Композиційний теплоакумулюючий матеріал

Реферат: Композиційний теплоакумулюючий матеріал складається з пористої матриці силікагелю, в порах якої розподілений сорбент води. Як сорбент води він містить натрію сульфат. UA 81607 U (12) UA 81607 U UA 81607 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до енергетики, зокрема до теплоакумулюючих матеріалів, які можуть бути використані в накопичувачах теплової енергії, пристроях для кондиціонування повітря і сорбції водяної пари. Відомий теплоакумулюючий матеріал, який включає (мас. %) церезин 74-87 %, саліцилову кислоту 9-21, кварцовий пісок 3,1-3,8, формальдегід 0,9-1,2 [Патент 34028 А, Україна. С 09 К 5/06. Теплоакумулюючий матеріал / Гресько О.П., Галух В.І., Білялов К.Б. - № 99052726. Заявл. 18.05.99. Опубл. 15.02.01. Бюл. № 1. - 2 с.]. Густина запасання енергії 181-191 Дж/г, температура зарядки теплоакумулюючого матеріалу (температура регенерації) 156-159 °C. Недоліки даного матеріалу полягають у високій температурі фазового переходу (початок кристалізації 156-159 °C), що ускладнює його вживання для акумуляції низькопотенційного тепла. Відомий теплоакумулюючий матеріал [Патент 2188842 С1, РФ. С 09 К 5/06. Теплоаккумулирующий состав / Кренев В.А., Дробот Н.Ф., Бабиевская И.Э., Гавричев К.С., Носкова О.А. - № 2001114693/04. Заявл. 31.05.01. Опубл. 10.09.02. - 4 с.], що включає (мас. %) 90-99 фазоперехідного матеріалу і 1-10 модифікатора кристалізації (натрій гіпофосфату). При цьому фазоперехідний матеріал містить (мас. %): тригідрат натрій ацетату 90-99 і дигідрат літій ацетату 1-10 або тригідрат натрій ацетату 85-95 і тетрагідрат магній ацетату 5-15. Температура фазового переходу даного складу 48-50 °C, і густина запасання енергії 176-264,5 кДж/кг. До недоліків даного матеріалу належить низька густина запасання енергії. Відомий теплоакумулюючий матеріал [Патент 4465611, США. С 09 К 5/06. Heat storage material / Michio Janadori, Seigo Miyamoto, Keiichi Koike (Японія). - № 447185. Заявл. 6.12.82. Опубл. 14.08.84. - 5 с.], що містить (мас. ч.) гексагідрат кальцію хлориду 100, а також стронцію оксид 0,01-5 та/або кальцію гідроксид 0,01 і кальцію сульфат 0,01, що є ініціаторами утворення зародків. Теплота фазового переходу даного теплоакумулюючого матеріалу складає 179,9 Дж/г, а температура фазового переходу 30 °C. Недоліком даного матеріалу є низька теплота фазового переходу, що зумовлює низьку густину запасання енергії. Найближчим по технічному складу і результату, що досягається, є композиційний теплоакумулюючий матеріал [Патент 2042695 С1, РФ. С 09 К 5/06. Теплоаккумулирующий материал и способ его получения / Левицкий Э.А., Пармон В.Н., Мороз Э.М., Богданчикова Н.Э., Коваленко О.Н. - № 4839454. Заявл. 15.06.90. Опубл. 27.08.95. - 4 с.] (прототип), що включає пористу матрицю - силікагель з розміром пор 10-100 нм, в яких розподілені кристали гексагідрату кальцію хлориду того ж розміру. Температура зарядки даного теплоакумулюючого матеріалу (розкладання гексагідрату кальцію хлориду) складає 0-30 °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.]), відщеплюванні лише чотирьох молекул з шести і, отже, низькій сорбційній ємності і густині запасання енергії, а також високій вартості робочої речовини. В основу корисної моделі поставлена задача розробки вдосконаленого композиційного теплоакумулюючого матеріалу, що має підвищену густину запасання енергії шляхом введення в пори силікагелю сорбента води з більш високою сорбційною ємністю і теплотою дегідратації. Поставлена задача вирішується тим, що відомий композиційний теплоакумулюючий матеріал, що складається з пористої матриці силікагелю, в порах якої розподілений сорбент води, згідно з корисною моделлю, як сорбент води він містить натрію сульфат при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: силікагель 50 55 10-90 натрію сульфат 90-10. Відоме вживання натрію сульфату Na2SO4 при сульфатному вариві целюлози як реагента, що запобігає неминучим втратам лугу при спалюванні чорного лугу [Новикова А.И. Модернизированная сульфатная варка целлюлозы. - ГОУВПО СПбГТУРП: СПб., 2006. - 162 с.] при сушінні фарбників, що містять нітрогрупи, як наповнювач для усунення вогненебезпечності [Рашковская Н.Б. Сушка в химической промышленности. - Л.: Химия, 1977. - 80 с.], а також у виробництві скла, як компонент шихти [Химия. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. Кнунянц И.Л. - 2-е изд. - Большая Российская энциклопедия, 1998. - 792 с.] і сировини для отримання натрію силікату, натрію сульфіду, ультрамарину і амоній сульфату [Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот). Ч. І. - Л.: Химия, 1974. - 792 с.] Декагідрат натрію сульфату (глауберова сіль, мірабіліт) Na2SO410Н2О з додаванням речовин, що підвищують стійкість складу, як акумулятора тепла (натрію тетраборату (бури) та/або етиленгліколю, а також азбесту, глини, діоксиду силіцію), запропоновано використовувати як фазово-перехідний теплоакумулюючий матеріал для 1 UA 81607 U 5 10 15 20 25 30 опалювання теплиць [Коган Б.С. Ткачев К.В. Шамриков В.М. Теплоаккумулирующие составы на основе сульфата натрия // АВОК. - 2001. -№ 3 - С. 14-18]. Теплоакумулюючий матеріал, що заявляється, готують наступним чином. Декагидрат натрій сульфату розчиняють у воді. Приготованим розчином просочують пористу матрицю силікагель, який потім сушать в сушильній шафі при 80-90 °C. Корисна модель ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Теплоакумулюючий матеріал, що містить (мас. %) силікагелю 90, натрію сульфату 10, готують таким чином. 100 г силікагелю просочують 0,21 л водного розчину, що містить 5 мас. % обезводненого Na2SO4. Вологий зразок висушують в сушильній шафі до постійної маси при температурі 80 С. Густина запасання енергії 723 кДж/кг. Приклад 2. Технологія приготування теплоакумулюючого матеріалу, що містить (мас. %) силікагелю 70, і натрію сульфату 30, аналогічна прикладу 1, але силікагель просочують 0,39 л водного розчину, що містить 10 мас. % Na2SO4 і висушують при температурі 90 °C. Густина запасання енергії 1503 кДж/кг. Приклад 3. Технологія приготування теплоакумулюючого матеріалу, що містить (мас. %) силікагелю 50, натрію сульфату 50, аналогічна прикладу 1, але силікагель просочують 0,54 л водного розчину, що містить 16 мас. % Na2SO4. Густина запасання енергії 2283 кДж/кг. Приклад 4. Технологія приготування теплоакумулюючого матеріалу, що містить (мас. %) силікагелю 30 і натрію сульфату 70 аналогічна прикладу 1, але силікагель просочують 0,88 л водного розчину, що містить 22 мас. % Na2SO4. Густина запасання енергії 3063 кДж/кг. Приклад 5. Технологія приготування теплоакумулюючого матеріалу, що містить (мас. %) силікагелю 10 і натрію сульфату 90 аналогічна прикладу 1, але силікагель просочують 2,32 л водного розчину, що містить 30 мас. % Na2SO4. Густина запасання енергії 3843 кДж/кг. Випробування приготованих теплоакумулюючих матеріалів проводять таким чином. Зразки (приклади 1-5) поміщають в теплоізольовану камеру і продувають через них вологе повітря. Кількість сорбованої води контролюють по приросту зразка. Продування вологим повітрям припиняють після досягнення вмісту води, відповідного 1,27 г Н 2О на 1 г натрію сульфату. 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 M    c p t 2  t1  g , (1) де Q - густина запасання енергії, кДж/кг, M - масова витрата повітря, кг/с, - тривалість продування вологого повітря, с, g - маса наважки теплоакумулюючого матеріалу, кг, t1, t2 температура повітря на вході і виході з теплоізольованої камери °С, cp - питома теплоємність повітря, Дж/(кгК). Мінімальна і максимальна густина запасання енергії спостерігається у теплоакумулюючих матеріалах, що містять 10 і 90 мас. % Na2SO4 (приклади 1 і 5 відповідно). Сорбційна ємність сорбента води в композиційному теплоакумулюючому матеріалі, що заявляється, - натрію сульфату, складає 1,27 г води/г, а в прототипі - дигідрат кальцію хлориду 0,49 г води/г. Це сприяє не тільки підвищенню сорбційної ємності в порівнянні з прототипом, але і збільшенню густини запасання енергії. Крім того, теплоакумулюючий матеріал, що заявляється, має більш високу теплоакумулюючу здатність в порівнянні з прототипом, оскільки теплота дегідратації декагідрату натрію сульфату складає 1,595 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.]. Температура його зарядки (дегідратації Na2SO410Н2О) 32,4 °C близька до прототипу. Використання теплоакумулюючого матеріалу, що заявляється, сприяє скороченню об'єму теплового модуля системи теплопостачання і кондиціонування повітря. Теплоакумулюючий матеріал, що заявляється, може бути використаний в накопичувачах теплової енергії, а також пристроях для кондиціонування повітря і сорбції водяної пари. 50 2 UA 81607 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Композиційний теплоакумулюючий матеріал, що складається з пористої матриці силікагелю, в порах якої розподілений сорбент води, який відрізняється тим, що як сорбент води він містить натрію сульфат при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: силікагель 10-90 натрій сульфат 90-10. 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