Низкоплавкая теплоаккумулирующая солевая смесь Российский патент 2024 года по МПК C09K5/06 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, применяемых в качестве энергоемких материалов в тепловых аккумуляторах и устройствах для поддержания постоянной температуры, применяемых в теплотехнике.

Теплоаккумулирующий состав содержит: 75-76 мас. % хлорида лития, 16-15 мас. % вольфрамата лития и 9-8 мас. % вольфрамата свинца. По сравнению с известными аналогичными теплоаккумулирующими составами предложенный состав обеспечивает работоспособность в тепловом аккумуляторе в интервале температуры 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/кг (табл.).

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих хлорид лития, хлорид свинца и вольфрамат свинца.

Известен теплоаккумулирующий состав, включающий индивидуальное вещество - вольфрамат лития, однако рабочая температура состава составляет 740°С и сравнительно низкая удельная энтальпия плавления - 210 кДж/кг (Термические константы веществ. Под ред. Глушко В.П. Вып. X, 4.1. М.: ВИНИТИ, 1981.- 300 с).

Известен теплоаккумулирующий состав, который включает индивидуальное вещество - хлорид лития, однако это вещество при высокой энтальпии плавления 408.9 кДж/кг (Термические константы веществ. Под ред. Глушко В.П.. Вып. X, 4.1. М.: ВИНИТИ, 1981. - 300 с.) обеспечивает температуру работоспособности теплового аккумулятора при 610°С.

Известен также эвтектический состав системы LiCl-Li₂WO₄: 74% LiCl, 26% Li₂WO₄ (Справочник по плавкости солевых систем. Т.1 // Под ред. Воскресенской Н.К. М. - Л.: Изд-во АН СССР 1961. 708 с). Энтальпия плавления при рабочей температуре 490°С составляют 295 кДж/кг.

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид и вольфрамат натрия. Температура плавления смеси происходят при температурах 632-645 и 576-589°С [Гаркушин И.К., Игнатьева Е.О., Дворянова Е.М. Теплоаккумулирующий состав. А.С. №2495900 от 27.10.2001 г.]. Однако этот состав не поддерживает постоянную температуру в диапазоне 600- 575°С

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид, хлорид, метаванадат, молибдат лития и хлорид калия. Температура плавления смеси 336-340°С, удельная энтальпия плавления 222 кДж/кг [Гаркушин И.К., Губанова Т.В., Малышева Е.И. Теплоаккумулирующий состав. А.С. №2492206 от 11.03.2012 г.]. Однако этот состав не поддерживает постоянную температуру в диапазоне 336-340°С.

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид лития и молибдат калия. Температура плавления смеси 674-700°С, удельная энтальпия плавления 302-310 кДж/кг [Гаркушин И.К., Губанова Т.В., Малышева Е.И. Теплоаккумулирующий состав. А.С. №2462497 от 08.11.2010 г.]. В аналогах и прототипе используются щелочные металлы, в частности хлорид лития, в предлагаемом техническом решении его заменяем хлоридом натрия, т.к. белые гигроскопические кристаллы хлорида лития забирают влагу из воздуха. Этот состав не поддерживает постоянную температуру в диапазоне 600 - 575°С

Наиболее близким по составу ингредиентов является эвтектическая система LiCl-Li₂WO₄ 74% LiCl, 26% Li₂WO₄ (Справочник по плавкости солевых систем. Т.1 // Под ред. Воскресенской Н.К. М. - Л.: Изд-во АН СССР 1961. 708 с). Энтальпия плавления при рабочей температуре 490°С составляют 310 кДж/кг.

Настоящее изобретение обеспечивает работу теплоаккумулятора в температурном диапазоне 472-475°С с удельной энтальпией плавления 330-335 кДж/кг (табл.).

Новизна заявляемого состава по сравнению с известным, заключается в том, что для обеспечения работоспособности в температурном интервале 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/кг, дополнительно содержит вольфрамат свинца при следующем соотношении компонентов, мас. %: 75-76 мас. % хлорида лития, 16-15 мас. % вольфрамата лития и 9-8 мас. % вольфрамата свинца.

Задача изобретения - обеспечение работоспособности теплоаккумулирующей смеси на температурных уровнях 472-475°С.

Предлагаемая солевая смесь исследована дифференциальным термическим анализом (ДТА). Квалификация исходных солей не ниже "х.ч.". Все составы выражены в массовых процентах, а температура - в градусах Цельсия.

Удельную энтальпию плавления образца эвтектического состава определяли методом количественного ДТА:

где Δ₁Н_эт удельная энтальпия фазового перехода эталонного вещества, близкого по температуре фазового перехода к образцу исследуемого состава, Дж/г; S_E, S_эт - площади пиков дифференциальных кривых эвтектического состава и эталонного вещества соответственно; t_E, t_эт - температуры кристаллизации (плавления) эвтектики и эталонного вещества соответственно.

Предлагаемая нами солевая композиция отличается тем, что, данная теплоаккумулирующая смесь по сравнению с прототипом обладает меньшей коррозионной активностью, высокой плотностью и имеет повышенную удельную теплоту плавления на 40-45 кДж/г, по сравнению с аналогом, что приводит к снижению энергетических затрат и повышению тепловыделения.

Для подтверждения температуры и энтальпии плавления данной теплоаккумулирующей смеси применили установку синхронного термического анализатора, модификации STA 409РС (термоанализатор), выпущенного германской фирмой «NETZSCH», и предназначенного для измерения термодинамических характеристик (температура и энтальпия фазовых переходов, теплоемкость) и регистрации изменения массы твердых и порошкообразных материалов в широком диапазоне температур от +25°С до +1500°С.

Настоящее изобретение обеспечивает работу в качестве теплоаккумулирующего материала на температурных уровнях 472-475°С.

Технический результат достигается тем, что теплоаккумулирующий состав, содержит хлорид лития, вольфрамат лития и вольфрамат свинца при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Хлорид лития -75-76;

Вольфрамат лития - 16-15;

Вольфрамат свинца - 9-8.

Пример 1.

В электропечи шахтного типа переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li₂WO₄ и PbWO₄) 0,75 г (75 мас. %) хлорида лития+0,16 г (16 мас. %) вольфрамат лития + 0,09 г (9 мас. %) вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 472°С, удельная энтальпия плавления 355 кДж/г.

Удельная энтальпия плавления рассчитывалась по формуле:

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°С, удельная энтальпия плавления 408.9 кДж/кг). Удельная энтальпия плавления эвтектики предлагаемого состава равна 355 кДж/кг.

Пример 2.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li₂WO₄ и PbWO₄) 0,755 г (75,5 мас. %) хлорида лития + 0,155 г (15,5 мас. %)) вольфрамат лития + 0,09 г (9 мас. %) вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 470°С, удельная энтальпия плавления 353 кДж/г.

Пример 3.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li₂WO₄ и PbWO₄) 0,75 г (75 мас. %) хлорида лития + 0,15 г (15 мас. %) вольфрамат лития + 0,1 г (10 мас. %) вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 475°С, удельная энтальпия плавления 353 кДж/г.

Пример 4.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li₂WO₄ и PbWO₄) 0,76 г (76 мас. %) хлорида лития + 0,16 г (16 мас. %) вольфрамат лития + 0,08 г (8 мас. %») вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 473°С, удельная энтальпия плавления 350 кДж/г.

За пределами указанных конструктивных интервалов повышается температура плавления и нарушается однофазность, т.е. тепловыделение становится неравномерным.

В таблице приведены сравнительные характеристики физико-химических свойств прототипа и предлагаемого состава и состава, выбранного в качестве прототипа.

Из таблицы видно, что предлагаемый состав обеспечивает работоспособность теплового аккумулятора в диапазоне температур 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/г, что на 40-45 кДж/кг выше по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, применяемых в качестве энергоемких материалов в тепловых аккумуляторах и устройствах для поддержания постоянной температуры. Предложен теплоаккумулирующий состав, включающий следующие компоненты, мас.%: хлорид лития -75-76; вольфрамат лития - 16-15; вольфрамат свинца - 9-8. Изобретение позволяет получить смесь с работоспособностью в температурном интервале 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/кг и сниженной коррозионной активностью. 1 табл., 4 пр.

Теплоаккумулирующий состав, включающий хлорид лития и вольфрамат лития, отличающийся тем, что для обеспечения работоспособности в температурном интервале 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/кг дополнительно содержит вольфрамат свинца, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

хлорид лития -75-76;

вольфрамат лития - 16-15;

вольфрамат свинца - 9-8.