Sistema salino multinario para almacenar y transferir energía térmica.

Composición salina que contiene una cantidad de al menos 10% en peso de KNO 2,

una cantidad de al menos 15% en peso de NaNO2 y una cantidad de al menos 10% en peso y menos de 35% en peso de LiNO3.

Sistema salino multinario para almacenar y transferir energía térmica Antecedentes de la invención La invención se refiere a una composición salina y a una solución salina líquida acuosa. La invención se refiere además al uso de dicha composición salina o solución salina líquida acuosa para almacenar y transferir energía térmica.

La energía térmica se tiene que transferir en muchas aplicaciones industriales, p. ej. para hacer funcionar centrales eléctricas, para técnicas de vulcanización, y otras. Con este propósito, se utilizan fluidos de transferencia térmica como líquidos iónicos y sales fundidas.

La utilización de líquidos iónicos es divulgada, p. ej., por WO 2004/090066 A1. Se sabe que los líquidos iónicos orgánicos tienen temperaturas de fusión muy por debajo de 0°C. Sin embargo, los líquidos iónicos tienen habitualmente velocidades de degradación muy altas por encima de temperaturas de 400°C, que son prohibitivas para su utilización en muchas aplicaciones.

Por ejemplo, se utilizan grandes volúmenes de sales fundidas como transferencia térmica y en particular como medio de almacenamiento de calor en centrales eléctricas solares. Tales sales tienen que estar disponibles a bajos costes. Por razones económicas así como técnicas, es deseable mantener alta la temperatura de la sal durante mucho tiempo. Esto requiere una gran estabilidad térmica a largo plazo, es decir una velocidad de descomposición térmica muy baja a altas temperaturas. Además, es deseable que tal sal tenga un punto de fusión bajo a fin de incrementar su área de aplicación.

Existen sales binarias conocidas compuestas en una relación molar de uno a uno o de 60% en peso de NaNO3 y 40% en peso de KNO3. Una desventaja de estas mezclas eutécticas es un punto de fusión relativamente alto de 230°C.

Basándose en tales sales binarias se pueden producir composiciones salinas ternarias, que se modifican mediante aditivos bien orgánicos o bien inorgánicos. Una composición salina ampliamente utilizada consiste en 53% en peso de KNO3, 40% en peso de NaNO2 y 7% en peso de NaNO3. Esta composición salina tiene un punto de fusión de 146°C.

A partir de DE 30 38 844 C2 se conoce la utilización de Ca (NO3) 2 como aditivo en lugar de NaNO2. Una composición salina que contiene una cantidad de 44% en peso de Ca (NO3) 2, 44% en peso de KNO3 y 12% en peso de NaNO3 tiene un punto de fusión de 133°C. Sin embargo, a una temperatura poco por encima del punto de fusión, la sal tiene una viscosidad de al menos 300 mPas. Como consecuencia, los tanques, los tubos o las tuberías que se utilizan para retener o hacer circular la sal fundida no se pueden vaciar completamente, p. ej. si son necesarias operaciones de mantenimiento. Esto puede conducir a bloqueos o incrustación cuando, p. ej., las tuberías o los cambiadores de calor se ponen de nuevo en funcionamiento. A fin de vencer este problema, han de proporcionarse dispositivos de calentamiento adicionales.

Otras composiciones salinas que utilizan básicamente Mg (NO3) 2 y LiNO3 se conocen de US 5.591.374, US

5.728.316 y US 6.627.106 B1.

US-A-4 454 724 divulga una solución acuosa absorbente comprendida por agua y un componente no acuoso. El componente no acuoso contiene una cantidad de al menos 10% en peso de KNO2, una cantidad de al menos 15% en peso de NaNO2 y una cantidad de 50% en peso de LiNO3.

GB 992 418 A divulga un sistema ternario de nitratos de potasio, sodio y litio que tiene la siguiente composición: 57, 6% en peso de KNO3, 16, 2% en peso de NaNO3 y 26, 2% en peso de LiNO3.

Eweka, E. I. y Kerridge, D. H. "Non-ideal change of electrical conductivity on solidification and remelting of salt eutectics", Solid State Ionics, North Holland Pub. Company Amsterdam, NL, Vol. 177, nº 15-16, 15 de junio de 2006, páginas 1245-1250 trata de la investigación de las propiedades físicas del sistema LiNO3-NaNO3-KNO3.

Tripp Terrance B.: "Vapor pressures of hydrate melts containing lithium nitrate and alkali nitrites", Proceedings of the International Symposium Molten Salts, Pennington, NJ, US, vol. 84, nº 2, 1 de enero de 1984, páginas 403-410 trata de una investigación relativa a las presiones de vapor del sistema 0, 52 LiNO3-0, 17 KNO2-0, 31 NaNO2-H2O.

US-A-4 803 958 divulga una solución absorbente que comprende nitrato sódico, nitrato potásico y nitrato de litio en solución acuosa.

Compendio de la invención Un objeto de la invención es proporcionar una composición salina que tiene un punto de fusión bajo y una estabilidad alta a altas temperaturas. La composición salina debe ser adecuada para la utilización como medio de almacenamiento y/o transferencia de energía térmica. La composición salina debe ser fácil de producir y fácil de manejar. Un objetivo adicional de la invención es proporcionar una solución salina líquida acuosa que contenga la composición salina para la utilización como medio de almacenamiento y/o transferencia de energía térmica. Un objetivo adicional es proporcionar un manejo y un transporte más fáciles de la solución líquida acuosa durante su aplicación así como durante las operaciones de mantenimiento.

Este objetivo se resuelve mediante una composición salina que contiene una cantidad de al menos 10% en peso de KNO2, una cantidad de al menos 15% en peso de NaNO2 y una cantidad de al menos 10% en peso de y menor de 35% en peso de LiNO3.

El término "composición salina" se tiene que entender generalmente. Una composición salina puede comprender una "mezcla de sales" de las sales inorgánicas anteriores. La mezcla de sales que contiene dos o más sales puede estar presente en forma sólida como un granulado, p. ej. con un diámetro del tamaño de grano medio de 0, 1 a 25 mm, o un polvo molido fino. Se puede transportar en bolsas u otros recipientes y se puede vender comercialmente en un estado listo para su utilización. Una composición salina también puede comprender una "solución salina sólida" que se tiene que fundir y solidificar al menos una vez y está presente en una forma sólida. Así, es posible colar la masa fundida de sal en un molde de forma y tamaño arbitrarios. Por ejemplo, la solución salina sólida se puede formar compactamente como un bloque o una barra para facilitar su manejo, almacenamiento y transporte. Por supuesto, también se puede moler y proporcionarse como un granulado o un polvo.

Con la composición salina inorgánica propuesta, el punto de fusión se puede disminuir. Incluso es posible alcanzar un punto de fusión muy por debajo de 100°C. Esto permite disminuir las temperaturas de funcionamiento mínimas.

Solo unos pocos °C por encima de la temperatura de fusión se pueden conseguir viscosidades de la composición salina fundida muy por debajo de 300 mPas. Para las operaciones de mantenimiento, la sal fundida se puede retirar casi completamente de los tanques, los tubos y las tuberías. Así, no se forman bloqueos o incrustaciones.

En el caso de temperaturas de fusión por debajo de 100°C, ventajosamente es posible en ciertas aplicaciones añadir un líquido, preferiblemente agua, durante el funcionamiento, sin que se produzca vaporización. Así, no son necesarios recipientes a presión para evitar la vaporización de agua.

Haluros como cloruros o fluoruros que son corrosivos para metales están sustancialmente ausentes en la composición salina. Así, se puede reducir significativamente la corrosión, p. ej. en tuberías de acero. La composición salina de la invención también se puede utilizar sin adición de agua. En este caso, se puede evitar la formación de hidrógeno debida a efectos de la corrosión en metales. Además, la composición salina de la invención puede estar esencialmente libre de sustancias sublimables que den como resultado una estabilidad a largo plazo mejorada de la relación en peso de los componentes salinos.

Por otra parte, hasta una temperatura de 500°C, la velocidad de degradación es baja. La composición salina propuesta se puede utilizar así durante tiempos más prolongados. La composición salina se puede utilizar para una amplia gama de aplicaciones. Además de esto, la composición salina anterior se puede producir a un precio bajo. La composición salina es fácil de manejar. Con respecto a las razones medioambientales y de seguridad, la composición es atóxica para los seres humanos y e ininflamable.

Según una realización de la invención, la composición salina contiene una cantidad de menos de 55% en peso de KNO2. La composición salina también puede contener una cantidad de menos de 35% en peso de NaNO2. Además, la composición salina contiene una cantidad de menos de 35% en peso de LiNO3. Las composición salina puede consistir en las tres... [Seguir leyendo]

1. Composición salina que contiene una cantidad de al menos 10% en peso de KNO₂, una cantidad de al menos 15% en peso de NaNO₂ y una cantidad de al menos 10% en peso y menos de 35% en peso de LiNO₃.

2. Composición salina de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene una cantidad de menos de 55% en peso de KNO₂.

3. Composición salina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que contiene una cantidad de menos de 35% en peso de NaNO₂.

4. Composición salina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que contiene además una cantidad de hasta 50% en peso de Ca(NO₃)₂, preferiblemente hasta 20% en peso, más preferiblemente hasta 10% en peso.

5. Composición salina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que contiene además una cantidad de hasta 50% en peso de Ca(NO₃)₂•4H₂O, preferiblemente hasta 20% en peso, más preferiblemente hasta 10% en peso.

6. Composición salina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que contiene además una cantidad de al menos 30% en peso de KNO₃.

7. Composición salina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que contiene además una cantidad de hasta 50% en peso de KNO₃.

8. Composición salina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que contiene al menos una de las sustancias: NaNO₃, Sr(NO₃)₂, Ba(NO₃)₂, RbNO₃, CsNO₃.

9. Solución salina líquida acuosa que contiene la composición salina de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes en una cantidad de al menos 30% en peso y agua en una cantidad de hasta 70% en peso.

10. Uso de una composición salina o una solución salina líquida acuosa de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, para almacenar energía térmica.

11. Uso de una composición salina o una solución salina líquida acuosa de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, para transferir energía térmica.