Композиція солей-кристалогідратів для акумулювання тепла

Реферат: Композиція солей-кристалогідратів для акумулювання тепла містить композиції солейкристалогідратів AlK(SO4)2 • 12Н2О (50 % мас.) + Na2HPO4 • 7H2O (50 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) + Na2HPO4 • 7H2O (25 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (50 % мас.) + NaH2PO4 • 2H2O (50 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) + NaH2PO4 • 2H2O (25 % мас.). UA 100676 U (12) UA 100676 U UA 100676 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до геліотехніки, для акумулювання сонячної енергії з метою подальшого використання у геліотермічних сушильних камерах (сушіння деревини, дощок, тарних продуктів, фруктів, овочів тощо), а саме акумулювання тепла в похмуру погоду і темну пору доби. Як відомо, Сонце є екологічно чистим, прозорим і природнім та відновлюваним енергетичним ресурсом. Також одним із ключових моментів є його відновлюваність, екологічність і доступність даного ресурсу. Також варто відмітити, що розвиток цієї галузі зробить вагомий внесок у енергетичну незалежність від традиційних добувних енергетичних ресурсів. Не маловажливим буде, враховуючи теперішню політичну і економічну ситуацію, можна сміливо заявити, що сонячна енергетика займає особливе місце у подальшому розвитку нашої країни. Адже, Україна має дуже сприятливі кліматичні умови щодо використання енергії 2 сонячного випромінювання: інтенсивність сонячної радіації становить 1030…1450 кВт • год./м на рік. Багаторічний досвід експлуатації [5] геліоустановок свідчить про високу ефективність використання сонячних установок [1-3]. Густина середньорічного сонячного випромінювання, що падає на горизонтальну поверхню, становить, зокрема: для м. Києва - 1060 кВт • год./м, м. Львова - 1030 кВт • год./м, м. Одеси 2 1280 кВт • год./м . 2 Зауважимо, що 1 м поверхні сонячного термічного колектора (перетворює енергію сонячного випромінювання в теплову енергію) в середньому по Україні дозволяє щорічно 3 зекономити близько 0,35 Гкал теплової енергії, що відповідає 50 м /рік природного газу. На сьогоднішній день відомо багато різних геліотермічних сушильних камер з різними конструкціями і призначенням, але основним недоліком даних конструкцій є слабке акумулювання тепла в темну пору доби і в похмуру погоду. Тому геліотермічні колектори повинні бути універсальні, зручні і максимально ефективними для постачання отриманої енергії до об'єкта сушіння із мінімальними втратами теплової енергії. Враховуючи це, для накопичення теплової сонячної енергії саме доцільно використовувати теплоакумулюючу суміш [3]. Дана суміш складається з нітрату магнію, ексагідрату і нітрату літію[11]. Сам спосіб отримання теплоакумулюючої суміші при ступені заповнення 70 % її об'єму. Величина теплового потоку становила 0,60 В/г, а температура в межах 71,63…73,49 °C. Аналіз проведених досліджень вказує на доцільність використання плоских геліоколекторів, які являються простими за конструкцією і також мають високі технічні й економічні показники, також підбір матеріалу колектора дозволить змістити спектр випромінювання, перевипромінювання (вторинного випромінювання) з області 2…4 мкм в область спектра випромінювання 5…15 мкм [4, 5]. Вітчизняні виробники таких фірм як ПКК "Сінтекс" випускають колектори SintSolar, також фірма ТОВ "GEFEST" для акумулювання тепла використовують на дні камер встановлене каміння (переважно гравій, гальку) або додатково встановлюють кераміку, також у сонячних колекторах [10] додатково акумулювання відбувається за рахунок сполук солейкристалогідратів (Na2SO4 • 10 Н2О, Na2HPO4 • 12 Н2О, AlK(SO4) • 10 Н2О, NaH2PO4 • 2 Н2О, Na2B4O7 • 10 Н2О). Можливість збереження і використання енергії в нічний час або в похмуру погоду можна здійснити двома варіантами [9]: 1) коли сонячна енергія використовується одразу після її накопичення, тим самим створюючи дуже велике нагрівання та сушіння в опівдні і мінімальне в нічний час, коли різниця між температурами в геліоустановці і навколишнього повітря буде мінімальною; 2) коли поглинена енергія сонячного випромінювання буде зберігатися і використовуватися протягом доби. Задачею корисної моделі на корисну модель є створення композиції для збереження (акумулювання) теплової енергії в нічний час або в похмуру погоду за рахунок використання композицій на основі солей-кристалогідратів [6, 9]. Поставлена задача вирішується тим, що композиція солей-кристалогідратів для акумулювання тепла, що містить Na2SO4 • 10 Н2О, Na2HPO4 • 12 Н2О, AlK(SO4) • 10 Н2О, NaH2PO4 • 2 Н2О, згідно з корисною моделлю, композиція даних солей-кристалогідратів містить: AlK(SO4)2 • 12Н2О (50 % мас.) + Na2HPO4 • 7H2O (50 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) + Na2HPO4 • 7H2O (25 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (50 % мас.) + NaH2PO4 • 2H2O (50 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) + NaH2PO4 • 2H2O (25 % мас.), В останні роки у зв'язку з швидким розвитком хімії синтетичних матеріалів зріс інтерес до методів термічного аналізу, які дозволяють отримати різнобічну інформацію про властивості різноманітних речовин. 1 UA 100676 U 5 10 15 20 Диференційно-термічний аналіз (ДТА) - метод, при якому порівнюються термічні властивості зразка досліджуваної речовини і термічно інертної речовини, яку приймають в якості еталону. Термічні дослідження зразків кристалогідратів солей [6, 9] проводили на деріватографі Q1500 D. Системи "Паулік-Паулік Ердей" з реєстрацією аналітичного сигналу втрати маси та теплових ефектів за допомогою комп'ютера. На основі досліджень [9] сполук солей-кристалогідратів (Na2SO4 • 10 Н2О, Na2HPO4 • 12 Н2О, AlK(SO4) • 10 Н2О, NaH2PO4 • 2 Н2О, Na2B4O7 • 10 Н2О) для збільшення збереження (акумулювання) енергії у нічний час та похмуру погоду були отримані теплоакумулюючі композиції солей кристалогідратів у різних кількісних і якісних співвідношеннях: AlK(SO4)2 • 12H2O (50 % мас.) н Na2HPO4 • 7H2O (50 % мас.) (зразок 1); AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) \ Na2HPO4 • 7H2O (25 % мас.) (зразок 2). AlK(SO4)2 • 12H2O (50 % мас.) і NaH2PO4 • 2H2O (50 % мас.) (зразок 3); AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) і NaH2PO4 • 2H2O (25 % мас.) (зразок 4), які за своєю характеристикою приймають участь у процесах: "дегідратація утворення кристалогідратів; кристалізація  плавлення", тобто при нагріванні відбувається процес плавлення та дегідратації з поглинанням тепла в теплу пору доби і в нічний час чи похмуру погоду відбувається кристалізація (утворення кристалогідрату) з виділенням тепла. На креслені наведено порівняння кривих DТА (диференційно-термічного аналізу) зразків теплоакумулюючих композицій солей-кристалогідратів. Площі піків на кривих DTA розраховували за рівнянням: t2 S   T  dt (1) t1 25 30 де t - час, T - різниця температур між еталоном та зразком в певний момент часу, яку вимірювали за довжиною ординати кривої DTA. Теплові ефекти [6-9], які супроводжують процеси плавлення та дегідратації компонентів, що входять до складу сумішей солей-кристалогідратів, знаходять за рівнянням: (2) H  K  S / m де m - маса зразка, K - коефіцієнт теплообміну деріватографа (калібрувальний коефіцієнт). Температурну залежність коефіцієнта теплообміну знаходили в попередніх дослідженнях за теплотами плавлення [12] чистих речовин - біфенілу, гександіової кислоти та срібла нітрату: K  0,094  3,5  104  T  5,1 107  T 2 (3) В таблиці містяться результати кількісної обробки кривих DTA зразків сумішей кристалогідратів із знайденими величинами теплових ефектів, які супроводжують процеси плавлення та дегідратації компонентів, що входять до їх складу, та величини теплових ефектів зразків сумішей солей - кристалогідратів, віднесених до температури 373 К, якій відповідає значення коефіцієнта теплообміну K  0,0344Дж /(К  с) . Таблиця Результати обробки кривих DTA зразків Зразок Зразок 1 Зразок 2 Зразок 3 Зразок 4 H , Дж/г 1213 1163 1027 1065 S,K  с 10578 10139 8955 9291 35 40 Джерела інформації: 1. Застосування сонячної енергії у житловому господарстві та деревообробці: Наукове видання // І.М. Озарків, Й.С. Мисак, Г.Т. Криницький, В.М. Максимів, Л.І. Копій, І.А. Соколовський, О.І. Озарків, B.C. Козар - Львів: НВФ "Українські технології", 2012. - 338 с. 2. Озарків І.М., Мисак Й.С, Копинець З.П. Використання сонячної енергії у промисловості: Навчальний посібник / За ред. д-ра техн. наук І.М. Озарківа. - Львів: НВФ "Українські технології", 2008. - 276 с. 3. Патент Российской федерации RU2224188. Солнечный колектор/ Кзанджан Б.И., Мас A.M., Дячишин А.С. - Опубл. 14.04.2003. 2 UA 100676 U 5 10 15 20 25 4. Декл. патент № 61462 А Україна, МПК 7 F26B 19/00. Геліосушарка для пиломатеріалів / Озарків І.М., Білей П.В., Озарків С.І., Гуменюк Ж.Я. - № 25030214; Заяв. 07.02.2003; Затв. 20.08.2003; Опубл. 17.11.2003. 5. Декл. патент № 61463 А Україна, МПК 7 F26B 3/28. Сонячна сушильна камера / Озарків І.М., Білей П.В., Озарків В.Я., Гуменюк Ж.Я. - № 20030215; Заяв. 07.02.2003; Затв. 15.08.2003; Опубл. 17.11.2003. 6. Озаркив И.М., Данчук М.И. Исследование теплоакумуляционных свойств солейкристалогидратов в гелиосушильных установках // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научн. трудов. - Брянск: БрГИТА, 2013. - Вып. 36. - С. 84-86. 7. Излучательные свойства твердых материалов / По ред.А.Е. Шейндулина: Энергия, 1974. 472с. 8. Озаркив И.М. Особенности теплообмена в плоских гелиотермических колекторах // И.М. Озаркив, М.И. Данчук / Труды БГТУ, Минск, "Белорусский государственный технологический университет", 2014. - № 2 (166) - 246-249 с. 9. Данчук МЛ. Теплоакумулятивні властивості солей-кристалогідратів як акумуляторів сонячної енергії в геліосистемах: стаття / М.І. Данчук, І.М. Озарків, М.Ф. Федина, В.В. Кочубей // Науковий вісник НЛТУ України, 2013. - ВИП. 23.1. - С. 163-167. 10. Озарків І.М. Сонячний колектор: Патент України на корисну модель № 90395. Зареєстр. в Держреєстрі патентів 26.05.2014 / І.М. Озарків, І.А. Соколовський, М.І. Данчук, B.C. Козар, О.І. Дерех. - 6 с. 11. Озарків І.М., Олійник В.В. Розробка акумуляторів сонячної енергії на основі теплоакумулюючих хімічних складів для геліосушарок для деревини // Науковий вісник: 36. наук.-техн. праць. - Львів: УкрДЛТУ, 1999. - Вип. 9.5. - С. 98-101. 12. Энтальпии плавления фуран-2-карбоновой и 3-(2-фурин)-2-пропановой кислот. Кочубей В.В., Собечко И.Б., Величковская Н.И., Прокоп Р.Г., Горак Ю.И., Ван-Чин-Сян Ю.Я. Труды XIV Международная конференція по термическому анализу и калориметри в Росии. - СанктПетербург, 2013. - С. 312-315. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Композиція солей-кристалогідратів для акумулювання тепла, що містить Na2SO4 • 10 Н2О, Na2HPO4 • 12 Н2О, AlK(SO4) • 10 Н2О, NaH2PO4 • 2 Н2О, яка відрізняється тим, що композиція даних солей-кристалогідратів містить: AlK(SO4)2 • 12Н2О (50 % мас.) + Na2HPO4 • 7H2O (50 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) + Na2HPO4 • 7H2O (25 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (50 % мас.) + NaH2PO4 • 2H2O (50 % мас.), AlK(SO4)2 • 12H2O (75 % мас.) + NaH2PO4 • 2H2O (25 % мас.) для підвищення роботи геліотермічних сушильних камер в похмуру погоду та в нічний час, за рахунок більшого ендотермічного ефекту. 3 UA 100676 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4