JP6493793B2

JP6493793B2 - 溶融塩型熱媒体

Info

Publication number: JP6493793B2
Application number: JP2015069896A
Authority: JP
Inventors: 戸田　健司; 健司戸田; 峰夫佐藤; 和義上松; 善旭金; 善太郎椿
Original assignee: SOKEN TECNIX CO., LTD.
Current assignee: SOKEN TECNIX CO., LTD.
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP2016188347A

Description

本発明は溶融塩型熱媒体、特に金属炭酸塩混合物を含む熱媒体に関するものである。

発電プラント等の大きな熱量を扱う設備における熱伝達には、一般に熱容量の大きな熱媒体が有利である。また、火力発電プラントや太陽熱発電プラントでは、高温熱源から高温かつ大量の熱を取り出す必要があるため、使用する熱媒体自体の耐熱性も要求される。

ところで、金属塩化合物の溶融塩は比較的大きな熱容量を有し、かつ耐熱性にも優れているため、上述の発電プラントにおいて使用する熱媒体としては好適なポテンシャルを備えたものであるといえる。

しかしながら、熱媒体には流動性が必須であるが、例えば特許文献１に記載されるような溶融塩であってもいまだ融点が高く、溶融相にするためには大きなエネルギーを要していた。

また、例えば金属塩化物系の溶融塩は比較的低融点のものもあるが、塩素を含むことで配管など金属部材の腐食を生じさせやすく、施設の耐久性の点から、このような塩素系の溶融塩は忌避されやすかった。

国際公開第２０１２／１３０２８５号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明によれば、金属塩化物などの金属ハロゲン化物を使用しないことで金属の腐食を抑制でき、かつ低融点、高熱耐久性の溶融塩型熱媒体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、一実施形態として、４５．０〜６５．０モル％の炭酸リチウムと、１．０〜５．０モル％の炭酸ナトリウムと、１０．０〜２０．０モル％の炭酸カリウムと、１０．０〜２０．０モル％の炭酸ストロンチウムと、３．０〜１３．０モル％の炭酸セシウムとからなる炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体を提供する。
また、本発明は、別の実施形態として、５０．０〜６２．０モル％の炭酸リチウムと、１．５〜４．５モル％の炭酸ナトリウムと、１２．０〜１８．０モル％の炭酸カリウムと、１２．０〜１８．０モル％の炭酸ストロンチウムと、５．０〜１１．０モル％の炭酸セシウムとからなる炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体を提供する。

本発明によれば、金属塩化物などの金属ハロゲン化物を使用しないことで配管等、金属部材の腐食を抑制でき、かつ低融点、高熱耐久性の溶融塩型熱媒体を提供することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。なお、本発明において格別に断らない限り、「％」は「モル％」を意味し、「部」は「モル部」を意味する。

＜炭酸塩混合物＞
本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、４５．０〜６５．０モル％の炭酸リチウムと、１．０〜５．０モル％の炭酸ナトリウムと、１０．０〜２０．０モル％の炭酸カリウムと、１０．０〜２０．０モル％の炭酸ストロンチウムと、３．０〜１３．０モル％の炭酸セシウムとからなる炭酸塩混合物を含んでなるものである。すなわち、本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、少なくとも上述した５成分からなる金属炭酸塩の混合物を含む。当該５成分が上記の範囲であると、低い融点と低い粘度が両立し、かつ耐熱性に優れた溶融塩型熱媒体を得ることができる。

本発明の好ましい実施態様によれば、溶融塩型熱媒体は、５０．０〜６２．０モル％の炭酸リチウムと、１．５〜４．５モル％の炭酸ナトリウムと、１２．０〜１８．０モル％の炭酸カリウムと、１２．０〜１８．０モル％の炭酸ストロンチウムと、５．０〜１１．０モル％の炭酸セシウムとからなる炭酸塩混合物を含む。

より好ましい実施態様によれば、溶融塩型熱媒体は、５３．０〜６１．０モル％の炭酸リチウムと、２．０〜４．０モル％の炭酸ナトリウムと、１３．０〜１７．０モル％の炭酸カリウムと、１３．０〜１７．０モル％の炭酸ストロンチウムと、６．０〜１０．０モル％の炭酸セシウムとからなる炭酸塩混合物を含む。

＜その他の成分＞
本発明の溶融塩型熱媒体は、上述した金属炭酸塩混合物以外の成分（その他の成分とも称する）を含んでもよく、当該その他の成分は、例えばアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などが挙げられる。

本発明の溶融塩型熱媒体は、例えば上述の５成分からなる金属炭酸塩化合物を構成する炭酸塩以外の金属炭酸塩を配合し、溶融塩型熱媒体全体として６成分以上からなる金属炭酸塩混合物とすることもできる。

なお、本発明の溶融塩型熱媒体に、当該その他の成分を配合する場合には、高い耐熱性、比較的低い融点実現の観点から、当該その他の成分として、上述の５成分からなる金属塩化合物を構成する炭酸塩以外の金属炭酸塩を配合することとしてもよい。

また、当該その他の成分の配合量は、本発明の金属塩混合物の全合計モル数１００モルに対し、０〜２０モル部、好ましくは０〜１０モル部、より好ましくは０〜５モル部程度である。

なお、その他の成分として金属塩化物などの金属ハロゲン化物を配合する場合は、金属腐食性を抑える必要性から、溶融塩型熱媒体の全量１００モル％中、０．１モル％以下の配合量とすることが好ましく、０．０５モル％以下とすることがさらに好ましく、理想的には全く配合しないことが望ましい。

＜本発明の利用例（用途）＞
本発明によれば、配管等の金属腐食を抑制でき、かつ低融点、高熱耐久性の溶融塩型熱媒体が得られる。そして、当該溶融塩型熱媒体は火力発電プラントや太陽熱発電プラント、水素発生プラントなどの、高温熱源から高温かつ大量の熱を取り出す必要がある用途に好適に利用できる。

＜溶融塩型熱媒体の調製手順＞
９４．１９ｍｍｏｌ（≒６．９６０ｇ：５８．０９モル％）の炭酸リチウムと、５．６６ｍｍｏｌ（≒０．６００ｇ：３．４９モル％）の炭酸ナトリウムと、２３．６６ｍｍｏｌ（≒３．２７０ｇ：１４．５９モル％）の炭酸カリウムと、２５．３０ｍｍｏｌ（≒３．７３５ｇ：１５．６０モル％）の炭酸ストロンチウムと、１３．３５ｍｍｏｌ（≒４．３５ｇ：８．２３モル％）の炭酸セシウムを混合し、アルミナ製るつぼに入れ，箱型電気炉を用いて、空気中にて６００ ℃で２時間加熱した。加熱時間の途中で、溶融状態の試料を均一化するため、るつぼを揺さぶって撹拌した。昇温速度は８ ℃/分である。６００ ℃で２時間加熱した溶融体を取り出し、ステンレス製の皿に流し出し、室温放冷させることで、溶融塩型熱媒体１を調製した。

＜融点測定手順＞
上記の手順で調整した溶融塩型熱媒体１をメノウ乳鉢で十分すりつぶしたのち、２０〜３０ｍｇをアルミニウム製試料皿に入れ、精秤した後、示差走査熱量計（ＤＳＣ、リガク製ＴｈｅｒｍｏｐｌｕｓＥＶＯ２）にセットした。室温から３５０ ℃までは１０ ℃／分、３５０ ℃から４２０ ℃までは１ ℃／分の速度で昇温した。４２０ ℃に達した後は、３５０ ℃までは１ ℃／分、３５０ ℃から室温までは１０ ℃／分で降温した。測定は空気中で行った。試料の融点と凝固点は、昇温時の吸熱ピークおよび降温時の発熱ピークのピーク温度をそれぞれの値とした。
結果、当該溶融塩型熱媒体１の融点は３７２．４
℃、凝固点３７４．２ ℃と算出した。

＜粘度測定手順＞
上記の手順で調整した溶融塩型熱媒体１について、特殊高温ユニットを装着したＡｎｔｏｎＰａａｒ社の高温レオメーターシステム（ＭＣＲ５０２）装置を用いて、５５０ ℃から７５０ ℃の温度範囲で粘度の測定を行った。測定は空気中で行った。調整した溶融塩型熱媒体粉末をアルミナ製の測定ユニットに入れ、７５０ ℃まで加熱させた後、温度が安定するまで放置した。その後、７５０、７００、６５０、６３０、６００、５５０ ℃の順で粘度の測定を行った。各温度で粘度を測定するに当たって、温度が安定するまで放置した後、温度が安定した時点で、３６回の測定を行い、その平均値で溶融塩型熱媒体１の各測定温度における粘度を求めた。測定結果を下記表１に示す。

Claims

４５．０〜６５．０モル％の炭酸リチウムと、１．０〜５．０モル％の炭酸ナトリウムと、１０．０〜２０．０モル％の炭酸カリウムと、１０．０〜２０．０モル％の炭酸ストロンチウムと、３．０〜１３．０モル％の炭酸セシウムと、からなる炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体。
５０．０〜６２．０モル％の炭酸リチウムと、１．５〜４．５モル％の炭酸ナトリウムと、１２．０〜１８．０モル％の炭酸カリウムと、１２．０〜１８．０モル％の炭酸ストロンチウムと、５．０〜１１．０モル％の炭酸セシウムと、からなる炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体。