RU2813183C1 - Low-melting heat storage salt mixture - Google Patents

Low-melting heat storage salt mixture Download PDF

Info

Publication number
RU2813183C1
RU2813183C1 RU2023106029A RU2023106029A RU2813183C1 RU 2813183 C1 RU2813183 C1 RU 2813183C1 RU 2023106029 A RU2023106029 A RU 2023106029A RU 2023106029 A RU2023106029 A RU 2023106029A RU 2813183 C1 RU2813183 C1 RU 2813183C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
composition
tungstate
melting
lithium
Prior art date
Application number
RU2023106029A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Айшат Алаудиновна Байсангурова
Жамал Ахматович Кочкаров
Руслан Асланович Жижуев
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Чеченский Государственный Университет Имени Ахмата Абдулхамидовича Кадырова"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Чеченский Государственный Университет Имени Ахмата Абдулхамидовича Кадырова" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Чеченский Государственный Университет Имени Ахмата Абдулхамидовича Кадырова"
Application granted granted Critical
Publication of RU2813183C1 publication Critical patent/RU2813183C1/en

Links

Abstract

FIELD: thermal power engineering.
SUBSTANCE: heat-storing compositions used as energy-intensive materials in heat accumulators and devices for maintaining a constant temperature. A heat-storing composition is proposed, including the following components, wt.%: lithium chloride – 75-76; lithium tungstate – 16-15; lead tungstate – 9-8.
EFFECT: ability to obtain a mixture with operability in the temperature range of 472-475°C with a specific melting enthalpy of 350-355 kJ/kg and reduced corrosion activity.
1 cl, 1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, применяемых в качестве энергоемких материалов в тепловых аккумуляторах и устройствах для поддержания постоянной температуры, применяемых в теплотехнике.The invention relates to the field of thermal power engineering, in particular to the development of heat-storing compositions used as energy-intensive materials in heat accumulators and devices for maintaining a constant temperature used in heating engineering.

Теплоаккумулирующий состав содержит: 75-76 мас. % хлорида лития, 16-15 мас. % вольфрамата лития и 9-8 мас. % вольфрамата свинца. По сравнению с известными аналогичными теплоаккумулирующими составами предложенный состав обеспечивает работоспособность в тепловом аккумуляторе в интервале температуры 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/кг (табл.).The heat-storing composition contains: 75-76 wt. % lithium chloride, 16-15 wt. % lithium tungstate and 9-8 wt. % lead tungstate. In comparison with known similar heat-storing compositions, the proposed composition ensures operability in a heat accumulator in the temperature range of 472-475°C with a specific melting enthalpy of 350-355 kJ/kg (table).

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих хлорид лития, хлорид свинца и вольфрамат свинца.The invention relates to the field of thermal power engineering, in particular to the development of heat-storing compositions including lithium chloride, lead chloride and lead tungstate.

Известен теплоаккумулирующий состав, включающий индивидуальное вещество - вольфрамат лития, однако рабочая температура состава составляет 740°С и сравнительно низкая удельная энтальпия плавления - 210 кДж/кг (Термические константы веществ. Под ред. Глушко В.П. Вып. X, 4.1. М.: ВИНИТИ, 1981.- 300 с).A heat-accumulating composition is known, including an individual substance - lithium tungstate, however, the operating temperature of the composition is 740 ° C and the specific enthalpy of fusion is relatively low - 210 kJ / kg (Thermal constants of substances. Ed. Glushko V.P. Issue X, 4.1. M .: VINITI, 1981.- 300 p.).

Известен теплоаккумулирующий состав, который включает индивидуальное вещество - хлорид лития, однако это вещество при высокой энтальпии плавления 408.9 кДж/кг (Термические константы веществ. Под ред. Глушко В.П.. Вып. X, 4.1. М.: ВИНИТИ, 1981. - 300 с.) обеспечивает температуру работоспособности теплового аккумулятора при 610°С.A heat-accumulating composition is known, which includes an individual substance - lithium chloride, but this substance has a high melting enthalpy of 408.9 kJ/kg (Thermal constants of substances. Edited by Glushko V.P.. Issue X, 4.1. M.: VINITI, 1981. - 300 s.) ensures the operating temperature of the heat accumulator at 610°C.

Известен также эвтектический состав системы LiCl-Li2WO4: 74% LiCl, 26% Li2WO4 (Справочник по плавкости солевых систем. Т.1 // Под ред. Воскресенской Н.К. М. - Л.: Изд-во АН СССР 1961. 708 с). Энтальпия плавления при рабочей температуре 490°С составляют 295 кДж/кг.The eutectic composition of the LiCl-Li 2 WO 4 system is also known: 74% LiCl, 26% Li 2 WO 4 (Handbook on the fusibility of salt systems. T.1 // Ed. Voskresenskaya N.K. M. - L.: Publishing house in USSR Academy of Sciences 1961. 708 p.). The melting enthalpy at an operating temperature of 490°C is 295 kJ/kg.

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид и вольфрамат натрия. Температура плавления смеси происходят при температурах 632-645 и 576-589°С [Гаркушин И.К., Игнатьева Е.О., Дворянова Е.М. Теплоаккумулирующий состав. А.С. №2495900 от 27.10.2001 г.]. Однако этот состав не поддерживает постоянную температуру в диапазоне 600- 575°СA heat-storing composition containing sodium fluoride and tungstate is known. The melting point of the mixture occurs at temperatures of 632-645 and 576-589°C [Garkushin I.K., Ignatieva E.O., Dvoryanova E.M. Heat-storing composition. A.S. No. 2495900 dated October 27, 2001]. However, this composition does not maintain a constant temperature in the range of 600-575°C

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид, хлорид, метаванадат, молибдат лития и хлорид калия. Температура плавления смеси 336-340°С, удельная энтальпия плавления 222 кДж/кг [Гаркушин И.К., Губанова Т.В., Малышева Е.И. Теплоаккумулирующий состав. А.С. №2492206 от 11.03.2012 г.]. Однако этот состав не поддерживает постоянную температуру в диапазоне 336-340°С.A heat-storing composition is known containing fluoride, chloride, metavanadate, lithium molybdate and potassium chloride. The melting point of the mixture is 336-340°C, the specific enthalpy of melting is 222 kJ/kg [Garkushin I.K., Gubanova T.V., Malysheva E.I. Heat-storing composition. A.S. No. 2492206 dated March 11, 2012]. However, this composition does not maintain a constant temperature in the range of 336-340°C.

Известен теплоаккумулирующий состав, содержащий фторид лития и молибдат калия. Температура плавления смеси 674-700°С, удельная энтальпия плавления 302-310 кДж/кг [Гаркушин И.К., Губанова Т.В., Малышева Е.И. Теплоаккумулирующий состав. А.С. №2462497 от 08.11.2010 г.]. В аналогах и прототипе используются щелочные металлы, в частности хлорид лития, в предлагаемом техническом решении его заменяем хлоридом натрия, т.к. белые гигроскопические кристаллы хлорида лития забирают влагу из воздуха. Этот состав не поддерживает постоянную температуру в диапазоне 600 - 575°СA heat-storing composition containing lithium fluoride and potassium molybdate is known. The melting point of the mixture is 674-700°C, the specific enthalpy of melting is 302-310 kJ/kg [Garkushin I.K., Gubanova T.V., Malysheva E.I. Heat-storing composition. A.S. No. 2462497 dated 08.11.2010]. The analogues and the prototype use alkali metals, in particular lithium chloride; in the proposed technical solution we replace it with sodium chloride, because White hygroscopic crystals of lithium chloride take moisture from the air. This composition does not maintain a constant temperature in the range of 600 - 575 ° C

Наиболее близким по составу ингредиентов является эвтектическая система LiCl-Li2WO4 74% LiCl, 26% Li2WO4 (Справочник по плавкости солевых систем. Т.1 // Под ред. Воскресенской Н.К. М. - Л.: Изд-во АН СССР 1961. 708 с). Энтальпия плавления при рабочей температуре 490°С составляют 310 кДж/кг.The closest in composition of ingredients is the eutectic system LiCl-Li 2 WO 4 74% LiCl, 26% Li 2 WO 4 (Handbook on the fusibility of salt systems. T.1 // Ed. Voskresenskaya N.K. M. - L.: Publishing house of the USSR Academy of Sciences, 1961. 708 p.). The melting enthalpy at an operating temperature of 490°C is 310 kJ/kg.

Настоящее изобретение обеспечивает работу теплоаккумулятора в температурном диапазоне 472-475°С с удельной энтальпией плавления 330-335 кДж/кг (табл.).The present invention ensures operation of the heat accumulator in the temperature range of 472-475°C with a specific melting enthalpy of 330-335 kJ/kg (table).

Новизна заявляемого состава по сравнению с известным, заключается в том, что для обеспечения работоспособности в температурном интервале 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/кг, дополнительно содержит вольфрамат свинца при следующем соотношении компонентов, мас. %: 75-76 мас. % хлорида лития, 16-15 мас. % вольфрамата лития и 9-8 мас. % вольфрамата свинца.The novelty of the proposed composition in comparison with the known one lies in the fact that to ensure performance in the temperature range of 472-475°C with a specific melting enthalpy of 350-355 kJ/kg, it additionally contains lead tungstate in the following ratio of components, wt. %: 75-76 wt. % lithium chloride, 16-15 wt. % lithium tungstate and 9-8 wt. % lead tungstate.

Задача изобретения - обеспечение работоспособности теплоаккумулирующей смеси на температурных уровнях 472-475°С.The objective of the invention is to ensure the operability of the heat-storing mixture at temperature levels of 472-475°C.

Предлагаемая солевая смесь исследована дифференциальным термическим анализом (ДТА). Квалификация исходных солей не ниже "х.ч.". Все составы выражены в массовых процентах, а температура - в градусах Цельсия.The proposed salt mixture was studied by differential thermal analysis (DTA). The qualification of the starting salts is not lower than reagent grade. All compositions are expressed in mass percentages and temperatures in degrees Celsius.

Удельную энтальпию плавления образца эвтектического состава определяли методом количественного ДТА:The specific enthalpy of melting of a sample of eutectic composition was determined by quantitative DTA:

где Δ1Нэт удельная энтальпия фазового перехода эталонного вещества, близкого по температуре фазового перехода к образцу исследуемого состава, Дж/г; SE, Sэт - площади пиков дифференциальных кривых эвтектического состава и эталонного вещества соответственно; tE, tэт - температуры кристаллизации (плавления) эвтектики и эталонного вещества соответственно.where Δ 1 N et is the specific enthalpy of the phase transition of a reference substance that is close in phase transition temperature to the sample of the composition under study, J/g; S E , S et are the peak areas of the differential curves of the eutectic composition and the reference substance, respectively; t E , t fl are the crystallization (melting) temperatures of the eutectic and the reference substance, respectively.

Предлагаемая нами солевая композиция отличается тем, что, данная теплоаккумулирующая смесь по сравнению с прототипом обладает меньшей коррозионной активностью, высокой плотностью и имеет повышенную удельную теплоту плавления на 40-45 кДж/г, по сравнению с аналогом, что приводит к снижению энергетических затрат и повышению тепловыделения.The salt composition we offer is distinguished by the fact that this heat-accumulating mixture, compared to the prototype, has less corrosive activity, high density and has an increased specific heat of fusion by 40-45 kJ/g, compared to its analogue, which leads to reduced energy costs and increased heat generation.

Для подтверждения температуры и энтальпии плавления данной теплоаккумулирующей смеси применили установку синхронного термического анализатора, модификации STA 409РС (термоанализатор), выпущенного германской фирмой «NETZSCH», и предназначенного для измерения термодинамических характеристик (температура и энтальпия фазовых переходов, теплоемкость) и регистрации изменения массы твердых и порошкообразных материалов в широком диапазоне температур от +25°С до +1500°С.To confirm the temperature and enthalpy of melting of this heat-accumulating mixture, we used the installation of a synchronous thermal analyzer, a modification of the STA 409PC (thermal analyzer), produced by the German company NETZSCH, and intended for measuring thermodynamic characteristics (temperature and enthalpy of phase transitions, heat capacity) and recording changes in the mass of solid and powdered materials in a wide temperature range from +25°C to +1500°C.

Настоящее изобретение обеспечивает работу в качестве теплоаккумулирующего материала на температурных уровнях 472-475°С.The present invention provides operation as a heat storage material at temperature levels of 472-475°C.

Технический результат достигается тем, что теплоаккумулирующий состав, содержит хлорид лития, вольфрамат лития и вольфрамат свинца при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved by the fact that the heat-storing composition contains lithium chloride, lithium tungstate and lead tungstate in the following ratio of components, wt. %:

Хлорид лития -75-76;Lithium chloride -75-76;

Вольфрамат лития - 16-15;Lithium tungstate - 16-15;

Вольфрамат свинца - 9-8.Lead tungstate - 9-8.

Пример 1.Example 1.

В электропечи шахтного типа переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li2WO4 и PbWO4) 0,75 г (75 мас. %) хлорида лития+0,16 г (16 мас. %) вольфрамат лития + 0,09 г (9 мас. %) вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 472°С, удельная энтальпия плавления 355 кДж/г.Anhydrous salts of analytical grade (LiCl, Li 2 WO 4 and PbWO 4 ) 0.75 g (75 wt.%) lithium chloride + 0.16 g (16 wt.%) lithium tungstate + 0, 09 g (9 wt.%) lead tungstate. The melting point of the mixture is 472°C, the specific enthalpy of melting is 355 kJ/g.

Удельная энтальпия плавления рассчитывалась по формуле:The specific enthalpy of melting was calculated using the formula:

кДж/кг, kJ/kg,

где ΔtHE - удельная энтальпия фазового перехода вещества, близкого по температуре фазового перехода к исследуемому составу, кДж/кг; SE, Sэт - площади пиков дифференциальных кривых, отвечающих плавлению эвтектического состава и фазовому переходу эталонного вещества соответственно; Те, Тэт - температуры плавления эвтектического состава и фазового перехода эталонного вещества соответственно, К. Окончательное значение энтальпии находили как среднее трех измерений. В качестве эталонного вещества взят хлорид лития (температура плавления 610°С, удельная энтальпия плавления 408.9 кДж/кг). Удельная энтальпия плавления эвтектики предлагаемого состава равна 355 кДж/кг.where Δ t H E is the specific enthalpy of the phase transition of a substance close in phase transition temperature to the composition under study, kJ/kg; S E , S et are the peak areas of the differential curves corresponding to the melting of the eutectic composition and the phase transition of the reference substance, respectively; T e , T et are the melting temperatures of the eutectic composition and phase transition of the reference substance, respectively, K. The final enthalpy value was found as the average of three measurements. Lithium chloride was taken as a reference substance (melting point 610°C, specific enthalpy of melting 408.9 kJ/kg). The specific enthalpy of melting of the eutectic of the proposed composition is 355 kJ/kg.

Пример 2.Example 2.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li2WO4 и PbWO4) 0,755 г (75,5 мас. %) хлорида лития + 0,155 г (15,5 мас. %)) вольфрамат лития + 0,09 г (9 мас. %) вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 470°С, удельная энтальпия плавления 353 кДж/г.Under the conditions of example 1, anhydrous salts of analytical grade (LiCl, Li 2 WO 4 and PbWO 4 ) are melted: 0.755 g (75.5 wt.%) lithium chloride + 0.155 g (15.5 wt. %)) lithium tungstate + 0 .09 g (9 wt.%) lead tungstate. The melting point of the mixture is 470°C, the specific enthalpy of melting is 353 kJ/g.

Пример 3.Example 3.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li2WO4 и PbWO4) 0,75 г (75 мас. %) хлорида лития + 0,15 г (15 мас. %) вольфрамат лития + 0,1 г (10 мас. %) вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 475°С, удельная энтальпия плавления 353 кДж/г.Under the conditions of example 1, anhydrous salts of analytical grade (LiCl, Li 2 WO 4 and PbWO 4 ) are melted: 0.75 g (75 wt.%) lithium chloride + 0.15 g (15 wt.%) lithium tungstate + 0, 1 g (10 wt.%) lead tungstate. The melting point of the mixture is 475°C, the specific enthalpy of melting is 353 kJ/g.

Пример 4.Example 4.

В условиях примера 1 переплавляют безводные соли квалификации «чда» (LiCl, Li2WO4 и PbWO4) 0,76 г (76 мас. %) хлорида лития + 0,16 г (16 мас. %) вольфрамат лития + 0,08 г (8 мас. %») вольфрамата свинца. Температура плавления смеси 473°С, удельная энтальпия плавления 350 кДж/г.Under the conditions of example 1, anhydrous salts of analytical grade (LiCl, Li 2 WO 4 and PbWO 4 ) are melted: 0.76 g (76 wt.%) lithium chloride + 0.16 g (16 wt.%) lithium tungstate + 0, 08 g (8 wt.%) lead tungstate. The melting point of the mixture is 473°C, the specific enthalpy of melting is 350 kJ/g.

За пределами указанных конструктивных интервалов повышается температура плавления и нарушается однофазность, т.е. тепловыделение становится неравномерным.Outside the specified design intervals, the melting temperature increases and single-phase behavior is disrupted, i.e. heat release becomes uneven.

В таблице приведены сравнительные характеристики физико-химических свойств прототипа и предлагаемого состава и состава, выбранного в качестве прототипа.The table shows comparative characteristics of the physical and chemical properties of the prototype and the proposed composition and the composition chosen as the prototype.

Из таблицы видно, что предлагаемый состав обеспечивает работоспособность теплового аккумулятора в диапазоне температур 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/г, что на 40-45 кДж/кг выше по сравнению с прототипом.The table shows that the proposed composition ensures the operability of the heat accumulator in the temperature range of 472-475°C with a specific melting enthalpy of 350-355 kJ/g, which is 40-45 kJ/kg higher than the prototype.

Claims (4)

Теплоаккумулирующий состав, включающий хлорид лития и вольфрамат лития, отличающийся тем, что для обеспечения работоспособности в температурном интервале 472-475°С с удельной энтальпией плавления 350-355 кДж/кг дополнительно содержит вольфрамат свинца, при следующем соотношении компонентов, мас.%:A heat-storing composition comprising lithium chloride and lithium tungstate, characterized in that, to ensure operation in the temperature range of 472-475°C with a specific melting enthalpy of 350-355 kJ/kg, it additionally contains lead tungstate, with the following component ratio, wt.%: хлорид лития -75-76;lithium chloride -75-76; вольфрамат лития - 16-15;lithium tungstate - 16-15; вольфрамат свинца - 9-8.Lead tungstate - 9-8.
RU2023106029A 2023-03-13 Low-melting heat storage salt mixture RU2813183C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2813183C1 true RU2813183C1 (en) 2024-02-07

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1519589B2 (en) * 1963-12-09 1974-02-21 Hooker Chemical Corp., Niagara Falls, N.Y. (V.St.A.) Heat storage medium for closed circuit systems
SU1800835A1 (en) * 1990-02-28 1996-09-10 Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта им.М.Т.Елизарова Heat accumulating composition
RU2272822C1 (en) * 2004-11-26 2006-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образованя Самарский государственный технический университет Heat-storage composition
RU2495900C2 (en) * 2011-10-27 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Heat-accumulating composition
CN108441175B (en) * 2018-04-27 2020-06-30 西南科技大学 Lead tungstate shell phase change microcapsule and preparation method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1519589B2 (en) * 1963-12-09 1974-02-21 Hooker Chemical Corp., Niagara Falls, N.Y. (V.St.A.) Heat storage medium for closed circuit systems
SU1800835A1 (en) * 1990-02-28 1996-09-10 Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта им.М.Т.Елизарова Heat accumulating composition
RU2272822C1 (en) * 2004-11-26 2006-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образованя Самарский государственный технический университет Heat-storage composition
RU2495900C2 (en) * 2011-10-27 2013-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Heat-accumulating composition
CN108441175B (en) * 2018-04-27 2020-06-30 西南科技大学 Lead tungstate shell phase change microcapsule and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fernández et al. Development of new molten salts with LiNO3 and Ca (NO3) 2 for energy storage in CSP plants
Masset et al. Thermal activated (thermal) battery technology: Part II. Molten salt electrolytes
Fernández et al. Thermal characterization of HITEC molten salt for energy storage in solar linear concentrated technology
US7588694B1 (en) Low-melting point inorganic nitrate salt heat transfer fluid
Jiang et al. Thermal stability of Na2CO3-Li2CO3 as a high temperature phase change material for thermal energy storage
Hirschey et al. Review of inorganic salt hydrates with phase change temperature in range of 5 to 60° C and material cost comparison with common waxes
Voigt et al. Solid–liquid equilibria in mixtures of molten salt hydrates for the design of heat storage materials
US4287271A (en) Electrolyte for an electrochemical cell, and an electrochemical cell including the electrolyte
RU2813183C1 (en) Low-melting heat storage salt mixture
WO2012130285A1 (en) Thermal energy storage medium with carbonate salts and use of the thermal energy storage medium
US20170283676A1 (en) Composition for thermal storage and heat transfer applications
RU2326920C2 (en) Heat-retaining composition
RU2799874C1 (en) Low-melting heat storage salt mixture
CN106221675A (en) A kind of phase-change and energy-storage medium
CA1243195A (en) Reversible phase change composition for storing energy
Korin et al. Thermal analysis of the system KCL-LiCI by differential scanning calorimetry
Oommen et al. Phase modification of ammonium nitrate by potassium salts
RU2817998C2 (en) Heat carrier from halides of alkali metals
RU2819041C1 (en) Heat-accumulating mixture of lithium, sodium and calcium halides
RU2703220C1 (en) Heat accumulating material
RU2628613C1 (en) Heat-accumulating composition
Sukharenko et al. Phase Equilibria in the Na+, Ba2+|| Br–, Three-Component Reciprocal System
RU2478115C1 (en) Heat-retaining composition
RU2778349C1 (en) Molten electrolyte for a chemical current source
RU2810251C1 (en) Heat storing composition