PL211653B1 - Kompozyt akumulacyjny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt akumulacyjny, stosowany do wytwarzania elementów akumulacyjnych urządzeń ogrzewczych.

Typowe materiały szamotowe, które są stosowane do budowy kanałów dymowych pieców kaflowych charakteryzują się wysoką pojemnością cieplną w przeliczeniu na jednostkę masy jednak ich niski ciężar objętościowy powoduje, że konstrukcje takiego wewnętrznego wymiennika i akumulatora ciepła zajmują dużą przestrzeń.

Znane są na przykład z opisu patentowego US 4,303,448 oliwinowe materiały ogniotrwałe, służące do magazynowania ciepła, które są stosowane w elektrycznych piecach akumulacyjnych i stanowią zwarte materiały o dużej gęstości formowane metodą prasowania oraz poddawane obróbce cieplnej.

Rozszerzalność cieplna tego materiału oraz sposób obróbki cieplnej uniemożliwia budowanie z tego materiał u przestrzennych konstrukcji koniecznych do zapewnienia dobrej wymiany ciepł a w wymiennikach powietrznych ciepł a.

Z kolei, znane są z opisu patentowego US 5,783,316 materiał y do magazynowania ciepł a spajane metalami, które posiadają niekorzystną cechę wysokiej rozszerzalności cieplnej.

Każde z wymienionych wyżej rozwiązań opracowane jest dla stałej temperatury.

Nowoczesne urządzenia ogrzewcze o wysokiej sprawności wymagają zastosowania materiałów o wysokim wskaź niku magazynowania ciepł a w przeliczeniu na jednostkę obję toś ci, a równocześ nie dobrych właściwościach wymiany ciepła i wytrzymałości konstrukcyjnej, przy możliwości regulowania jego odporności na temperaturę.

Celem wynalazku było opracowanie kompozytu akumulacyjnego o takim składzie, który spełniałby powyższe wymogi i zezwalał na projektowanie pojemności cieplnej materiału, w zależności od potrzeb.

Cel wynalazku osiągnięto poprzez zastosowanie kruszyw akumulacyjnych charakteryzujących się zróżnicowanym, wysokim współczynnikiem pojemności cieplnej i przewodności cieplnej oraz kruszyw izolacyjnych o zróżnicowanej izolacyjności i dodatkowo kruszywa ogniotrwałego oraz osnowy zawierającej spoiwo chemiczno-hydrauliczne, a po obróbce cieplnej wiązanie ceramiczne.

Kompozyt akumulacyjny według wynalazku składa się z 10-97% kruszyw akumulacyjnych, zwłaszcza z grupy baryt, boksyt, piasek cyrkonowy, oliwin, 2-50% osnowy, zwłaszcza z grupy cement glinowy i cement portlandzki, 1-20% kruszywa izolacyjnego, zwłaszcza z grupy izolacyjne kruszywo szamotowe oraz korzystnie 0,1-8% zbrojenia, zwłaszcza rozproszonego, zwłaszcza w postaci włókna stalowego.

Kompozyt zawiera 0-67% kruszywa ogniotrwałego o granulacji 2-6 mm oraz 0-20% kruszywa akumulacyjnego o granulacji 0,5-2 mm, łącznie 10-97% kruszyw akumulacyjnych.

Proporcja kruszywa akumulacyjnego ogniotrwałego o granulacji 2-6 mm i kruszywa akumulacyjnego ogniotrwałego o granulacji 0,5-2 mm wynosi 1:1 do 3:1.

Kompozyt zawiera 10-97% kruszyw akumulacyjnych i ewentualnie dodatkowych substancji akumulacyjnych zmiennofazowych.

Osnowa zawiera 0-98% mikrokruszywa i 2-100% spoiwa.

Kruszywa akumulacyjne posiadają odmienną charakterystykę cieplną, dzięki czemu ich mieszanina posiada zaprojektowane właściwości przyjmowania, magazynowania i oddawania ciepła.

Kruszywa izolacyjne posiadłą porowatą strukturę i pełnią funkcję regulowania procesu oddawania ciepła materiału akumulacyjnego. Równocześnie mają zdolność do kompensowania rozszerzalności cieplnej ziaren kruszyw akumulacyjnych.

Spoiwo hydrauliczno-chemiczne charakteryzuje się dużą przyczepnością do ziaren kruszywa w całym zakresie temperatur stosowania materiałów akumulacyjnych. Spoiwo dzięki elastyczności mechanicznej posiada zdolność do przenoszenia wewnętrznych naprężeń cieplnych powstających w wyniku różnic w rozszerzalności cieplnej kruszyw izolacyjnych i akumulacyjnych, jak również cyklicznych zmian temperatury, co umożliwia równomierną dystrybucję ciepła w całej objętości materiału.

Właściwości kompozytu, które istotne dla jego zastosowania jako materiału do budowy zasobników ciepła to pojemność ciepła, gęstość, rozszerzalność cieplna oraz przewodność ciepła, jak również współczynniki wymiany ciepła przez powierzchnię, na przykład emisyjność.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania dla kompozytów akumulacyjnych o różnej gęstości i pojemności cieplnej, dla różnych temperatur stosowania.

PL 211 653 B1

P r z y k ł a d 1

Dla kompozytu o gęstości 3,2 g/cm³ i pojemności cieplnej 0,8 kJ/kg-K, mieszankę stanowi 20% boksytu z pieca szybowego 2-6 mm, 35% barytu 1-6 mm, 15% boksytu z pieca szybowego 0,5-2 mm, 12% cementu glinowego Secar 70, 15% kruszywa szamotowego izolacyjnego 0-1 mm i 3% włókna stalowego.

P r z y k ł a d 2

Dla kompozytu o gęstości 2,7 g/cm³ i pojemności cieplnej 0,95 kJ/kg-K, mieszankę stanowi 25% boksytu z pieca szybowego 2-6 mm, 30% oliwinu 1-6 mm, 15% boksytu z pieca szybowego 0,5-2 mm, 15% cementu glinowego Secar 70, 12% kruszywa szamotowego izolacyjnego 0-1 mm i 3% włókna stalowego.

P r z y k ł a d 3

Dla kompozytu do stosowania do temperatury 300°C, o gęstości 3,6 g/cm³ i pojemności cieplnej 0,75 kJ/kg-K, mieszankę stanowi 60% piasku cyrkonowego 1-6 mm, 23% cementu portlandzkiego CEM I 43,5R, 7% piasku cyrkonowego 0-0,5 mm, 10% kruszywa szamotowego izolacyjnego 0-1 mm i dodatek 6% włókna stalowego.

P r z y k ł a d 4

Dla kompozytu o gęstości 2,3 g/cm³ i pojemności cieplnej 1,05 kJ/kg-K, mieszankę stanowi 25% boksytu z pieca szybowego 2-6 mm, 27% wiórów ze stopów nierdzewnych 1-6 mm, 15% boksytu z pieca szybowego 0,5-2 mm, 15% cementu glinowego Secar FOUNDE, 15% kruszywa szamotowego izolacyjnego 0-1 mm i 3% włókna stalowego.

Claims (6)

1. Kompozyt akumulacyjny, znamienny tym, że zawiera 10-97% kruszyw akumulacyjnych, zwłaszcza z grupy baryt, boksyt, piasek cyrkonowy, oliwin, 2-50% osnowy, zwłaszcza z grupy cement glinowy i cement portlandzki, 1-20% kruszywa izolacyjnego, zwłaszcza z grupy izolacyjne kruszywo szamotowe.

2. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 0-67% kruszywa akumulacyjnego o granulacji 2-6 mm, oraz 0-20% kruszywa akumulacyjnego o granulacji 0,5-2 mm, łącznie 10-97% kruszyw akumulacyjnych.

3. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawiera kruszywo akumulacyjne ogniotrwałe o granulacji 2-6 mm i kruszywo akumulacyjne ogniotrwałe o granulacji 0,5-2 mm, w proporcji od 1:1 do 3:1.

4. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 10-97% kruszyw akumulacyjnych i ewentualnie dodatkowych substancji akumulacyjnych zmiennofazowych.

5. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera 0,1-8% dodatku zbrojenia, a zwłaszcza zbrojenia rozproszonego, zwłaszcza w postaci włókna stalowego.

6. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, osnowa zawiera 0-98% mikrokruszywa i 2-100% spoiwa.