JPWO2016199454A1 - Molten salt heat medium, method of using molten salt heat medium, and solar heat utilization system - Google Patents
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Abstract
耐熱温度が高く、かつ、使用可能温度範囲が広い溶融塩型熱媒体、溶融塩型熱媒体の使用方法及び溶融塩型熱媒体を使用した太陽熱利用システムを供することを目的とする。この溶融塩型熱媒体は、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウムと、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む。上記の溶融塩型熱媒体の使用方法は、上述の溶融塩型熱媒体を加熱すること、加熱部に流体連通する管路によって、溶融塩型熱媒体を熱使用部に供給すること、及び、熱使用部において、溶融塩型熱媒体により供される熱を使用すること、を備える。It is an object of the present invention to provide a molten salt heat medium having a high heat-resistant temperature and a wide usable temperature range, a method for using the molten salt heat medium, and a solar heat utilization system using the molten salt heat medium. The molten salt type heat medium contains 12 to 40 mole percent potassium carbonate, 20 to 40 mole percent sodium carbonate, and 25 to 55 mole percent lithium carbonate. Contains carbonate mixture. The method of using the molten salt type heat medium includes heating the molten salt type heat medium described above, supplying the molten salt type heat medium to the heat using part through a pipe line in fluid communication with the heating part, and Using the heat provided by the molten salt type heat medium in the heat use section.
Description
本発明は、溶融塩型熱媒体、溶融塩型熱媒体の使用方法および太陽熱利用システムに関するものである。 The present invention relates to a molten salt heat medium, a method of using the molten salt heat medium, and a solar heat utilization system.
近年、永続的に利用することができる再生可能エネルギーとして、太陽熱エネルギーを利用することが世界的に注目されている。太陽熱エネルギーを利用するものとしては、太陽熱発電システムなどが知られており、高温で使用可能な溶融塩型熱媒体が広く使用されている。中でも、硝酸カリウムおよび硝酸ナトリウムを混合した硝酸塩混合物が、耐熱性が高い溶融塩型熱媒体として知られている。 In recent years, the use of solar thermal energy has attracted worldwide attention as a renewable energy that can be used permanently. Solar thermal power generation systems and the like are known as devices using solar thermal energy, and molten salt heat media that can be used at high temperatures are widely used. Among these, a nitrate mixture in which potassium nitrate and sodium nitrate are mixed is known as a molten salt type heat medium having high heat resistance.
一方、太陽熱発電システムは、太陽光によって約1000℃程度の熱を発生させることが可能であると言われており、それに応じて蒸気温度を高めることで、太陽熱発電システムの発電効率を高めることが求められている。また、太陽熱を利用した水素製造システムも知られているが、水熱分解反応に約800℃を超える高温プロセスが必要とされており、太陽熱などで反応槽を直接加熱する方法が用いられている。しかしながら、反応槽を直接加熱する方法では、反応温度の制御が難しく、より容易かつ安定的に反応温度の制御するために、高耐熱性の熱媒体によって加熱を行うことが求められている。 On the other hand, it is said that the solar thermal power generation system can generate heat of about 1000 ° C. by sunlight, and by increasing the steam temperature accordingly, the power generation efficiency of the solar thermal power generation system can be increased. It has been demanded. A hydrogen production system using solar heat is also known, but a high-temperature process exceeding about 800 ° C. is required for the hydrothermal decomposition reaction, and a method of directly heating the reaction tank with solar heat or the like is used. . However, in the method of directly heating the reaction vessel, it is difficult to control the reaction temperature, and in order to control the reaction temperature more easily and stably, it is required to heat with a heat-resistant heat medium.
しかしながら、硝酸カリウムおよび硝酸ナトリウムを混合した溶融塩型熱媒体でも、耐熱温度は約560℃であるため、上述の要求に応えることはできなかった。すなわち、太陽熱発電システムにおいては、太陽熱を媒介する熱媒体の耐熱温度の低さに起因して、発電効率を高めることができなかった。同様に、高温プロセスが必要な水素製造装置においても、使用できる熱媒体がないため、反応温度の制御を容易かつ安定的に行うことができなかった。さらに、硝酸カリウムおよび硝酸ナトリウムを混合した溶融塩型熱媒体は、融点が220℃、耐熱温度が約560℃であるから、実用上使用可能な温度範囲が220℃〜560℃と狭く、設備の小型化、熱媒体の使用量の削減のために、使用可能な温度範囲が広い熱媒体の出現が望まれていた。 However, even with a molten salt type heat medium in which potassium nitrate and sodium nitrate are mixed, the heat resistance temperature is about 560 ° C., and thus the above-mentioned requirement cannot be met. That is, in the solar thermal power generation system, power generation efficiency cannot be increased due to the low heat-resistant temperature of the heat medium that mediates solar heat. Similarly, even in a hydrogen production apparatus that requires a high-temperature process, since there is no heat medium that can be used, the reaction temperature cannot be easily and stably controlled. Furthermore, since the molten salt type heat medium in which potassium nitrate and sodium nitrate are mixed has a melting point of 220 ° C. and a heat-resistant temperature of about 560 ° C., the practically usable temperature range is as narrow as 220 ° C. to 560 ° C. In order to reduce the amount of heat medium used, the appearance of a heat medium having a wide usable temperature range has been desired.
そこで、本発明者は、特許文献1に記載の太陽光発電の蓄熱材としての使用や、特許文献2に記載の燃料電池用電解質としての使用は報告されているが、熱媒体としての使用は報告されていない炭酸塩に着目し、鋭意研究を行った結果、本発明に至ったものである。
Therefore, the inventor has reported use as a heat storage material for solar power generation described in Patent Document 1 and use as an electrolyte for fuel cells described in
従って、本発明の課題は、耐熱温度が高く、かつ、実用上使用可能な温度範囲が広い溶融塩型熱媒体、当該溶融塩型熱媒体の使用方法、及び、当該溶融塩型熱媒体を使用した太陽熱利用システムを供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a molten salt type heat medium having a high heat-resistant temperature and a wide practical temperature range, a method for using the molten salt type heat medium, and the molten salt type heat medium. To provide a solar heat utilization system.
(1)本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウムと、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウムと、を含有する炭酸塩混合物を含むことを特徴とする。
(2)本発明の他実施形態に係る溶融塩型熱媒体の使用方法は、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウムと、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体を、加熱部において加熱すること、上記加熱部に流体連通する管路によって、上記溶融塩型熱媒体を熱使用部に給送すること、及び、上記熱使用部において、上記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用すること、を備えることを特徴とする。
(3)本発明の他実施形態に係る太陽熱利用システムは、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウムと、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体と、上記溶融塩型熱媒体を太陽光によって加熱する太陽光加熱部と、上記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用する熱使用部と、加熱された上記溶融塩型熱媒体を上記熱使用部に給送するために、上記太陽光加熱部と上記熱使用部とに流体連通する管路と、備えることを特徴とする。(1) The molten salt type heat medium according to an embodiment of the present invention includes 12 to 40 mole percent potassium carbonate, 20 to 40 mole percent sodium carbonate, and 25 to 55 mole percent. And a carbonate mixture containing no more than a percent lithium carbonate.
(2) The method of using the molten salt type heat medium according to another embodiment of the present invention includes 12 mol percent or more and 40 mol percent or less of potassium carbonate, 20 mol percent or more and 40 mol percent or less of sodium carbonate, and 25 mol percent. The molten salt type heat medium containing a carbonate mixture containing 55 mol% or less of lithium carbonate is heated in the heating unit, and the molten salt type heat medium is supplied by a pipe line in fluid communication with the heating unit. Feeding to the heat using part, and using the heat provided by the molten salt type heat medium in the heat using part.
(3) A solar thermal utilization system according to another embodiment of the present invention includes 12 to 40 mole percent potassium carbonate, 20 to 40 mole percent sodium carbonate, and 25 to 55 mole percent. A molten salt-type heat medium containing a carbonate mixture containing lithium carbonate, a solar heating section for heating the molten salt-type heat medium with sunlight, and heat provided by the molten salt-type heat medium. A heat use part to be used; and a pipe that is in fluid communication with the solar heating part and the heat use part to feed the heated molten salt type heat medium to the heat use part. Features.
本発明の溶融塩型熱媒体は、耐熱性が高く、かつ、使用可能な温度範囲を広くすることができる。このため、本発明の溶融塩型熱媒体は、例えば、太陽熱発電システムの発電効率を上げ、水素製造などの高温を要するプロセスにも適用することができる。また、本発明の溶融塩型熱媒体の使用方法および太陽熱利用システムは、この溶融塩型熱媒体を使用することで、設備を小型化し、コストを削減することができる。 The molten salt type heat medium of the present invention has high heat resistance and can widen the usable temperature range. For this reason, the molten salt type heat medium of the present invention can be applied, for example, to a process requiring high temperature such as hydrogen production by increasing the power generation efficiency of the solar thermal power generation system. Moreover, the usage method and solar heat utilization system of the molten salt type heat medium of the present invention can downsize equipment and reduce costs by using this molten salt type heat medium.
図1から図2を参照して、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体10、溶融塩型熱媒体10の使用方法、および、溶融塩型熱媒体10を使用した太陽熱利用システム1を説明する。図1は、溶融塩型熱媒体10を使用した太陽熱利用システム1の全体概略図であり、図2は、図1の太陽熱利用システム1の集光要素110を拡大した部分拡大図である。なお、本明細書において、溶融塩型熱媒体10の成分の各成分比率は、モル百分率によって示される。すなわち、溶融塩型熱媒体10の各成分比率は、溶融塩型熱媒体10の全成分の合計モル数に対する各成分のモル数を百分率で表したものであり、(溶融塩型熱媒体10の各成分のモル数)×100/(溶融塩型熱媒体10の全成分の合計モル数)[モルパーセント]で算出されるものである。また、本明細書において、流体連通するとは、同じ流体が流通できるように接続されていることをいい、直接的に接続されている場合、および、間接的に接続されている場合の両方を含む。また、本明細書は、太陽熱利用システム1を用いて説明するが、溶融塩型熱媒体10は、それに限らず、熱源から熱を取り出す必要がある様々な用途に利用可能であり、例えば、火力発電システムなどにも利用可能なものである。
With reference to FIGS. 1 to 2, a molten
[溶融塩型熱媒体]
図1および図2を参照して、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体10を説明する。本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体10は、火力発電や太陽熱発電など発電装置や水熱分解反応によって水素を製造する反応装置などを含む熱使用部300において、対象物を加熱あるいは冷却して目的の温度にするために、溶融塩型熱媒体10の加熱部100と熱使用部300との間での熱を移動させるのに使用される。例えば、発電装置においては、蒸気や燃焼ガスなどガスタービンを回転させるためのガス発生物が対象物であり、水素を製造する反応装置においては、水蒸気や金属酸化物のような反応対象物が対象物となる。[Molten salt type heat medium]
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the molten salt
溶融塩型熱媒体10は、少なくとも、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウム(K2CO3)と、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウム(Na2CO3)と、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウム(Li2CO3)と、を含有する炭酸塩混合物を含む。すなわち、溶融塩型熱媒体10は、上述する3成分を比較的高比率で含有する。これによれば、溶融塩型熱媒体10の耐熱性を高くすることができるため、溶融塩型熱媒体10は、溶融塩型熱媒体10の加熱部100と熱使用部300との間の熱交換効率を高めることができる。また、溶融塩型熱媒体10は、従来は熱媒体を使用できなかった高温プロセスでの熱媒体の使用を可能とし、熱使用部300における高温プロセスの温度制御を容易にし、かつ安定化させることができる。なお、溶融塩型熱媒体10は、物性を良好に制御する観点から、炭酸塩混合物のみから構成されてもよい。The molten salt
上述したように、溶融塩型熱媒体10は、耐熱性、すなわち耐熱温度Thが高く、かつ、融点Tmが低いから、耐熱温度Thと融点Tmとの温度差である通常の使用温度範囲ΔTが広いものである。従って、溶融塩型熱媒体10によれば、設備の小型化、熱媒体の使用量の削減を図ることができる。この他、溶融塩型熱媒体10は、粘度が比較的低いから、管路410内を円滑に流れることができるとともに、金属塩化物などの金属ハロゲン化物系の溶融塩を含有しない、または、含有量が少ないから、設備の腐食を抑制できる点において熱媒体として優れた物性を有していると言える。
なお、詳しくは後述するが、本発明における「耐熱温度」とは、溶融塩型熱媒体を500℃以上に加熱していった際、当該溶融塩型熱媒体の、最初の非線形な重量減少が始まる温度を指すものとする。従って、この「耐熱温度」は、通常、溶融塩型熱媒体としての実用的な使用温度範囲と比較して低くなる場合もある。すなわち、本発明の溶融塩型熱媒体は十分に高い「耐熱温度」を有しているが、「実用上の耐熱温度」は、当該「耐熱温度」よりも高い温度を呈してもよい。さらに、「通常の使用温度」とは、溶融塩型熱媒体の融点から、熱分解が生じる懸念の無い温度範囲を指す。As described above, since the molten salt
As will be described in detail later, the “heat-resistant temperature” in the present invention means that when the molten salt heat medium is heated to 500 ° C. or higher, the first nonlinear weight loss of the molten salt heat medium is reduced. It shall refer to the starting temperature. Therefore, the “heat-resistant temperature” is usually lower than the practical use temperature range as the molten salt type heat medium. That is, the molten salt heat medium of the present invention has a sufficiently high “heat-resistant temperature”, but the “practical heat-resistant temperature” may be higher than the “heat-resistant temperature”. Furthermore, the “normal use temperature” refers to a temperature range in which there is no fear of thermal decomposition from the melting point of the molten salt type heat medium.
また、溶融塩型熱媒体10は、さらに、1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下の炭酸バリウム(BaCO3)、および、1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下の炭酸カルシウム(CaCO3)、の少なくとも一方を更に含有する炭酸塩混合物を含んでもよい。上述する3成分に対して、炭酸バリウムおよび炭酸カルシウムの少なくとも一方を上記範囲で含有することで、溶融塩型熱媒体10の融点Tmを大きく低下させることができ、通常の使用温度範囲ΔTを広げることができるものである。Further, the molten salt
特に、溶融塩型熱媒体10は、1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下の炭酸バリウム、および、1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下の炭酸カルシウムの両方を含む炭酸塩混合物を更に含有してもよい。上述する3成分に炭酸バリウムおよび炭酸カルシウムを加えた5成分を少なくとも含む溶融塩型熱媒体10は、上述する3成分のみからなる溶融塩型熱媒体10と比較して、融点Tmが15℃以上も低くなり、通常の使用温度範囲ΔTを400℃程度まで広げることができるからである。
In particular, the molten
そして、溶融塩型熱媒体10は、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸バリウムおよび炭酸カルシウム以外のその他の成分を含んでもよいことは言うまでもない。溶融塩型熱媒体10のその他の成分としては、炭酸ストロンチウム(SrCO3)、炭酸セシウム(Cs2CO3)や炭酸マグネシウム(MgCO3)などの上記以外のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩およびリン酸塩、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物、その他溶融塩が例示される。And it cannot be overemphasized that molten salt
このように溶融塩型熱媒体10にその他の成分を含有する場合には、溶融塩型熱媒体10の融点や粘度を低くするなどの観点から、その他の成分が選定されることが望ましい。また、この場合、溶融塩型熱媒体10のその他の成分は、0モルパーセントより大きく20モルパーセント以下、好ましくは、0モルパーセントより大きく10モルパーセント以下、より好ましくは、0モルパーセントより大きく5モルパーセント以下、で溶融塩型熱媒体10に含有される。
As described above, when the molten salt
なお、その他の成分として金属ハロゲン化物を含有する場合は、設備の腐食を防止する必要性から、溶融塩型熱媒体10に含有される金属ハロゲン化物の含有量を、溶融塩型熱媒体10の全量100モルパーセント中、0.1モルパーセント以下とすることが好ましく、0.05モル%以下とすることがより好ましく、全く配合しないことがさらに好ましい。
When the metal halide is contained as the other component, the content of the metal halide contained in the molten salt
また、溶融塩型熱媒体10中、溶融塩型熱媒体10に含まれる各炭酸塩は、それぞれが分離して存在することもできるが、複数種の炭酸塩が結合して、例えば炭酸ナトリウムカリウム(NaKCO3)のようにナトリウムおよびカリウムなどの複数の金属イオンを含んだ炭酸塩として存在していてもよい。Further, in the molten salt
上述のとおりであるから、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、太陽熱発電システムの発電効率を上げ、水素製造などの高温プロセスを要する反応装置の加熱用にも適用することができる。 Since it is as above-mentioned, the molten salt type heat medium which concerns on embodiment of this invention can raise the electric power generation efficiency of a solar thermal power generation system, and can be applied also for the heating of the reactor which requires high temperature processes, such as hydrogen production. .
[太陽熱利用システム]
次に、図1および図2を参照して、本発明の実施形態に係る太陽熱利用システム1を説明する。太陽熱利用システム1は、溶融塩型熱媒体10を使用するものであり、溶融塩型熱媒体10と、溶融塩型熱媒体10を太陽光によって加熱する太陽光加熱部100と、溶融塩型熱媒体10により供される熱を使用する熱使用部300と、加熱された溶融塩型熱媒体10を熱使用部300に供給するために、太陽光加熱部100と熱使用部300とに流体連通する管路410と、を備える。[Solar heat utilization system]
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the solar-heat utilization system 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. The solar heat utilization system 1 uses a molten salt
太陽光加熱部100は、集光要素110を含み、集光要素110は、溶融塩型熱媒体10が通過する集光管112と集光鏡114を含んでもよい。図示するように、集光要素110は、複数並列された集光管112に沿って複数の曲面状の反射鏡が配置されたトラフ型集光装置であってもよいし、図示しないタワー型、フレネル型、ディッシュ型その他公知の集光装置であってもよい。また、集光要素110は、必要に応じて、ヘリオスタットなどの図示しない部品を含んでもよいことは言うまでもない。
The
太陽熱利用システム1は、さらに、管路410に流体連通する熱媒容器210,220,230の少なくともいずれか1つを備えてもよい。すなわち、熱媒容器210,220,230は、一時的に溶融塩型熱媒体10を直接貯蔵する容器である。例えば、熱媒容器210,220,230は、太陽光加熱部100で加熱された高温の溶融塩型熱媒体10を蓄積できる高温熱媒容器210と、熱使用部300で熱を供した後の低温の溶融塩型熱媒体10を蓄積できる低温熱媒容器220と、溶融塩型熱媒体10の膨張タンク230である。
The solar heat utilization system 1 may further include at least one of the heat
熱媒容器210,220,230は、溶融塩型熱媒体10と二酸化炭素とが充填されていることで、溶融塩型熱媒体10を二酸化炭素でシールするものであってもよい。これによれば、溶融塩型熱媒体10の耐熱性をより向上することができ、実用上の耐熱温度を1000℃程度まで高めることができる。なお、熱媒容器210,220,230には、溶融塩型熱媒体10を含む液体を入れ、空き領域に二酸化炭素のみを充填することができる。
The heat
熱使用部300は、太陽熱を利用するものであれば特に限定されず、例えば、ガスタービンを含む発電装置および水熱分解反応によって水素を製造する反応装置などの熱使用要素310を含んでもよい。ガスタービンとしては、蒸気タービンや燃焼ガスタービンが例示される。例えば、水熱分解反応としては、鉄酸化物、酸化セリウム等の金属酸化物を用いた二段階水熱分解反応が例示される。二段階水熱分解反応は、窒素等の低酸素分圧ガス雰囲気下で800℃以上の高温において金属酸化物から酸素を放出させる酸素発生反応と、酸素を放出した後の金属酸化物に800℃以下の低温で水蒸気(H2O)を接触させ水素を発生させる水素発生反応の2つの反応を交互に繰り返すことによって行われるものである。The
熱使用部300は、熱使用要素310よりも後段に、後述の、溶融塩型熱媒体10とはことなる熱媒体を冷却する冷却要素320をさらに含んでもよい。なお、熱使用部300内では、管路410から供給される溶融塩型熱媒体10が直接循環してもよいし、熱使用部300は更に熱交換器330を備え、熱使用部300内では、溶融塩型熱媒体10と熱交換を行った溶融塩型熱媒体10と異なる別の熱媒体が循環してもよい。
The
管路410は、例えば集光管112などの太陽光加熱部100の配管と熱使用部300の配管とに流体連通して、溶融塩型熱媒体10を太陽光加熱部100と熱使用部300との間に循環させる。このため、管路410には、1または複数のポンプ420、および、1または複数のバルブ461,462が設けられていてもよい。
The
また、日射量に応じて太陽熱利用効率は変動するので、太陽熱利用システム1の太陽熱利用効率を安定化させるために、太陽熱利用システム1は、図示しない蓄熱部を更に備えてもよい。すなわち、太陽熱利用システム1は、日中や天候が良い時などに太陽熱を蓄熱部に蓄熱し、夜間や天候が悪い時などに太陽熱を蓄熱部から取出して利用できるようにしてもよい。 Moreover, since solar heat utilization efficiency fluctuates according to the amount of solar radiation, in order to stabilize the solar heat utilization efficiency of the solar heat utilization system 1, the solar heat utilization system 1 may further include a heat storage unit (not shown). That is, the solar heat utilization system 1 may store solar heat in the heat storage unit during daytime or when the weather is good, and take out solar heat from the heat storage unit and use it at night or when the weather is bad.
上述のとおりであるから、本発明の実施形態に係る太陽熱利用システムは、耐熱性が高い溶融塩型熱媒体10を使用することで太陽熱利用システムをより効率化できる。例えば、太陽熱利用システムは、発電効率を上げることができ、かつ、水素製造などの高温を要するプロセスに熱媒体を使用することができることで効率化される。また、溶融塩型熱媒体10の使用は、通常の使用温度範囲ΔTが広いから、設備の小型化、運用コストの削減にも適うものである。
Since it is as above-mentioned, the solar-heat utilization system which concerns on embodiment of this invention can make a solar-heat utilization system more efficient by using the molten salt
[溶融塩型熱媒体の使用方法]
次に、図1および図2を参照して、本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体10の使用方法を説明する。溶融塩型熱媒体10の使用方法は、溶融塩型熱媒体10を、太陽光加熱部100において太陽光で加熱すること、太陽光加熱部100に流体連通する管路410によって、溶融塩型熱媒体10を熱使用部300に供給すること、及び、熱使用部300において、溶融塩型熱媒体10により供される熱を使用すること、を備える。[How to use molten salt type heat medium]
Next, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the usage method of the molten salt
溶融塩型熱媒体10の加熱ステップは、具体的には、太陽光加熱部100において、集光要素110によって集められた太陽光が熱に変換され、溶融塩型熱媒体10が加熱される。例えば、太陽熱利用システム1の集光管112を通過する際に、集光鏡114によって集光管112に集められた太陽光によって、加熱が行われる。そして、溶融塩型熱媒体10は、太陽光加熱部100から熱使用部300に太陽熱を移送し、熱使用部300において、太陽熱を使用して、発電や水熱分解反応による水素製造などを行う。
Specifically, in the heating step of the molten
溶融塩型熱媒体10の使用方法は、さらに、溶融塩型熱媒体10の貯蔵ステップを含んでもよい。溶融塩型熱媒体10の貯蔵ステップは、溶融塩型熱媒体10を熱媒容器210,220,230に供給して、溶融塩型熱媒体10を熱媒容器210,220,230に貯蔵するものである。この場合、溶融塩型熱媒体10の貯蔵ステップの前または後に、熱媒容器210,220,230に二酸化炭素を充填する二酸化炭素充填ステップを含んでもよい。これによれば、熱媒容器210,220,230内を二酸化炭素雰囲気とすることができるから、熱媒容器210,220,230内において、加熱された溶融塩型熱媒体10の減少をおさえられる。しかして、溶融塩型熱媒体10の耐熱性をより向上させることができるものである。
The method of using the molten
溶融塩型熱媒体10の使用方法は、さらに、溶融塩型熱媒体10を太陽光加熱部100に供給するステップを含み、溶融塩型熱媒体10を太陽熱利用システム1内に循環させて使用するものであることが好ましい。この場合は、溶融塩型熱媒体10の劣化に伴って、溶融塩型熱媒体10を交換するなどのメンテナンスが必要となる。本発明の実施形態に係る溶融塩型熱媒体10の使用方法は、太陽熱利用システム1を用いて説明を行ったが、これに限定されず、火力発電システムなどにおいて使用されてもよい。この場合には、太陽光加熱部100は、図示しない熱媒ボイラなどの熱媒ヒータを含む加熱部100aに置換される。
The method for using the molten salt
次に、本実施形態に係る溶融塩型熱媒体10を更に具現化した実施例1〜23に係る溶融塩型熱媒体を説明する。まず、実施例および比較例にかかる溶融塩型熱媒体の調製方法および物性の測定方法などを詳細に説明する。
Next, the molten salt type heat medium according to Examples 1 to 23 that further embodies the molten salt
<溶融塩型熱媒体の調製方法>
(実施例1,2,3)
実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体の調製方法について説明する。実施例1に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸バリウムと炭酸カルシウムとを、表1の実施例1,2,3の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を自動乳鉢で1時間微粉化したのち乾燥機を用いて300℃、2時間加熱し脱水を行った。表1の実施例1,2,3の成分欄に記載の比率でロッキングミルによって5分間均一混合し実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体として用いた。<Method for preparing molten salt type heat medium>
(Examples 1, 2, and 3)
A method for preparing a molten salt heat medium according to Examples 1, 2, and 3 will be described. The molten salt type heat medium according to Example 1 is a carbonic acid obtained by mixing potassium carbonate, lithium carbonate, sodium carbonate, barium carbonate, and calcium carbonate in the ratios described in the component columns of Examples 1, 2, and 3 in Table 1. After the salt mixture was pulverized for 1 hour in an automatic mortar, it was dehydrated by heating at 300 ° C. for 2 hours using a dryer. The mixture was uniformly mixed for 5 minutes by a rocking mill at the ratio described in the component column of Examples 1, 2 and 3 in Table 1, and used as the molten salt type heat medium according to Examples 1, 2 and 3.
(実施例4,5,6)
実施例4,5,6に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸バリウムとを、表1の実施例4,5,6の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例4,5,6に係る溶融塩型熱媒体として用いた。(Examples 4, 5, and 6)
In the molten salt type heat medium according to Examples 4, 5, and 6, potassium carbonate, lithium carbonate, sodium carbonate, and barium carbonate were mixed in the ratios described in the component columns of Examples 4, 5, and 6 in Table 1. A sample prepared in the same manner as the molten salt type heat medium according to Examples 1, 2, and 3 except that the carbonate mixture was used was used as the molten salt type heat medium according to Examples 4, 5, and 6.
(実施例7,8,9)
実施例7,8,9に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸カルシウムとを、表1の実施例7,8,9の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例7,8,9に係る溶融塩型熱媒体として用いた。(Examples 7, 8, and 9)
In the molten salt type heat medium according to Examples 7, 8, and 9, potassium carbonate, lithium carbonate, sodium carbonate, and calcium carbonate were mixed in the ratios described in the component columns of Examples 7, 8, and 9 in Table 1. A sample prepared in the same manner as the molten salt type heat medium according to Examples 1, 2, and 3 except that the carbonate mixture was used was used as the molten salt type heat medium according to Examples 7, 8, and 9.
(実施例10,11,12)
実施例10,11,12に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムとを、表1の実施例10,11,12の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例10,11,12に係る溶融塩型熱媒体として用いた。(Examples 10, 11, and 12)
The molten salt type heat medium according to Examples 10, 11, and 12 is a carbonate mixture in which potassium carbonate, lithium carbonate, and sodium carbonate are mixed in the ratios described in the component columns of Examples 10, 11, and 12 in Table 1. A sample prepared in the same manner as the molten salt type heat medium according to Examples 1, 2, and 3 was used as the molten salt type heat medium according to Examples 10, 11, and 12 except that was used.
(実施例13,14,15,16,17)
実施例13,14,15、16,17に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸バリウムと炭酸カルシウムとを、表2の実施例13,14,15,16,17の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例13,14,15,16,17に係る溶融塩型熱媒体として用いた。(Examples 13, 14, 15, 16, 17)
The molten salt type heat medium according to Examples 13, 14, 15, 16, and 17 is obtained by combining potassium carbonate, lithium carbonate, sodium carbonate, barium carbonate, and calcium carbonate with Examples 13, 14, 15, 16, and Samples prepared in the same manner as the molten salt-type heat medium according to Examples 1, 2, and 3 except that the carbonate mixture mixed at the ratio described in the 17 component column was used. 16 and 17 were used as the molten salt type heat medium.
(実施例18,19,20)
実施例18,19,20に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸バリウムとを、表2の実施例18,19,20の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例18,19,20に係る溶融塩型熱媒体として用いた。(Examples 18, 19, and 20)
In the molten salt type heat medium according to Examples 18, 19, and 20, potassium carbonate, lithium carbonate, sodium carbonate, and barium carbonate were mixed in the ratios described in the component columns of Examples 18, 19, and 20 in Table 2. A sample prepared in the same manner as the molten salt type heat medium according to Examples 1, 2, and 3 except that the carbonate mixture was used was used as the molten salt type heat medium according to Examples 18, 19, and 20.
(実施例21,22,23)
実施例21,22,23に係る溶融塩型熱媒体は、炭酸カリウムと炭酸リチウムと炭酸ナトリウムと炭酸カルシウムとを、表2の実施例21,22,23の成分欄に記載の比率で混合した炭酸塩混合物を用いた以外は、実施例1,2,3に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、実施例21,22,23に係る溶融塩型熱媒体として用いた。(Examples 21, 22, and 23)
In the molten salt type heat medium according to Examples 21, 22, and 23, potassium carbonate, lithium carbonate, sodium carbonate, and calcium carbonate were mixed in the ratios described in the component columns of Examples 21, 22, and 23 in Table 2. A sample prepared in the same manner as the molten salt type heat medium according to Examples 1, 2, and 3 except that the carbonate mixture was used was used as the molten salt type heat medium according to Examples 21, 22, and 23.
(比較例1)
比較例1に係る溶融塩型熱媒体は、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムとを、表1の比較例1の成分欄に記載の比率で混合した硝酸塩混合物を用いた以外は、実施例1に係る溶融塩型熱媒体と同様に調製した試料を、比較例1の溶融塩型熱媒体として用いた。(Comparative Example 1)
The molten salt type heat medium according to Comparative Example 1 was a molten salt according to Example 1 except that a nitrate mixture in which potassium nitrate and sodium nitrate were mixed at a ratio described in the component column of Comparative Example 1 in Table 1 was used. A sample prepared in the same manner as the mold heat medium was used as the molten salt heat medium of Comparative Example 1.
<融点測定方法>
実施例1〜23および比較例1の溶融塩型熱媒体10mgを白金製試料皿に入れ、精秤した後、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA、日立ハイテクサイエンス社製)にセットした。そして、実施例1〜23および比較例1の溶融塩型熱媒体を23℃から700℃まで40℃/分の速度で昇温し、700℃で10分間保持し溶融塩型熱媒体を溶融した後、150℃まで40℃/分で降温し固化させ、さらに500℃まで10℃/分昇温中の各溶融塩型熱媒体の吸熱ピーク時における温度を溶融塩型熱媒体の融点Tmとした。測定は二酸化炭素中で行った。測定した実施例1〜23および比較例1の溶融塩型熱媒体の融点を表1および表2に示す。<Measuring method of melting point>
10 mg of the molten salt type heat medium of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1 was placed in a platinum sample dish, precisely weighed, and then set in a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement apparatus (TG / DTA, manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.). . Then, the molten salt type heat medium of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1 was heated from 23 ° C. to 700 ° C. at a rate of 40 ° C./min and held at 700 ° C. for 10 minutes to melt the molten salt type heat medium. Thereafter, the temperature is lowered to 150 ° C. at 40 ° C./min to solidify, and the temperature at the endothermic peak of each molten salt heat medium during the temperature increase to 500 ° C. at 10 ° C./min is defined as the melting point Tm of the molten salt heat medium. . The measurement was performed in carbon dioxide. Tables 1 and 2 show the melting points of the measured molten salt type heat media of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1.
<重量減少率測定方法>
実施例1〜23と比較例1の溶融塩型熱媒体10mgを白金製試料皿に入れ、精秤した後、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA、日立ハイテクサイエンス社製)を用い、室温から1400℃まで加熱し、加熱前の室温における溶融塩型熱媒体の初期重量と、各加熱温度における溶融塩型熱媒体の重量とを測定した。そして、加熱によって減少する各溶融塩型熱媒体の重量変化率を溶融塩型熱媒体の重量減少率とした。すなわち、溶融塩型熱媒体の重量減少率は、(各測定温度における溶融塩型熱媒体の重量[g]−溶融塩型熱媒体の初期重量[g]/溶融塩型熱媒体の初期重量[g])×100[%]で算定した。実施例1,4,7,10の溶融塩型熱媒体の重量減少率を加熱温度に対してプロットしたグラフを図3、比較例1の溶融塩型熱媒体の重量減少率を加熱温度に対してプロットしたグラフを図4に示す。なお、図3中、線(a)は実施例1、線(b)は実施例4、線(c)は実施例7、線(d)は実施例10の溶融塩型熱媒体の重量減少率を示している。表1、図3、図4および図6から図9に係る重量減少率の測定は、実施例1〜23は二酸化炭素雰囲気、比較例1は窒素雰囲気で試料を加熱することで行った。さらにまた、図5には、実施例10の溶融塩型熱媒体について、(a)二酸化炭素雰囲気、(b)空気中および(c)窒素雰囲気でそれぞれ加熱した場合の溶融塩型熱媒体の重量減少率を温度に対してプロットしたグラフを示す。なお、図5中、線(a)は二酸化炭素雰囲気、線(b)は空気中、線(c)は窒素雰囲気で測定した溶融塩型熱媒体の重量減少率を示すものである。そして、実施例11に係る溶融塩型熱媒体の重量減少率を加熱温度に対してプロットしたグラフを図6、実施例8に係る溶融塩型熱媒体の重量減少率を加熱温度に対してプロットしたグラフを図7、実施例5に係る溶融塩型熱媒体の重量減少率を加熱温度に対してプロットしたグラフを図8、および、実施例2に係る溶融塩型熱媒体の重量減少率を加熱温度に対してプロットしたグラフを図9に示す。<Method for measuring weight loss rate>
After putting 10 mg of molten salt type heat media of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1 into a platinum sample dish and precisely weighing them, using a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement device (TG / DTA, manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.) The mixture was heated from room temperature to 1400 ° C., and the initial weight of the molten salt heat medium at room temperature before heating and the weight of the molten salt heat medium at each heating temperature were measured. And the weight change rate of each molten salt type heat carrier which decreases by heating was made into the weight reduction rate of a molten salt type heat medium. That is, the weight reduction rate of the molten salt heat medium is expressed as (weight of molten salt heat medium at each measurement temperature [g] −initial weight of molten salt heat medium [g] / initial weight of molten salt heat medium [ g]) × 100 [%]. FIG. 3 is a graph in which the weight reduction rate of the molten salt type heat medium of Examples 1, 4, 7, and 10 is plotted against the heating temperature, and the weight reduction rate of the molten salt type heat medium of Comparative Example 1 with respect to the heating temperature. The plotted graph is shown in FIG. In FIG. 3, line (a) represents the weight of the molten salt heat medium of Example 1, line (b) represents Example 4, line (c) represents Example 7, and line (d) represents the weight reduction of the molten salt heat medium of Example 10. Shows the rate. The weight reduction ratios according to Table 1, FIG. 3, FIG. 4 and FIGS. 6 to 9 were measured by heating the sample in a carbon dioxide atmosphere in Examples 1 to 23 and in a nitrogen atmosphere in Comparative Example 1. Furthermore, FIG. 5 shows the weight of the molten salt type heat medium when heated in the (a) carbon dioxide atmosphere, (b) air, and (c) nitrogen atmosphere for the molten salt type heat medium of Example 10. The graph which plotted the decreasing rate with respect to temperature is shown. In FIG. 5, the line (a) shows the weight reduction rate of the molten salt type heat medium measured in a carbon dioxide atmosphere, the line (b) in the air, and the line (c) in the nitrogen atmosphere. And the graph which plotted the weight reduction rate of the molten salt type heat medium which concerns on Example 11 with respect to heating temperature is plotted with FIG. 6, The weight reduction rate of the molten salt type heat medium which concerns on Example 8 is plotted with respect to heating temperature FIG. 8 is a graph obtained by plotting the weight reduction rate of the molten salt type heat medium according to Example 5 with respect to the heating temperature, and FIG. 8 is the weight reduction rate of the molten salt type heat medium according to Example 2. A graph plotted against the heating temperature is shown in FIG.
<耐熱温度測定方法>
実施例1〜23と比較例1の溶融塩型熱媒体について、500℃以上に加熱していった際、当該溶融塩型熱媒体の、最初の非線形な重量減少が始まる温度をした温度を耐熱温度Thとした。測定された実施例1〜23と比較例1の溶融塩型熱媒体の溶融塩型熱媒体の耐熱温度Thを表1および表2に示す。<Method for measuring heat-resistant temperature>
When the molten salt type heat mediums of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1 were heated to 500 ° C. or higher, the temperature at which the first nonlinear weight loss of the molten salt type heat medium started was reduced. The temperature was Th. Tables 1 and 2 show the measured heat resistance temperature Th of the molten salt type heat medium of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1 of the molten salt type heat medium.
<通常の使用温度範囲算定方法>
実施例1〜23と比較例1の溶融塩型熱媒体について、耐熱温度Thと融点Tmとの差(=耐熱温度Th[℃]−融点Tm[℃])を通常の使用温度範囲ΔTとして算定した。算定された実施例1〜23と比較例1の溶融塩型熱媒体の通常の使用温度範囲ΔTを表1および表2に示した。<Normal operating temperature range calculation method>
For the molten salt type heat mediums of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1, the difference between the heat resistance temperature Th and the melting point Tm (= heat resistance temperature Th [° C.] − Melting point Tm [° C.]) is calculated as a normal use temperature range ΔT. did. Tables 1 and 2 show the normal operating temperature range ΔT of the calculated molten salt type heat transfer media of Examples 1 to 23 and Comparative Example 1.
表1および図4に示すように、比較例1の硝酸カリウムと硝酸ナトリウムからなる溶融塩型熱媒体は、560℃から分解が急激に進み、560℃以上になると溶融塩型熱媒体の重量の減少が著しいものであった。すなわち、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムからなる溶融塩型熱媒体は耐熱温度が560℃であった。 As shown in Table 1 and FIG. 4, the molten salt type heat medium composed of potassium nitrate and sodium nitrate of Comparative Example 1 rapidly decomposes from 560 ° C., and when the temperature exceeds 560 ° C., the weight of the molten salt type heat medium decreases. Was remarkable. That is, the heat resistance temperature of the molten salt type heat medium composed of potassium nitrate and sodium nitrate was 560 ° C.
これに対して、表1、表2、図3、図5および図6から図9に示すように、実施例1から実施例23の溶融塩型熱媒体は、560℃を超えても、溶融塩型熱媒体の重量の減少が進みにくく、比較例と比較して耐熱性が非常に高く、高温加熱を長時間行っても耐熱性が安定していることがわかった。例えば、図4および図5を参照して、窒素雰囲気下での初期重量からの減少率を比較しても、実施例は比較例よりも、溶融塩型熱媒体の重量の減少が200℃以上の温度領域ではるかに進みづらく、優れた耐熱性を有することが明らかとなった。 On the other hand, as shown in Table 1, Table 2, FIG. 3, FIG. 5 and FIGS. 6 to 9, the molten salt type heat mediums of Examples 1 to 23 melted even when the temperature exceeded 560 ° C. It was found that the weight of the salt-type heat medium did not easily decrease, the heat resistance was very high as compared with the comparative example, and the heat resistance was stable even after high-temperature heating for a long time. For example, referring to FIG. 4 and FIG. 5, even when the rate of decrease from the initial weight under a nitrogen atmosphere is compared, the weight loss of the molten salt type heat medium is 200 ° C. or more than the comparative example. It has become clear that it has far better heat resistance in the temperature range and has excellent heat resistance.
そして、図5に示すように、実施例の炭酸塩混合物の溶融塩型熱媒体は、二酸化炭素雰囲気下で加熱を行った場合、窒素雰囲気下および大気雰囲気下と比較して、1000℃程度の高温であっても溶融塩型熱媒体の重量の減少がより進みにくいことから、耐熱性がさらに高いものであった。なお、図3は、二酸化炭素雰囲気中での測定値である。すなわち、実施例の炭酸塩混合物を含有する溶融塩型熱媒体は、加熱状態において、二酸化炭素でシールされると極めて優れた耐熱性を示すことが明らかとなった。つまり、上述のように、太陽熱利用システムや溶融塩型熱媒体の使用方法において、溶融塩型熱媒体が通過する管路に流体連通された熱媒容器を溶融塩型熱媒体と二酸化炭素とによって充填して、溶融塩型熱媒体を二酸化炭素でシールすると、溶融塩型熱媒体の耐熱性をさらに高くできる。 And as shown in FIG. 5, when the molten salt type heat medium of the carbonate mixture of the example is heated in a carbon dioxide atmosphere, it is about 1000 ° C. as compared with a nitrogen atmosphere and an air atmosphere. Since the decrease in the weight of the molten salt type heat medium is less likely to proceed even at high temperatures, the heat resistance is higher. FIG. 3 shows measured values in a carbon dioxide atmosphere. That is, it has been clarified that the molten salt type heat medium containing the carbonate mixture of Example shows extremely excellent heat resistance when sealed with carbon dioxide in a heated state. That is, as described above, in the solar heat utilization system and the method of using the molten salt heat medium, the heat medium container fluidly connected to the pipe through which the molten salt heat medium passes is formed by the molten salt heat medium and carbon dioxide. When the molten salt type heat medium is filled and sealed with carbon dioxide, the heat resistance of the molten salt type heat medium can be further increased.
また、実施例1の溶融塩型熱媒体の通常の使用温度範囲ΔTは510℃であり、比較例1の溶融塩型熱媒体の通常の使用温度範囲ΔTは339℃である。このように、実施例にかかる溶融塩型熱媒体は、溶融塩型熱媒体の通常の使用温度範囲ΔTを従来よりも広くすることができる。 The normal use temperature range ΔT of the molten salt type heat medium of Example 1 is 510 ° C., and the normal use temperature range ΔT of the molten salt type heat medium of Comparative Example 1 is 339 ° C. Thus, the molten salt type heat medium according to the example can make the normal use temperature range ΔT of the molten salt type heat medium wider than the conventional one.
次に、炭酸バリウム(BaCO3)と炭酸カルシウム(CaCO3)との少なくとも一方を加えることによる作用を検証した。表1に示すように、実施例10〜12は、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウム(K2CO3)と、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウム(Na2CO3)と、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウム(Li2CO3)とからなる3成分の炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体であるが、その融点は平均で396.7℃であった。これに、更に、炭酸バリウム(BaCO3)を1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下加えた実施例4〜6および実施例18〜20では融点が平均で382.9℃であり、更に炭酸バリウム(BaCO3)の代わりに炭酸カルシウム(CaCO3)を1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下加えた実施例7〜9および実施例21〜23では、融点が平均で384.5℃であった。さらに、炭酸バリウムを1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下および炭酸カルシウムを1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下加えた実施例1〜3および実施例13〜17では、融点が平均で375.4℃であった。このように、実施例10から実施例12に含まれる3成分に対して、炭酸バリウムおよび炭酸カルシウムの少なくとも一方を含有させることにより、溶融塩型熱媒体の融点Tmを大きく低下させることができる。Next, to verify the effect of the addition of at least one of barium carbonate and (BaCO 3) and calcium carbonate (CaCO 3). As shown in Table 1, in Examples 10 to 12, potassium carbonate (K 2 CO 3 ) of 12 mole percent or more and 40 mole percent or less and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) of 20 mole percent or more and 40 mole percent or less are used. And a molten salt type heat medium comprising a three-component carbonate mixture consisting of 25 mol percent to 55 mol percent lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), the melting point was 396.7 ° C. on average. It was. Further, in Examples 4 to 6 and Examples 18 to 20 in which barium carbonate (BaCO 3 ) was further added in an amount of 1.0 to 20 mole percent, the average melting point was 382.9 ° C. In Examples 7 to 9 and Examples 21 to 23 in which calcium carbonate (CaCO 3 ) was added in an amount of 1.0 mole percent to 15 mole percent instead of (BaCO 3 ), the average melting point was 384.5 ° C. . Furthermore, in Examples 1 to 3 and Examples 13 to 17 in which barium carbonate was added in an amount of 1.0 to 20 mol percent and calcium carbonate was added in an amount of 1.0 to 15 mol percent, the melting point averaged 375. It was 4 ° C. Thus, by including at least one of barium carbonate and calcium carbonate in the three components included in Examples 10 to 12, the melting point Tm of the molten salt heat medium can be greatly reduced.
そして、図4に示すように、実施例1に係る溶融塩型熱媒体の耐熱性は、560℃を超える高温域においても、重量減少率の低下がみられず、炭酸バリウムおよび炭酸カルシウムを加えることによる耐熱温度の低下はみられない。このため、炭酸バリウムおよび炭酸カルシウムを加えることによって、さらに通常の使用温度範囲ΔTを広げることができたと言える。 And as shown in FIG. 4, the heat resistance of the molten salt type heat medium according to Example 1 does not show a decrease in weight reduction rate even in a high temperature range exceeding 560 ° C., and barium carbonate and calcium carbonate are added. There is no decrease in heat-resistant temperature. For this reason, it can be said that the normal use temperature range ΔT could be further expanded by adding barium carbonate and calcium carbonate.
表1および表2に示すように、本実施例の溶融塩型熱媒体は、融点Tmが比較的低かった。また、本実施例の溶融塩型熱媒体は、管路410などを通過するのに十分低い粘度を有するものであった。
As shown in Tables 1 and 2, the molten salt type heat medium of this example had a relatively low melting point Tm. Further, the molten salt type heat medium of this example had a viscosity sufficiently low to pass through the
以上、本発明を実施形態および実施例を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態および実施例に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態および実施例に、多様な変更または改良を加えることが可能であることは当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment and an Example, it cannot be overemphasized that the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment and Example. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be made to the embodiments and examples. Further, it is apparent from the description of the scope of claims that embodiments with such changes or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
[付記]
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。なお、付記に記載した括弧書きの数字は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の請求項の項番号に対応する。
(1) 本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウムと、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウムと、を含有する炭酸塩混合物を含むことを特徴とする。
(2) 本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、上記(1)記載の溶融塩型熱媒体であって、上記炭酸塩混合物は、さらに、1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下の炭酸バリウムを含有することを特徴としてもよい。
(3) 本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、上記(1)記載の溶融塩型熱媒体であって、上記炭酸塩混合物は、さらに、1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下の炭酸カルシウムを含有することを特徴としてもよい。
(4) 本発明の一実施形態に係る溶融塩型熱媒体は、上記(1)記載の溶融塩型熱媒体であって、上記炭酸塩混合物は、さらに、1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下の炭酸バリウムと、1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、を含有することを特徴としてもよい。
(5) 本発明の他実施形態に係る溶融塩型熱媒体の使用方法は、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウムと、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体を、加熱部において加熱すること、上記加熱部に流体連通する管路によって、上記溶融塩型熱媒体を熱使用部に供給すること、及び、上記熱使用部において、上記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用すること、を備えることを特徴とする。
(6) 本発明の他実施形態に係る溶融塩型熱媒体の使用方法は、上記(5)記載の溶融塩型熱媒体の使用方法であって、さらに、管路に流体連通された熱媒容器に上記溶融塩型熱媒体を供給すること、及び、上記溶融塩型熱媒体を供給ステップの前または後に、上記熱媒容器に二酸化炭素を充填すること、をさらに備えることを特徴とする。
(7) 本発明の他実施形態に係る太陽熱利用システムは、12モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸カリウムと、20モルパーセント以上40モルパーセント以下の炭酸ナトリウムと、25モルパーセント以上55モルパーセント以下の炭酸リチウムと、を含有する炭酸塩混合物を含む溶融塩型熱媒体と、上記溶融塩型熱媒体を太陽光によって加熱する太陽光加熱部と、上記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用する熱使用部と、加熱された上記溶融塩型熱媒体を上記熱使用部に供給するために、上記太陽光加熱部と上記熱使用部とに流体連通する管路と、を備えることを特徴とする。
(8) 本発明の他実施形態に係る太陽熱利用システムは、上記(7)記載の太陽熱利用システムであって、さらに、上記管路に流体連通する熱媒容器を備え、上記熱媒容器は、上記溶融塩型熱媒体と二酸化炭素とが充填されていることを特徴としてもよい。
(9) 本発明の他実施形態に係る太陽熱利用システムは、上記(7)記載の太陽熱利用システムであって、上記熱使用部は、ガスタービンを含む発電装置を含むことを特徴としてもよい。
(10) 本発明の他実施形態に係る太陽熱利用システムは、上記(7)記載の太陽熱利用システムであって、上記熱使用部は、水熱分解反応によって水素を製造する反応装置であることを特徴としてもよい。[Appendix]
The invention described in the scope of claims attached to the application of this application will be added below. The numbers in parentheses described in the appendix correspond to the item numbers of the claims in the claims attached first to the application of this application.
(1) The molten salt type heat medium according to an embodiment of the present invention includes 12 to 40 mole percent potassium carbonate, 20 to 40 mole percent sodium carbonate, and 25 to 55 mole percent. And a carbonate mixture containing no more than a percent lithium carbonate.
(2) The molten salt type heat medium according to one embodiment of the present invention is the molten salt type heat medium according to the above (1), wherein the carbonate mixture further includes 1.0 mol percent or more and 20 mol percent. It may be characterized by containing the following barium carbonate.
(3) The molten salt type heat medium according to one embodiment of the present invention is the molten salt type heat medium according to the above (1), wherein the carbonate mixture further includes 1.0 mol percent or more and 15 mol percent. It may be characterized by containing the following calcium carbonate.
(4) The molten salt type heat medium according to one embodiment of the present invention is the molten salt type heat medium according to the above (1), wherein the carbonate mixture further includes 1.0 mol percent or more and 20 mol percent. It may be characterized by containing the following barium carbonate and 1.0 to 15 mol percent of calcium carbonate.
(5) The method of using the molten salt type heat medium according to another embodiment of the present invention includes 12 mol percent or more and 40 mol percent or less of potassium carbonate, 20 mol percent or more and 40 mol percent or less of sodium carbonate, and 25 mol percent. The molten salt type heat medium containing a carbonate mixture containing 55 mol% or less of lithium carbonate is heated in the heating unit, and the molten salt type heat medium is supplied by a pipe line in fluid communication with the heating unit. Supplying to a heat-use part and using the heat provided by the said molten salt type heat medium in the said heat-use part are provided, It is characterized by the above-mentioned.
(6) The method of using the molten salt type heat medium according to another embodiment of the present invention is the method of using the molten salt type heat medium according to (5) above, and further, the heat medium fluidly connected to the pipe line The method further comprises supplying the molten salt heat medium to the container and filling the heat medium container with carbon dioxide before or after the step of supplying the molten salt heat medium.
(7) A solar heat utilization system according to another embodiment of the present invention includes 12 to 40 mole percent potassium carbonate, 20 to 40 mole percent sodium carbonate, and 25 to 55 mole percent. A molten salt-type heat medium containing a carbonate mixture containing lithium carbonate, a solar heating section for heating the molten salt-type heat medium with sunlight, and heat provided by the molten salt-type heat medium. In order to supply the heat use part to be used and the heated molten salt type heat medium to the heat use part, a pipe line in fluid communication with the solar heating part and the heat use part is provided. Features.
(8) A solar heat utilization system according to another embodiment of the present invention is the solar heat utilization system according to the above (7), further comprising a heat medium container in fluid communication with the pipe line, and the heat medium container, The molten salt heat medium and carbon dioxide may be filled.
(9) The solar-heat utilization system which concerns on other embodiment of this invention is a solar-heat utilization system of the said (7) description, Comprising: The said heat-use part may be characterized by including the electric power generating apparatus containing a gas turbine.
(10) A solar heat utilization system according to another embodiment of the present invention is the solar heat utilization system according to the above (7), wherein the heat using part is a reaction apparatus that produces hydrogen by a hydrothermal decomposition reaction. It may be a feature.
1 太陽熱利用システム
10 溶融塩型熱媒体
100 加熱部
112 集光管
114 集光鏡
210 高温熱媒容器
220 低温熱媒容器
230 膨張タンク
300 熱使用部
310 熱使用要素
320 冷却要素
410 管路
420 ポンプ
461,462 バルブ
Tm 融点
Th 耐熱温度
ΔT 通常の使用温度範囲DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar
Claims (10)
前記炭酸塩混合物は、さらに、1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下の炭酸バリウムを含有することを特徴とする溶融塩型熱媒体。The molten salt type heat medium according to claim 1,
The molten salt type heat medium, wherein the carbonate mixture further contains 1.0 to 20 mole percent of barium carbonate.
前記炭酸塩混合物は、さらに、1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下の炭酸カルシウムを含有することを特徴とする溶融塩型熱媒体。The molten salt type heat medium according to claim 1,
The molten salt type heat medium, wherein the carbonate mixture further contains 1.0 to 15 mol percent of calcium carbonate.
前記炭酸塩混合物は、さらに、1.0モルパーセント以上20モルパーセント以下の炭酸バリウムと、1.0モルパーセント以上15モルパーセント以下の炭酸カルシウムと、を含有することを特徴とする溶融塩型熱媒体。The molten salt type heat medium according to claim 1,
The carbonate mixture further contains 1.0 mol percent or more and 20 mol percent or less of barium carbonate, and 1.0 mol percent or more and 15 mol percent or less of calcium carbonate. Medium.
前記加熱部に流体連通する管路によって、前記溶融塩型熱媒体を熱使用部に供給すること、及び、
前記熱使用部において、前記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用すること、を備えることを特徴とする溶融塩型熱媒体の使用方法。Molten salt form comprising a carbonate mixture containing 12 to 40 mole percent potassium carbonate, 20 to 40 mole percent sodium carbonate, and 25 to 55 mole percent lithium carbonate Heating the heat medium in the heating section;
Supplying the molten salt type heat medium to the heat using part by a conduit in fluid communication with the heating part; and
The method of using a molten salt type heat medium, comprising: using heat provided by the molten salt type heat medium in the heat using part.
前記管路に流体連通された熱媒容器に前記溶融塩型熱媒体を供給すること、及び、
前記溶融塩型熱媒体を供給ステップの前または後に、前記熱媒容器に二酸化炭素を充填すること、をさらに備えることを特徴とする溶融塩型熱媒体の使用方法。A method for using the molten salt heat medium according to claim 5,
Supplying the molten salt heat medium to a heat medium container in fluid communication with the conduit; and
The method for using a molten salt type heat medium, further comprising filling the heat medium container with carbon dioxide before or after the step of supplying the molten salt type heat medium.
前記溶融塩型熱媒体を太陽光によって加熱する太陽光加熱部と、
前記溶融塩型熱媒体により供される熱を使用する熱使用部と、
加熱された前記溶融塩型熱媒体を前記熱使用部に供給するために、前記太陽光加熱部と前記熱使用部とに流体連通する管路と、
を備えることを特徴とする太陽熱利用システム。Molten salt form comprising a carbonate mixture containing 12 to 40 mole percent potassium carbonate, 20 to 40 mole percent sodium carbonate, and 25 to 55 mole percent lithium carbonate A heat medium;
A solar heating section for heating the molten salt heat medium with sunlight,
A heat using part using heat provided by the molten salt type heat medium;
A conduit in fluid communication with the solar heating section and the heat use section for supplying the heated molten salt heat medium to the heat use section;
A solar heat utilization system comprising:
さらに、前記管路に流体連通する熱媒容器を備え、
前記熱媒容器は、前記溶融塩型熱媒体と二酸化炭素とが充填されていることを特徴とする太陽熱利用システム。The solar heat utilization system according to claim 7,
Furthermore, a heating medium container in fluid communication with the pipe line is provided,
The solar heat utilization system, wherein the heat medium container is filled with the molten salt heat medium and carbon dioxide.
前記熱使用部は、ガスタービンを含む発電装置を含むことを特徴とする太陽熱利用システム。The solar heat utilization system according to claim 7,
The said heat utilization part contains the electric power generating apparatus containing a gas turbine, The solar heat utilization system characterized by the above-mentioned.
前記熱使用部は、水熱分解反応によって水素を製造する反応装置であることを特徴とする太陽熱利用システム。The solar heat utilization system according to claim 7,
The solar heat utilization system, wherein the heat use part is a reaction apparatus for producing hydrogen by a hydrothermal decomposition reaction.
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