Теплоаккумулирующий состав Российский патент 2024 года по МПК C09K5/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих галогениды, метаванадаты, сульфаты и хроматы щелочных металлов, которые применяются в качестве теплоаккумулирующих веществ, и может быть использовано в тепловых аккумуляторах и в устройствах для поддержания постоянной температуры, применяемых в теплотехнике.

Уровень техники

Известны теплоаккумулирующие составы. Первый содержит фторидлития (12,7мас.%), метаванадат лития (24,7 мас.%) и сульфат лития (62,6 мас.%). (Губанова Т.В., Кондратюк И.М., Гаркушин И.К. Фазовые равновесия в трехкомпонентных системах LiF-LiVO₃-Li₂SO₄ и LiF-Li₂SO₄-Li₂MoO₄ // Журн. неорган. химии. 2005. Т. 50. № 12. С. 2079-2083.) Рабочая температура состава выше 497 °С.

Второй включает фторидлития (7,3мас.%), хлорид лития (35,9мас.%) и метаванадат лития (56,8 мас.%). (Гаркушин И.К., Губанова Т.В., Петров А.С., Анипченко Б.В. Фазовые равновесия в системах с участием метаванадатов некоторых щелочных металлов. М.: «Машиностроение-1», 2005. 118 с.) Рабочая температура состава 463 °С, удельная энтальпия плавления 241 Дж/г.

Наиболее близким по технической сущности является состав, включающий фторид лития (3,67мас.%), хлорид лития (24,58мас.%), сульфат лития (10,34мас.%) и хромат лития (61,41мас.%). (Гаркушин И.К., Фролов Е.И., Губанова Т.В., Егорова Е.М., Лаврентьева О.В., Гаркушин А.И. Литийсодержащие системы: монография. М.: Инновационное машиностроение, 2020. 309 с.). Однако он тоже имеет высокую температуру плавления – 370 °С.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает работу в интервале температур 330 – 345 °С в качестве теплоаккумулирующего материала.

Технический результат достигается тем, что теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид, хлорид, сульфат и хромат лития, дополнительно содержит метаванадат лития, при следующем соотношении компонентов (мас.%):

фторид лития 3,36…3,42 хлорид лития 18,05…19,37 сульфат лития 7,98…8,11 хромат лития 46,50…47,25 метаванадат лития 22,79…23,17

Теплоаккумулирующий материал получен изучением пятикомпонентной системы с общим катионом LiF–LiCl–LiVO₃–Li₂SO₄–Li₂CrO₄ методом дифференциального термического анализа.

Осуществление изобретения

Примеры конкретного исполнения:

Пример 1. 0,338 г (3,38мас.%) фторида лития + 1,904 г (19,04мас.%) хлорида лития + 2,289 г (22,89 мас.%) метаванадата лития + 0,801 г (8,01 мас.%) сульфата лития + 4,668 г (46,68 мас.%) хромата лития. Температура плавления электролита – 334 °С. Удельная энтальпия плавления 326 Дж/г.

Пример 2. Предварительно обезвоженные соли расплавляли в печи шахтного типа в соотношении: 0,339 г (3,39 мас.%) фторида лития + 1,871 г (18,71 мас.%) хлорида лития + 2,298 г (22,98 мас.%) метаванадата лития + 0,805 г (8,05 мас.%) сульфата лития + 4,687 г (46,87 мас.%) хромата лития. Температура плавления смеси – 330 °С. Удельная энтальпия плавления 329 Дж/г.

Пример 3. 0,341 г (3,41мас.%) фторида лития + 1,838 г (18,38мас.%) хлорида лития + 2,307 г (23,07мас.%) метаванадата лития + 0,808 г (8,08 мас.%) сульфата лития + 4,706 г (47,06мас.%) хромата лития. Температура плавления электролита – 337 °С. Удельная энтальпия плавления 326 Дж/г.

Пример 4. 0,336 г (3,36мас.%) фторида лития + 1,937 г (19,37мас.%) хлорида лития + 2,279 г (22,79мас.%) метаванадата лития + 0,798 г (7,98 мас.%) сульфата лития + 4,650 г (46,50 мас.%) хромата лития. Температура плавления электролита – 340 °С. Удельная энтальпия плавления 322 Дж/г.

Пример 5. 0,342 г (3,42мас.%) фторида лития + 1,805 г (18,05мас.%) хлорида лития + 2,317 г (23,17мас.%) метаванадата лития + 0,811 г (8,11мас.%) сульфата лития + 4,725 г (47,25мас.%) хромата лития. Температура плавления электролита – 345 °С. Удельная энтальпия плавления 320 Дж/г.

За заявляемыми пределами возрастает температура плавления и нарушается однофазность теплоаккумулирующей смеси, т.е. тепловыделение становится неравномерным.

Сравнительные характеристики физико-химических свойств известного и заявляемого теплоаккумулирующего состава приведены в таблице.

Данные электролитов по прототипу и заявляемому составу

Состав электролита Содержание компонентов, мас. % Удельная энтальпия плавления, Дж/г Температура плавления, °С LiF LiCl LiVO₃ Li₂SO₄ Li₂CrO₄ прототип 3,67 24,58 – 10,34 61,41 281 370 предлагаемый 1. 3,38 19,04 22,89 8,01 46,68 326 334 2. 3,39 18,71 22,98 8,05 46,87 329 330 3. 3,41 18,38 23,07 8,08 47,06 326 337 4. 3,36 19,37 22,79 7,98 46,50 322 340 5. 3,42 18,05 23,17 8,11 47,25 320 345

Как видно из таблицы, заявляемый теплоаккумулирующий состав имеет существенные преимущества по сравнению с прототипом: обеспечивает работоспособность в тепловом аккумуляторе в диапазоне температур 330-345 °С и на 39-48 Дж/г выше удельная энтальпия плавления. Заявляемый состав также может использоваться как среднетемпературный теплоноситель.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Предложен теплоаккумулирующий состав на основе солей лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид лития LiF 3,36-3,42, хлорид лития LiCl 18,05-19,37, сульфат лития Li₂SO₄ 7,98-8,11, хромат лития Li₂CrO₄ 46,50-47,25, метаванадат лития LiVO₃ 22,79-23,17. Изобретение позволяет повысить удельную энтальпию плавления и обеспечить работоспособность в тепловом аккумуляторе в диапазоне температур 330-345°С. 1 табл., 5 пр.

Теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид, хлорид, сульфат и хромат лития, дополнительно содержит метаванадат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%:

фторид лития 3,36-3,42 хлорид лития 18,05-19,37 сульфат лития 7,98-8,11 хромат лития 46,50-47,25 метаванадат лития 22,79-23,17