FI70724C - Hydrerade mgc12 eller mg(no3)2/mgc12 reversibla fasomvandlingskompositioner - Google Patents

Description

1 70724

Reversiibelit hydratoitua MgCl2 tai Mg(NC>3)2/Mgd2 sisältävät faasinmuutoskoostumukset

Keksintö koskee reversiibeleitä nestefaasikiinteäfaa-5 si faasinmuutoskoostumuksia. Keksintö koskee yksityiskohtaisemmin hydratoitua MgCl2:a tai Mg(N03)2/MgCl0:a sisältäviä faasinmuutoskoostumuksia, jotka sisältävät lisäaineita muuntamassa koostumuksen nestefaasin alijäähtymisominaisuuksia.

MgCl26H20:11a tapahtuu faasinmuutos noin 117°C:ssa 10 (noin 243°F) vapauttaen tai vaihtoehtoisesti absorboiden oleellisen määrän sitoutunutta sulamislämpöä. Sellaisenaan aineella on edullisia ominaisuuksia käytettäväksi kapseloituna lämpövarastointiväliaineena yhdistettynä lämpöenergian varastointisysteemeihin, esim. lämpöenergian absorbointiin 15 ilmanvaihdossa ja sähköenergian taltiointiin silloin kun sähköenergian kulutus ei ole suurimmillaan. Aineen parantamiseksi tällaisia sovellutuksia varten tarvitaan kuitenkin lisäaineiden tai lisäaineryhmien kehittämistä muuntamaan hydrattujen MgCl2 koostumusten alijäähtymisominaisuuk-20 siä ja edullisimmin sellaisten lisäaineiden kehittämistä, jotka ovat erittäin tehokkaita hyvin pieninä määrinä.

Hydratoitu MgCl2 tarkoittaa reversiibeleitä neste-/ kiinteäfaasi faasinmuutoskoostumuksia, jotka lisäaineita tai epäpuhtauksia lukuun ottamatta sisältävät 43-49 p-% 25 MgCl2:a ja tasapainottajana vettä (100 p-%:iin asti).

Edullisimmin kyseessä on hydraatti, jonka sulamis-/jääty-mislämpötila on noin 117°C (243°F) ja joka on valmistettu sekoittamalla noin 47 p-% MgCl2:a ja noin 53 p-% vettä. Vallitseva kidemuoto keksinnön koostumuksissa on heksahyd-30 raatti.

"Alijäähtymisellä" tarkoitetaan poikkeavuutta annetun hydratun MgCl2-koostumuksen jäätymispisteen ja sulamispisteen välillä, kun sitä jäähdytetään ja kuumennetaan tasaisissa olosuhteissa.

35 "Lisäaine" tai "lisäaineita" ovat tässä määritelty jen ytimenmuodostumisen lisäaineiden lisäksi sellaisten 70724 lisäaineiden lähtöaineet, jotka eivät ole keksinnön tarkoituksille haitallisia.

Keksintö koskee uutta erittäin tehokkaitten ytimen-muodostamislisäaineiden luokkaa hydrattuja MgCl2-koostumuk-5 siä varten. Keksintö koskee erityisesti koostumuksia, jotka sisältävät hydrattuja MgCl2:a, ja keksintöön kuuluu sellaisten koostumusten ytimenmuodostuslisäaineina yksi tai useampia seuraavista aineista: Ba(OH)2, SrfOH^r CaO, SrCO^, BaO, Ca(OH)2/ Mg(OH)2, MgO, Na^AlFg tai CaC^O^ (kalsiumok-10 salaatti) lisättynä tehokkaana määränä rajoittamaan hydra-toidun MgCl2 nestefaasin alijäähtymisominaisuuksia. Suositellussa käytännössä on läsnä riittävä määrä lisäainetta tai lisäaineita ehkäisemään suurempaa alijäähtymistä kuin noin 2°C mitattuna toistettujen syklien keskiarvojen pe-15 rusteella.

Lisäaineen tehokas määrä määritetään testaamalla annettu koostumus toistuvilla faasinmuutossykleillä. Annetulla ytimenmuodostumislisäaineella, jos sitä on läsnä riittämättömässä määrin, saattaa olla esimerkiksi vain vä-20 Häikäistä tehokkuutta. Sellainen käyttäytyminen estetään lisäämällä hieman suurempia määriä tätä annettua lisäainetta .

Keksinnön koostumukset pakataan ideaalisesti yksittäisiin kapselointiväliaineisiin käytettäviksi lämmönva-25 rastoinnin väliaineina. Esimerkkejä sopivista ja tunnetuista kapselointiväliaineista keksinnön lämmönvarastointiai-neita varten ovat muovi/metalli-laminaattien vettä läpäisemättömät ohuet kalvot. Samaten on ehdotettu vaahtomuoveja, joissa on suljetut solut ja joissa lämmönvarastoin-30 tiaine voi olla kapseloituna vaahtorakenteen solujen sisällä, kuten esitetään esimerkiksi US-patentissa nro 4 003 426, johon tässä viitataan. Vielä muita käyttökelpoisia kapselointivällaineita ovat metalli- tai muovisuo-jakuoret kuten esimerkiksi halvat aerosolisäiliöt; metal-35 li- tai muoviputket kuten esimerkiksi suulakkeen läpi puristetut polyetyleeniputket; ja vastaavat. Lisää yksityis- 3 70724 kohtia sellaisista kapselointiväliaineista annetaan Raporteissa nro ORO/5217-8 ja nro NSF RANN SE C906 FR76 1, jotka molemmat on saatavissa osoitteesta National Technical Information Service, Springfield, Virginia, ja joihin koko-5 naisuudessaan tässä viitataan.

Esimerkki

Seuraavana esitetyn taulukon 1 tiedot on saatu valmistamalla hydratoituja MgC ^-näytteitä annettujen suhteiden mukaisesti ja panemalla kunkin spesifioidun suhteen 10 sekoitetut näytteet 56,7 g lasiampulliin ja lämmittämällä se sitten noin 130°C:een samanaikaisesti sekoittaen, jotta saadaan tasainen seos. Lasikotelossa oleva termopari asetetaan kunkin ampullin pään läpi mittamaan lämpötilamuutoksia kunkin näytteen keskustassa ennen jäätymistä, jäätymisen 15 aikana ja jäätymisen jälkeen. Jäähdytyslämpötilaa valvotaan ja se pidetään alueella 20-25°C (huoneen lämpötila). Seu-raavassa esitetty näyte nro 1 on MgCl9:n analyyttisen laadun kontrollinäyte, joka on hydrattu deionisoidulla vedellä.

4 70724

CJ o <L) C

c a •H f; :J ^ O (M iO CM v£> ;!fl^'Cr'000 0000 0r^0 6 s. ^ •rH :d

X W

W TI

<U

W r-

fC

rH ·ίΰ

Si! &J °

W -H

m ! “= = = = = = = -'

1 O

a.

a)' c

•H

It) :n) tQ C IN CM CM <N v£>

^ U (¾ W E co KW <-iO

ζ 44 O O O OO < cm ι-h --hc: — ouo — — o no Λ 4»·η iCi-iajinajnjtTicnmnj o ««tnutooQusszo 44 3 -rH.

*3 M

rO

Eh o

M

£= = = = = = = = = = σ> n m in , 3 +

§ CNJ

+· 1—1 » u O O'

o S

* .....= = = = =

rH

iO

Oi-ifsin^invor^ooaiOrH

2 H rH

5 70724

Keksinnön piiriin kuuluu myös MgiNO^^Jn lisääminen MgCl2-faasinmuutoskoostumuksiin, niin että saadaan eutekti-nen Mg (NO^) ^ · öl^O/MgC^ · 61^0, jossa faasinmuutos tapahtuu noin 59°C:ssa (noin 138°F:ssa) vapauttaen tai vaihtoehtoi-5 sesti absorboiden oleellisen määrän sitoitunutta sulamislämpöä. Sellaisenaan aineella on edullisia ominaisuuksia käytettäväksi kapseloituna lämpövarastointiväliaineena liitettynä avaruuden aurinkoenergiasysteemeihin tai veden lämmityksen sovellutuksiin. Sellaista käyttöä varten esittä-10 vät ainetta erityisesti Yoneda ja Takanashi "EUTECTIC

MIXTURES FOR SOLAR HEAT STORAGE", Solar Energy, Vol. 21, s. 61-63, 1978.

Hydratoitu Mg(NO^)2/MgCl2 tarkoittaa reversiibelejä nestefaasi/kiinteäfaasi-faasinmuutoskoostumuksia, jotka 15 lukuun ottamatta lisäaineita tai epäpuhtauksia sisältävät seoksen, jossa on noin 25-45 p-% MgtNO^^/ noin 10-25 p-% MgCl2 ja noin 40-50 p-% vettä (100 painoprosenttiin asti). Edullisin on eutektinen seos, jonka sulamis/jäätymislämpö-tila on noin 59°C (138°F), ja joka valmistetaan sekoitta-20 maila noin 34 p-% MgtNO^^^ ja noin 19 p-% MgCl2 noin 47 p-%:iin vettä. Keksinnön koostumusten vallitsevat kidemuodot ovat heksahydraatteja.

Hydratoituun Mg (NO-j) 2/MgCl2-koostumukseen ^uuluu yti-menmuodostuksen lisäaineina yksi tai useampi seuraavista 25 aineista: Sr (OH) 2· CaiOH^* CaO ja BaO lisättynä tehokkaana määränä rajoittamaan hydratun Mg (NO^)2/M9CI2:n neste-faasin alijäähtymisominaisuuksia. Riittävä määrä lisäainetta tai lisäaineita on läsnä ehkäisemässä suurempaa alijäähtymistä kuin noin 2°C mitattuna toistettujen syklien 30 keskiarvojen perusteella.

Seuraavana esitetyn taulukon II tiedot on saatu valmistamalla hydratoidut Mg(NO^) 2/M<3cl2-näytteet annettujen suhteiden mukaisesti ja panemalla kunkin spesifioidun suhteen sekoitetut näytteet 56,7 g:n lasiampulliin ja läm-35 mittämällä se yli 70°C:seen samanaikaisesti sekoittaen tasaisen seoksen saamiseksi. Lasikotelossa oleva termopa- 6 70724 ri pannaan kunkin ampullin pään läpi mittamaan lämpötilan muutoksia kunkin näytteen keskellä ennen jäätymistä, jäätymisen aikana ja jäätymisen jälkeen. Jäähdytyslämpötilaa valvotaan ja se pidetään noin 20-25°C:ssa (huoneen lämpö-5 tila). Kunkin koostumuksen alijäähtyminen testataan 10:llä jäätymis-sulamissyklillä ja keskimääräinen alijäähtyminen annetaan taulukossa II. Näyte nro 1 on Mg(NO^)2/MgCl2:n analyyttisen laadun kontrollinäyte.

7 70724 υ o G G <1) 0)

G G H *H

:nJ d,

° CM^rHCNCOr-lr-irM

g ^ ^ CMOr-IOOrHrHrH

•H :cö H

44 ‘O W ·Η Φ rH « (0 δ*5 *^ιΛΗΙΛΗιΛγΗ^> 1 oooooooo

O

0)

G G <N CM CM CM

•H (¾ tö (0 K K K ffi

:rtJ , 44 O O O O

tn<i)G -w _· o O O O

H G Ή Mi-itOtOnjtflrcro

iJ-Hrö t/itOUUUUCQcQ

< I—I

H

>H Q)

I—I

o 44 .44

G

rH

G

fö E-<

+ O CM

O X CMO

X ·

CO

S NL> 1 σ' 5 g zs* = = = = = = = = o i4 S' -S Ή S'?

CO

LT) <1> 44 · >1 o ή cMn^'ixivjsr'cocn :rQ 2 2 β 70724 o

Tiedetään, että muita alijäähtymislisäaineita kuin mitä mainitaan taulukoissa I ja II voidaan käyttää yhdessä erittäin tehokkaiden ytimenmuodostumislisäaineiden kanssa valmistettaessa parannettuja MgC^ ja Mg(NO^)2/MgCl2~ 5 faasimuutoskoostumuksia. Vaikka tiedot osoittavat, että vain muutamat lueteltujen ytimenmuodostumisen lisäaineista tuottavat merkittäviä etuja (keskimääräinen alijäähtyminen vähemmän kuin noin 2°C), voidaan sellaisia lisäaineita tietenkin panna suurempia määriä, mutta edullisesti ei enempää 10 kuin noin 2,0 p-% faasinmuutoskoostumuksen painosta.

li

Claims (12)

1. Reversiibeli neste/kiinteäfaasinmuutoskoostumus, joka sisältää hydratoitua MgC^ra ja ytimenmuodostuslisä- 5 ainetta, tunnettu siitä, että hydratoitu MgCl2 sisältää 43-49 paino-% MgCl2:a ja erotuksen 100 paino-%:iin vettä ja että koostumukseen on lisätty ytimenmuodostuslisä-aineeksi riittävä määrä pitämään MgC^-nestefaasin keskimääräinen alijäähtyminen korkeintaan 2°C:na yhtä tai useampaa 10 seuraavista aineista: BaiOH^, Sr(OH)2, CaO, SrC03, BaO, Ca(OH)2, Mg(OH)2, MgO, Na^AlFg tai CaC204.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen koostumus, tunnettu siitä, että hydratoitu MgCl2 sisältää 46 paino-% MgC^sa ja erotuksen 100 paino-%:iin vettä.

3. Reversiibeli neste/kiinteäfaasinmuutoskoostumus, joka sisältää hydratoitua MgCl2/Mg(NO^)2:a ja ytimenmuodos-tuslisäainetta, tunnettu siitä, että koostumus sisältää seoksena 25-45 paino-% MgiNO^^13' 10-25 paino-% MgC^ia ja 40-50 paino-% (erotus 100 paino-%:iin) vettä, ja 20 että koostumukseen on lisätty ytimenmuodostuslisäaineeksi riittävä määrä pitämään nestefaasin keskimääräinen alijäähtyminen korkeintaan 2°C:na yhtä tai useampaa seuraavista aineista: Sr(OH)Ca(OH>2/ CaO, BaO tai niiden seokset.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen koostumus, t u n -25 n e t t u siitä, että MgC^/Mg(NO-j) 2 on eutektinen seos, jonka faasinmuutoslämpötila on 59°C ja joka sisältää 34 paino-% MgtNO^^13» 19 paino-% MgCl2:a ja 47 paino-% vettä.

5 Sr (OH) 2 , CaO, SrCC>3 , BaO, Ca(OH>2, Mg (OH) 2 ,MgO,NaAlF6 tai CaC204 .

5. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen koostumus, tunnettu siitä, että se on hermeet- 30 tisesti suljettuna kapselointivälineeseen.

6. Minkä tahansa edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen koostumus, tunnettu siitä, että ytimenmuodos-tuslisäainetta on koostumuksessa korkeintaan 2,0 paino-%.

7. Menetelmä hydratoitua MgC^Ja ja ytimenmuodostus- 35 lisäainetta sisältävän neste/kiinteäfaasinmuutoskoostumuksen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että koostumukseen sekoitetaan tasaiseksi seokseksi hydratoitua Mgd^sa, joka 70724 sisältää 43-49 paino-% MgCl2:a ja erotuksen 100 paino-%:iin vettä, sekä ytimenmuodostuslisäaineeksi riittävä määrä pitämään MgC^-nestefaasin keskimääräinen alijäähtyminen korkeintaan 2°C:na yhtä tai useampaa seuraavista aineista: Ba(OH)2,

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hydratoitu MgCl2 sisältää 46 paino-% MgCl2:a ja erotuksen 100 paino-%:iin vettä.

9. Menetelmä hydratoitua MgCl2/Mg(NO^)2:a ja ytimen-10 muodostuslisäainetta sisältävän neste/kiinteäfaasinmuutos- koostumuksen valmistamiseksi, tunnettu siitä, että hydratoituun MgCl2:een lisätään Mg(N03)2:a ja vettä sellaisen koostumuksen muodostamiseksi, joka sisältää 25-45 paino-% Mg(N03)2:a, 10-25 paino-% MgCl2:a ja erotuksen 100 paino-%:iin 15 vettä, ja että tähän sekoitetaan tasaiseksi seokseksi riittävä määrä pitämään MgCl2/Mg(NO^)2~nestefaasin keskimääräinen alijäähtyminen korkeintaan 2°C:na yhtä tai useampaa seuraavista aineista: Sr(OH)2, Ca(OH)2, CaO tai BaO.

9 70724

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnet-20 t u siitä, että MgCl2/Mg(NO^)2~seos valmistetaan siten, että se sisältää 34 paino-% Mg{N03>2:a, 19 paino-% MgCl2:a ja 47 paino-% vettä.

11. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ytimenmuodostuslisä- 25 ainetta on läsnä koostumuksessa korkeintaan 2,0 paino-%.

12. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 7-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että koostumus kapseloidaan kapselointivälineeseen. 70724