Материал с изменяемым фазовым состоянием на основе бромида стронция

Изобретение относится к материалу с фазовым переходом (РСМ) для использования в системах хранения энергии. Материал с фазовым переходом (РСМ) содержит бромид стронция и по меньшей мере один галоид металла, РСМ обладает фазовым переходом в диапазоне температур в пределах приблизительно от 76°С до 88°С. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к материалу с фазовым переходом (РСМ) для использования в системах хранения энергии. В частности, настоящее изобретение относится к материалу с фазовым переходом, содержащим бромид стронция и галоид металла, оптимальному для хранения тепла в диапазоне температур приблизительно от 76°С до 88°С.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области материалов с изменяемым фазовым состоянием существует проблема получения материала с изменяемым фазовым состоянием с фазовым переходом в диапазоне температур приблизительно от 75°С до 80°С. Это обусловлено тем, что в этом температурном диапазоне наблюдается умеренное инконгруэнтное плавление составов, например гексагидрата бромида магния.

Гексагидрат бромида стронция обладает конгруэнтной точкой плавления 88°С и ранее редко, если вообще, использовался в качестве РСМ. Единственное упоминание о нем имеется в уровне техники у Lane - ведущего эксперта в данной области [Lane G.A.: Solar Heat Storage: Latent Heat Material - Volume I: Background and Scientific Principles, CRC Press, Florida (1983)] - который отверг его по причине слишком высокой стоимости. Также имеется упоминание о гексагидрате бромида стронция в патенте US 4003426, где хоть и имеется информация об использовании гексагидрата бромида стронция в качестве материала с изменяемым фазовым состоянием, однако не раскрывается его использование в сочетании с галоидом металла.

По этой причине в области материалов с изменяемым фазовым состоянием прикладываются значительные усилия для нахождения такого материала, у которого фазовый переход происходит в диапазоне температур приблизительно от 76°С до 88°С и который способен эффективно работать. Подобное изменение температуры для фазового перехода чрезвычайно полезно для систем хранения энергии, которые могут использоваться на рынке домашних отопительных систем.

Задачей, по меньшей мере, одного из аспектов настоящего изобретения является устранение или минимизация, по меньшей мере, одной или более из вышеупомянутых проблем.

Дополнительной задачей, по меньшей мере, одного из аспектов настоящего изобретения является разработка материала с изменяемым фазовым состоянием с фазовым переходом в диапазоне температур приблизительно от 76°С до 88°С.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается материал с изменяемым фазовым состоянием (РСМ), содержащий:

бромид стронция; и,

по меньшей мере, один галоид металла;

причем РСМ обладает фазовым переходом в диапазоне температур в пределах приблизительно от 76°С до 88°С.

В целом, настоящее изобретение, таким образом, заключается в обеспечении РСМ с фазовым переходом в диапазоне температур в пределах приблизительно от 76°С до 88°С. Это делает РСМ чрезвычайно пригодным для систем хранения энергии, подобных тем, что описаны в WO 2009/138771 и WO 2011/058383, которые включены в настоящее описание посредством ссылок.

Таким образом, РСМ в соответствии с настоящим изобретением основан на смеси бромида стронция и галоида металла, такого как бромид магния или его гидрат. Альтернативами бромиду магния могут являться любой из следующих бромидов, или их гидратов, или их комбинация:

бромид цинка;

бромид кобальта;

бромид лития;

бромид натрия;

бромид калия;

бромид кальция;

бромид железа;

бромид меди; и

бромид алюминия.

Альтернативами бромиду магния могут быть любые смешивающиеся органические соединения.

Кроме того, могут также использоваться хлориды стронция.

Как правило, бромид стронция и, по меньшей мере, один галоид металла могут быть в гидратированной форме.

Вместо гексагидратов могут использоваться безводный бромид стронция (CAS: 100476-81-0) и безводный бромид магния (CAS: 7789-48-2) в качестве исходных компонентов. В этом случае для получения конечного РСМ должна добавляться вода.

Бромид стронция может присутствовать в количестве от примерно 20-50 мас. % и предпочтительно примерно 30-35 мас. %.

Галоид металла может присутствовать в количестве от примерно 50-85 мас. % и предпочтительно примерно 65-70 мас. %.

Например, предпочтительным вариантом осуществления может быть состав из примерно 25-35 мас. % или предпочтительно 32 мас. % MgBr2⋅H2O; примерно 55-75 мас. % или предпочтительно примерно 65 мас. % SrBr2⋅H2O; и примерно 1-5 мас. % или предпочтительно примерно 3 мас. % воды. Было установлено, что РСМ, содержащий 32 мас. % MgBr2⋅Н2O, 65 мас. % SrBr2⋅Н2O и 3 мас. % воды, обладает фазовым переходом приблизительно при 77°С.

В составах, содержащих примерно 30-35 мас. % гексагидрата бромида магния и примерно 65-70 мас. % бромида стронция, фазовый переход происходит при 75-80°С. Эта температура важна для применения материалов с изменяемым фазовым состоянием, например, в системах хранения энергии.

Было установлено, что минимальная точка плавления у состава 32 мас. % MgBr2⋅Н2O, 65 мас. % SrBr2⋅Н2O и 3 мас. % воды составляет около 77°С.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается процесс получения РСМ, включающий:

обеспечение бромида стронция; и

обеспечение, по меньшей мере, одного галоида металла;

смешивание указанных бромида стронция и, по меньшей мере, одного галоида металла вместе;

при этом РСМ обладает фазовым переходом в диапазоне температур в пределах приблизительно от 76°С до 88°С.

Бромид стронция и галоид металла могут смешиваться друг с другом в смесительной камере или внутри теплового аккумулятора, если указанный РСМ получают непосредственно в готовом тепловом аккумуляторе.

Во время смешивания температура смесительной камеры или внутреннего пространства теплового аккумулятора может повышаться до температуры, превышающей температуру фазового перехода приблизительно на 2-5°С (например, на 3°С), и удерживаться на этом уровне для расплавления материалов.

Получаемая смесь может рыхлиться/перемешиваться, пока не станет жидкой и гомогенной.

Альтернативно, исходя из безводных форм, далее может использоваться следующий процесс:

1) Смешивание безводного бромида стронция и безводного галоида металла (например, безводного бромида магния) в правильном соотношении с необязательно другим веществом, снижающим температуру фазового перехода, в соответствии с требуемой температурой фазового перехода.

2) Добавление горячей воды в правильном соотношении для получения материала с требуемой температурой фазового перехода, при температуре, выше требуемой конечной температуры фазового перехода для расплавления двух компонентов. Альтернативно, добавление воды в правильном соотношении для получения материала с требуемой температурой фазового перехода при температуре, ниже требуемой конечной температуры фазового перехода, и повышение температуры смесительной камеры или внутреннего пространства теплового аккумулятора (если РСМ получают непосредственно в готовом тепловом аккумуляторе) до температуры, превышающей температуру фазового перехода приблизительно на 2-5°С (например, на 3°С), с поддержанием этой температуры для расплавления материалов.

3) Перемешивание смеси, пока она не станет жидкой и гомогенной.

РСМ может быть таким, как определено в первом аспекте.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее приводится описание воплощений осуществления настоящего изобретения, представленное исключительно на примерах, со ссылкой на сопровождающие чертежи, в которых:

Фиг. 1 - отражает взаимосвязь между процентной долей гексагидрата бромида стронция против температуры фазового перехода.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

В целом, настоящее изобретение заключается в предоставлении материала с фазовым переходом, который является оптимальным для хранения тепла в диапазоне температур приблизительно от 76°С до 88°С.

Материал с изменяемым фазовым состоянием (РСМ) в соответствии с настоящим изобретением основан на смеси бромида стронция и галоида металла, такого как, бромид магния. Альтернативами бромиду магния могут являться любой из следующих бромидов, или их гидратов, или их комбинация:

бромид цинка;

бромид кобальта;

бромид лития;

бромид натрия;

бромид калия;

бромид кальция;

бромид железа;

бромид меди; и

бромид алюминия.

Кроме того, также могут использоваться хлоридные соли стронция.

Пример 1

Ниже приводится не имеющий ограничительного характера пример получения РСМ в соответствии с настоящим изобретением,

а) Исходя из гексагидратов:

1) Смешать два компонента в правильном соотношении в соответствии с требуемой температурой фазового перехода.

2) Повысить температуру смесительной камеры или внутреннего пространства теплового аккумулятора (если РСМ получают непосредственно в готовом тепловом аккумуляторе) до температуры, превышающей температуру фазового перехода приблизительно на 2-5°С (например, на 3°С), и поддерживать эту температуру для расплавления материалов.

3) Перемешивать смесь, пока она не станет жидкой и гомогенной.

b) Исходя из безводных форм:

1) Смешать безводный бромид стронция и безводный бромид магния (или другое вещество, понижающее температуру фазового перехода) в правильном соотношении в соответствии с требуемой температурой фазового перехода.

2) Добавить горячую воду в правильном соотношении для получения материала с нужной температурой фазового перехода при температуре, выше требуемой конечной температуры фазового перехода для расплавления двух компонентов. Альтернативно, добавить воду в правильном соотношении для получения материала с требуемой температурой фазового перехода при температуре, ниже требуемой конечной температуры фазового перехода, и повысить температуру смесительной камеры или внутреннего пространства теплового аккумулятора (если РСМ получают непосредственно в готовом тепловом аккумуляторе) до температуры, превышающей температуру фазового перехода приблизительно на 2-5°С (например, на 3°С), и поддерживать эту температуру для расплавления материалов.

3) Перемешивать смесь, пока она не станет жидкой и гомогенной.

В составах, содержащих примерно 30-35 мас. % бромида магния гексагидрата и примерно 65-70 мас. % бромида стронция, фазовый переход происходит при 75-80°С. Эта температура важна для применения материалов с изменяемым фазовым состоянием.

Было установлено, что минимальная точка плавления имеется у состава, содержащего 32 мас. % MgBr2⋅Н2O, 65 мас. % SrBr2⋅Н2O и 3 мас. % воды, и составляет около 77°С.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ

Следующие не имеющие ограничительного характера примеры, приведенные в экспериментальной части заявки, касаются РСМ с составом MX ⋅ nН2O с различными количествами смешиваемого органического соединения, а также процессов для их получения.

SrBr2 ⋅ 6 H2O:

Пример 2: Добавление глицерина к гексагидрату бромида стронция для понижения точки плавления

Были приготовлены тестовые образцы гексагидрата бромида стронция (поставленного компанией Sunamp) и глицерина (предлагаемого компанией VWR, номер CAS 56-81-5), начиная с состава, содержащего 100% гексагидрата бромида стронция и до молярного соотношения 1:1, с использованием их масс, указанных ниже. После этого образцы были нагреты до 95°С при перемешивании для получения гомогенной смеси. После охлаждения и затвердевания образцы образовали одну фазу.

При наблюдении за плавлением и охлаждением указанных материалов (нагревание на водяной бане до 95°С до полного расплавления материалов, и затем охлаждение до комнатной температуры на воздухе с регистрацией температуры материала с помощью термопары) было установлено, что температура плавления последовательно снижалась с повышением количества глицерина. Повторение циклов плавления и охлаждения подтвердило, что точка плавления и затвердевания бромида стронция понижалась при добавлении глицерина. Степень ее понижения и соответствующие молярные и массовые доли глицерина указаны ниже.

Пример 3: Добавление триметилолэтана (ТМЕ) к гексагидрату бромида стронция для понижения точки плавления

Тестовые образцы гексагидрата бромида стронция и ТМЕ (предлагаемого компанией Fischer Scientific Ltd., номер CAS 77-85-0) были приготовлены с использованием соотношений, указанных ниже, и тем же способом, как и в Примере 1.

Температура во время плавления и затвердевания материалов регистрировалась тем же способом, какой был указан в Примере 2. Как видно из Примера 2, с увеличением количества ТМЕ наблюдалось еще большее понижение точки плавления и затвердевания.

Пример 4: Добавление ацетамида к гексагидрату бромида стронция для понижения точки плавления

Тестовые образцы бромида стронция и ацетамида (предлагаемого компанией Alfa Aesar, номер CAS 77-85-0) были приготовлены с использованием соотношений, указанных ниже, и тем же способом, как и в Примере 2.

Хотя выше были описаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что отклонения от описанных вариантов осуществления могут по-прежнему находиться в рамках объема настоящего изобретения. Например, может использоваться любой подходящий тип смеси бромида стронция и галоида металла наряду с дополнительными компонентами, если это будет необходимо. Количество каждого компонента может изменяться в соответствии с требуемой температурой фазового перехода.

1. Материал с фазовым переходом (РСМ), содержащий

бромид стронция и

по меньшей мере один галоид металла,

отличающийся тем, что РСМ обладает фазовым переходом в диапазоне температур в пределах приблизительно от 76°С до 88°С.

2. Материал с фазовым переходом (РСМ) по п. 1, отличающийся тем, что РСМ может использоваться в системе хранения энергии.

3. Материал с фазовым переходом (РСМ) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что галоид металла представляет собой бромид магния или его гидратную форму.

4. Материал с фазовым переходом (РСМ) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что галоид металла представляет собой любой из следующих бромидов, или их гидратов, или их сочетания:

бромид магния,

бромид цинка,

бромид кобальта,

бромид лития,

бромид натрия,

бромид калия,

бромид кальция,

бромид железа,

бромид меди, и

бромид алюминия.

5. Материал с фазовым переходом (РСМ) по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что РСМ также содержит хлоридные соли стронция.

6. Материал с фазовым переходом (РСМ) по п. 1, отличающийся тем, что бромид стронция присутствует в количестве от примерно 20-50 мас. % или примерно 30-35 мас. %.

7. Материал с фазовым переходом (РСМ) по п. 1, отличающийся тем, что галоид металла присутствует в количестве от примерно 50-85 мас. % или примерно 65-70 мас. %.

8. Материал с фазовым переходом (РСМ) по п. 1, отличающийся тем, что РСМ содержит примерно 25-35 мас. % или 32 мас. % MgBr2⋅H2O, примерно 55-75 мас. % или примерно 65 мас. % SrBr2⋅H2O и примерно 1-5 мас. % или примерно 3 мас. % воды.

9. Материал с фазовым переходом (РСМ) по п. 1, отличающийся тем, что РСМ содержит 32 мас. % MgBr2⋅H2O, 65 мас. % SrBr2⋅H2O и 3 мас. % воды и обладает фазовым переходом при температуре примерно 77°С.

10. Способ получения РСМ, включающий в себя

обеспечение бромида стронция, и

обеспечение по меньшей мере одного галоида металла,

смешивание указанных бромида стронция и по меньшей мере одного галоида металла друг с другом,

отличающийся тем, что РСМ обладает фазовым переходом в диапазоне температур в пределах приблизительно от 76°С до 88°С.

11. Способ получения РСМ по п. 10, отличающийся тем, что бромид стронция и галоид металла смешивают друг с другом в смесительной камере или внутри теплового аккумулятора, если РСМ получают непосредственно в готовом тепловом аккумуляторе.

12. Способ получения РСМ по п. 11, отличающийся тем, что во время смешивания температура смесительной камеры или внутреннего пространства теплового аккумулятора повышается до температуры, превышающей температуру фазового перехода примерно на 2-5°С (например, на 3°С), и поддерживается на этом уровне для расплавления материалов.

13. Способ получения РСМ по п. 12, отличающийся тем, что получаемая смесь рыхлится/перемешивается, пока не станет жидкой и гомогенной.

14. Способ получения РСМ по любому из пп. 10-13, отличающийся тем, что при его получении на основе безводных форм процесс включает в себя

1) смешивание безводного бромида стронция и безводного галоида металла, например безводного бромида магния, в правильном соотношении с необязательно другим веществом, снижающим температуру фазового перехода, в соответствии с требуемой температурой фазового перехода.

2) добавление горячей воды в правильном соотношении для получения материала с требуемой температурой фазового перехода при температуре, выше требуемой конечной температуры фазового перехода, для расплавления двух компонентов или, альтернативно, добавление воды в правильном соотношении для получения материала с нужной температурой фазового перехода при температуре, ниже требуемой конечной температуры фазового перехода, и повышение температуры смесительной камеры или внутреннего пространства теплового аккумулятора, если РСМ получают непосредственно в готовом тепловом аккумуляторе, до температуры, превышающей температуру фазового перехода примерно на 2-5°С, например на 3°С, и удерживания этой температуры для плавления материалов, и

3) перемешивание смеси, пока она не станет жидкой и гомогенной.



 

Похожие патенты:

Хладагент // 2654721
Изобретение относится к смеси фторуглеводородных (HFC) хладагентов для применения в тепловом насосе, а также для систем кондиционирования воздуха и других систем тепловой накачки.

Изобретение относится к области создания теплопроводящих материалов и может быть использовано для сопряжения теплонапряженных различных устройств и деталей. Теплопроводная паста содержит теплопроводный неорганический наполнитель в виде частиц нитрида алюминия и связующее в виде органического полисилоксана, причем в качестве органического полисилоксана используют полидиметилсилоксан, а частицы нитрида алюминия имеют неправильную форму размером 110-300 мкм, которые составляют 80-100% по массе всех частиц, остальное - частицы размером до 100 нм.

Изобретение относится к полимерным теплопроводящим электроизоляционным композиционным материалам (КМ) и может быть использовано при изготовлении теплоотводящих элементов, в том числе радиаторов охлаждения, в электротехнических и электронных устройствах различного назначения.

Изобретение относятся к кондиционеру воздуха с компрессором, использующим хладагент R32. Он содержит компрессор для сжатия хладагента; наружный теплообменник; внутренний теплообменник; и расширительный клапан для уменьшения давления хладагента, причем хладагент образован из гидрофторуглерода (HFC); компрессор содержит компрессорный узел для сжатия хладагента, узел электродвигателя для передачи вращающей силы компрессорному узлу через вращающийся вал, соединенный с компрессорным узлом, и участок для вмещения компрессорного масла для содержания компрессорного масла с целью уменьшения трения между вращающимся валом и компрессорным узлом и понижения температуры компрессора; и масло содержит углеродную наночастицу, при этом объем компрессорного масла составляет около 35-45% от эффективного объема внутренней части компрессора, причем эффективным объемом является объем, полученный путем вычитания объемов узла электродвигателя и компрессорного узла из общего объема компрессора.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству легковесных огнеупорных теплоизоляционных изделий. Композиция включает связующее и легкий заполнитель и дополнительно содержит карбамидофурановую смолу марки ФК и катализатор отверждения марки ОК в количестве 10% от массы смолы.
Изобретение относится к использованию углеродного соединения Михаэля для уменьшения теплопередачи. Описан способ использования углеродного соединения Михаэля для уменьшения теплопередачи, включающий: локализацию углеродного соединения Михаэля между теплопередатчиком и теплоприемником, где углеродное соединение Михаэля представляет собой продукт реакции многофункционального акрилатного соединения с многофункциональным донором Михаэля; и теплопередатчик имеет температуру от 100 до 290°С.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно, к способам производства замороженных овощных полуфабрикатов, состоящих из мелкого и среднего размеров плодов в целом и нарезанном на куски виде, разделенном на порции.
Изобретение относится к области теплопроводящих диэлектрических материалов и может найти применение при изготовлении теплоотводящих прокладок, лент, герметиков, заливочных компаундов для чипов компьютерной памяти, изделий силовой электронике, портативных устройств, блоков электропитания и силовых преобразователей, в которых необходимо обеспечить теплоотвод от теплонагруженных элементов и узлов.

Предложен антифриз энергосберегающий для двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тяжелой колесной и гусеничной техники гражданского и военного назначения и других транспортных средств, а также генераторных установок, который обладает низкой вязкостью и повышенной теплопередающей способностью.
Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано в узлах систем охлаждения, которые подвергаются испытанию нагреванием, или в двигателях для предварительной обкатки перед сдачей на склад и/или сборкой транспортного средства или двигателя.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим составам, которые могут быть использованы для поддержания заданного интервала температур, представляющих интерес для теплотехники.

Изобретение относится к устройству для ингаляции, включающему источник тепла. В качестве источника тепла предлагается состав на основе тригидрата ацетата натрия (SAT), выполненный с возможностью нагрева содержащегося в устройстве нагреваемого материала.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим составам, которые могут быть использованы для поддержания заданного интервала температур и предназначены для использования в теплотехнике.

Изобретение относится к парафиновому воску, полученному способом Фишера-Тропша. Полученный способом Фишера-Тропша парафиновый воск содержит парафины, имеющие от 9 до 24 атомов углерода, имеет температуру плавления в диапазоне от 15 до 32°С, количество полученных способом Фишера-Тропша парафинов, имеющих от 16 до 18 атомов углерода, составляет в нем по меньшей мере 85% масс.

Изобретение относится к композиционному материалу для термического накопителя энергии с термопластичным материалом, а также к способу получения такого композиционного материала.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке составов, включающих бромиды, метаванадаты, молибдаты калия и лития, которые применяются в качестве расплавляемых электролитов в химических источниках тока.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к разработке теплоаккумулирующих составов, включающих галогениды щелочных металлов, которые применяются в качестве теплоаккумулирующих, фазопереходных материалов.

Изобретение относится к теплоаккумулирующим материалам, широко применяемым в электронной и холодильной технике, в термостабилизирующих устройствах, в быту. Теплоаккумулирующий материал включает 4,5-6,5 мас.% кристаллогидрата азотнокислого цинка, 10,5-14,5 мас.% кристаллогидрата азотнокислого никеля, 16,5-18,5 мас.% кристаллогидрата азотнокислого магния и до 100 мас.% кристаллогидрата азотнокислого лития.

Изобретение относится к расплавляемому электролиту для химического источника тока, включающему бромид, метаванадат, молибдат калия. При этом электролит дополнительно содержит молибдат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: бромид калия 6,4-7,4, метаванадат калия 64,6-66,8, молибдат калия 15,5-16,7, молибдат лития 11,3-12,2.

Изобретение относится к материалу с обратными фазами, позволяющему смягчать температурные колебания, например, в строениях, облицовках, транспортных контейнерах и внутренних помещениях автомобилей.

Изобретение относится к материалу с фазовым переходом для использования в системах хранения энергии. Материал с фазовым переходом содержит бромид стронция и по меньшей мере один галоид металла, РСМ обладает фазовым переходом в диапазоне температур в пределах приблизительно от 76°С до 88°С. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

Наверх