Теплоаккумулирующий материал теплового аккумулятора для поддержания пусковой температуры двс строительной машины



Теплоаккумулирующий материал теплового аккумулятора для поддержания пусковой температуры двс строительной машины
Теплоаккумулирующий материал теплового аккумулятора для поддержания пусковой температуры двс строительной машины
Теплоаккумулирующий материал теплового аккумулятора для поддержания пусковой температуры двс строительной машины

 


Владельцы патента RU 2430262:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU)

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к составам теплоаккумулирующих материалов, используемых в тепловых аккумуляторах. Тепловые аккумуляторы используются для предпускового подогрева энергосистем строительной машины в период межсменной стоянки в зимний период. Теплоаккумулирующий материал содержит на 100 грамм перенасыщенного раствора ацетата натрия трехводного 2-3 грамма пищевого желатина, 2-3 грамма хлорида натрия, 1-2 грамма гидрооксида натрия. Технический результат: улучшение эксплуатационных характеристик теплоаккумулирующего материала, таких как температура реакции, температура самокристаллизации и температура фазового перехода. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к составам теплоаккумулирующих материалов, используемых в тепловых аккумуляторах в период межсменной стоянки строительной машины в зимний период.

Тепловые аккумуляторы используются для предпускового подогрева двигателя внутреннего сгорания (ДВС) строительной машины в период межсменной стоянки в зимний период. Утилизация вторичного тепла в тепловые аккумуляторы с применением в качестве теплоаккумулирующей среды материалов с фазовым переходом является наиболее актуальным техническим решением, так как эти материалы обладают достаточно высоким коэффициентом полезного действия, позволяющим хранить тепло достаточно долго, особенно при использовании явления переохлаждения жидкой фазы с последующим инициированием фазового перехода в минимально короткое время, а также отличаются простотой зарядки теплового аккумулятора.

Известен состав на основе перенасыщенного раствора ацетата натрия трехводного с добавлением пищевого желатина и глицерина (пат. №2149608, кл. A61F 7/03, 1999), который используется в качестве теплоносителя в солевых грелках.

Используемый в качестве теплоносителя пересыщенный водный раствор ацетата натрия в солевых грелках обладает следующими недостатками.

Температура реакции - это температура теплоаккумулирующего материала в результате самокристаллизации, составляет 40°C. Температура самокристаллизации материала - это температура, при которой начинается реакция выделения тепла, составляет -9°C.

Температура фазового перехода - это температура, при которой теплоаккумулирующий материал переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое состояние, составляет 90°C.

Все эти показатели не удовлетворяют требованиям теплоаккумулирующего материала, используемого в тепловом аккумуляторе.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка состава теплоаккумулирующего материала, соответствующего всем необходимым требованиям для использования его в качестве теплоносителя в тепловом аккумуляторе.

При осуществлении технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в улучшении эксплуатационных характеристик теплоаккумулирующего материала, таких как температура реакции, температура самокристаллизации и температура фазового перехода.

Для достижения указанного технического результата предложен теплоаккумулирующий материал для использования его в качестве теплоносителя в тепловом аккумуляторе, включающий пищевой желатин, хлорид натрия, гидрооксид натрия, при следующих соотношениях компонентов на 100 грамм перенасыщенного раствора ацетата натрия трехводного:

Пищевой желатин (C102H151O39N31) 2-3 грамм
Хлорид натрия (NaCl) 2-3 грамм
Гидрооксид натрия (NaOH) 1-2 грамм

Предлагаемый состав отличается от известного тем, что при уменьшении концентрации желатина с 5 грамм до 2-3 грамм в 100 граммах перенасыщенного раствора ацетата натрия трехводного, добавлении хлорида натрия 2-3 грамма и гидрооксида натрия 1-2 грамма удалось достичь температуры реакции 50°C, температуры самокристаллизации -5°C и температуры фазового перехода 76°C. Данные характеристики являются основополагающими для теплоаккумулирующего материала при использовании его в качестве теплоносителя в тепловом аккумуляторе.

Температура реакции теплоаккумулирующего материала в результате самокристаллизации первоначально составляла 40°C, при добавлении пищевого желатина, хлорида натрия и гидрооксида натрия ее удалось увеличить до 50°C. Температура реакции должна быть максимально высокой, так как чем выше температура реакции, тем больше количество теплоты, переданное тепловым аккумулятором объекту нагрева. В результате добавления пищевого желатина, хлорида натрия и гидрооксида натрия удалось увеличить температуру реакции на 10°C.

Температура самокристаллизации теплоаккумулирующего материала, при которой начинается реакция выделения тепла, первоначально составляла -9°C, ее удалось уменьшить до -5°C. Температура самокристаллизации теплоаккумулирующего материала должна быть в пределах -5°C, так как при этом температурном пределе существует возможность получить максимальный тепловой поток от теплового аккумулятора к объекту нагрева. В результате добавления пищевого желатина, хлорида натрия и гидрооксида натрия удалось увеличить температуру самокристаллизации теплоаккумулирующего материала на 4°C.

Температура фазового перехода теплоаккумулирующего материала, при которой теплоаккумулирующий материал переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое состояние, первоначально составляла 90°C, ее удалось уменьшить до 76°C. Температура фазового перехода теплоаккумулирующего материала должна быть как можно меньше, так как чем меньше температура фазового перехода, тем меньше времени требуется на зарядку теплового аккумулятора, что является важной характеристикой. В результате добавления пищевого желатина, хлорида натрия и гидрооксида натрия удалось уменьшить температуру фазового перехода теплоаккумулирующего материала на 14°C.

Соотношения компонентов в теплоаккумулирующем материале были получены в результате экспериментов, которые определили пределы компонентов в теплоаккумулирующем материале с учетом влияния каждого компонента на итоговые свойства теплоаккумулирующего материала.

Эксперименты проводились в камере холода при температуре -30°C. В перенасыщенный раствор ацетата натрия трехводного последовательно добавлялись компоненты и далее этот раствор помещался в камеру холода, где по средствам датчиков снимались показатели температуры и времени. Если состав не удовлетворял необходимым требованиям, то изменялась масса компонента и заново повторялась процедура снятия температурных характеристик теплоаккумулирующего материала.

В качестве компонентов использовался пищевой желатин в виде гранул по ГОСТ-11293-89, хлорид натрия в виде бесцветных кристаллов по ГОСТ 13830-97 и гидрооксид натрия в виде бесцветных кристаллов по ГОСТ 2263-79.

Первый исследуемый компонент, который добавлялся в теплоаккумулирующий материал. Благодаря добавлению пищевого желатина возможно повышение температуры прохождения реакции самокристаллизации теплоаккумулирующего материала.

Результаты проведенных экспериментов представлены на фиг.1, где представлен график температур теплоаккумулирующего материала с добавлением пищевого желатина, на фиг.2, где представлен график температур теплоаккумулирующего материала с добавлением хлорида натрия, на фиг.3, где представлен график температур теплоаккумулирующего материала с добавлением гидрооксида натрия.

На фиг.1 изображена температура реакции теплоаккумулирующего материала - это температура в результате самокристаллизации. Максимальная температура самокристаллизации теплоаккумулирующего материала, которая достигается. При оптимальной концентрации пищевого желатина температура реакции теплоаккумулирующего материала составляет 54°C.

Температура самокристаллизации теплоаккумулирующего материала - это температура, при которой начинается реакция выделения тепла. При оптимальной концентрации пищевого желатина температура самокристаллизации теплоаккумулирующего материала составляет 0°C.

Температура фазового перехода теплоаккумулирующего материала - это температура, при которой теплоаккумулирующий материал переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое состояние. При оптимальной концентрации пищевого желатина температура фазового перехода теплоаккумулирующего материала составляет 80°C.

В результате проведения эксперимента было выявлено содержание пищевого желатина в теплоаккумулирующем материале, оно составило 2-3 грамма в 100 граммах раствора ацетата натрия трехводного.

Однако полученные результаты не соответствуют требованиям теплоаккумулирующего материала, поэтому необходимо проведение второго эксперимента.

Второй компонент подбирался с целью уменьшение температуры начала реакции теплоаккумулирующего материала до -5°C. Хлорид натрия добавлялся к уже подобранному раствору ацетата натрия трехводного с пищевым желатином.

Результаты эксперимента представлены на фиг.2, где изображены температура реакции, температура самокристаллизации и температура фазового перехода при добавлении хлорида натрия.

Из графика видно, что при добавлении хлорида натрия идет снижение температуры начала реакции теплоаккумулирующего материала, но также снижаются и температура реакции теплоаккумулирующего материала и температура перехода теплоаккумулирующего материала из твердого агрегатного состояния в жидкое агрегатное состояние. Поэтому выбор соотношения концентрации хлорида натрия должен основываться на оптимальном варианте без существенной потери в показаниях температуры реакции теплоаккумулирующего материала, температуры фазового перехода теплоаккумулирующего материала.

При оптимальной концентрации хлорида натрия температура реакции теплоаккумулирующего материала равна 48°C, температура самокристаллизации теплоаккумулирующего материала равна -4°C, температура фазового перехода теплоаккумулирующего материала равна 79°C. По результатам эксперимента видно, что температура самокристаллизации теплоаккумулирующего материала составила -4°C.

В результате проведения эксперимента было выявлено содержание хлорида натрия в теплоаккумулирующем материале, оно составило 2-3 грамма в 100 граммах раствора ацетата натрия трехводного.

Для понижения температуры самокристаллизации теплоаккумулирующего материала до -5°C необходимо добавление третьего компонента - гидрооксида натрия.

Третий компонент добавлялся с целью уменьшения температуры начала реакции теплоаккумулирующего материала до -5°C и увеличения температуры реакции теплоаккумулирующего материала. Гидрооксид натрия добавлялся к уже подобранному раствору ацетата натрия трехводного с пищевым желатином и хлоридом натрия.

Результаты эксперимента представлены на фиг.3, где изображены температура реакции, температура самокристаллизации и температура фазового перехода при добавлении гидрооксида натрия.

Благодаря использованию гидрооксида натрия удалось достичь температуры самокристаллизации теплоаккумулирующего материала -5°C и увеличить температуру реакции теплоаккумулирующего материала до 50°C, а температуру фазового перехода теплоаккумулирующего материала снизить до 76°C.

В результате проведения эксперимента было выявлено содержание гидрооксида натрия в теплоаккумулирующем материале, оно составило 2-3 грамма в 100 граммах раствора ацетата натрия трехводного.

Теплоаккумулирующий материал используется в качестве теплоносителя в тепловых аккумуляторах для предпусковой подготовки ДВС после межсменной стоянки в зимний период.

Тепловой аккумулятор имеет различные конструкции, например отдельный металлические емкости, заполненные теплоаккумулирующим материалом. Основной принцип, заложенный в их работе, заключается в накоплении теплоаккумулирующим материалом в процессе работы строительной машины тепловой энергии и дальнейшей ее передачи в процессе межсменной стоянки. Процесс накопления тепловой энергии теплоаккумулирующим материалом заключается в переходе теплоаккумулирующего материала из твердого агрегатного состояния в жидкое агрегатное состояния. Далее после остановки двигателя происходит постепенное остывание теплоаккумулирующего материала, что в результате приводит к реакции самокристаллизации теплоаккумулирующего материала. Реакция самокристаллизации теплоаккумулирующего материала сопровождается выделением тепла, которое применяется для поддержания пусковой температуры ДВС.

Теплоаккумулирующий материал, предназначенный для использования в качестве теплоносителя в тепловом аккумуляторе для поддержания пусковой температуры в период межсменной стоянки строительной машины в зимний период, включающий перенасыщенный трехводный раствор ацетата натрия с пищевым желатином, отличающийся тем, что теплоаккумулирующий материал дополнительно содержит хлорид натрия и гидрооксид натрия при следующем соотношении компонентов на 100 грамм перенасыщенного раствора ацетата натрия трехводного:

Пищевой желатин (C102H151O39N31) 2-3 грамм
Хлорид натрия (NaCl) 2-3 грамм
Гидрооксид натрия (NaOH) 1-2 грамм


 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к их средствам запуска с подогревом текучей среды в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания тепловозов, других транспортных машин и передвижных дизель-электростанций.

Изобретение относится к области двигателестроения, в особенности к предпусковому прогреву двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано на транспортных средствах в условия низких температур.

Изобретение относится к средствам предпускового разогрева двигателей внутреннего сгорания, в частности, с воздушным охлаждением. .

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к способам запуска двигателя внутреннего сгорания, и предназначено для облегчения запуска двигателя при отрицательных температурах окружающей среды.

Изобретение относится к системам нагрева двигателя, системам отопления транспортных средств, работающих на топливе, системам конвертирования различных видов транспортных топлив (газообразных и жидких углеводородов, спиртов, эфиров и др.) в синтез-газ непосредственно на борту транспортных средств.

Изобретение относится к двигателям, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано для обеспечения их оперативного пуска при любых низкотемпературных условиях эксплуатации.

Изобретение относится к материалам с изменяющимся фазовым состоянием (PCMs), обладающим свойством трансформироваться при поглощении тепла из твердой или полутвердой фазы в жидкую фазу и, при испускании того же количества тепла, трансформироваться из жидкой фазы обратно в твердую фазу.

Изобретение относится к теплоаккумулирующему составу, содержащему фторид стронция 2,3-2,7 мас.%, хлорид стронция 65,9-66,4 мас.%, хлорид натрия 22,3-22,8 мас.%, вольфрамат стронция 8,5-9,0 мас.%.

Изобретение относится к теплоаккумулирующему составу, включающему бромид лития 51,13-53,27 мас.%, сульфат лития 30,21-32,33 мас.%, хлорид лития 16,64-17,47 мас.%. .
Изобретение относится к теплоаккумулирующему составу, включающему н-ундекан 90,3-91,7 мас.% и 8,3-9,7 мас.% н-пентадекан. .

Изобретение относится к теплоаккумулирующему составу, включающему фторид лития 7,1...7,8 мас.%, сульфат лития 24,8...26,8 мас.% и бромид лития 66,0...68,1 мас.%. .
Изобретение относится к фазопереходным теплоаккумулирующим материалам и может быть использовано для термостатирования объекта в условиях охлаждения или нагрева извне, в частности в медицине для хранения и транспортировки живых тканей и органов, в приборостроении при создании фазопереходных исполнительных датчиков, работающих при низких температурах.
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке составов теплоаккумулирующих веществ на основе предельных углеводородов. .

Изобретение относится к смесям для аккумулирования тепловой энергии и к преобразователю солнечной энергии. .
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих галогениды, метаванадаты, сульфаты и молибдаты щелочных элементов, которые применяются в качестве теплоаккумулирующих веществ.
Изобретение относится к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих фториды, хлориды, сульфаты и молибдаты щелочных элементов, которые применяются в качестве теплоаккумулирующих веществ и может быть использовано в тепловых аккумуляторах и в устройствах для поддержания постоянной температуры, применяемых в теплотехнике, достигается тем, что теплоаккумулирующий состав содержит 5,8-6,2% фторида, 28,0-3,21% хлорида и 39,0-41,3% молибдата лития, 23,1-24,5% сульфата лития.

Изобретение относится к многокомпонентным волокнам, содержащим материал фазового превращения, к текстильным материалам, тканям и к впитывающим изделиям, содержащим многокомпонентные волокна
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности, к теплоаккумулирующему составу, который может быть использован в тепловых аккумуляторах и в устройствах для поддержания постоянной температуры

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплоаккумулирующим составам, используемым в тепловых аккумуляторах и в устройствах теплотехники

Изобретение относится к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих фториды, бромиды и хроматы щелочных элементов, которые применяются в качестве теплоаккумулирующих веществ
Изобретение относится к разработке холодоаккумулирующих материалов, применяемых в термостабилизирующих устройствах, например в оптоэлектронике, в термоконтейнерах для транспортировки медицинских, биологических препаратов и пищевых продуктов
Наверх