ES2848832T3 - Medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida compuesta con arena de cuarzo - Google Patents
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Abstract
Medio de almacenamiento y transferencia de calor compuesto con arena de sílice, caracterizado porque se compone añadiendo arena de sílice en un sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor, la proporción de la arena de sílice en el medio de almacenamiento y transferencia de calor es del 10-40% en peso; la adición de la arena de sílice en el sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor incluye las siguientes etapas: añadir materias primas de un sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor a un tanque de sal fundida con capa intermedia y calentar hasta el estado fundido, luego añadir arena de sílice en proporción, calentar y agitar de manera continua hasta hacer que el sistema compuesto sea uniforme; el sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor es un sistema de sal fundida de nitrato o sistema de sal fundida de carbonato, el sistema de sal fundida de nitrato es un sistema de sal fundida de nitrato binario, sistema de sal fundida de nitrato ternario o sistema de sal fundida de nitrato múltiple.
Description
DESCRIPCIÓN
Medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida compuesta con arena de cuarzo Campo técnico
La invención se refiere a un medio compuesto de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de arena de sílice compuesta de generación de energía solar térmica y a un método de preparación. Antecedentes de la tecnología
En la tecnología de generación de energía solar térmica y almacenamiento de energía industrial, en la actualidad, los medios usados para la transferencia de calor y el almacenamiento de calor son principalmente aire, agua, aceite de transferencia de calor, sal fundida, metal de sodio y aluminio, etc. Puesto que la sal fundida tiene un amplio intervalo de temperatura de funcionamiento, menor presión de vapor, baja viscosidad, buena estabilidad y bajo coste, etc., muchas características, se ha convertido en el posible medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de la tecnología de generación de energía solar térmica y en un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor más maduro y se aplica muy frecuentemente.
Las ventajas sobresalientes del sistema de sal fundida de nitrato son que tiene amplias fuentes de materias primas, bajo coste, poca corrosividad y que no se descompondrá generalmente por debajo de 500°C, por tanto, la sal fundida de nitrato tiene ventajas muy grandes en comparación con otras sales fundidas. En la actualidad, los medios usados para centrales eléctricas de generación de energía solar térmica internacionales son un sistema de nitrato binario (40% de KNÜ3-60% de NaNÜ3) y un sistema de nitrato ternario (KNO3-NaNO3-NaNO2). La temperatura de funcionamiento del sistema de nitrato binario es de 260-565°C. La temperatura de límite alto es relativamente alta e ideal, pero el punto de fusión es relativamente alto, causando un alto coste de mantenimiento del oscurecimiento. La sal fundida de nitrato tiene los puntos débiles de que el calor de disolución es relativamente pequeño y la conductividad térmica es baja. Puede generarse sobrecalentamiento parcial fácilmente cuando se usa. El sistema de sal fundida de nitrato binario adoptado en el hogar es el 55% de KNO3-45% de NaNO2 , cuyo punto de fusión es generalmente bajo a 132°C. El coste de mantenimiento se reduce, pero la temperatura de funcionamiento de límite superior se reduce correspondientemente.
El punto de fusión del sistema de nitrato ternario es relativamente bajo e ideal. Pero la temperatura de funcionamiento de límite superior es relativamente baja, el calor de disolución es pequeño y la conductividad térmica es relativamente baja.
El punto de fusión de la sal fundida de nitrato polibásico es bajo, pero la temperatura de funcionamiento de límite superior es baja.
Con el fin de solucionar el problema mencionado anteriormente, la patente de China 201110425668.7 da a conocer un tipo de sistema de KNO3-NaNO3-Ca (NO3)2. Su intervalo de temperatura de funcionamiento es de 180 a 550°C. Su punto de fusión se reduce considerablemente en comparación con el nitrato binario. Se reduce el costo de mantenimiento. Pero la estabilidad del nitrato de calcio no es buena, se descompone cuando se calienta hasta 132°C. Tiene oxidabilidad y desprende oxígeno cuando se calienta. Se quema y explota cuando se encuentra con compuestos orgánicos y azufre.
La solicitud de patente de China 00111406.9 da a conocer un tipo de sistema de LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2. Su intervalo de temperatura de funcionamiento es de 250 a 550°C. La temperatura de funcionamiento de límite superior de este sistema es superior a la del sistema de nitrato ternario. Alcanza los 550°C. Pero su temperatura de funcionamiento de límite inferior también aumenta aumentando el coste de mantenimiento del oscurecimiento; sin embargo, la adición de LiNO3 aumenta la corrosión y el coste.
La patente estadounidense US007588694B1 da a conocer un tipo de sistema de LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2. Su punto de fusión es inferior a 100°C. Su temperatura de funcionamiento de límite superior es superior a 500°C. Pero la adición de LiNO3 aumenta la corrosión y el coste de la sal fundida.
Las materias primas publicadas por la tecnología existente que pueden usarse para mejorar el rendimiento del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor son las notificadas en los documentos anteriores de manera que la adición de nitrato de litio o nitrato de calcio en el sistema de sal fundida de nitrato o los aditivos cloruro de sodio y carbonato de litio adoptados en un tipo de sistema de sal fundida que contiene carbonato de litio (Na2CO3 , K2CO3 , NaCl, Li2CO3) dado a conocer por la patente de China 200910037348.7 mantienen el límite superior de la temperatura de funcionamiento alta y segura del sistema con un punto de fusión bajo a 390°C de manera eficaz. Pero en la aplicación práctica, tal punto de fusión sigue siendo alto. Provoca el bloqueo de la tubería fácilmente o un coste de mantenimiento demasiado alto. Cómo reducir el punto de fusión de la sal fundida de carbonato se convierte efectivamente en una directriz importante de la generación de energía solar
térmica y el almacenamiento térmico.
El documento EP 2 949 722 A1, un documento de conformidad con el artículo 54 (3) EPC, da a conocer un medio de almacenamiento y transferencia de calor para la generación de energía solar térmica que comprende el 1-5% de partículas de SiO2 dispersas en un sistema de sal fundida, tal como KNO3-NaNO2 , KNO3-NaNO3-NaNO2 , KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3 , K2CO3-NA2CO3-NaCl-Li2CO3 , y un método de preparación usando un equipo de preparación de sal fundida.
James E. Pacheco et al.: “Development of a Molten-Salt Thermocline Thermal Storage System for Parabolic Trough Plants”, Journal of Solar Energy Engineering, vol. 124, n.° 2, 1 de enero de 2002, página 153, dan a conocer un medio de almacenamiento y transferencia de calor para plantas de energía solar térmica que comprende un sistema de arena de sílice y sal fundida, tal como KNO3-NaNO2; y un método de preparación usando un equipo de preparación de sal fundida.
Yang Z et al.: “Thermal analysis of solar thermal energy storage in a molten-salt thermocline”, Solar Energy, Pergamon Press. Oxford, RU, vol. 84, n.° 6, 1 de junio de 2010, páginas 974-985, dan a conocer el desarrollo de un modelo de dos temperaturas para investigar la descarga de energía de un sistema de almacenamiento de energía térmica de termoclina usando arena fundida como fluido de transferencia de calor y roca barata como carga. Las características térmicas, incluyendo los perfiles de temperatura y la eficiencia de descarga del tanque de almacenamiento, se exploran sistemáticamente.
Peng, Qiang et al.: “Research progress in application of molten nitrate salt in energy utilization”, Modern Chemical Industry, vol. 29, n.° 06, 30 de junio de 2009, dan a conocer un medio de almacenamiento y transferencia de calor de sal fundida de nitrato, que incluye sal fundida de nitrato compuesta por un 60% en masa de NaNO3 y un 40% en masa de KNO3 y también arena de sílice.
La arena de sílice (arena de cuarzo) es un tipo de material cerámico. Su estructura de cadena molecular única, forma cristalina y la regla de cambio de la red cristalina hacen que tenga las ventajas de resistir altas temperaturas, pequeño coeficiente de expansión térmica, alto aislamiento, resistencia a la oxidación y corrosión química. Desempeña un papel cada vez más importante en muchos productos de alta tecnología y se usa para la fabricación de vidrio, materiales ignífugos, fundición de ferrosilicio, fundente para metalurgia, sustancia abrasiva cerámica y materias primas de colada y se elige sustancialmente como acumulador de calor industrial. Hasta el momento, no hay ningún informe de que la arena de sílice se ponga en sal fundida como medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor como los campos de almacenamiento de energía industrial y utilización de calor solar de alta temperatura. Hasta ahora, no existe ningún informe de este tipo de que el grafito se aplique en el campo del ahorro de energía industrial y el campo de la utilización de calor solar de alta temperatura.
El grafito es un tipo de modificación alotrópica del elemento carbono. Tres átomos de carbono se ligan alrededor de cada átomo de carbono (varios hexágonos dispuestos en forma celular) y se unen con enlace covalente para componer una molécula covalente. Debido a su estructura especial, el grafito tiene las siguientes propiedades especiales:
1. ) Resistencia a altas temperaturas: El punto de fusión del grafito es de 3850 50°C. Su punto de ebullición es de 4250°C. La pérdida de peso es muy pequeña incluso si se quema a través de un arco eléctrico de temperatura ultra alta. El coeficiente de expansión térmica también es muy pequeño. La fuerza del grafito se refuerza con el aumento de la temperatura. La fuerza del grafito se duplica cuando la temperatura es de 2000°C.
2. ) Conducción eléctrica y conductividad térmica: La conducción eléctrica del grafito es 100 veces mayor que la de minerales no metálicos en general. Su conductividad térmica es superior a la del acero, hierro y plomo, etc., materiales metálicos. El coeficiente de conductividad térmica se reduce con el aumento de temperatura. Incluso a temperaturas extremadamente altas, el grafito se convierte en aislante térmico.
3. ) Propiedad lubricante: La propiedad lubricante del grafito depende del tamaño de las escamas de grafito. Cuanto mayor sea la escama, menor será el coeficiente de fricción y mejor será la propiedad lubricante. 4. ) Estabilidad química: El grafito tiene una buena estabilidad química a temperatura normal. Puede resistir la corrosión de ácidos, álcalis y solventes orgánicos.
5. ) Fabricabilidad: La tenacidad del grafito es buena. Puede triturarse para dar escamas muy finas.
6. ) Resistencia al choque térmico: El grafito puede soportar el cambio drástico de temperatura y no puede destruirse cuando se usa bajo la temperatura normal. Cuando la temperatura cambia abruptamente, el volumen del grafito no cambia mucho y no pueden producirse grietas. La adición de grafito no constituye una parte de esta invención.
Sumario de la invención
Basándose en el vacío y la demanda de los campos anteriores, la invención proporciona un tipo de nuevo medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor y su método de preparación. Es la primera vez que se aplica arena de sílice en un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor y se obtiene una buena mejora del rendimiento tal como estabilidad térmica y rendimiento de transferencia de calor. El coste del sistema se reduce y las exigencias sobre el equipo de almacenamiento de calor y transferencia de calor disminuyen, por tanto, se superan algunas deficiencias en el sistema de sal fundida usado muy frecuentemente. El plan técnico de la invención es tal como se reivindica en la reivindicación 1:
Medio de almacenamiento y transferencia de calor compuesto con arena de sílice, caracterizado porque se compone añadiendo arena de sílice en un sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor, la proporción de la arena de sílice en el medio de almacenamiento y transferencia de calor es del 10-40% en peso; la adición de arena de sílice en un sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor incluye las etapas siguientes:
añadir materias primas de un sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor a un tanque de sal fundida con capa intermedia y calentar hasta el estado fundido, luego añadir arena de sílice en proporción, calentar y agitar de manera continua hasta hacer que el sistema compuesto sea uniforme;
el sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor es un sistema de sal fundida de nitrato o sistema de sal fundida de carbonato,
el sistema de sal fundida de nitrato es un sistema de sal fundida de nitrato binario, sistema de sal fundida de nitrato binario o sistema de sal fundida de nitrato múltiple.
Se reivindican realizaciones de la invención en las reivindicaciones dependientes 2 a 10.
La materia de esta invención es también el uso del medio de almacenamiento y transferencia de calor de la invención en el almacenamiento de energía industrial o generación de energía solar térmica.
En los sistemas de sal fundida de almacenamiento de calor y transferencia de calor mencionados, dicho sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor son un sistema de sal fundida de nitrato y sistema de sal fundida de carbonato. El sistema de sal fundida de almacenamiento de calor y transferencia de calor mencionado es un sistema de sal fundida de nitrato binario; dicho sistema de sal fundida de nitrato binario ocupa el 60-90% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor; dicha arena de sílice supone el 10-40% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor.
Dicho sistema de sal fundida de nitrato binario ocupa el 60~80% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor; dicha arena de sílice ocupa el 20~40% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor.
Dicho sistema de sal fundida de nitrato binario ocupa el 60~70% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor; dicha arena de sílice ocupa el 30~40% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor.
Dicho sistema de sal fundida de nitrato binario es un sistema de KNO3-NaNO3: en el que, nitrato de potasio: 30 60 partes; nitrato de sodio: 30-60 partes.
Dicho sistema de sal fundida de nitrato binario es un sistema de KNO3-NaNO2: en el que, nitrato de potasio: 30 60 partes; nitrito de sodio: 40-70 partes.
Dicho sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor es un sistema de sal fundida de nitrato ternario; dicho sistema de sal fundida de nitrato ternario ocupa el 60-90% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor; dicha arena de sílice ocupa el 10-40% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor.
Dicho sistema de sal fundida de nitrato ternario y sus componentes en partes en peso son los siguientes: sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2; en el que, nitrato de potasio: 40-80 partes; nitrato de sodio: 5-15 partes; nitrito de sodio: 10-50 partes.
Dicho sistema de sal fundida de nitrato ternario y sus componentes en partes en peso son los siguientes: sistema de KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2: en el que, nitrato de potasio: 5-40 partes; nitrato de sodio: 5-25 partes; nitrato de calcio: 10-70 partes.
Dicho sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor es un sistema de sal fundida de nitrato múltiple; dicho sistema de sal fundida de nitrato múltiple ocupa el 60-90% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor; dicha arena de sílice supone el 10-40% del peso total de dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor.
Dicho sistema de sal fundida de nitrato múltiple es un sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3, sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca(NO3)2 , sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3 , sistema de KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca(NO3)2 , sistema de KNO3-NaNO3-LiNO3-CsNO3 o sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca(NO3)2.
Los componentes de dicho sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes; nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrato de sodio 20-50 partes, nitrato de cesio 1 parte-10 partes;
Los componentes de dicho sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca(NO3)2 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrito de sodio 20 partes-50 partes, nitrato de calcio 1 parte-10 partes;
Los componentes de KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrito de sodio 20 partes-50 partes, nitrato de litio 1 parte-10 partes;
Los componentes de dicho sistema de KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca(NO3)2 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrato de cesio 20 partes-50 partes, nitrato de calcio 1 parte-10 partes;
Los componentes de dicho sistema de KNO3-NaNO3-LiNO3-CsNO3 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrato de litio 20 partes-50 partes, nitrato de cesio 1 parte-10 partes;
Los componentes de dicho KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca(NO3)2 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrito de sodio 10 partes-50 partes, nitrato de cesio 10 partes-30 partes, nitrato de calcio 10 partes-30 partes.
Dicho sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor es un sistema de sal fundida de carbonato: K2CO3-Na2CO3.
Los componentes del sistema de K2CO3-Na2CO en partes en peso son los siguientes: carbonato de potasio 30 60 partes, carbonato de sodio 30-60 partes.
El sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor es un sistema de sal fundida de carbonato: sistema de K2CO3-Na2CO3-NaCl-Li2CO3; los componentes de dicho sistema de K2CO3-Na2CO3-NaCl-Li2CO3 en partes en peso son los siguientes: carbonato de potasio 20-60 partes, carbonato de sodio 20-40 partes, carbonato de litio 10-20 partes, cloruro de sodio 5-10 partes.
La proporción de dicha arena de sílice en dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor es del 10-40%;
la proporción de dicha arena de sílice en dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor es del 20-45%;
la proporción de dicha arena de sílice en dicho medio de almacenamiento y transferencia de calor es del 30-40%.
También es posible la composición con grafito, pero no es materia de esta invención.
El medio de almacenamiento y transferencia de calor compuesto con grafito se compone añadiendo grafito en el sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor. El sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor se refiere a KNO3-NaNO3-Ca(NO3)2, en el que, nitrato de potasio: 5-40 partes; nitrato de sodio: 5-25 partes; nitrato de calcio: 10-70 partes, y el grafito ocupa el 1-50%.
La aplicación de uno de los medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor mencionados anteriormente en almacenamiento de energía industrial o generación de energía solar térmica.
Método de preparación del medio de almacenamiento y transferencia de calor para uno cualquiera de los medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor anteriores, caracterizado porque se adoptan los siguientes
equipos de preparación de sal fundida:
dichos equipos incluyen un dispositivo de fuente de calor, un tanque de sal fundida con capa intermedia (2), un secador de trituración de flujo de gas (3), un dispositivo de granulación (5-1), un dispositivo de enfriamiento (5 2) y un dispositivo de salida;
dicho dispositivo de fuente de calor incluye una cavidad de soporte de portador de calor; dicha cavidad de soporte de portador de calor está conectada con la capa intermedia de dicho tanque de sal fundida (2) a través de una tubería de portador de calor (20-1);
dicho tanque de sal fundida (2), secador de trituración de flujo de gas (3), dispositivo de granulación (5-1), dispositivo de enfriamiento (5-2) y dispositivo de salida están conectados a través de una tubería de sal fundida; dicha tubería de sal fundida se extiende desde el extremo inferior de dicho tanque de sal fundida (2) y está conectada con el extremo superior del secador de trituración de flujo de gas (3); el extremo inferior de dicho secador de trituración de flujo de gas (3) está conectado con un intercambiador de calor (4);
dicho dispositivo de fuente de calor se refiere a un sistema colector solar (9), traceado eléctrico móvil (10) o sistema colector solar (9) y traceado eléctrico móvil (10) instalados paralelos y controlados de manera mutuamente independiente;
las etapas son las siguientes:
las materias primas formadas en proporción del sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor se añaden a dicho tanque de sal fundida (2) con capa intermedia; después de calentar hasta el estado fundido encendiendo el dispositivo de fuente de calor, se añade arena de sílice en proporción; el sistema se calienta de manera continua y se agita para que sea uniforme;
la sal fundida compuesta uniforme a través de calentamiento se aspira al interior del secador de trituración de flujo de gas (3) para la trituración y el secado de flujo de gas, para obtener un medio de almacenamiento y transferencia de calor de sal fundida compuesta con arena de sílice, que sale del dispositivo de salida después de la granulación y el enfriamiento.
La tubería de portador de calor (20-1) entre el sistema colector de calor solar mencionado (9) y el tanque de sal fundida mencionado se configura como dos piezas mutuamente controladas de manera independiente. El tanque de almacenamiento de alta temperatura (1) se configura como una pieza. La bomba de portador de calor (19) se configura entre el tanque de almacenamiento de alta temperatura mencionado (1) y el tanque de sal fundida con camisa mencionado (2).
La bomba de sal fundida de alta temperatura (14) se configura entre el tanque de sal fundida (2) con camisa y el secador de trituración de flujo de gas mencionado (3).
La parte inferior de la cámara interna de la camisa del tanque de sal fundida mencionado (2) con camisa está conectada con el intercambiador de calor mencionado (4) a través de un pasaje de la tubería de portador de calor (20-2).
El intercambiador de calor mencionado (4) está conectado con el dispositivo de fuente de calor mencionado a través de un pasaje de la tubería de portador de calor (20-3). El tanque de almacenamiento de baja temperatura (18) está configurado en la tubería de portador de calor mencionada (20-3). La bomba de portador de calor (16) y (17) están configuradas en la tubería de portador de calor (20-3) en dos extremos del tanque de almacenamiento de baja temperatura mencionado (18).
El tanque de sal fundida mencionado (2) incluye un dispositivo de agitación (11) y una entrada de alimentación (12) también.
El dispositivo de salida mencionado incluye un almacén (6), una planta de envasado (7) y o un dispositivo de almacenamiento (8).
Se instala al menos una bomba de portador de calor en uno de los pasajes de la tubería de portador de calor mencionada.
Equipo de preparación de sal fundida adoptado en uno de los métodos mencionados anteriormente.
Se adopta arena de sílice como material compuesto de la sal fundida por primera vez para la invención. La arena de sílice es un tipo de minerales de silicatos sólidos y resistentes al desgaste con propiedades químicas estables. Su componente principal es SiO2. Una pequeña cantidad de contenido de impurezas tales como Fe2O3, AbO3, CaO, MgO, Na2O, etc. están contenidas a menudo en el mineral. El punto de fusión es de alrededor de
1723°C. El punto de ebullición es de alrededor de 2230°C. Tiene un buen rendimiento de resistencia a altas temperaturas, oxidación y corrosión química. El contenido de óxido de silicio adoptado para la arena de sílice usada para la invención es mayor del 75% de la arena de sílice común.
Los resultados experimentales muestran que el coste industrial de añadir el medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenido a partir de la preparación de arena de sílice en el sistema de sal fundida de nitrato y el sistema de sal fundida de carbonato es bajo. Tiene una corrosividad muy ligera sobre el sistema de almacenamiento de calor. Tiene las siguientes ventajas y resultados positivos en comparación con el sistema de sal fundida original.
1. El medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparado mediante esta invención tiene el rendimiento de transferencia de calor del sistema de sal fundida original y mejora la estabilidad térmica y la temperatura de funcionamiento de límite superior también. El punto de solidificación de la sal fundida se mantiene básicamente sin cambios.
2. El calor latente de cambio de fase del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparado mediante la invención es grande. La densidad de almacenamiento de energía es alta. Disminuye los requisitos sobre el tamaño del sistema de almacenamiento de calor y energía. La tasa de utilización de energía es alta. El efecto de ahorro de energía es bueno.
En el plan de implementación de la invención, la arena de sílice ocupa el 10-40%. Cuanto mayor es el contenido de arena de sílice, más obvia es la disminución del coste. Puede garantizarse que se mejora la temperatura de límite superior y puede garantizarse que el punto de fusión no aumenta dentro de este alcance. Cuanto más fina es la granularidad de la arena de sílice introducida, más uniforme es la transferencia de calor del sistema.
Los datos experimentales muestran que:
Después de añadir arena de sílice en el sistema de carbonato binario de K2CO3-Na2CO3 para la invención, la tasa de pérdida disminuye obviamente durante 30 horas de manera continua bajo 800 grados Celsius en comparación con el carbonato binario original. Significa que la estabilidad térmica mejora. A través de la detección con un escáner diferencial, muestra que el punto de fusión es inferior a 540 grados Celsius. Significa que es más amplio que el intervalo de temperatura de funcionamiento original y que el calor latente del cambio de fase aumenta. Por otro lado, el coste de la arena de sílice es menor que el del cloruro. Reducirá el coste enormemente para la generación de energía solar térmica y el campo del ahorro de energía industrial como materia prima de este tipo de sustancia de consumo.
Después de añadir arena de sílice en el sistema de K2CO3-Na2CO3-NaCl-Li2CO3 para la invención, la tasa de pérdida disminuye obviamente durante 30 horas de manera continua bajo 850 grados Celsius en comparación con el sistema original. Significa que la estabilidad térmica mejora. A través de la detección con un escáner diferencial, los resultados muestran que el punto de fusión disminuye hasta alrededor de 350-400 grados Celsius. Es más amplio que el intervalo de temperatura de funcionamiento original y el calor latente de cambio de fase aumenta. Por otro lado, después de añadir arena de sílice, el coste de las materias primas de todo el sistema disminuye obviamente.
La arena de sílice adoptada para la invención modifica el sistema de sal fundida de almacenamiento de calor y transferencia de calor. Disminuye el coste de las materias primas en su totalidad y no debilita las características clave del sistema original en absoluto. Mejora la estabilidad térmica del sistema original, el calor latente de cambio de fase y tiene un intervalo de temperatura de funcionamiento más amplio. Puede usarse ampliamente en la industria de la generación de energía solar térmica y es bueno para promover el desarrollo de la industria. El sistema de sal fundida de almacenamiento de calor y transferencia de calor puede modificarse adoptando grafito. Tiene las siguientes características especiales debido a la estructura especial del grafito: resistencia a altas temperaturas, conducción eléctrica, conductancia térmica, propiedad lubricante, estabilidad química y resistencia al choque térmico. Los resultados experimentales muestran que la estabilidad térmica y el rendimiento de transferencia de calor del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor con grafito añadido mejoran obviamente.
Términos técnicos:
El punto de fusión en la invención se refiere a la temperatura medida bajo la normal presión adoptando un escáner diferencial durante el proceso de calentamiento.
Se describe en el presente documento el proceso de preparación usado para preparar la sal fundida de carbonato de la invención a gran escala. Las etapas dependen de un conjunto de dispositivos presentados en el presente documento. Las ventajas de este conjunto de procesos y dispositivos son las siguientes:
El proceso es tal como sigue:
1. Añadir los diferentes componentes del sistema de sal fundida en un tanque de sal fundida según cierto orden. En una cierta condición de temperatura y presión, calentar el tanque de sal fundida para hacer que la viscosidad de la sal fundida se agite mecánicamente y encender la máquina para agitar durante un cierto tiempo hasta alcanzar un sistema uniforme. El dispositivo de fuente de calor proporciona la energía necesaria para el calentamiento. El dispositivo de calentamiento puede seleccionar traceado eléctrico móvil o recogida de calentamiento solar. Si se encuentra en un sitio donde se usa combustible, tal como una central de energía solar térmica, pueden usarse directamente la energía solar acumulada y el ahorro de energía.
2. Encender la bomba de sal fundida de alta temperatura y abrir el orificio de descarga. Verter el sistema de sal fundida uniforme en el tanque de sal fundida por encima del secador de trituración de flujo de gas. Al mismo tiempo, bombear el aire caliente desde la parte inferior del secador de trituración de flujo de gas al interior del secador. Los dos discurren en sentido contrario. Propósito: hacer que el sistema mixto de sal fundida en fase líquida forme un polvo seco y uniforme directamente a través del secador de trituración de flujo de gas. Por un lado, es fácil de envasar y comercializar. Por otro lado, el rendimiento es uniforme y estable cuando se usa. La sal fundida en estado de polvo obtenida a partir del secador de flujo de gas se enfría hasta la temperatura interior a través del dispositivo de enfriamiento y luego se pone en una tolva, se envasa y se almacena.
3. Cuando el dispositivo de fuente de calor es un sistema de recogida de calentamiento solar, conducir el portador de calor (aceite de conducción de calor de alta temperatura o sal fundida o vapor sobrecalentado) en la camisa del tanque de sal fundida al intercambiador de calor para calentar el aire caliente necesario para utilizar completamente el calor residual del portador de calor usado. Mejora la eficiencia de utilización de calor del proceso por completo.
Ventaja 1:
El dispositivo de fuente de calor proporciona los siguientes tres planes:
Plan 1: La presente invención usa la energía térmica proporcionada por la energía solar acumulada como fuente de calor, lo que supone un ahorro de energía y la protección del medio ambiente. Puede usarse para proporcionar calor de cuatro formas: el campo de generación de energía solar térmica por recogida de energía solar de tipo de rendija, de tipo de torre, de tipo de plato y de lente de Fresnel lineal. Desde el punto de vista del coste y la madurez técnica, se selecciona preferiblemente el tipo de artesa y el tipo de torre.
La primera forma: Elegir la generación de energía térmica de campo de espejos de rendija como forma para recoger energía solar. Calentar el tanque de sal fundida directamente a través del portador de calor a alta temperatura en el colector de calor. Actualmente, los portadores de calor a alta temperatura comunes son sal fundida a alta temperatura, aceite de transferencia de calor y vapor sobrecalentado, preferiblemente seleccionar aceite de transferencia de calor en el campo de espejos de rendija.
La segunda forma: Usar el campo de espejo de torre de generación de energía térmica como modo de recoger energía solar. Calentar el tanque de sal fundida a través del portador de calor a alta temperatura en el absorbedor de calor. Actualmente, los portadores de calor a alta temperatura comunes son sal fundida a alta temperatura, aceite de transferencia de calor y vapor sobrecalentado, preferiblemente seleccionar aceite de transferencia de calor en el campo de espejos de rendija.
Plan 2: La fuente de calentamiento puede proporcionarse mediante traceado eléctrico móvil también. El traceado eléctrico móvil es diferente de los cables de calentamiento enrollados tradicionales. Es más conveniente y fácil de mantener.
Plan 3: El sistema colector solar y el traceado de calentamiento eléctrico móvil se controlan individualmente y se usan en paralelo, desempeñan un papel complementario, por ejemplo, cuando la radiación solar no es adecuada, el traceado eléctrico constituye un suplemento.
Ventaja 2:
La cantidad de calor del aire caliente en el secador de trituración de flujo de gas procede del calor residual del portador de calor en la capa intermedia del tanque de arena fundida, usando el calor con la máxima eficiencia. Ventaja 3:
La temperatura y la presión del tanque de sal fundida pueden controlarse.
Ventaja 4:
Las partículas del producto final son finas y uniformes.
Descripción de los dibujos
Figura 1: El diagrama esquemático del dispositivo usado en el presente documento para la preparación de sal fundida.
1- : Tanque de almacenamiento de alta temperatura
2- : Tanque de sal fundida,
3- : Secador de flujo de gas
4- : Intercambiador de calor
5- 1: Dispositivo de granulación
5- 2: Dispositivo de enfriamiento
6- : Contenedor de almacenamiento
7- Dispositivo de envasado
8- Dispositivo de almacenamiento
9- Sistema colector solar
10- Traceado eléctrico portátil
11- Dispositivo de agitación
12- Entrada de alimentación
13- Cavidad de capa intermedia
14- Bomba de sal fundida de alta temperatura
15- Ventiladores
16, 17, 19 Bomba de portador de calor,
18- Tanque de almacenamiento criogénico
20-1, 20-2, 20-3- Tubería de portador de calor.
Realizaciones
Describen la invención en detalle mediante la combinación de realizaciones detalladas tal como sigue:
Datos experimentales
Se adquiere arena de sílice normal (el contenido de sílice es mayor del 75%), número de tamiz 100 de la fábrica de arena de sílice Shandong Hongtai.
Grafito usado en las realizaciones 41-43 que no forman parte de la invención: adquisición comercialmente disponible.
Nitrato de potasio, nitrato de sodio, nitrito de sodio, nitrato de cesio, nitrato de calcio y nitrato de litio: Industrialmente puros, todos ellos pueden adquirirse de empresas de productos químicos generales.
Carbonato de potasio, carbonato de sodio, cloruro de sodio y cloruro de litio, calidad comercialmente pura, todos ellos pueden adquirirse de empresas de productos químicos generales.
El proceso de preparación del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor compuesto de arena
de sílice de la presente invención tiene dos opciones:
1. Puede usarse producción a pequeña escala para estudios de laboratorio mediante las siguientes etapas:
Etapa 1. Constituir el sistema de sal fundida en proporción. Ponerlo en un horno de vacío para calentarlo hasta la deshidratación y desgasificación para hacer que esté en un estado fundido. Cuando se calienta, la temperatura está 50-100°C por encima de la temperatura de cambio de fase de la sal fundida.
Etapa 2. Tomar la arena de sílice en proporción, luego añadirla al sistema de sal fundida de la etapa (1). Agitar la mezcla de sal fundida magnéticamente durante 0,5-1 h y aislar y tratar con ultrasonidos durante 0,5-2 h, luego enfriar de manera natural para obtener una sal fundida compuesta con arena de sílice uniforme y estable.
2. Se seleccionará preferiblemente la tecnología de sal fundida y los dispositivos de sal fundida coincidentes relacionados a continuación para la producción a gran escala: equipo de preparación de sal fundida: el dispositivo mencionado incluye la unidad de fuente de calor, el tanque de sal fundida con una cavidad de capa intermedia (13) (2), el secador de trituración de aire (3), el dispositivo de granulación (5-1), el dispositivo de enfriamiento (5-2) y el dispositivo de salida.
Durante el funcionamiento, añadir los materiales constituidos del sistema de sal fundida en proporción al tanque de sal fundida (2) con camisa. Encender el dispositivo de fuente de calor y calentarlo hasta el estado fundido y añadir arena de sílice en proporción y calentar de manera continua hasta lograr un sistema de sal fundida uniforme.
La sal fundida compuesta calentada uniforme se bombea a un secador de trituración de flujo de gas (3) para triturar y secar el flujo de gas para obtener el medio de almacenamiento térmico y transferencia de calor de sal fundida compuesta con arena de sílice, y luego sale mediante el dispositivo de salida tras granularse y enfriarse. La unidad de fuente de calor mencionada incluye una cavidad de soporte de portador de calor, que está conectada a través de la tubería de portador de calor (20-1) entre la cámara que lleva el portador de calor y la cavidad de capa intermedia (13);
El tanque de sal fundida (2), el secador de trituración de flujo de gas (3), el dispositivo de granulación (5-1), el dispositivo de enfriamiento (5-2) y el dispositivo de salida mencionados están conectados a través de la tubería de sal fundida. La tubería de sal fundida mencionada que se extiende desde el extremo inferior del tanque de sal fundida (2) está conectada con el extremo superior del secador de trituración de flujo de gas (3). El extremo inferior del secador de trituración de flujo de gas (3) está conectado con el intercambiador de calor (4). El sistema de sal fundida uniforme del tanque de sal fundida se bombea hacia arriba al interior del secador de trituración de flujo de gas. Mientras tanto, el aire caliente se sopla al interior del secador desde la parte inferior del secador de trituración de flujo de gas. Los dos discurren en sentido contrario. Propósito: Formar el sistema de sal fundida en fase líquida para dar un polvo seco y uniforme a través del secador de trituración de flujo de gas. Es conveniente envasarlo para comercializarlo, por un lado. El rendimiento puede ser uniforme y estable cuando se usa, por otro lado.
Los dispositivos de fuente de calor mencionados son el sistema colector solar (9), el traceado eléctrico móvil (10) o el sistema colector solar (9) y el traceado eléctrico móvil (10) paralelos y controlados independientemente. El dispositivo de fuente de calor de este dispositivo puede ser un sistema colector solar (9) individual o diferenciado y un único traceado eléctrico móvil. También puede ser un sistema colector solar (9) y un traceado eléctrico móvil (10) paralelos y controlados independientemente.
Hay dos tuberías de portador controladas independientemente entre el sistema colector solar (9) y el tanque de sal fundida (20-1). Una de ellas está dotada de un tanque de almacenamiento de alta temperatura (1). Hay una válvula entre el colector solar 9 y el tanque de almacenamiento de alta temperatura que se usa para controlar el flujo de portador de calor hasta el tanque de almacenamiento de alta temperatura 1. Cuando la válvula se cierra, puede usarse el sistema colector solar 9 o un traceado eléctrico móvil 10 que calienta directamente el portador de calor calentando el tanque de sal fundida 2, que es para la preparación de la sal fundida a alta temperatura. Cuando la energía es suficiente o no es necesario que el tanque de sal fundida se caliente, la válvula entre el sistema colector solar y el tanque de almacenamiento de alta temperatura 1 puede abrirse. Después de que un sistema de calentamiento solar caliente el portador de calor, el portador de calor puede almacenarse en el tanque de almacenamiento de alta temperatura a través de las tuberías hasta los tanques de almacenamiento de alta temperatura, cuando se requiere calentamiento, la preparación de la sal fundida a alta temperatura puede lograrse mediante la bomba de portador de calor (19) que lo bombea a la cavidad de capa intermedia (13) y que calienta adicionalmente el tanque de sal fundida (2).
Preferiblemente, se seleccionan la sal fundida y la tubería del tanque de sal fundida entre el secador de
trituración de flujo de gas (3) para proporcionar la bomba de sal fundida a alta temperatura (14), que se usa para extraer la sal fundida calentada al secador de molino de chorro.
Preferiblemente, se seleccionan la parte inferior de la cavidad de capa intermedia (13) del tanque de sal fundida (2) y el intercambiador de calor (4) para que estén conectados por un periodo de tubería de portador de calor (20-2) en comunicación. La sección de tubería del portador de calor (20-2) para la cavidad de capa intermedia (13) del portador de calor se guio hasta el intercambiador de calor (4) para calentar el aire caliente requerido del dispositivo, permitiendo que el resto del calor del portador de calor (13) de la cavidad de capa intermedia se reutilice, lo que supone ahorro de energía y protección del medio ambiente.
Preferiblemente, se seleccionan el intercambiador de calor (4) y el dispositivo de fuente de calor, que están conectados a través de un periodo de tubería de portador de calor (20-3) en comunicación, para proporcionar un tanque de almacenamiento criogénico (18) en la tubería de portador de calor (20-3), el tanque de almacenamiento criogénico (18) está dotado de una bomba de portador de calor (16) (17) en ambos extremos de la tubería de portador de calor (20-3). El portador de calor se enfría después de agotarse en el intercambiador de calor, que se bombea de nuevo al tanque de almacenamiento criogénico a través de la tubería de portador de calor (20-3) (16) hasta un , a través de la bomba de portador de calor (17) se envía de vuelta al dispositivo de fuente y se recicla su uso.
Preferiblemente, el tanque de sal fundida (2) también incluye un dispositivo de agitación (11) y una entrada (12). El dispositivo de salida preferiblemente mencionado incluye secuencialmente un contenedor incorporado (6), un dispositivo de envasado (7) y/o un dispositivo de almacenamiento (8).
Cada sección de la tubería de portador de calor mencionada está dotada al menos de una bomba de portador de calor.
Cada sección de tubería del dispositivo descrito anteriormente está dotada en su totalidad de una válvula suficiente para controlar el flujo y la dirección de flujo del material en la tubería. Las válvulas en la tubería de portador de calor, que está entre el dispositivo de fuente de calor y la cavidad de capa intermedia del tanque de sal fundida, controla la temperatura de calentamiento controlando la capacidad de transmisión y la velocidad del portador de calor, el propio tanque de sal fundida tiene un dispositivo de control de presión.
Realizaciones 1-3. Adición de arena de sílice en un sistema de nitrato binario de KNOs-NaNOs para preparar un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor
Etapa 1. Preparar y componer los materiales del sistema de sal fundida de nitrato binario según la fórmula enumerada en la tabla 1 y ponerlos en una caldera de reacción para calentar y agitar para fundir el sólido completamente y aislar durante 0,5-1 h. La temperatura de calentamiento está 80-120°C por encima de la temperatura de transición de fase de la sal fundida.
Etapa 2. En la condición de agitación, dispersar arena de sílice en el sistema de arena fundida de nitrato binario y agitar durante 1-2 h de manera continua hasta que las sustancias mezcladas se convierten en un gel.
Tabla 1. La fórmula de la sal fundida de nitrato binario en cada realización
La adición de la arena de sílice (la especificación es 100 de malla) se lleva a cabo según el siguiente gradiente. El primer grupo (no según la invención): La arena de sílice ocupa el 1% del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de arena fundida de nitrato binario con tres tipos de arenas de sílice compuestas. Se obtienen los productos primero a tercero.
El segundo grupo: La arena de sílice ocupa el 10% del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de arena fundida de nitrato binario con tres tipos de arenas de sílice compuestas. Se obtienen los productos cuarto a sexto.
El tercer grupo: La arena de sílice ocupa el 20% del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de arena fundida de nitrato binario con tres tipos de arenas de sílice compuestas. Se obtienen los productos séptimo a noveno.
El cuarto grupo: La arena de sílice ocupa el 30% del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de arena fundida de nitrato binario con tres tipos de arenas de sílice compuestas. Se obtienen los productos décimo a decimosegundo.
El quinto grupo: La arena de sílice ocupa el 40% del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de arena fundida de nitrato binario con tres tipos de arenas de sílice compuestas. Se obtienen los productos decimotercero a decimoquinto.
El sexto grupo (no según la invención): La arena de sílice ocupa el 50% del medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de arena fundida de nitrato binario con tres tipos de arenas de sílice compuestas. Se obtienen los productos decimosexto a decimoctavo.
Por tanto, del segundo al quinto grupo y del cuarto al decimoquinto producto son grupos y productos, respectivamente, según la invención, mientras que el primer y el sexto grupo y del primer al tercer y del decimosexto al decimoctavo producto son grupos de referencia y productos de referencia, respectivamente. El contraste de cada producto es la sal fundida de nitrato binario correspondiente del producto.
Etapa 3. Prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de punto de fusión:
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido universal (barrido bajo presión atmosférica).
Los resultados de la prueba muestran que el calor latente de cambio de fase aumenta obviamente en comparación con el contraste.
La razón de porcentaje en peso de un sistema de sal fundida de KNO3-NaNO3 de nitrato binario compuesta con arena de sílice (es el contraste al mismo tiempo).
Tabla 2. Resultados de la prueba del punto de fusión
El punto de fusión de los productos del primer grupo al tercer grupo se reduce un poco. El punto de fusión de productos del quinto grupo al sexto grupo aumenta ligeramente.
Etapa 4. Prueba de estabilidad térmica
La prueba de estabilidad térmica se lleva a cabo sobre 18 medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparados y 3 sales fundidas de nitrato binario en el grupo de control.
La prueba se lleva a cabo con un análisis gravimétrico: poner 18 sales fundidas obtenidas en las realizaciones 1 3 en un crisol de níquel, respectivamente poner el mismo en un horno de temperatura controlada para el calentamiento. Llevar a cabo el experimento desde la temperatura ambiente. Sacar un crisol experimental a intervalos establecidos y pesarlo con una balanza analítica. Si el peso de la muestra aún no ha disminuido en
una determinada sección de temperatura, debe mejorarse la temperatura del horno de control de la temperatura. Entonces, se saca el crisol experimental a intervalos establecidos y se pesa, y se continúa calentando tras alcanzar otro estado estacionario.
El límite de temperatura de equilibrio de cuatro sistemas de nitrato binarios en el grupo de control es de 550°C. Al calentar durante 100 h a 550°C, la tasa de pérdida puede alcanzar el 10%; y al calentar durante 30 h, la tasa de pérdida alcanza el 5%. Al calentar durante 100 h a 710°C, la tasa de pérdida puede alcanzar el 25%; y al calentar durante 30 h, la tasa de pérdida alcanza el 13%.
La prueba de estabilidad térmica se lleva a cabo en tres grupos de 18 medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenidos en las realizaciones 1-3.
Tabla 3. Resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 550°C
Puede observarse que la estabilidad térmica de los productos de cada grupo puede mejorarse significativamente añadiendo arena de sílice a 550°C en relación con el contraste.
Tabla 4. Resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 710°C
Puede observarse que la estabilidad térmica de los productos de cada grupo puede mejorarse significativamente añadiendo muy poca arena de sílice a 710°C en relación con el contraste.
Realizaciones 4-7. Preparación de un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor añadiendo arena de sílice en un sistema de nitrato binario de KNOs-NaNO?
Etapa 1. Preparar el material que constituye el sistema de nitrato binario según la fórmula enumerada en la tabla 5. Poner el mismo en una caldera de reacción, calentar y mezclar para fundir el sólido completamente, y luego aislar durante 0,5-1 h. La temperatura de calentamiento está 80-120°C por encima de la temperatura de cambio de fase de la sal fundida.
Etapa 2. Dispersar la arena de sílice en el sistema de nitrato binario fundido en la condición de agitación y agitar de manera continua durante 1-2 h. La mezcla es coloidal.
Tabla 5. Fórmula del sistema de nitrato binario en cada realización
La adición de la arena de sílice (la especificación es 100 de malla) se realiza según el siguiente gradiente proporcional:
El primer grupo (no según la invención): la arena de sílice representa el 1% en cuatro medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor basados en sal fundida de nitrato binario compuesta con arena de cuarzo, y se obtienen los productos 1°-4°.
El segundo grupo: la arena de cuarzo representa el 10% en cuatro medios de almacenamiento de calor y
transferencia de calor basados en sal fundida de nitrato binario compuesta con arena de cuarzo, y se obtienen los productos 5°-8°.
El tercer grupo: la arena de cuarzo representa el 20% en cuatro medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor basados en sal fundida de nitrato binario compuesta con arena de cuarzo, y se obtienen los productos 9°-12°.
El cuarto grupo: la arena de cuarzo representa el 30% en cuatro medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor basados en sal fundida de nitrato binario compuesta con arena de cuarzo, y se obtienen los productos 13°-16°.
El quinto grupo: la arena de cuarzo representa el 40% en cuatro medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor basados en sal fundida de nitrato binario compuesta con arena de cuarzo, y se obtienen los productos 17°-20°.
El sexto grupo (no según la invención): la arena de cuarzo representa el 50% en cuatro medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor basados en sal fundida de nitrato binario compuesta con arena de cuarzo, y se obtienen los productos 21°-24°.
Por tanto, del segundo al quinto grupo y del quinto al vigésimo producto son grupos y productos, respectivamente, según la invención, mientras que el primer y el sexto grupo y del primero al cuarto y del vigesimoprimero al vigesimocuarto producto son grupos de referencia y productos de referencia, respectivamente.
El contraste de cada producto es la sal de nitrato binario correspondiente del producto.
Etapa 3. Prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de punto de fusión:
Se usa el calorímetro diferencial de barrido DSC general (barrido a una presión normal).
Los resultados de la prueba muestran que el calor latente de cambio de fase aumenta obviamente en comparación con el contraste.
Tabla 6. Resultados de la prueba de punto de fusión
Los puntos de fusión de los productos en el grupo 1°-4° disminuyen algo; y los puntos de fusión de los productos en el quinto grupo y el sexto vuelven a aumentar algo.
Etapa 4. Prueba de estabilidad térmica
La prueba de estabilidad térmica se lleva a cabo sobre 24 medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparados y 4 sales fundidas de nitrato binario de contraste.
La prueba se lleva a cabo con el método de pesaje: poner 24 sales fundidas obtenidas en las realizaciones 5-8 en un crisol de níquel, respectivamente poner el mismo en un horno de temperatura controlada para el calentamiento. Llevar a cabo el experimento desde la temperatura ambiente y sacar el crisol experimental a intervalos establecidos y pesarlo con una balanza analítica. Si el peso de la muestra aún no ha disminuido en una sección de temperatura, se mejora la temperatura del horno de temperatura controlada. Entonces, se saca el crisol experimental a intervalos establecidos y se pesa, y se continúa calentando tras llegar a otro estado estacionario.
El límite de temperatura de equilibrio de cuatro sistemas de nitrato binarios en el contraste es de 500°C. Al calentar durante 100 h a 500°C, la tasa de pérdida puede alcanzar el 12%; y al calentar durante 30 h, la tasa de pérdida alcanza el 5%. Al calentar durante 100 h a 600°C, la tasa de pérdida puede alcanzar el 22%; y al calentar durante 30 h, la tasa de pérdida alcanza el 12%.
La prueba de estabilidad térmica se lleva a cabo sobre seis grupos de 24 medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenidos en las realizaciones 4-7.
Tabla 7. Resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 500°C
Puede observarse que la estabilidad térmica de los grupos de productos puede mejorarse significativamente añadiendo arena de cuarzo a 500°C, en relación con el contraste.
Tabla 8. Resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 800°C
Puede observarse que la estabilidad térmica de los grupos de productos puede mejorarse significativamente añadiendo muy poca arena de cuarzo a 600°C, en relación con el contraste.
Realizaciones 8-11. Adición de arena de sílice en un sistema de nitrato ternario de KNO3-NaNO3-NaNO2 para preparar un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor
Etapa 1. Preparar los materiales que forman el sistema de sal fundida de nitrato ternario según la fórmula enumerada en la tabla 9. Ponerlos en el reactor, calentar y agitar para fundir el sólido completamente, y luego aislar durante 0,5-1 h. La temperatura de calentamiento está 50-100°C por encima de la temperatura de cambio de fase de la sal fundida.
Tabla 9 Materiales de la sal fundida de nitrato ternario
Etapa 2: En la condición de agitación, dispersar arena de sílice en el sistema de sal fundida de nitrato ternario fundida y agitar 1-2 h de manera continua hasta que la mezcla sea gelatinosa.
La adición de la arena de sílice (la especificación es 100 de malla) se lleva a cabo según lo siguiente.
El primer grupo (no según la invención): La arena de sílice ocupa el 1% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de nitrato ternario compuesto con arena de sílice. Se obtienen los productos primero a cuarto.
El segundo grupo: La arena de sílice ocupa el 10% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de nitrato ternario compuesto con arena de sílice. Se obtienen los productos quinto a octavo.
El tercer grupo: La arena de sílice ocupa el 25% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de nitrato ternario compuesto con arena de sílice. Se obtienen los productos noveno a decimosegundo.
El cuarto grupo: La arena de sílice ocupa el 40% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de nitrato ternario compuesto con arena de sílice. Se obtienen los productos decimotercero a decimosexto.
El quinto grupo (no según la invención): La arena de sílice ocupa el 50% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de nitrato ternario compuesto con arena de sílice. Se obtienen los productos decimoséptimo a vigésimo.
Por tanto, el grupo segundo a cuarto y el producto quinto a decimosexto son grupos y productos, respectivamente, según la invención, mientras que el grupo primero y quinto y del primero al cuarto y el producto decimoséptimo a vigésimo son grupos de referencia y productos de referencia, respectivamente.
Etapa 3. Prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de punto de fusión
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido universal para el barrido (a presión atmosférica).
Los resultados de la prueba muestran que el calor intencionado de cambio de fase aumenta obviamente en comparación con el contraste. El punto de fusión del primer grupo de los productos al tercer grupo de los productos se mantiene sin cambios. Los puntos de fusión del cuarto grupo y el quinto grupo de los productos mejoran ligeramente.
Etapa 4. Prueba de estabilidad térmica
En contraste con la sal fundida de nitrato ternario, llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica para los 20 tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenidos a partir de la preparación.
Se lleva a cabo la prueba adoptando un análisis gravimétrico: Poner 20 tipos de sales fundidas obtenidas a partir de la realización 8-11 en un crisol de níquel y calentarlo en un horno de temperatura controlada. Llevar a cabo el experimento comenzando desde la temperatura normal. Sacar el crisol del experimento a intervalos para pesarlo mediante una balanza analítica. Si el peso de la muestra ya no se reduce a un cierto intervalo de temperatura, la temperatura del horno de temperatura controlada debe aumentarse y luego sacar el crisol del experimento a intervalos para pesarlo y elevar la temperatura de nuevo de manera continua tras alcanzar otro estado estacionario.
En contraste con el límite de temperatura estable de 500°C del sistema de nitrato ternario, la tasa de pérdida puede alcanzar el 25% cuando se calienta durante 100 horas a 500°C. La tasa de pérdida puede alcanzar el 10% cuando se calienta durante 30 horas a 500°C. La tasa de pérdida puede alcanzar el 30% cuando se calienta durante 100 horas a 600°C. La tasa de pérdida puede alcanzar el 15% cuando se calienta durante 30 horas a 500°C. La tasa de pérdida puede alcanzar el 35% cuando se calienta durante 100 horas a 700°C. La tasa de pérdida puede alcanzar el 24% cuando se calienta durante 30 horas a 700°C.
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica para cinco grupos de veinte tipos de medios de almacenamiento
de calor y transferencia de calor obtenidos a partir de la realización 8-11.
Tabla 10. Resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 600°C
Tabla 11. Los resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 700°C
Puede observarse que la estabilidad térmica de los productos de cada grupo aumenta obviamente a 600°C y 700°C tras añadir arena de sílice en relación con el contraste.
Realizaciones 12-14. Preparación de un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor añadiendo arena de sílice en un sistema de nitrato ternario de KNO3-NaNO3-Ca(NO3)
Etapa 1.2. Preparar nitrato ternario compuesto con arena de sílice según la fórmula enumerada en la tabla 12. El método es el mismo que los métodos de la etapa 1.2 de las realizaciones 8-11.
Tabla 12. Los materiales de la sal fundida de nitrato ternario
La adición de la arena de sílice se lleva a cabo según un gradiente.
El primer grupo (no según la invención): la arena de sílice ocupa el 1% de tres tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de nitrato ternario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos 1°-3°.
El segundo grupo: la arena de sílice ocupa el 30% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de nitrato ternario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos 4°-6°.
El tercer grupo (no según la invención): la arena de sílice ocupa el 50% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de nitrato ternario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos 7°-9°.
Por tanto, el segundo grupo y del cuarto al sexto producto son un grupo y productos, respectivamente, según la invención, mientras que el primer y el tercer grupo y del primero al tercero y del séptimo al noveno producto son grupos de referencia y productos de referencia, respectivamente.
Etapa 3. Prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de fusión
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal).
El resultado de la prueba muestra que el calor latente de cambio de fase aumenta obviamente. En comparación con el contraste, los puntos de fusión del primer grupo y el segundo grupo se mantienen sin cambios básicamente. El punto de fusión del tercer grupo mejora obviamente.
Etapa 4. Prueba de estabilidad térmica
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica sobre nueve tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparados en contraste con sal fundida de nitrato ternario.
La prueba se lleva a cabo adoptando un método de pesaje: Poner nueve tipos de sal fundida obtenidos de las realizaciones 12-14 en un crisol de plata y calentarlos en el horno de temperatura controlada. Llevar a cabo el experimento comenzando desde la temperatura normal y sacar el crisol experimental a intervalos y pesarlo usando una balanza analítica. Si el peso de la muestra ya no se reduce a una cierta sección de temperatura, la temperatura del horno de temperatura controlada debe mejorarse y luego sacar el crisol experimental a intervalos para pesarlo y elevar la temperatura de manera continua de nuevo tras alcanzar otro estado estable.
El límite es 550°C en contraste con la temperatura estable del sistema de nitrato ternario. A 550°C, calentar durante 30 horas y entonces la tasa de pérdida es de alrededor del 3%. Calentar durante 50 horas, y entonces la tasa de pérdida es de alrededor del 6%. A 650°C, calentar durante 30 horas, la tasa de pérdida es de alrededor del 5%. Calentar durante 50 horas, y entonces la tasa de pérdida es de alrededor del 10%. A 750°C, calentar durante 30 horas, la tasa de pérdida es de alrededor del 7%. La tasa de pérdida es de alrededor del 15% cuando se calienta durante 50 horas. La tasa de pérdida es de alrededor del 7% cuando se calienta durante 30 horas. La tasa de pérdida es de alrededor del 12% cuando se calienta durante 50 horas.
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica en tres grupos de nueve tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenidos a partir de las realizaciones 12-14.
Tabla 13 Resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 650°C
Tabla 14. El resultado estadístico de la tasa de pérdida a 750°C
Puede observarse que la tasa de pérdida de los productos de la invención a 750°C está próxima a la del contraste a 550°C. Significa que el producto de la invención presenta mejor estabilidad térmica y puede funcionar durante mucho tiempo de manera estable a 750°C.
Realizaciones 15-17. Preparación de un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor añadiendo arena de sílice en un sistema de nitrato polibásico de KNOs-NaNOs-NaNQy-CsNOs
Etapa 1. Preparación de los productos de sal fundida de nitrato polibásico compuesta con arena de sílice 1~3 Preparar los materiales que constituyen el sistema de sal fundida de nitrato polibásico según la fórmula 15—17 enumerada en la tabla 15. Añadir arena de sílice después de calentar y agitar uniformemente y calentar y agitar de manera continua para desgasificar y deshidratar. La temperatura de calentamiento está 80-120°C por encima de la temperatura de cambio de fase de la sal fundida.
Dispersar arena de sílice (100 de malla) en un sistema de sal fundida de nitrato polibásico fundido. Agitar la mezcla fundida durante 1-2 h y obtener el medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de nitrato polibásico compuesta con arena de sílice. La arena de sílice ocupa el 1%, el 20%, el 50% en los productos 1-3 respectivamente. Por tanto, el producto 2 es un producto según la invención, mientras que los productos 1 y 3 son productos de referencia.
Tabla 15. Fórmula del sistema de nitrato polibásico en cada realización
Etapa 2. La prueba de estabilidad térmica de los productos de sal fundida de nitrato polibásico compuesta con arena de sílice 1-3
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica sobre los medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparados en contraste con sal fundida de nitrato polibásico.
La prueba se lleva a cabo adoptando el método de pesaje: poner 3 tipos de sales fundidas en un crisol de níquel respectivamente obtenidas en las realizaciones 15-17. Ponerlas en un horno de temperatura controlada para calentar. Llevar a cabo el experimento comenzando desde la temperatura normal. Sacar el crisol experimental a intervalos para pesarlo usando una balanza analítica. Si el peso de la muestra ya no se reduce a una cierta sección de temperatura, la temperatura del horno de temperatura controlada debe aumentarse, y luego sacar el crisol experimental para pesarlo a intervalos y aumentar la temperatura de manera continua tras alcanzar otro estado estable.
Los resultados muestran:
Aislar las sales fundidas de productos de nitrato polibásico compuestas con arena de sílice 1-3 durante 120 horas. La tasa de pérdida es menor del 1%.
Aislarlos durante 30 horas a 700°C. Las tasas de pérdidas de los tres productos son el 20%, el 3% y el 1% respectivamente.
En contraste con tres tipos de sales fundidas de nitrato polibásico sin arena de sílice (el sistema correspondiente de los n. os 1-3 de las realizaciones 15-17 en tabla 15), la tasa de pérdida es de alrededor del 8% durante el funcionamiento de 30 horas a 600°C. Tiene una pérdida obvia a 700°C. La tasa de pérdida alcanza el 25% cuando funciona hasta 30 horas.
Significa que la estabilidad del sistema de sal fundida de nitrato a alta temperatura puede mejorarse y la
temperatura de límite superior de funcionamiento puede mejorarse tras añadir arena de sílice.
Etapa 3. La prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de punto de fusión de los productos de sal fundida de nitrato polibásico compuesta con arena de sílice 1-3
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal).
Los resultados de la prueba muestran que el calor latente de cambio de fase aumentó obviamente en comparación con el contraste. Los puntos de fusión del producto 1 y el producto 2 se mantuvieron sin cambios básicamente. El punto de fusión del producto 3 aumentó ligeramente.
Realizaciones 18-20. Preparación de un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor añadiendo arena de sílice en un sistema de nitrato polibásico de KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca(NO3)2
Preparar los materiales que constituyen el sistema de sal fundida de nitrato polibásico según la fórmula enumerada en la tabla 15.
El método de preparación de los productos 4-6 es el mismo que el de las realizaciones 15-17 exactamente. La arena de sílice (100 de malla) ocupa el 10%, el 25% y el 40% respectivamente. El contraste con sal fundida sin arena de sílice es el sistema correspondiente al de las realizaciones 15-17 en la tabla 15.
El resultado de la prueba de estabilidad térmica está próximo al de las realizaciones 15-17. Las tasas de pérdida de los tres productos preparados de esta invención son el 10%, el 3% y el 1% respectivamente después de aislar durante 30 horas a 700°C. Es un 28% superior a la más alta del contraste obviamente.
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal). Los resultados de la prueba muestran que el calor latente de cambio de fase aumenta obviamente en comparación con el contraste y el punto de fusión se mantiene sin cambios básicamente.
Realizaciones 21-23. Preparación de un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor añadiendo arena de sílice en un sistema de nitrato polibásico de KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3.
Preparar los materiales que constituyen la sal fundida de nitrato polibásico según la fórmula enumerada en la tabla 15.
El método de preparación y el método de prueba son exactamente los mismos que los de las realizaciones 15 17.
La adición de arena de sílice (100 de malla) de los productos 7-9 ocupa el 15%, el 30% y el 45%. Por tanto, los productos 7 y 8 son productos según la invención, mientras que el producto 9 es un producto de referencia. El resultado de la prueba de estabilidad térmica está próximo al de las realizaciones 15-17. Las tasas de pérdida más altas de los tres tipos de productos preparados de la invención son el 12%, el 4% y el 2%, lo que es un 30% inferior a la del contraste obviamente.
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal). El resultado de la prueba muestra que los puntos de fusión de los productos 7-9 se mantienen sin cambios básicamente y el calor latente de cambio de fase aumentó.
Realizaciones 24-26. Preparación de un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor añadiendo arena de sílice en un sistema de nitrato polibásico de KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca(NOs b
El método de preparación y el método de prueba de los productos 10-12 son los mismos exactamente que los de las realizaciones 15-17.
La arena de sílice (100 de malla) ocupa el 10%, el 25% y el 45% respectivamente.
El 10% y el 25% de arena de sílice es según esta invención, mientras que el 45% de arena de sílice constituye una referencia.
El contraste de arena fundida sin arena de sílice es el sistema correspondiente con las realizaciones 25-27 en la tabla 15.
El resultado de la prueba de estabilidad térmica está próximo al de las realizaciones 15-17. La tasa de pérdida más alta de los tres tipos de productos preparados mediante la invención son el 12%, el 3% y el 2%, lo que es un 30% inferior a la del contraste obviamente.
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal). El resultado de la prueba muestra que el calor latente de cambio de fase aumenta en comparación con el contraste, los puntos de fusión de los productos 10-11 se mantienen sin cambios básicamente y el punto de fusión del producto 12 mejora ligeramente.
Realizaciones 27-32. Preparación de un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor añadiendo arena de sílice en otro sistema de nitrato polibásico
El método preparación y el método de prueba de los productos 13-18 son exactamente los mismos que los de las realizaciones 16-18. La proporción de arena de sílice (100 de malla) de las tres fórmulas de cada sistema de sal fundida de nitrato polibásico son: el 15%, el 25% y el 40%. La comparación con la sal fundida sin arena de sílice es el sistema correspondiente con las realizaciones 27-32 en la tabla 15.
El resultado de la prueba de estabilidad térmica muestra que las tasas de pérdida más altas de los seis tipos de productos preparados mediante la invención son el 11%, el 2,5% y el 1%, lo que es un 30% inferior a la del contraste obviamente a 700°C después de aislar durante 30 horas.
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal). Los resultados de la prueba muestran que el punto de fusión de los productos 13-18 se mantiene sin cambios y el calor latente de cambio de fase aumenta en comparación con el contraste.
Los resultados del experimento anterior muestran que el medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparado añadiendo la arena de sílice en sal fundida de nitrato polibásico tiene una ligera corrosión sobre el sistema de almacenamiento de calor y transferencia de calor. Tiene los siguientes avances:
Tiene el rendimiento de transferencia de calor de la sal fundida de nitrato y la temperatura de funcionamiento de límite superior del nitrato polibásico aumenta también. El intervalo de temperatura de funcionamiento es más amplio y la estabilidad térmica es buena.
Un calor latente de cambio de fase grande y una alta densidad de almacenamiento de energía disminuyen los requisitos sobre el sistema de almacenamiento de calor y energía. La tasa de utilización de energía es alta y el efecto de ahorro de energía es bueno.
El rendimiento de conductividad para el calor del almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida preparado mediante la invención aumenta enormemente. Las deficiencias de un mal rendimiento de conductividad de la sal fundida de nitrato y sobrecalentamiento local se superan. Puede usarse ampliamente en el campo técnico de generación de energía solar térmica.
Realizaciones 33-36. Sistema compuesto de carbonato binario y arena de sílice
La fórmula del sistema de carbonato binario se muestra como tabla 16.
Tabla 16. La fórmula de la sal fundida de carbonato binario en cada realización
Etapa 1. Preparar los materiales que constituyen el sistema de sal fundida de carbonato binario según la fórmula enumerada en la tabla 16. Ponerlos en el reactor, calentar y agitar para fundir el sólido completamente y luego aislar durante 0,5-1 h. La temperatura de calentamiento está 80-120°C por encima de la temperatura de cambio de fase de la sal fundida.
Etapa 2. Dispersar arena de sílice según la proporción diseñada mediante los siguientes experimentos en la sal fundida de carbonato binario y agitar 1-2 h de manera continua para conseguir la sal fundida de carbonato compuesta con arena de sílice que es coloidal.
La arena de sílice (la especificación es 100 de malla) se añade para el diseño experimental de la invención según el siguiente gradiente de proporción:
El primer grupo (no según esta invención): la arena de sílice ocupa el 1% de cuatro tipos de medios de
almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato binario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos primero a cuarto.
El segundo grupo: la arena de sílice ocupa el 10% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato binario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos quinto a octavo.
El tercer grupo: la arena de sílice ocupa el 20% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato binario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos noveno a decimosegundo.
El cuarto grupo: la arena de sílice ocupa el 30% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato binario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos decimotercero a decimosexto.
El quinto grupo: la arena de sílice ocupa el 40% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato binario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos decimoséptimo a vigésimo.
El sexto grupo (no según esta invención): la arena de sílice ocupa el 50% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato binario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos vigesimoprimero a vigesimocuarto.
Por tanto, del segundo al quinto grupo y del quinto al vigésimo producto son grupos y productos, respectivamente, según la invención, mientras que el primer y el sexto grupo y del primero al cuarto y del vigesimoprimero al vigesimocuarto producto son grupos de referencia y productos de referencia, respectivamente.
El contraste de cada producto es el sistema del correspondiente sistema de sal fundida de carbonato binario original del producto.
Etapa 3. Prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de punto de fusión:
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal).
Los resultados de la prueba muestran que el calor latente de cambio de fase aumenta obviamente en comparación con el contraste.
Los puntos de fusión de los productos del primer grupo al cuarto grupo se reducen. Los puntos de fusión están entre 530~560°C. Los puntos de fusión de los productos del quinto grupo al sexto grupo mejoran ligeramente. Están alrededor de 600°C.
Etapa 4. Prueba de estabilidad térmica
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica para los 24 tipos obtenidos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor y los cuatro tipos de sal fundida de carbonato binario de contraste.
La prueba se lleva a cabo adoptando un método de pesaje: poner los 24 tipos de sales fundidas obtenidas en las realizaciones 33-36 en un crisol de níquel y calentarlo en el horno de temperatura controlada. Llevar a cabo el experimento comenzando desde la temperatura normal. Sacar el crisol experimental a intervalos y pesarlo usando una balanza analítica. Si el peso de la muestra ya no se reduce a una cierta sección de temperatura, la temperatura del horno de temperatura controlada debe aumentarse, y luego sacar el crisol experimental a intervalos para pesarlo y aumentar la temperatura tras alcanzar otro estado estable.
Los resultados muestran que la estabilidad térmica de los cuatro tipos del sistema de carbonato binario de contraste se muestra tal como sigue:
Calentar durante 100 horas a 800°C. La tasa de pérdida es del 8%.
Calentar durante 30 horas a 850°C. La tasa de pérdida es del 8%.
Calentar durante 30 horas a 900°C. La tasa de pérdida es del 12%.
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica sobre 6 grupos de 24 tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenidos en las realizaciones 33-36. Los resultados se muestran en la tabla 17.
Tabla 17. Los resultados estadísticos de la tasa de pérdida a cada temperatura
Puede observarse que la estabilidad térmica de los productos de cada grupo aumenta en relación con el contraste tras añadir arena de sílice.
Realizaciones 37-40. Sistema compuesto de arena de sílice-sal fundida que contiene carbonato de litio Véase la tabla 18 para el sistema de sal fundida que contiene carbonato de litio.
Tabla 18. La fórmula de la sal fundida que contiene carbonato de litio
Etapa 1. Preparar los materiales que constituyen el sistema de sal fundida que contiene carbonato de litio según la fórmula enumerada en la tabla 18. Calentarlos en la caldera de reacción y agitar para fundir el sólido completamente y luego aislar durante 0,5-1 h. La temperatura de calentamiento está 80-120°C por encima de la temperatura de cambio de fase de la sal fundida.
Etapa 2. Dispersar arena de sílice en la sal fundida que contiene carbonato de litio según la proporción diseñada por el experimento y agitar de manera continua durante 1-2 h para obtener sal fundida de carbonato compuesta de arena de sílice que es coloidal.
La arena de sílice (especificación de 100 de malla) se añade según el siguiente gradiente proporcional y diseño del experimento.
El primer grupo (no según la invención): La arena de sílice ocupa el 1% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos vigesimoquinto a vigesimoctavo.
El segundo grupo: La arena de sílice ocupa el 10% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos vigesimonoveno a trigésimo segundo.
El tercer grupo: La arena de sílice ocupa el 20% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos trigésimo tercero a trigésimo sexto.
El cuarto grupo: La arena de sílice ocupa el 30% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos trigésimo séptimo a cuadragésimo.
El quinto grupo: La arena de sílice ocupa el 40% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos cuadragésimo primero a cuadragésimo cuarto.
El sexto grupo (no según la invención): La arena de sílice ocupa el 50% de cuatro tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de carbonato compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos cuadragésimo quinto a cuadragésimo octavo.
Por tanto, del segundo al quinto grupo y del vigesimonoveno al cuadragésimo cuarto producto son grupos y productos, respectivamente, según la invención, mientras que el primer y el sexto grupo y del vigesimoquinto al vigesimoctavo y del cuadragésimo quinto al cuadragésimo octavo producto son grupos de referencia y productos de referencia, respectivamente.
El contraste de cada producto es el sistema de sal fundida correspondiente que contiene carbonato de litio del producto.
Etapa 3. Prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de fusión
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido DSC universal (barrido a presión normal).
Los resultados de la prueba muestran que el calor latente de cambio de fase aumenta obviamente en comparación con el contraste.
En lo que se refiere al contraste, los puntos de fusión de los productos del primer grupo al cuarto grupo se reducen. El punto de fusión está entre 320-380 grados Celsius
Los puntos de fusión del quinto grupo y el sexto grupo mejoran ligeramente, lo que está alrededor de 400-410°C.
Etapa 4. Prueba de estabilidad térmica
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica sobre 24 tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparados y obtenidos y cuatro tipos de contrastes de sal fundida que contiene carbonato de litio.
La prueba se lleva a cabo adoptando un método de pesaje: poner los 24 tipos de sales fundidas obtenidas en las realizaciones 37-40 en un crisol de níquel respectivamente y calentarlos en el horno de temperatura controlada. Comenzar el experimento desde la temperatura ambiente y sacar el crisol experimental a intervalos y pesarlo usando una balanza analítica. Si el peso de la muestra ya no se reduce a una cierta sección de temperatura, la temperatura de horno de temperatura controlada debe aumentarse, y luego sacar el crisol experimental para pesarlo a intervalos y aumentar la temperatura de manera continua tras alcanzar otro estado estable.
Los resultados muestran que la estabilidad térmica de cuatro contrastes que contienen un sistema de carbonato de litio se muestra tal como sigue:
Calentar durante 100 horas a 850°C. La tasa de pérdida es de alrededor del 5%.
Calentar durante 30 horas a 900°C. La tasa de pérdida es de alrededor del 6%.
Calentar durante 30 horas a 950°C. La tasa de pérdida es de alrededor del 10%.
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica sobre seis grupos de 24 tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenidos en las realizaciones 37-40. El resultado se muestra en la tabla 19.
Tabla 19. Resultado estadístico de la tasa de pérdida a cada temperatura
Puede observarse que la estabilidad térmica de los productos de cada grupo aumenta obviamente tras añadir arena de sílice en relación con los contrastes.
Realizaciones 41-43. Adición de grafito en un sistema de nitrato ternario de KNO3-NaNO3-Ca(NO3) para preparar un medio de almacenamiento de calor y transferencia de calor. Las realizaciones 41-43 no constituyen realizaciones según esta invención.
Adoptar el sistema de sal fundida de nitrato ternario de las realizaciones 12-14. El método es el mismo que el
método de la etapa 1 de las realizaciones 8-11.
Añadir grafito según un gradiente.
La realización 41 es el primer grupo: El grafito ocupa el 1% de tres tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de nitrato ternario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos primero a tercero.
La realización 42 es el segundo grupo: El grafito ocupa el 30% de tres tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de nitrato ternario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos cuarto a sexto.
La realización 43 es el tercer grupo: El grafito ocupa el 50% de tres tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor de sal fundida de nitrato ternario compuesta con arena de sílice. Se obtienen los productos séptimo a noveno.
Etapa 3. Prueba de calor latente de cambio de fase y prueba de punto de fusión
Se adopta un calorímetro diferencial de barrido universal para el barrido (a presión normal).
Los resultados de la prueba muestran que el calor latente de cambio de fase aumenta obviamente. En comparación con el contraste, los puntos de fusión del primer grupo y el segundo grupo se mantienen sin cambios básicamente. El punto de fusión del tercer grupo mejora.
Etapa 4. Prueba de estabilidad térmica
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica sobre nueve tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor preparados y obtenidos en comparación con sal fundida de nitrato ternario.
La prueba se lleva a cabo adoptando un método de pesaje: poner nueve tipos de sales fundidas en un crisol de níquel respectivamente y calentarlo en un horno de temperatura controlada. Comenzar el experimento desde la temperatura ambiente. Sacar el crisol experimental a intervalos para pesarlo usando una balanza analítica. Si el peso de la muestra ya no se reduce, la temperatura del horno de temperatura controlada debe aumentarse, y luego sacar el crisol experimental a intervalos para pesarlo y aumentar la temperatura tras alcanzar otro estado estable.
En contraste con el límite de temperatura estable de 550°C del sistema de nitrato ternario, cuando se calienta durante 30 horas a 550°C, la tasa de pérdida es de alrededor del 3%. La tasa de pérdida es de alrededor del 8% cuando se calienta durante 50 horas a 550°C. Cuando se calienta durante 30 horas a 650°C, la tasa de pérdida es de alrededor del 5,5%. Cuando se calienta durante 50 horas, la tasa de pérdida es de alrededor del 12%. Cuando se calienta durante 30 horas a 750°C, la tasa de pérdida es de alrededor del 9%. Cuando se calienta durante 50 horas, la tasa de pérdida es de alrededor del 17% a 750°C.
Llevar a cabo la prueba de estabilidad térmica para nueve tipos de medios de almacenamiento de calor y transferencia de calor obtenidos a partir de las realizaciones 41-43.
Tabla 19. Resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 650°C
Tabla 20. Los resultados estadísticos de la tasa de pérdida a 750°C
Puede observarse que la tasa de pérdida del producto a 750°C está próxima a la del contraste a 550°C. El resultado está próximo al de la adición de arena de sílice. Puede funcionar de manera estable durante mucho tiempo a 750°C.
Claims (11)
1. Medio de almacenamiento y transferencia de calor compuesto con arena de sílice, caracterizado porque se compone añadiendo arena de sílice en un sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor, la proporción de la arena de sílice en el medio de almacenamiento y transferencia de calor es del 10-40% en peso;
la adición de la arena de sílice en el sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor incluye las siguientes etapas:
añadir materias primas de un sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor a un tanque de sal fundida con capa intermedia y calentar hasta el estado fundido, luego añadir arena de sílice en proporción, calentar y agitar de manera continua hasta hacer que el sistema compuesto sea uniforme;
el sistema de sal fundida de almacenamiento y transferencia de calor es un sistema de sal fundida de nitrato o sistema de sal fundida de carbonato,
el sistema de sal fundida de nitrato es un sistema de sal fundida de nitrato binario, sistema de sal fundida de nitrato ternario o sistema de sal fundida de nitrato múltiple.
2. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 1, el sistema de sal fundida de nitrato binario ocupa el 60~80% del peso total del medio de almacenamiento y transferencia de calor; la arena de sílice ocupa el 20~40% del peso total del medio de almacenamiento y transferencia de calor.
3. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 2, el sistema de sal fundida de nitrato binario ocupa el 60~70% del peso total del medio de almacenamiento y transferencia de calor; la arena de sílice ocupa el 30~40% del peso total del medio de almacenamiento y transferencia de calor.
4. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 1, dicho sistema de sal fundida de nitrato binario es un sistema de KNO3-NaNO3 :
en el que, nitrato de potasio: 30-60 partes; nitrato de sodio: 30-60 partes.
5. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 1, el sistema de sal fundida de nitrato ternario y sus componentes en partes en peso son los siguientes: sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2 ; en el que, nitrato de potasio: 40-80 partes; nitrato de sodio: 5-15 partes; nitrito de sodio: 10-50 partes.
6. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 1, el sistema de sal fundida de nitrato ternario y sus componentes en partes en peso son los siguientes: sistema de KNO3-NaNO3-Ca(NOa)2:
en el que, nitrato de potasio: 5-40 partes; nitrato de sodio: 5-25 partes; nitrato de calcio: 10-70 partes.
7. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 1, el sistema de sal fundida de nitrato múltiple es un sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3 , sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca(NO3 )2 , sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3 , sistema de KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca(NO3 )2 , sistema de KNOa-NaNOa-LiNOa-CsNOa o sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca(NO3)2.
8. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 7,
los componentes del sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes; nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrito de sodio 20-50 partes, nitrato de cesio 1 parte-10 partes;
los componentes del sistema de KNO3-NaNO3-NaNO2-Ca(NO3)2 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrito de sodio 20 partes-50 partes, nitrato de calcio 1 parte-10 partes;
los componentes de KNO3-NaNO3-NaNO2-LiNO3 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrito de sodio 20 partes-50 partes, nitrato de litio 1 parte-10 partes;
los componentes del sistema de KNO3-NaNO3-CsNO3-Ca(NO3)2 en partes en peso son los siguientes:
nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrato de cesio 20 partes-50 partes, nitrato de calcio 1 parte-10 partes;
los componentes del sistema de KNO3-NaNO3-LiNO3-CsNO3 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrato de litio 20 partes-50 partes, nitrato de cesio 1 parte-10 partes;
los componentes del KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3-Ca(NO3)2 en partes en peso son los siguientes: nitrato de potasio 40 partes-80 partes, nitrato de sodio 5 partes-15 partes, nitrito de sodio 10 partes-50 partes, nitrato de cesio 10 partes-30 partes, nitrato de calcio 10 partes-30 partes.
9. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 1, el sistema de sal fundida de carbonato es K2CO3-Na2CO3 , sus componentes en partes en peso son los siguientes: carbonato de potasio 30-60 partes, carbonato de sodio 30-60 partes.
10. Medio de almacenamiento y transferencia de calor según la reivindicación 1, el sistema de sal fundida de carbonato es K2CO3-NaCO3-NaCl-Li2CO3 , sus componentes en partes en peso son los siguientes: carbonato de potasio 20-60 partes, carbonato de sodio 20-40 partes, carbonato de litio 10-20 partes, cloruro de sodio 5-10 partes.
11. Uso del medio de almacenamiento y transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 10 en el almacenamiento de energía industrial o la generación de energía solar térmica.
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