ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ

ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ


RU (11) 2042695 (13) C1

(51) 6 C09K5/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 27.09.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1995.08.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 4839454/26 
(22) Дата подачи заявки: 1990.06.15 
(45) Опубликовано: 1995.08.27 
(56) Аналоги изобретения: Заявка ЕР N 0034710 а, кл. C 09K 5/06, опубл. 1981. 
(71) Имя заявителя: Институт катализа СО РАН 
(72) Имя изобретателя: Левицкий Э.А.; Пармон В.Н.; Мороз Э.М.; Богданов С.В.; Богданчикова Н.Е.; Коваленко О.Н. 
(73) Имя патентообладателя: Институт катализа СО РАН 

(54) ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 

Использование: в системах теплоснабжения и кондиционирования. Сущность изобретения: используют теплоаккумулирующий материал, состоящий из гексагидрата хлорида кальция CaCl26H2O распределенного в пористой матрице из силикагеля с размерами пор 10 100 нм. Получение теплоаккумулирующего материала осуществляют путем пропитки матрицы раствором хлорида кальция 30 40%-ной концентрации по влагоемкости силикагеля с последующей сушкой при температуре 200 250°С в течение 10 20 мин и гидратацией на влажном воздухе 60 100 отн. в течение 8 10 ч. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к теплоэнергетике и химической технологии. Теплоаккумулирующий материал предназначен для запасания тепловой энергии в форме потенциальной химической энергии и ее последующего использования для получения тепла, например для теплоснабжения.

Целью изобретения является стабилизация температуры на заданном уровне в интервале 0-30оС при обеспечении высокой тепловой емкости и отсутствии переохлаждения.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. Навеску 100 г силикагеля (около 0,2 л) с объемом пор 1 см3/г и преобладающим радиусом пор 10 нм пропитывают 100 мл раствора, содержащего 40 мас. CaCl2. Влажный образец нагревают до 22525оС, затем выгружают образец, охлаждают в сухой атмосфере и в течение 8 ч выдерживают при комнатной температуре в контакте с влажным воздухом (относительная влажность 60-100 отн.). Количество адсорбированной воды контролируется по привесу образца.

При достижении содержания воды, соответствующего 6 моль воды на 1 моль CaCl2, контакт с влажным воздухом можно прекратить.

Детектирование химических превращений в образце проводили методом рентгенофазового анализа в низкотемпературной камере УРНТ-180. Показано, что в образце, приготовленном по методике примера 1, в интервале температур 10-0оС в среде сухого азота наблюдается переход гексагидрата хлорида кальция в дигидрат, т. е. превращение, требующее в макрокристаллах CaCl26H2O температуры более 30оС. Существенно, что на каждый моль вещества аккумулируется около 100 ккал тепла (или около 400 ккал/л материала).

При нагреве образца в калориметрической установке со скоростью 5оС/мин максимум поглощения тепла (превращения в низшие кристаллогидраты) фиксировали в воздушной среде с влажностью 65% при температуре +13,5оС.

П р и м е р 2. Выполняется аналогично примеру 1, но в качестве матрицы используется силикагель с преобладающим радиусом пор 30-35 нм и объемной пористостью 0,9 см3/г. Такой носитель был получен дополнительной автоклавной обработкой образца силикагеля по примеру 1. Для пропитки использован 40% раствор CaCl2 в воде. Далее все выполняют аналогично примеру 1, но влажность воздушной среды при гидратации поддерживают равной 90 относ. время гидратации 10 ч. При исследовании химического превращения шестиводного хлористого кальция в этой матрице зафиксирован переход в двуводную соль при температурах 202оС.

П р и м е р 3. Выполняется аналогично примеру 1, но в качестве матрицы используют крупнопористый алюмосиликатный носитель с преобладающим радиусом пор около 100 нм. В этой матрице образуются кристаллы CaCl26H2O с размером частиц также около 100 нм. Для этого образца зафиксировано превращение в двуводный гидрат при температуре около +25оС, что также существенно ниже, чем у кристаллов соли обычных размеров.

Как следует из примеров 1-3, варьирование размеров пор матрицы позволяет плавно и в значительном интервале температур менять условия химического разложения кристаллогидрата шестиводного хлористого кальция.

Показано, что частицы CaCl26H2O микроскопических размеров (менее 10-5 см) значительно меняют свои термодинамические свойства. В частности, температура разложения кристаллогидрата снижается с 30оС у макроскопических кристаллов (с диаметром 100 нм) и в указанной области размеров частиц ( 100 нм) является функцией размера кристаллов.

Меняется и механизм процесса дегидратации: вместо ступенчатого разложения с переходом 6-водной соли в 4,2,1-водные кристаллогидраты, что характерно для обычной (макроскопической) соли, в микpокристаллах протекает реакция

CaCl26H2O _ CaCl22H2O + 4H2O с поглощением значительного количества тепла (около 100 ккал/моль соли).

При этом понижение размера кристаллов со 100 до 10 нм позволяет снизить температуру разложения соли от 30 до 13оС, что крайне важно, так как создает возможности получения газовых (воздушных) потоков с температурой, близкой к комфортной (например, 20оС), и широко использовать для аккумулирования тепла обычный атмосферный воздух, нагреваемый летом выше этих температур даже в регионах с умеренным климатом.

Для получения микрочастиц соли указанных размеров и работы с ними был использован простой и доступный способ помещения соли в поры матриц. В принципе доступны матрицы различных материалов (неорганических, углеродных, металлических и полимерных), содержащих поры указанного размера (10-100 нм). В данном случае использованы наиболее простые и доступные матрицы силикагели и алюмосиликаты.

Примеры 1-3 показывают возможности регулирования температуры разложения CaCl26H2O в однородных (монодисперсных) матрицах из силикагелей с порами диаметром 10-100 нм, в которых размещены кристаллы соли тех же размеров.

Отличительными признаками предлагаемого аккумулятора низкопотенциального тепла являются:

запасание тепловой энергии из окружающей среды в форме потенциальной химической энергии реакционно-способной системы;

использование в качестве теплоаккумулирующей системы композитного материала, состоящего из термически инертной матрицы с заданным распределением пор по размерам (10-5 + 10-7 см) и рабочего вещества, претерпевающего обратимые термохимические превращения, причем в качестве такого вещества используется кристаллогидрат CaCl26H2О с размерами частиц, ограниченными размерами пор матрицы, температура разложения которого (до CaCl22H2O) снижена до уровня 0-30оС.

Отличительными признаками предлагаемого способа приготовления аккумулятора низкопотенциального тепла являются

пропитка матрицы 30-70% -ным водным раствором CaCl2 по влагоемкости (суммарному объему пор);

нагрев до температуры 200-250оС с получением в порах безводного CaCl2;

гидратация безводного CaCl2 до CaCl26H2O в порах матрицы путем контактирования образца с влажным воздухом при комнатной температуре.

Выполнение указанных условий обеспечивает получение в порах матрицы кристаллогидрата CaCl26H2О с размером частиц, соответствующим заданному размеру пор матрицы.

Недостатками прототипа является малая величина скрытой теплоты плавления, высокая температура аккумулирования тепловой энергии, малое время хранения запасенного тепла при температуре ниже 29оС. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Теплоаккумулирующий материал, содержащий кристаллогидрат хлорида кальция CaCl2 6Н2О в пористой керамической матрице, отличающийся тем, что, с целью стабилизации температуры на заданном уровне в интервале 0 30oС при обеспечении высокой тепловой емкости и отсутствии переохлаждения, кристаллогидрат CaCl2 6Н2О имеет размер частиц 10 100 нм, а в качестве керамической пористой матрицы содержит силикагель с порами того же размера.

2. Способ получения теплоаккумулирующего материала, включающий пропитку матрицы раствором хлорида кальция, отличающийся тем, что пропитку осуществляют раствором концентрации 30 40 мас. по влагоемкости силикагеля, затем пропитанные гранулы нагревают до 200 250oС в течение 10 20 мин и гидратируют на воздухе при комнатной температуре и влажности воздуха 60 100 относ. в течение 8 10 ч.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения тепловой энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+тепло -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "тепло" будут найдены слова "тепловой", "тепловым" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("тепло!").


Теплогенераторы, устройства для нагрева жидких сред и их применение | Теплогенераторы, устройства для нагрева воздуха и других газообразных сред и их применение | Системы и способы теплоснабжения потребителя | Солнечные, ветровые, геотермальные способы генерирования и использования тепловой энергии | Альтернативные способы генерирования и использования тепловой энергии


Рейтинг@Mail.ru