Теплоакумулюючий матеріал

Реферат: Теплоакумулюючий матеріал містить пористу матрицю силікагелю, в порах якої розподілено сорбент води. Як сорбент води він містить натрію ацетат. UA 80698 U (12) UA 80698 U UA 80698 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до енергетики, зокрема до теплоакумулюючих матеріалів, які можуть бути використані в накопичувачах теплової енергії. Відомий теплоакумулюючий матеріал на основі органічної речовини, який включає, мас. % озокерит 71-78 %, бензойну кислоту 9,0-19,3, кварцовий пісок 2,0-8,0 і формальдегід 1,0-1,7 [Патент України №74859, С 09 К 5/00; опубл. 15.02.06. Бюл. № 2]. Густина запасання енергії 189-195 Дж/г, температура зарядки теплоакумулючого матеріалу (температура регенерації) 123125 °C. Недоліки даного матеріалу полягають у високій температурі фазового переходу (початок кристалізації 123-125 °C), що ускладнює його застосування для акумулювання низкопотенційного тепла. Відомий теплоакумулюючий матеріал [Патент РФ №2161174, С 09 К 5/06, опубл. 27.12.00], який включає, мас. ч.: гідроксилвмісний олігодієн СКДП-Н 100, поліізоціанат 20-38, гліцерин 1-5, каталізатор уретаноутворення 0,01-3,0, кристалогідрат неорганічної солі 50-200 (зокрема, нонагідрат алюмінію нітрату, гексагідрат нікелю хлориду, гептагідрат магнію сульфату або дигідрат калію фториду), що забезпечує вміст кристалізаційної води не менш 17 %. Температурний інтервал роботи 100-600 °C. Недоліком даного матеріалу є температурний інтервал роботи, який ускладнює його використання при акумулюванні низкопотенційного тепла. Відомий теплоакумулюючий матеріал [Патент США №4604223, МПК С 09 К 5/06; опубл. 5.08.86], який містить гексагідрат магнію хлориду та ініціатор утворення зародків, що змішаний з гексагідратом магнію хлориду, вибраний з групи сполук магнію силікат, натрію метасилікат, гідрат кальцію силікату, силіцію карбід, кальцію карбонат та їх похідних, загальна кількість згаданого ініціатора складає 0,01-10 мас. ч. Недоліки даного матеріалу полягають у високій температурі зарядки, не менш 120 °C, що ускладнює його застосування для акумулювання низькопотенційного тепла. Найбільш близьким аналогом є теплоакумулюючий матеріал [Патент РФ №2042695, МПКС 09 К 5/06, опубл. 27.08.95. 4 с.], який містить пористу матрицю - силікагель з розміром пор, в яких розподілені кристали гексагідрату кальцію хлориду того ж розміру. Температура зарядки даного теплоакумулюючого матеріалу (розкладання гексагідрату кальцію хлориду) складає 030 °C. Недоліки даного матеріалу полягають в низькій теплоті дегідратації СаСl2·6Н2О (1,061 кДж/г [Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов: Кристаллогидраты / А.Г. Мозговой, Е.Е. Шпильрайц, М.А. Дибиров [и др.]. -М.: ИВТАН АН СССР, 1990. - № 2(82). 105 с.]), відщепленні лише чотирьох молекул з шести і, отже, низькій сорбційній ємності та густині запасання енергії, а також високій вартості робочої речовини. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки вдосконаленого теплоакумулюючого матеріалу, що має підвищену густину запасання енергії, шляхом введення в пори силікагелю сорбенту води з більш високою теплотою дегідратації та сорбційною ємністю. Поставлена задача вирішується тим, що відомий теплоакумулюючий матеріал, що містить пористу матрицю-силікагелю, в порах якої розподілено сорбент води, згідно з корисною моделлю як сорбент води він містить натрій ацетат при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: силікагель 20-80 натрій ацетат 80-20. Відомо застосування натрію ацетату CH3COONa у виробництві барвників для створення слабокислого середовища [Чекалин М.А., Пасет Б.В., Иоффе Б.А. Технология красителей и промежуточных продуктов. - Л.: Химия, 1980. - 472 с.], в органічному синтезі [Быкова Н.Н., Кузьмин А.П. Органический синтез: лабораторный практикум. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. - 80 с.] і отриманні хром ацетатів [Руководство по неорганическому синтезу / под ред. Брауэра Г. - Т. 5. - М.: Мир, 1985. - 360 с.] як реагентів. Крім того, відомо застосування CH3COONa як компонента косметичних засобів для пом'якшення шкіри шляхом залучення до її поверхні рідких складових крові [Фридман Р.А. Технология косметики. - М.: Пищевая промышленность, 1984. - 487 с.], розчину нейтралізації сірчаної кислоти при фарбуванні вовняного волокна [Мельников Б.Н., Виноградова Г.И. Применение красителей. - М.: Химия, 1986. - 240 с.], а також кислих закріплювачів у фотографії, буферних розчинів і електролітів в гальванотехніці [Химия. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. Кнунянц И.Л. - 2-е изд. Большая Российская энциклопедия, 1998. - 792 с.]. Тригідрат натрію ацетату CH3COONa·3Н2О використовують як фазовоперехідний теплоакумулюючий матеріал для медичних грілок в суміші з пентагідратом натрію тіосульфату, а також при акумулюванні сонячної енергії - в формі 1 UA 80698 U 5 10 15 20 25 30 евтектичного сплаву або хімічної сполуки з карбамідом [Резницкий Л.А. Теплоаккумулирующие вещества и процессы // Ж. неорганич. химии. - 1998. - Т. 43, № 8. - С. 1288-1298]. Теплоакумулюючий матеріал, який заявляється, готують наступним чином. Тригідрат ацетату натрію розчиняють у воді. Приготованим розчином просочують пористу матрицю-силікагель, який потім сушать в сушильній шафі при 80-90 °C. Розряд теплоакумулюючого матеріалу відбувається при сорбції вологи з повітря, яка є екзотермічним процесом. Зворотний цикл зарядки теплоакумулюючого матеріалу, що заявляється, полягає у видаленні (десорбції) води при продуванні через камеру повітря з температурою 35-60 °C. Корисна модель ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Теплоакумулюючий матеріал, який містить (мас. %) силікагель 80, натрію ацетат 20, готують наступним чином. Наважку силікагелю 100 г просочують 0,11 л водного розчину, що містить 20 мас. % безводного СН3СООNа. Вологий зразок висушують в сушильній шафі до постійної маси при температурі 90 °C. Густина запасання енергії 706 кДж/кг. Приклад 2. Технологія приготування теплоакумулюючого матеріалу, який містить (мас. %) силікагелю 60 і натрію ацетату 40, аналогічна прикладу 1, але силікагель просочують 0,19 л водного розчину, що містить 30 мас. % CH3COONa, і висушують при температурі 80 °C. Густина запасання енергії 1080 кДж/кг. Приклад 3. Технологія приготування теплоакумулюючого матеріалу, який містить (мас. %) силікагелю 40, натрію ацетату 60, аналогічна прикладу 1, але силікагель просочують 0,43 л водного розчину, що містить 30 мас. % СН3СООNа. Густина запасання енергії 1453 кДж/кг. Приклад 4. Технологія приготування теплоакумулюючого матеріалу, який містить (мас. %) силікагелю 20, натрію ацетату 80, але силікагель просочують 1,15 л водного розчину, що містить 30 мас. % CH3COONa. Густина запасання енергії 1827 кДж/кг. Випробовування приготованих теплоакумулюючих матеріалів проводять наступним чином. Зразки (приклади 1-4) поміщають в теплоізольовану камеру і продувають через них вологе повітря. Кількість сорбованої води контролюють по збільшенню маси зразка. Продування вологим повітрям припиняють після досягнення вмісту води, що відповідає 0,66 г Н2О на 1 г CH3COONa. Сорбція зразками вологи повітря приводить до підвищення як температури усередині камери, так і температури повітря на виході з камери. Густину запасання енергії розраховують по наступній формулі: Q 35 40 45 50 M    c p t 2  t1  (1) , де Q - густина запасання енергії, кДж/кг, M - масова витрата повітря, кг/с,  - тривалість продування вологого повітря, c, g - маса наважки теплоакумулюючого матеріалу, кг, t1, t2 температура повітря на вході та виході з теплоізольованої камери, °C, cp - питома теплоємність повітря, Дж/(кг·К). Мінімальна і максимальна густина запасання енергії спостерігається у теплоакумулюючих матеріалів, що містять 20 і 80 мас. % CH3COONa (приклади 1 і 4 відповідно). Сорбційна ємність сорбенту води в теплоакумулюючому матеріалі, що заявляється, натрію ацетату CH3COONa складає 0,66 г води/г, а в найближчому аналозі - дигідрату кальцій хлориду - 0,49 г води/г. Це сприяє не лише підвищенню сорбційної ємності заявлюваного теплоакумулюючого матеріалу, але і збільшенню густини запасання енергії в порівнянні з найближчим аналогом. Крім того, оскільки питома теплота дегідратації СН3СООNа·3Н2О (1,217 кДж/г [Резницкий Л.А. Теплоаккумулирующие вещества и процессы // Ж. неорганич. химии. 1998. - Т. 43, № 8. - С. 1288-1298]) вище, порівняно з СаСl2·6Н2О (1,061 кДж/г) [Теплофизические свойства теплоаккумулирующих материалов: Кристаллогидраты / А.Г. Мозговой, Е.Е. Шпильрайц, М.А. Дибиров [и др.]. - М.: ИВТАН АН СССР, 1990. - № 2(82). - 105 с.], відповідно, і теплоакумулююча здатність теплоакумулюючого матеріалу, що заявляється, вище, ніж у найближчого аналога. Використання теплоакумулюючого матеріалу, який заявляється, сприяє скороченню об'єму теплового модуля, що дозволить використовувати його в системах теплопостачання і кондиціонування повітря. Теплоакумулюючий матеріал може використовуватись в накопичувачах теплової енергії. g 2 UA 80698 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Теплоакумулюючий матеріал, що складається з пористої матриці силікагелю, в порах якої розподілено сорбент води, який відрізняється тим, що як сорбент води він містить натрію ацетат при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: силікагель 20-80 натрію ацетат 80-20. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3