ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ СОСТАВ Российский патент 2023 года по МПК C09K5/06 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть применено для аккумулирования тепла с использованием теплоты фазового перехода в высокотемпературных аккумуляторах энергетических установок.

Известен теплоаккумулирующий материал [1], содержащий пальмитиновую, миристиновую и стеариновую кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. %: миристиновая кислота 28-30, пальмитиновая кислота 32-34, стеариновая кислота остальное.

Недостатками этого материала является низкая рабочая температура 47°С и нестабильность в условиях циклических нагревов и охлаждений.

Известен теплоаккумулирующий материал [2], содержащий гранулы из плавящегося заэвтектического сплава на основе алюминия с 12,5 - 90 мас. % кремния с керамическим покрытием, гранулы распределены в термостойком носителе при следующем соотношении, об. %: гранулы с керамическим покрытием 31,6 - 71,5, термостойкий носитель до 100; гранулы с керамическим покрытием имеют диаметр 1-20 мм; покрытие на гранулах состоит, по крайней мере, из двух слоев, первый из которых, соприкасающийся с заэвтектическим сплавом, состоит из оксидов алюминия и кремния, последующие слои состоят из огнеупорного материала с коэффициентом термического расширения, близким к коэффициенту термического расширения заэвтектического сплава; носитель может быть выполнен из огнеупорного спеченного материала или порошкового материала, или из термостойкой искусственной ткани.

Недостатками этого материала является высокая рабочая температура 1400°С, сложность изготовления гранул с двумя слоями покрытий из оксидов алюминия и кремния, и огнеупорного материала с коэффициентом термического расширения близким к коэффициенту термического расширения заэвтектического сплава, который трудно подобрать.

Известен теплоаккумулирующий состав [3], включающий фторид лития, бромид лития, бромид калия, при этом для расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления в состав теплоаккумулирующего состава был добавлен молибдат лития, при следующем отношении компонентов, мас. %:

Бромид лития 52,75

Бромид калия 45,03

Молибдат лития 0,87

Фторид лития остальное.

Недостатком этого состава является высокая коррозионная активность и нестабильность в условиях циклических нагревов и охлаждений из-за содержания бромидов и фторида лития и калия, которые неустойчивы к высоким температурам.

Наиболее близким к заявленному составу является составов [4], включающий фториды, хлориды, сульфаты и молибдаты щелочных элементов, которые применяются в качестве теплоаккумулирующих веществ и может быть использовано в тепловых аккумуляторах и в устройствах для поддержания постоянной температуры, применяемых в теплотехнике, достигается тем, что теплоаккумулирующий состав содержит 5,8-6,2% фторида, 28,0-3,21% хлорида и 39,0-41,3% молибдата лития, 23,1-24,5% сульфата лития. Изобретение обеспечивает работу состава в качестве теплоаккумулирующего состава в интервале температур 402-404°С.

Этот материя обладает высокой теплоаккумулирующей способностью, но высокой коррозионной активностью и нестабильностью в условиях циклических нагревов и охлаждений из-за содержания фторидов, хлоридов и сульфатов щелочных элементов, которые разлагаются при высоких температурах.

Задачей изобретения является создание фазопереходного теплоаккумулирующего материала, обладающего стабильностью в условиях циклических нагревов и охлаждении, низкой коррозионной активностью и устойчивостью при высоких температурах.

Для решения этой задачи предложен фазопереходный теплоаккумулирующий материал на. основе эвтектического состава многокомпонентной системы, состоящей из компонентов с низкой коррозионной активностью и не разлагающиеся при высоких температурах -из молибдатов лития натрия, кальция и бария.

Сущность изобретения заключается в том, что в фазопереходный теплоаккумулирующий состав, включающий молибдат лития дополнительно введены молибдаты натрия, кальция и бария в соотношениях эвтектики, вес. %: Li₂MoO₄ - 43,6; Na₂MoO₄ - 43,2 вес. %; СаМоО₄ - 4,1; ВаМоО₄ - 9,1 с температурой плавления 428°С

В таблице 1 показаны процентные соотношения компонентов входящих в эвтектический состав - фазопереходный теплоаккумулирующий материал и теплота фазового перехода - теплосодержание при плавлении-кристаллизации.

Состав эвтектики определен методом дифференциально-термического анализа (ДТА) и уточнялся визуально-термическим методом. Энтальпия плавления ΔН_пл=203 кДж/кг при температуре 428°С определялась методом количественного ДТА. Многократные плавления-кристаллизации показали стабильность состава.

Исследование на разлагаемость солей при высоких температурах проведено нагревом эвтектического состава (табл.1) до температуры 1000°С. Проверка на стабильность в условиях циклических нагревов и охлаждении проводилась контролем массы состава после 30 термоциклов. Изменений массы не зафиксировано.

Преимущества заявляемого фазопереходного теплоаккумулирующего состава в сравнении с известным заключается в том, что он обладает стабильностью в условиях циклических нагревов и охлаждении (высокой цикличностью), низкой коррозионной активностью и устойчивостью при высоких температурах.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. В.Н. Данилин, А.В. Марцинковский, С.П. Доценко, А.Г. Долесов. «Теплоаккумулирующий материал», патент №2176260, С09К 5/06, Заявка 2000118202/04, 10.07.2000 г.

2. В.В. Булычев, Е.С. Емельянов, В.Н. Загрязкин, А.В. Маковецкий, В.С. Степанов. «Теплоаккумулирующий материал», патент №2096439, С09К 5/06, Заявка 93003978/04, 28.01.1993 г.

3. М.А. Радзиховская, И.К. Гаркушин, Е.Г. Данилушкина. «Теплоаккумулирующий состав», патент №2514193, Заявка: 2012141414/04, 27.09.2012.

4. И.К. Гаркушин, Т.В. Губанова, И.М. Кондратюк, А.В.В. Прохоров, А.М. Максимов. «Теплоаккумулирующий состав», патент №2272822, Заявка: 2004134641/04, 26.11.2004.

Изобретение может быть использовано при изготовлении высокотемпературных аккумуляторов для энергетических установок. Теплоаккумулирующий состав содержит молибдат лития, молибдат натрия, молибдат кальция и молибдат бария в эвтектическом соотношении. Теплоаккумулирующий материл указанного состава имеет температуру плавления 428°С. Изобретение позволяет увеличить термостойкость теплоаккумулирующего материала, стабильность в условиях циклического нагрева и охлаждения, а также уменьшить его коррозионную активность. 1 табл.

Теплоаккумулирующий состав, включающий молибдат лития, отличающийся тем, что дополнительно введены молибдаты натрия, кальция и бария в соотношениях эвтектики, вес.%: Li₂MoO₄ - 43,6; Na₂MoO₄ - 43,2; CaMoO₄ - 4,1; ВаМоО₄ - 9,1 с температурой плавления 428°С.