相变蓄热介质及其制备及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种蓄热领域的新材料，具体是一种廉价高效相变蓄热介质的制 备方法，性质及用途。
【背景技术】
[0002] 随着人类社会的发展，能源在其中扮演者越来越重要的作用。由于自然能源的有 限性要求人们节约能源，提高能源的利用率。其中蓄热是解决能源需求供需矛盾，提高能源 有效利用率的关键技术。蓄热就是将热能在不需要的情况下储存起来，在需要的时候释放 出来，以此来达到提高能效的目的。自从能源危机以来，蓄热技术已在发达国家兴起并得到 不断发展。而材料科学，航空航天，工程热物理等技术理论的进一步提升也为蓄热技术的进 步创造了良好的条件。
[0003] 蓄热按照蓄热方式分为相变蓄热，热化学蓄热，显热蓄热，以及吸附式蓄热。显热 蓄热是利用物质的比热来进行蓄热，常见的显热蓄热材料如水，鹅卵石等。但是其蓄热密度 第以及储热过程中温度变化大等缺点。相变蓄热是利用物质在相变过程中产生的潜热来进 行热量存储，具有蓄热密度大，近似等温过程进行的优点。相变蓄热可分为固液相变，固固 相变，气固相变，气液相变，后两者由于有气体产生，容积变化大，因此发展受到限制。目前， 固液相变蓄热是发展良好的一种蓄热方式。按照温度高低可分为低温，中温、高温相变蓄 热。理论上来说只要有相变过程的材料都可以选作为相变材料。但是实际工程应用中还必 须考虑经济性，与热源的匹配性，与容器的相容性即材料的腐蚀性，化学稳定性等，这些都 必须综合起来考虑，才能合适的相变材料。在大量的相变蓄热材料的综述中都提到熔融盐 是比较理想的材料，因为其具有较低的黏度和蒸汽压，较广的温度适用范围和较低的成本， 成为中高温相变蓄热的首选材料。
[0004] -般情况下熔融盐被作为传热蓄热介质而不加区分。实际上来说，传热和蓄热介 质是两种概念，对材料的要求也不同。两种都要求材料具有良好的循环稳定性以及低腐蚀 性，传热介质要求更低的熔点，更广的温度使用范围，这是，目前大部分研究的热点，在蓄热 角度看只是应用到显热部分。而作为相变蓄热介质与热源匹配的熔点以及较大的蓄热密 度才是真正所需考虑的。而且作为蓄热介质来说，其用量要比传热介质大，SolarTwo采用 SolarSalt作为传热和蓄热介质，为使汽轮机满负荷运行3小时，蓄热系统需要熔融盐150 万吨，成本往往成为制约其大规模应用的关键。
[0005] 由卡诺定理可知，热源温度越高，能量转化效率越高。然而高温热源所带来的装备 维护费以及各项安全工作所产生的费用也是非常大的，使其缺乏竞争力。相比之下，较低温 度的蓄热技术在成本上优势非常明显。表1列举了 200°C以下的相变材料。从表中可以发 现，其一以锂盐为主，但锂盐价格太高限制了其大规模应用。其二以碱盐为主，但碱盐化学 性质不稳定，易吸收酸性物质（如二氧化碳，硫化物等）而变质，对容器密闭性提出了要求。 另外亚硝酸盐有毒，氯化物腐蚀性太强都不适合作为相变材料。因此可供选择的材料十分 有限。
[0006] 现有技术如中国专利文献号CN104610926A，公开（公告）日2015. 05. 13,公开的 一种低熔点混合熔盐传热蓄热介质，以及中国专利文献号CN104559940A，公开（公告）日 2015. 04. 29,公开了一种低熔点混合熔盐传热蓄热介质，均采用硝酸锂进行处理，但硝酸锂 价格昂贵，无法降低成本，导致该技术难以大幅度推广；此外，这些技术中涉及的碳酸钠化 学性质不稳定，对容器气密性要求很高，增加了工业制造难度与制造成本。
【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种相变蓄热介质及其制备及应用， 蓄热能力好，能有效解决热能波动，或供求时空矛盾的问题，并且价格低廉，具有成本优势。
[0008] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0009] 本发明涉及一种相变蓄热介质，具体为硝酸钙、硝酸钠与硝酸钾的共晶体，其中各 个组分所占的质量分数为：硝酸钙32 %，硝酸钠24 %，硝酸钾44 %。
[0010] 本发明涉及上述相变蓄热介质的制备方法，包括以下步骤：
[0011] 1)按照所述的组分及其质量分数取原料，倒入陶瓷坩埚中，进行充分混合；
[0012] 2)将上述混合物在高温环境中加热，水分被完全蒸干，得到混合熔融盐；
[0013] 3)将上述混合熔融盐置于真空干燥箱中冷却，得到共晶体，即所述的相变蓄热介 质。
[0014] 步骤1)中，所述的Ca(N03) 2的原料按其比例取Ca(NO3) 2 *4H20。Ca(N03) 2 *4H20的 原因在于其融化温度只有40°C左右，稍微加热便能融化，并将NaNOjPKNO3-并溶解形成 透明均一的液体，可以通过简单搅拌就可以使三者充分混合。
[0015]步骤2)中，所述的高温环境为200至250°C，保温时间为3h。在这个温度下水能 得到充分蒸干，而不会导致组分物质的分解。
[0016] 本发明涉及上述相变蓄热介质的应用，将其用于电力储备，具体为发电过程中的 中低温相变蓄热。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明相变蓄热介质的相变温度与相变焓示意图；
[0018] 图2为本发明相变蓄热介质的循环曲线示意图；
[0019] 图3该混合盐的分解曲线示意图；
[0020] 图4为该混合盐不同温度下的分解产物图；
[0021] 图中：（a) 650°C分解产物图，（b) 750°C分解产物图；
[0022] 图5为本发明相变蓄热介质的比热容示意图；
[0023] 图6不同升温速率该混合盐的熔化示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0025] 本实施例涉及蓄热介质的制备过程，具体如下：
[0026] 按照质量百分数取32%的Ca(N03)2 ? 4H20(分析纯，国药集团化学试剂有限公 司生产）和24%的NaN03(分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产）和44%的KN03(分 析纯，国药集团化学试剂有限公司生产），倒入陶瓷坩埚中，放入电炉中加热到50°C，此时 Ca(N03)2 ? 4H20完全融化，并将似繼3与KN0 3-并溶解形成透明均一的液体，搅拌使之充分 混合。然后放回电炉中加热到250°C，保持3