JP2018525448A - 蓄熱及び伝熱用途の均一な混合物を調製するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
便宜上、本開示の更なる説明の前に、本明細書中で使用するいくつかの用語及び例をここにまとめる。これらの定義は、本開示の他の部分に照らして読まれるべきであり、そのようなものとして当業者に理解されるべきである。本明細書で使用する用語は、当業者に認知され知られた意味を有するが、利便性及び完全性のために特定の用語とその意味を以下に明らかにする。
吸湿性の均一な塩混合物の合成
KNO3、(60から70質量%)、LiNO3(5から20質量%)等の金属塩及び水和した塩(10から30質量%)を、Table 1 (表1)に示した組成に従い秤量し、圧力チューブ内で磁性ペレットと共に混合して、不均一な混合物を形成する。秤量前に、2種の塩、すなわち、KNO3及びLiNO3を、真空下において100℃で乾燥させて、これらの塩の水分含有量を可能な限り最低に保つ。圧力チューブをテフロン(登録商標)ネジで締めて、100から150℃までにおいて加熱し、組込み型のオイルバスに備えられた磁気撹拌子を使用して撹拌した。水和水の放出後、圧力チューブ内部の圧力下で溶液を徹底的に混合し、150℃で1.5時間保持し、その後チューブを開いて圧力を開放し、ロータリーエバポレーターを使用して水を除去した。したがって、決定的な要素となるのは、閉鎖した圧力容器内部を1.5時間均一化することである。チューブ内部の圧力は、圧力ゲージを使用して測定し、1.2から3バールの範囲にあることが分かった。吸湿性の均一な塩混合物の融点を、Table 1 (表1)に示すが、150℃未満である。混合物全体の水分量は、TGA分析を使用して計算することができる。不均一な混合物の含水量は、3から13質量%の範囲にあることが分かった。
開放系実験
67gのKNO3、19gのCa(NO3)2.4H2O及び14gのLiNO3を含有する溶融塩混合物を、100mLガラス開放容器に入れ、撹拌し、12時間180℃に加熱した。前述の手順を、ステンレス鋼容器を使用して繰り返す。混合物を、DSCによって特性決定した。図6は、均一化されていないHPHTF−Aを示唆する複数の相転移があるDSC曲線を示している。
開放系実験
66.5gのKNO3、23gのCa(NO3)2.4H2O及び10.5gのLiNO3を含有する溶融塩混合物を、100mLガラス開放容器に入れ、撹拌し、24時間150℃に加熱した。混合物を、DSCによって特性決定した(図7)。DSC曲線は、均一化されていないHPHTF−Bを示唆する複数の相転移を示した。
閉鎖系及び過剰な水による実験
66.5gのKNO3、23gのCa(NO3)2.4H2O及び10.5gのLiNO3及び10mLの水を含有する溶融塩混合物を、100mLガラス圧力チューブに入れ、撹拌し、6時間150℃に加熱した。水を、ロータリーエバポレーターを使用して減圧で除去した。混合物を、DSCによって特性決定した(図8)。DSC曲線は、均一化されていないHPHTF−Bを示唆する複数の相転移を示した。
閉鎖系及び150℃未満の温度
65gのKNO3、25gのCa(NO3)2.4H2O及び10gのLiNO3を含有する塩混合物を、100mLガラス圧力チューブに入れ、撹拌し、12時間130℃に加熱した。水を、ロータリーエバポレーターを使用して減圧で除去した。混合物を、DSCによって特性決定した(図9)。DSC曲線は、均一化されていないHPHTF−Cを示唆する複数の相転移を示した。
本明細書に記載した吸湿性の均一な塩混合物は、蓄熱材料及び伝熱材料を製造するための費用効果の高い方法を提供することができる。これらの材料も同様に、太陽熱発電所において利用することができ、この結果、均等化発電原価(LCOE)が低減されることになる。溶融塩混合物の完全な均一化は、溶融塩混合物を熱エネルギーの貯蔵のために利用するのに必要である。例えば、太陽熱発電所において、溶融塩は、太陽熱エネルギーが貯蔵される太陽熱集熱器設営地(solar collector field)と、熱が水に移行して水蒸気が生成することにより電気が発生する熱交換器とを通るように循環させる前に、溶融タンク内で溶融させなければならない。材料が均一化されていない場合、材料が複数の融点を有することになり、融点を判断することができない。このように融点を判断できないと、溶融タンク及び溶融塩を主体としたエネルギー貯蔵システム全体を設計するときに問題になる。
Claims (19)
- 吸湿性の均一な塩混合物を調製するための方法であって、
a)少なくとも1種のアルカリ金属塩を、結晶水を有する金属塩と接触させて、不均一な混合物を形成する工程と、
b)前記不均一な混合物を閉鎖系で140から180℃の温度に曝露して、均一な混合物を得る工程と、
c)前記均一な混合物から水を除去して、吸湿性の均一な塩混合物を得る工程と、
を含む方法。 - 前記少なくとも1種のアルカリ金属塩が、無機アニオンのリチウム塩、無機アニオンのナトリウム塩、無機アニオンのカリウム塩及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1種のアルカリ金属塩が、リチウム金属塩、カリウム金属塩及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記不均一な混合物中の前記少なくとも1種のアルカリ金属塩の質量比が、65から90%の範囲である、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1種のアルカリ金属塩が、硝酸リチウム及び硝酸カリウムの組合せである、請求項1に記載の方法。
- 前記不均一な混合物中の硝酸カリウムの質量比が、60から70%の範囲であり、不均一な混合物中の硝酸リチウムの質量比が、5から20%の範囲である、請求項5に記載の方法。
- 工程(a)を実施する前に、前記少なくとも1種のアルカリ金属塩は減圧下で80から120℃の範囲の温度で乾燥させる、請求項1に記載の方法。
- 前記結晶水を有する金属塩が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩及び遷移金属塩からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記結晶水を有する金属塩が、40から120℃の範囲の融点を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記結晶水を有する金属塩が、40から80℃の範囲の融点を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記不均一な混合物中の前記結晶水を有する金属塩の質量比が、10から35%の範囲である、請求項1に記載の方法。
- 前記不均一な混合物が、3から13質量%の範囲の含水量を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記不均一な混合物を、0.5から1.5時間、140から180℃の温度に曝露する、請求項1に記載の方法。
- 前記不均一な混合物を、1.3から3バールの範囲の圧力において140から180℃の温度に曝露する、請求項1に記載の方法。
- 前記吸湿性の均一な塩混合物が、100から150℃の範囲の融点を有する、請求項1に記載の方法。
- 吸湿性の均一な塩混合物を調製するための方法であって、
a)60から70質量%の硝酸カリウム及び5から20質量%の硝酸リチウムを、結晶水を有する10から35質量%の金属塩と接触させて、不均一な混合物を形成する工程と、
b)前記不均一な混合物を、圧力チューブ内で0.5から1.5時間、140から180℃の温度に曝露して、均一な混合物を得る工程と、
c)前記均一な混合物から水を除去して、100から150℃の範囲の融点を有する吸湿性の均一な塩混合物を得る工程と、
を含む方法。 - (a)少なくとも1種のアルカリ金属塩及び(b)結晶水を有する金属塩を含み、100から150℃の範囲の融点を有する、吸湿性の均一な塩混合物であって、前記少なくとも1種のアルカリ金属塩が、5から20%の範囲の質量比を有する硝酸リチウム及び60から70%の範囲の質量比を有する硝酸カリウムの組合せである、吸湿性の均一な塩混合物。
- 前記結晶水を有する金属塩が、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩及び遷移金属塩からなる群から選択され、前記均一な混合物中の質量比が、10から35%の範囲である、請求項17に記載の吸湿性の均一な塩混合物。
- 太陽熱エネルギー貯蔵としての使用のための、請求項17に記載の吸湿性の均一な塩混合物。
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