一种太阳能供暖专用超导液的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种太阳能供暖专用超导液，其包括如下重量份组分：溴化镧50～60份；水40～50份；甘露醇0.1～0.5份；聚乙二醇0.2～0.8份；阿拉伯胶0.1～0.5份；SiO2纳米颗粒0.1～0.5份；缓蚀剂0.1～0.3份。本发明太阳能供暖系统中的热储存水箱内为由一定配比的水和溴化镧组成的超导液，并利用该超导液经由连接管路在暖气片空腔内进行循环流动，可快速实现室内供暖的目的，其中，传导液中还添加有合适比例的传热促进组分，以降低传导液体系的表面张力，增强热传导的系数和稳定性，从而提高太阳能的利用效率。
【专利说明】
一种太阳能供暖专用超导液
技术领域
[0001] 本发明涉及太阳能供暖领域。更具体地说，本发明涉及具有优异热传导特性的太 阳能供暖专用超导液。
【背景技术】
[0002] 太阳能供暖系统一般由太阳能集热器、储热水箱、连接管路、辅助热源、散热部件 及控制系统组成，太阳能供暖利用太阳能集热器收集太阳光的热量并转化成热能，再通过 循环系统将热量导入至热储存水箱，待水箱温度满足温度要求时，使其流动经过管路和散 热器即室内暖气片中的空腔，通过水在散热器腔体中的循环来提高室内的温度。
[0003] 但由于水的启动温度高，水的强传递必须超过或达到100°C，一般水暖的启动升温 经过近2h才能达到室温，锅炉需要对管路中大量的循环水进行加热，能源消耗大，且供暖系 统中的循环水流经的路径长，高温水在流动中易因蒸发产生损失，需经常补充管道内水份。 此外，在冬天零下环境中可能会因为水结冰胀裂暖气片，现有技术中多采用在水箱中添加 一定比例的防冻液提高管路和暖气片的耐寒效果，但目前市场上防冻液的品牌众多，且不 同品牌的防冻液生产配方有所差异，冰点也各不相同，不易混用，且混用不同品牌的防冻 液，易相互发生化学反应，堵塞散热器管道，影响散热器使用。
【发明内容】
[0004] 作为各种广泛且细致的研究和实验的结果，本发明的发明人已经发现，在太阳能 供暖系统中，热储存水箱内为由合适配比的水和溴化镧组成的超导液，并利用该超导液经 由连接管路在暖气片空腔内进行循环流动，可快速实现室内供暖的目的。基于这种发现，完 成了本发明。
[0005] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优 点。
[0006] 本发明还有一个目的是提供一种太阳能供暖专用超导液，其达到30°C即可开始进 行温度的快速传递并通过暖气片表面向外辐射散热，仅需数分钟就可将暖气片加热。
[0007] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种太阳能供暖专用超导 液，其包括如下重量份组分： 溴化镧 50~60份; 水 40~50份； 甘露醇 0.1~0.5份；
[0008] 聚乙二醇 0.2~0.8份； 阿拉伯胶 0.1~0.5份； Si02纳米颗粒 0.1~0.5份； 缓蚀剂 0.1~0.3份。
[0009] 在上述配方中，通过在溴化镧超导液中添加适当的聚乙二醇可降低超导液的表面 张力，加快传导液的流动和传导，小分子多羟基甘露醇的加入可与聚乙二醇产生协同作用， 明显降低超导液的表面张力。其中，纳米颗粒Si〇2添加后，纳米颗粒较强的布朗运动可增加 传导液的传热传质作用，阿拉伯胶的添加可提高纳米微粒的分散稳定性，阿拉伯胶的长链 结构在传导液中充分伸展形成位阻层能有效阻止纳米微粒间的聚集、沉降，起到空间位阻 稳定的作用，保证整个体系的稳定性。
[0010] 优选的是，其中，所述水为纯水，以防止自来水在长时间循环加热条件下结垢，影 响暖气片传热或循环管路的堵塞。
[0011] 优选的是，其中，所述纯水的电导率小于2ys/Cm，以确保水中无机金属离子的充分 去除，提高暖气片的使用寿命。
[0012] 优选的是，其中，所述缓蚀剂包括30~50wt%的三氧化二锑和50~70wt%的亚硝 酸钾，由于溴化镧超导液对金属材料有一定的腐蚀性，为避免连接管路及暖气片内部在长 时间使用时被腐蚀形成的铁锈或铜锈等堵塞管路或栗的过滤装置等，妨碍供暖机组的运 行，故需要在超导液中添加一定量的缓蚀剂。其中，亚硝酸钾可钝化管路介质，在金属表面 形成一层细密的保护膜，三氧化二锑的添加可显著提高缓蚀剂的防腐蚀效果，这可能是因 为溶于超导液中的锑离子可沉积于阴极区域，可进一步减缓整个电化学氧化还原反应。 [00 13] 优选的是，其中，所述Si〇2纳米颗粒的平均粒径为36~45nm，Si〇2纳米颗粒的粒径 不能过小，否则易聚集成团，Si〇2纳米颗粒的粒径也不能过大，否则会影响其纳米效应的发 挥，降低对热传质强度的增加效果。
[0014]优选的是，其中，所述阿拉伯胶的平均分子量为2.5 X105~2.8X105,阿拉伯胶的 分子量不能过大，否则会增大整个体系的粘度，反而会降低体系的热传质效果。
[0015] 优选的是，其中，所述聚乙二醇的平均分子量为800~1200,聚乙二醇的分子量也 不能过高，否则易产生团聚现象，影响体系的稳定性。
[0016] 本发明至少包括以下有益效果：
[0017] (1)本发明采用合适比例的溴化镧和水制备得到超导液，达到30°C即开始温度的 传质，温度的传递速度可达22米/min以上，5分钟左右即可将暖气片加热，远远高于现有水 暖启动升温需近2h的现状，显著提高了太阳供暖的能源利用效率和实用性；
[0018] (2)本发明溴化镧传导液中添加的甘露醇和聚乙二醇可降低传导液的表面张力， 提高传导液的流动性，传导液中添加的Si〇2纳米颗粒可提高体系的热传热效率，阿拉伯胶 的添加可保证添加的纳米粒子的稳定性及性能的发挥；
[0019] (3)本发明中溴化镧的沸点达1480°C，且传导液的启动温度低，有效避免了传导液 在循环加热过程中因逐步蒸发而体积的减少，可保证水箱内超导液经一次灌装后的使用年 限达30~50年之久。
[0020] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本 发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照 说明书文字能够据以实施。
[0022] 应当理解，本文所使用的诸如"具有"、"包含"以及"包括"术语并不配出一个或多 个其它元件或其组合的存在或添加。
[0023] 〈实例 1>
[0024] 一种太阳能供暖专用超导液，其包括如下重量份组分:溴化镧50份;水40份;甘露 醇0.5份;聚乙二醇0.8份;阿拉伯胶0.5份;Si02纳米颗粒0.5份;缓蚀剂0.3份。
[0025]其中，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.5ys/cm，所述缓蚀剂包括30wt%的三 氧化二锑和70wt%的亚硝酸钾，所述Si02纳米颗粒的平均粒径为36nm，所述阿拉伯胶的平 均分子量为2.7 X 105，所述聚乙二醇的平均分子量为800。
[0026] 采用本实例1制备得到的太阳能供暖专用超导液在30°C温度下的导热系数可达 26.9ff/m · k〇
[0027] 〈实例 2>
[0028] 一种太阳能供暖专用超导液，其包括如下重量份组分:溴化镧60份;水50份;甘露 醇0.1份;聚乙二醇0.2份;阿拉伯胶0.1份;Si02纳米颗粒0.1份;缓蚀剂0.1份。
[0029] 其中，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.8ys/cm，所述缓蚀剂包括50wt%的三 氧化二锑和50wt%的亚硝酸钾，所述Si0 2纳米颗粒的平均粒径为45nm，所述阿拉伯胶的平 均分子量为2.5X105,所述聚乙二醇的平均分子量为1000。
[0030] 采用本实例2制备得到的太阳能供暖专用超导液在30°C温度下的导热系数可达 26.5ff/m · k〇
[0031] 〈实例 3>
[0032] 一种太阳能供暖专用超导液，其包括如下重量份组分:溴化镧55份;水40份;甘露 醇0.3份;聚乙二醇0.5份;阿拉伯胶0.3份;Si02纳米颗粒0.2份;缓蚀剂0.2份。
[0033]其中，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.6ys/cm，所述缓蚀剂包括35wt%的三 氧化二锑和65wt%的亚硝酸钾，所述Si02纳米颗粒的平均粒径为40nm，所述阿拉伯胶的平 均分子量为2.6 X 105，所述聚乙二醇的平均分子量为1100。
[0034] 采用本实例3制备得到的太阳能供暖专用超导液在30°C温度下的导热系数可达 27.2ff/m · k〇
[0035] 〈实例 4>
[0036] 一种太阳能供暖专用超导液，其包括如下重量份组分:溴化镧58份;水47份;甘露 醇0.2份;聚乙二醇0.4份;阿拉伯胶0.4份;Si02纳米颗粒0.4份;缓蚀剂0.2份。
[0037]其中，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.9ys/cm，所述缓蚀剂包括45wt%的三 氧化二锑和55wt%的亚硝酸钾，所述Si02纳米颗粒的平均粒径为37nm，所述阿拉伯胶的平 均分子量为2.7 X 105，所述聚乙二醇的平均分子量为850。
[0038] 采用本实例4制备得到的太阳能供暖专用超导液在30°C温度下的导热系数可达 27.Off/m · k〇
[0039] 〈实例 5>
[0040] -种太阳能供暖专用超导液，其包括如下重量份组分:溴化镧52份;水41份;甘露 醇0.4份;聚乙二醇0.7份;阿拉伯胶0.2份;Si0 2纳米颗粒0.2份;缓蚀剂0.1份。
[0041 ]其中，所述水为纯水，所述纯水的电导率为1.4ys/cm，所述缓蚀剂包括34wt%的三 氧化二锑和66wt%的亚硝酸钾，所述Si02纳米颗粒的平均粒径为43nm，所述阿拉伯胶的平 均分子量为2.55 X 105，所述聚乙二醇的平均分子量为980。
[0042]采用本实例5制备得到的太阳能供暖专用超导液在30°C温度下的导热系数可达 26.9ff/m · k〇
[0043] 为了说明本发明的效果，发明人提供比较实验如下：
[0044] 〈比较例1>
[0045] 在太阳能供暖专用超导液的制备过程中，不添加甘露醇和聚乙二醇，其余参数与 实例2中的完全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例1制备得到的太阳能供暖专用超 导液在30°C温度下的导热系数为20.3W/m · k。
[0046] 〈比较例2>
[0047] 在太阳能供暖专用超导液的制备过程中，不添加甘露醇，其余参数与实例3中的完 全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例2制备得到的太阳能供暖专用超导液在30°C温 度下的导热系数为21.8W/m · k。
[0048] 〈比较例3>
[0049] 在太阳能供暖专用超导液的制备过程中，不添加 Si02纳米颗粒，其余参数与实例4 中的完全相同，工艺过程也完全相同。采用本比较例3制备得到的太阳能供暖专用超导液在 30°C温度下的导热系数为22.2W/m · k。
[0050] 〈比较例4>
[0051]在太阳能供暖专用超导液的制备过程中，不添加缓蚀剂，其余参数与实例5中的完 全相同，工艺过程也完全相同。于25°C条件下，将市售的同规格普通铁钉分别置于实例5制 备的超导液、本比较例4制备的超导液和纯水(电导率为1.4ys/cm)中，6个月后实例5制备的 溴化镧超导液中的铁钉未见腐蚀，纯水中的铁钉局部出现锈迹，而本比较例4中制备的溴化 镧超导液中的铁钉严重被腐蚀。
[0052]从上述各实例和比较例能够看出：
[0053]比较例1与实例相比，在溴化镧超导液中甘露醇和聚乙二醇的添加可有效强化热 传质过程，提高能量的利用效率；
[0054]比较例2与实例相比，传导液中甘露醇的添加在一定程度上可进一步增强聚乙二 醇的热传质作用；
[0055] 比较例3与实例相比，传导液中纳米颗粒Si02的添加也可提高传导液的传热传质 作用。
[0056] 比较例4与实例相比，溴化镧传导液对金属有一定的腐蚀作用，缓蚀剂的添加可有 效抑制溴化镧传导液对金属介质的腐蚀速度。
[0057]可见，本发明制备得到的传导液的传热系数显著高于水的传热系数(30°C，0.62W/ m · k)，快速进行温度的传递并通过暖气片表面向外辐射散热，仅需数分钟就可将暖气片加 热。
[0058]尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列 运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地 实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
【主权项】
1. 一种太阳能供暖专用超导液，其特征在于，包括如下重量份组分： 漠化铜 50~60份； 水 40~50份; 甘露醇 0.1~0.5份； 聚乙二醇 0.2~0.8份； 阿拉伯胶 0.1~0.5份； Si〇2纳米颗粒 0.1~0.5份； 缓蚀剂 化:1~0.3份。2. 如权利要求1所述的太阳能供暖专用超导液，其特征在于，所述水为纯水。3. 如权利要求2所述的太阳能供暖专用超导液，其特征在于，所述纯水的电导率小于化 s/cm。4. 如权利要求1所述的太阳能供暖专用超导液，其特征在于，所述缓蚀剂包括30~ 50wt%的Ξ氧化二錬和50~70wt%的亚硝酸钟。5. 如权利要求1所述的太阳能供暖专用超导液，其特征在于，所述Si化纳米颗粒的平均 粒径为36~45nm。6. 如权利要求1所述的太阳能供暖专用超导液，其特征在于，所述阿拉伯胶的平均分子 量为 2.5X105 ~2.8X105。7. 如权利要求1所述的太阳能供暖专用超导液，其特征在于，所述聚乙二醇的平均分子 量为800~1200。
【文档编号】C09K5/08GK106085373SQ201610426073
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王梦圆, 丰俊
【申请人】内蒙古旭力恒新能源开发有限公司