一種低熔點納米熔鹽傳熱蓄熱介質及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于中高溫傳熱蓄熱的混合熔鹽的配方，屬于高新技術中物理傳熱儲能技術領域。
【背景技術】
[0002]由于太陽能熱發電可與低成本大規模的蓄熱技術結合，可提供穩定的高品質電能，克服了風力和光伏電站由于無法大規模使用蓄電池而造成輸電品質差，對電網沖擊大的缺陷，被認為是可再生能源發電中最有前途的發電方式之一，有可能成為將來的主力能源。
[0003]目前，在技術成熟的槽式太陽能熱發電領域，商業化電站均采用導熱油作為傳熱介質，這導致電站大規模化裝機成本高、工作溫度低、系統壓力大、可靠性低、導熱油壽命短、成本高，最終只能達到14%的年平均發電效率。
[0004]塔式太陽能熱發電系統一般采用水蒸氣或空氣作為傳熱工質。水蒸氣和空氣高溫下傳熱系數低且不均勻、系統壓力非常高等缺點，這很大程度上降低了系統的可靠性，提高了系統投資和后期維護成本。
[0005]熔鹽具有使用溫度范圍大，系統壓力低，單位成本低，熱性能優良等諸多優點，因此采用適宜的熔融鹽作為傳熱蓄熱介質，可以有效提升太陽能熱發電系統的性能。具體體現在:首先，熔融鹽工作溫度較導熱油等介質高出100°c左右，使得系統發電效率得以提高；其次，由于熔融鹽的工作壓力(約2個大氣壓左右)遠低于導熱油等介質的壓力(10-20大氣壓)，使得太陽能熱發電系統的可靠性得到提高；第三，采用熔融鹽作為傳熱蓄熱介質，同高溫導熱油相比，全壽命可由2年左右提高到20年以上，價格可由2-3萬元/噸降至I萬元/噸以下；第四，熔融鹽蓄熱是解決太陽能熱發電蓄熱問題的主要手段。
[0006]熔鹽作為傳熱蓄熱介質已經在太陽能熱發電系統中得到了應用。現用熔鹽的主要缺點是熔點較高(130-230°C )、比熱小、熱導率低。目前，已開發出KNO3-NaNO3-LiNO3-Ca(NO3) 2熔鹽體系，其熔點在90°C左右，解決了熔鹽熔點較高的問題。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題是提高低熔點混合熔鹽的比熱，從而增強系統蓄熱能力和傳熱效率，降低太陽能熱發電及工業蓄熱成本。
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供一種新型低熔點納米熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于:它是由低熔點混合熔鹽與納米粒子復合制成；所述低熔點混合熔鹽主要由硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣和硝酸鋰組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子。
[0009]所述低熔點混合熔鹽，各成分的質量百分比含量分別為:18-20被％硝酸鈣，50-55wt %硝酸鉀，9-10wt %硝酸鈉，18-20wt %硝酸鋰。
[0010]所述納米粒子種類為Si02、A1203、Ti02、MgO納米粒子中的一種或幾種，粒徑為5_60nmo
[0011]所述納米粒子為所述新型低熔點納米熔鹽總質量的0.5% -5%。
[0012]本發明還提供了新型低熔點納米熔鹽傳熱蓄熱介質的制備方法，包括如下步驟:
[0013](I)將低熔點混合熔鹽放入馬弗爐中加熱至熔融狀態；
[0014](2)將納米粒子按比例加入到熔融的低熔點混合熔鹽中，攪拌均勻后自然冷卻得到新型低恪點納米恪鹽。
[0015]所述的低熔點混合熔鹽主要由硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋰和硝酸鈣組成；所述納米粒子為金屬或非金屬氧化物的納米粒子。
[0016]所述低熔點混合熔鹽體系中，各成分的質量百分比含量分別為:18-20wt%硝酸鈣，50-55￥丨％硝酸鉀，9-10￥丨％硝酸鈉，18-20￥丨％硝酸鋰。
[0017]所述納米粒子種類為Si02、A1203、Ti02、Mg0納米粒子，粒徑為5_60nm。
[0018]所述步驟⑵中納米粒子按低熔點納米熔鹽總重量的0.5% -5%的比例加入；
[0019]所述步驟(2)中所述磁力攪拌50_70min，轉速為300_600r/min。
[0020]本本發明的低熔點納米熔鹽在工業蓄能和太陽能光熱發電中應用。
[0021]本發明的有益效果在于:
[0022]1、本發明技術方案制備的新型低熔點納米熔鹽熔點較低(熔點范圍為:80—1300C )，分解溫度較高(分解溫度范圍:570—690°C )，其應用在太陽能熱發電系統中，將大大降低傳熱蓄熱系統的成本，簡化系統初始運行程序，不需要特殊的加熱設備來防止熔鹽的凍堵，增加了整個系統的安全穩定性。
[0023]2、本發明技術方案制備的新型低熔點納米熔鹽較低熔點混合熔鹽體系，比熱有明顯提高，傳熱蓄熱能力好，可廣泛應用于太陽能光熱發電技術領域。
【附圖說明】
[0024]圖1 S12低熔點納米熔鹽的DSC曲線。
[0025](低恪點鹽:Si02納米粒子="wt%: lwt% )
[0026]圖2 S12低熔點納米熔鹽的TG曲線。
[0027]圖3 S1jg熔點納米熔鹽的比熱曲線。
[0028]圖4 Al2O3低熔點納米熔鹽的DSC曲線。
[0029](低恪點鹽:A1203納米粒子="wt%: lwt% )
[0030]圖5 Al2O3低熔點納米熔鹽的TG曲線。
[0031]圖6 Al2O3低熔點納米熔鹽的比熱曲線。
[0032]圖7 T12低熔點納米熔鹽的DSC曲線。
[0033](低恪點鹽:Ti02納米粒子="wt%:1wt% )
[0034]圖8 T12低熔點納米熔鹽的TG曲線。
[0035]圖9 1102低熔點納米熔鹽的比熱曲線。
【具體實施方式】
[0036]本發明提供一系列用做太陽能熱發電系統中傳熱蓄熱介質的低熔點納米熔鹽配方，該配方主要是由低熔點混合熔鹽與納米粒子復合制成，其中低熔點混合熔鹽主要由硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋰和硝酸鈣組成；所述納米粒子為金屬或非金屬氧化物的納米粒子。所述低熔點混合熔鹽體系中，各成分的質量百分比含量分別為:18-20被％硝酸鈣，50-55wt%硝酸鉀，9-1(^1:%硝酸鈉，18-2(^1:%硝酸鋰。所述納米粒子種類為Si02、Al203、Ti02、Mg0納米粒子，粒徑為5-60nm。低熔點混合熔鹽的熔點在90°C左右，分解溫度高于600°C，其在液態時比熱為1.5-1.6J/(g.k)左右。在低熔點混合熔鹽中添加納米粒子后，其熔點與分解溫度不發生改變，但比熱會有較大提高。
[0037]新型低熔點納米熔鹽的具體制備步驟如下:
[0038]按各成分的質量百分比含量將硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鋰和硝酸鈣組成KNO3-NaNO3-LINO3-Ca(NO3)2熔鹽體系，加熱攪拌均勻放入馬弗爐中加熱至熔融狀態。
[0039]將納米粒子按比例加入步驟⑴熔融的新型低熔點納米熔鹽體系中，使用磁力攪拌器攪拌該熔融混合物50-70min，攪拌均勻后自然冷卻，得到均勻穩定新型低熔點納米熔土卜
ΠΤΤ.0
[0040]實施例1
[0041]該種低熔點納米熔鹽由99wt%低熔點鹽及lwt% S12納米粒子組成，其中該低熔點鹽由55*1:%硝酸鉀、9*1:%硝酸鈉、18*1:%硝酸鋰和18wt%硝酸I丐組成，S12納米粒子粒徑為20nm。采用DSC(差示掃描量熱技術)測試分析低熔點納米熔鹽的熔點，通過TG(熱重)分析其分解溫度，采用DIN51007標準方法分析其比熱。結果顯示，其熔點為114.1°C，分解溫度為604°C，該配方低熔點納米熔鹽液態時比熱約為1.8-2.0J/g.ko圖1為該樣品的DSC曲線。圖2為該樣品的TG曲線。圖3為該樣品的比熱測試結果。
[0042]與純低熔點混合熔鹽相比，該配方低熔點納米熔鹽熔點提高約20°C，分解溫度未發生較大變化，具有較寬的使用溫度范圍。
[0043]純低熔點混合熔鹽在液態時，比熱約為1.5-1.7J/g.k，在250°C時，該配方低熔點納米熔鹽相對于純低熔點混合熔鹽，比熱增加24%。
[0044]實施例2
[0045]該種低熔點納米熔鹽由99wt%低熔點鹽及lwt% Al2O3納米粒子組成，其中該低熔點鹽由55wt %硝酸鉀、9wt %硝酸鈉、18wt %硝酸鋰和18wt %硝酸|丐組成，Al2O3納米粒子粒徑為20nm。結果顯示，其熔點為108.8°C，分解溫度為595°C，該配方低熔點納米熔鹽液態時比熱約為2.4-2.6J/g.k。圖4為該樣品的DSC曲線。圖5為該樣品的TG曲線。圖6為該樣品的比熱測試結果。
[0046]與純低熔點混合熔鹽相比，該配方低熔點納米熔鹽熔點提高約20°C，分解溫度未發生較大變化，具有較寬的使用溫度范圍與純低熔點混合熔鹽相比。
[0047]純低熔點混合熔鹽在液態時，比熱約為2.4-2.6J/g.k，在250°C時，該配方低熔點納米熔鹽相對于純低熔點混合熔鹽，比熱增加55%。
[0048]實施例3
[0049]該種低熔點納米熔鹽由99wt%低熔點鹽及lwt% T12納米粒子組成，其中該低熔點鹽由55*1:%硝酸鉀、9*1:%硝酸鈉、18*1:%硝酸鋰和18wt%硝酸I丐組成，T12納米粒子粒徑為20nm。結果顯示，其熔點為112.2°C，分解溫度為579°C，該配方低熔點納米熔鹽液態時其比熱約為1.6-1.9J/g.k。圖7為該樣品的DSC曲線。圖8為該樣品的TG曲線。圖9為該樣品的比熱測試結果。
[0050]與純低熔點混合熔鹽相比，該配方低熔點納米熔鹽熔點提高約20°C，分解溫度略有降低，但仍是具有較寬的使用溫度范圍。
[0051]在300°C時，該配方低熔點納米熔鹽相對于純低熔點混合熔鹽，比熱增加10%。
[0052]本發明保護范圍不限于上述實施例，凡是依據本發明技術原理所做的技術變形均落入本發明的保護范疇。
【主權項】
1.一種低熔點納米熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于:是由低熔點混合熔鹽與納米粒子復合制成；所述低熔點混合熔鹽主要由硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣和硝酸鋰組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子。2.按照權利要求1一種低熔點納米熔鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于:所述低熔點混合熔鹽，各成分的質量百分比含量分別為:18-20被％硝酸鈣，50-55被％硝酸鉀，9-10被％硝酸鈉，18-20?丨％硝酸鋰。3.按照權利要求1一種低恪點納米恪鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于:所述納米粒子種類為Si02、A1203、Ti02、Mg0納米粒子中的一種或幾種，粒徑為5-60nm。4.按照權利要求1一種低恪點納米恪鹽傳熱蓄熱介質，其特征在于:所述納米粒子為所述低熔點納米熔鹽總質量的0.5% -5%。5.制備權利要求1-4任一項所述低恪點納米恪鹽傳熱蓄熱介質的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將低熔點混合熔鹽放入馬弗爐中加熱至熔融狀態； (2)將納米粒子按比例加入到熔融的低熔點混合熔鹽中，攪拌均勻后自然冷卻得到新型低熔點納米熔鹽。6.按照權利要求5的方法，其特征在于，所述步驟⑵中所述磁力攪拌50-70min，轉速為 300-600r/min。
【專利摘要】一種低熔點納米熔鹽傳熱蓄熱介質及制備方法，屬于高新技術中物理傳熱儲能技術領域。是由低熔點混合熔鹽與納米粒子復合制成；所述低熔點混合熔鹽主要由硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鈣和硝酸鋰組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子。本發明制備的新型低熔點納米熔鹽熔點在80-130℃、分解溫度在600℃左右，相對于低熔點混合熔鹽，其使用溫度范圍并未發生較大改變，但其比熱有明顯提高，提高率約10％-60％。
【IPC分類】F25D21/06, C09K5/12
【公開號】CN105222477
【申請號】CN201510233093
【發明人】吳玉庭, 張璐迪, 馬重芳, 陳夏, 任楠
【申請人】北京工業大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年5月8日