масса навесок 0,2 г.

Пример 1. 0,0454 г (22,7 мас.%) LiF + 0,1546 г (77,3 мас.%). Na₃FSO₄. Температура плавления сплава 590°С, энтальпия плавления 650 Дж/г.

Пример 2. 0,0462 г (23 мас.%) LiF + 0,1538 г (77 мас.%) Na₃FSO₄. Температура плавления сплава 600°С, энтальпия плавления 640 Дж/г.

Пример 3. 0,0447 г (22,4 мас.%) LiF + 0,1553 г (77,6 мас.%) Na₃FSO₄. Температура плавления сплава 602°С, энтальпия плавления 646 Дж/г.

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

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

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый состав имеет существенные преимущества: обеспечивает работоспособность теплового аккумулятора в интервале температур 590-602°С, на 125-135 Дж/г выше удельная энтальпия плавления.

Предлагаемый состав может быть использован и в качестве теплоносителя и низкоплавкого флюса при сварке легких и цветных металлов.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим составам, которые могут быть использованы для поддержания заданного интервала температур, представляющих интерес для теплотехники. Теплоаккумулирующий состав содержит, мас.%: фторид лития LiF 22,4-23 и сульфат-фторид натрия Na₃FSO₄ 77-77,6 и представляет собой сплав с температурой плавления 590-602°С и удельной энтальпией плавления 640-650 Дж/г. По сравнению с ближайшим аналогом предложенный состав обеспечивает увеличение теплоаккумулирующей способности при увеличении удельной энтальпии плавления на 125-135 Дж/г и возможность использования как в качестве теплоносителя, так и низкоплавкого флюса при сварке легких и цветных металлов. 1 табл., 3 пр.

Теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид лития и сульфат-фторид натрия Na₃FSO₄ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

LiF 22,4-23 Na₃FSO₄ 77-77,6,

представляющий собой сплав, имеющий температуру плавления 590-602°С и удельную энтальпию плавления 640-650 Дж/г.