一种低熔点纳米熔盐传热蓄热介质及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于中高温传热蓄热的混合熔盐的配方，属于高新技术中物理传热储能技术领域。
【背景技术】
[0002]由于太阳能热发电可与低成本大规模的蓄热技术结合，可提供稳定的高品质电能，克服了风力和光伏电站由于无法大规模使用蓄电池而造成输电品质差，对电网冲击大的缺陷，被认为是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一，有可能成为将来的主力能源。
[0003]目前，在技术成熟的槽式太阳能热发电领域，商业化电站均采用导热油作为传热介质，这导致电站大规模化装机成本高、工作温度低、系统压力大、可靠性低、导热油寿命短、成本高，最终只能达到14%的年平均发电效率。
[0004]塔式太阳能热发电系统一般采用水蒸气或空气作为传热工质。水蒸气和空气高温下传热系数低且不均匀、系统压力非常高等缺点，这很大程度上降低了系统的可靠性，提高了系统投资和后期维护成本。
[0005]熔盐具有使用温度范围大，系统压力低，单位成本低，热性能优良等诸多优点，因此采用适宜的熔融盐作为传热蓄热介质，可以有效提升太阳能热发电系统的性能。具体体现在:首先，熔融盐工作温度较导热油等介质高出100°c左右，使得系统发电效率得以提高；其次，由于熔融盐的工作压力(约2个大气压左右)远低于导热油等介质的压力(10-20大气压)，使得太阳能热发电系统的可靠性得到提高；第三，采用熔融盐作为传热蓄热介质，同高温导热油相比，全寿命可由2年左右提高到20年以上，价格可由2-3万元/吨降至I万元/吨以下；第四，熔融盐蓄热是解决太阳能热发电蓄热问题的主要手段。
[0006]熔盐作为传热蓄热介质已经在太阳能热发电系统中得到了应用。现用熔盐的主要缺点是熔点较高(130-230°C )、比热小、热导率低。目前，已开发出KNO3-NaNO3-LiNO3-Ca(NO3) 2熔盐体系，其熔点在90°C左右，解决了熔盐熔点较高的问题。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提高低熔点混合熔盐的比热，从而增强系统蓄热能力和传热效率，降低太阳能热发电及工业蓄热成本。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型低熔点纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:它是由低熔点混合熔盐与纳米粒子复合制成；所述低熔点混合熔盐主要由硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙和硝酸锂组成；所述纳米粒子为金属氧化物或非金属氧化物的纳米粒子。
[0009]所述低熔点混合熔盐，各成分的质量百分比含量分别为:18-20被％硝酸钙，50-55wt %硝酸钾，9-10wt %硝酸钠，18-20wt %硝酸锂。
[0010]所述纳米粒子种类为Si02、A1203、Ti02、MgO纳米粒子中的一种或几种，粒径为5_60nmo
[0011]所述纳米粒子为所述新型低熔点纳米熔盐总质量的0.5% -5%。
[0012]本发明还提供了新型低熔点纳米熔盐传热蓄热介质的制备方法，包括如下步骤:
[0013](I)将低熔点混合熔盐放入马弗炉中加热至熔融状态；
[0014](2)将纳米粒子按比例加入到熔融的低熔点混合熔盐中，搅拌均匀后自然冷却得到新型低恪点纳米恪盐。
[0015]所述的低熔点混合熔盐主要由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂和硝酸钙组成；所述纳米粒子为金属或非金属氧化物的纳米粒子。
[0016]所述低熔点混合熔盐体系中，各成分的质量百分比含量分别为:18-20wt%硝酸钙，50-55￥丨％硝酸钾，9-10￥丨％硝酸钠，18-20￥丨％硝酸锂。
[0017]所述纳米粒子种类为Si02、A1203、Ti02、Mg0纳米粒子，粒径为5_60nm。
[0018]所述步骤⑵中纳米粒子按低熔点纳米熔盐总重量的0.5% -5%的比例加入；
[0019]所述步骤(2)中所述磁力搅拌50_70min，转速为300_600r/min。
[0020]本本发明的低熔点纳米熔盐在工业蓄能和太阳能光热发电中应用。
[0021]本发明的有益效果在于:
[0022]1、本发明技术方案制备的新型低熔点纳米熔盐熔点较低(熔点范围为:80—1300C )，分解温度较高(分解温度范围:570—690°C )，其应用在太阳能热发电系统中，将大大降低传热蓄热系统的成本，简化系统初始运行程序，不需要特殊的加热设备来防止熔盐的冻堵，增加了整个系统的安全稳定性。
[0023]2、本发明技术方案制备的新型低熔点纳米熔盐较低熔点混合熔盐体系，比热有明显提高，传热蓄热能力好，可广泛应用于太阳能光热发电技术领域。
【附图说明】
[0024]图1 S12低熔点纳米熔盐的DSC曲线。
[0025](低恪点盐:Si02纳米粒子="wt%: lwt% )
[0026]图2 S12低熔点纳米熔盐的TG曲线。
[0027]图3 S1jg熔点纳米熔盐的比热曲线。
[0028]图4 Al2O3低熔点纳米熔盐的DSC曲线。
[0029](低恪点盐:A1203纳米粒子="wt%: lwt% )
[0030]图5 Al2O3低熔点纳米熔盐的TG曲线。
[0031]图6 Al2O3低熔点纳米熔盐的比热曲线。
[0032]图7 T12低熔点纳米熔盐的DSC曲线。
[0033](低恪点盐:Ti02纳米粒子="wt%:1wt% )
[0034]图8 T12低熔点纳米熔盐的TG曲线。
[0035]图9 1102低熔点纳米熔盐的比热曲线。
【具体实施方式】
[0036]本发明提供一系列用做太阳能热发电系统中传热蓄热介质的低熔点纳米熔盐配方，该配方主要是由低熔点混合熔盐与纳米粒子复合制成，其中低熔点混合熔盐主要由硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂和硝酸钙组成；所述纳米粒子为金属或非金属氧化物的纳米粒子。所述低熔点混合熔盐体系中，各成分的质量百分比含量分别为:18-20被％硝酸钙，50-55wt%硝酸钾，9-1(^1:%硝酸钠，18-2(^1:%硝酸锂。所述纳米粒子种类为Si02、Al203、Ti02、Mg0纳米粒子，粒径为5-60nm。低熔点混合熔盐的熔点在90°C左右，分解温度高于600°C，其在液态时比热为1.5-1.6J/(g.k)左右。在低熔点混合熔盐中添加纳米粒子后，其熔点与分解温度不发生改变，但比热会有较大提高。
[0037]新型低熔点纳米熔盐的具体制备步骤如下:
[0038]按各成分的质量百分比含量将硝酸钾、硝酸钠、硝酸锂和硝酸钙组成KNO3-NaNO3-LINO3-Ca(NO3)2熔盐体系，加热搅拌均匀放入马弗炉中加热至熔融状态。
[0039]将纳米粒子按比例加入步骤⑴熔融的新型低熔点纳米熔盐体系中，使用磁力搅拌器搅拌该熔融混合物50-70min，搅拌均匀后自然冷却，得到均匀稳定新型低熔点纳米熔土卜
ΠΤΤ.0
[0040]实施例1
[0041]该种低熔点纳米熔盐由99wt%低熔点盐及lwt% S12纳米粒子组成，其中该低熔点盐由55*1:%硝酸钾、9*1:%硝酸钠、18*1:%硝酸锂和18wt%硝酸I丐组成，S12纳米粒子粒径为20nm。采用DSC(差示扫描量热技术)测试分析低熔点纳米熔盐的熔点，通过TG(热重)分析其分解温度，采用DIN51007标准方法分析其比热。结果显示，其熔点为114.1°C，分解温度为604°C，该配方低熔点纳米熔盐液态时比热约为1.8-2.0J/g.ko图1为该样品的DSC曲线。图2为该样品的TG曲线。图3为该样品的比热测试结果。
[0042]与纯低熔点混合熔盐相比，该配方低熔点纳米熔盐熔点提高约20°C，分解温度未发生较大变化，具有较宽的使用温度范围。
[0043]纯低熔点混合熔盐在液态时，比热约为1.5-1.7J/g.k，在250°C时，该配方低熔点纳米熔盐相对于纯低熔点混合熔盐，比热增加24%。
[0044]实施例2
[0045]该种低熔点纳米熔盐由99wt%低熔点盐及lwt% Al2O3纳米粒子组成，其中该低熔点盐由55wt %硝酸钾、9wt %硝酸钠、18wt %硝酸锂和18wt %硝酸|丐组成，Al2O3纳米粒子粒径为20nm。结果显示，其熔点为108.8°C，分解温度为595°C，该配方低熔点纳米熔盐液态时比热约为2.4-2.6J/g.k。图4为该样品的DSC曲线。图5为该样品的TG曲线。图6为该样品的比热测试结果。
[0046]与纯低熔点混合熔盐相比，该配方低熔点纳米熔盐熔点提高约20°C，分解温度未发生较大变化，具有较宽的使用温度范围与纯低熔点混合熔盐相比。
[0047]纯低熔点混合熔盐在液态时，比热约为2.4-2.6J/g.k，在250°C时，该配方低熔点纳米熔盐相对于纯低熔点混合熔盐，比热增加55%。
[0048]实施例3
[0049]该种低熔点纳米熔盐由99wt%低熔点盐及lwt% T12纳米粒子组成，其中该低熔点盐由55*1:%硝酸钾、9*1:%硝酸钠、18*1:%硝酸锂和18wt%硝酸I丐组成，T12纳米粒子粒径为20nm。结果显示，其熔点为112.2°C，分解温度为579°C，该配方低熔点纳米熔盐液态时其比热约为1.6-1.9J/g.k。图7为该样品的DSC曲线。图8为该样品的TG曲线。图9为该样品的比热测试结果。
[0050]与纯低熔点混合熔盐相比，该配方低熔点纳米熔盐熔点提高约20°C，分解温度略有降低，但仍是具有较宽的使用温度范围。
[0051]在300°C时，该配方低熔点纳米熔盐相对于纯低熔点混合熔盐，比热增加10%。
[0052]本发明保护范围不限于上述实施例，凡是依据本发明技术原理所做的技术变形均落入本发明的保护范畴。
【主权项】
1.一种低熔点纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:是由低熔点混合熔盐与纳米粒子复合制成；所述低熔点混合熔盐主要由硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙和硝酸锂组成；所述纳米粒子为金属氧化物或非金属氧化物的纳米粒子。2.按照权利要求1一种低熔点纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:所述低熔点混合熔盐，各成分的质量百分比含量分别为:18-20被％硝酸钙，50-55被％硝酸钾，9-10被％硝酸钠，18-20?丨％硝酸锂。3.按照权利要求1一种低恪点纳米恪盐传热蓄热介质，其特征在于:所述纳米粒子种类为Si02、A1203、Ti02、Mg0纳米粒子中的一种或几种，粒径为5-60nm。4.按照权利要求1一种低恪点纳米恪盐传热蓄热介质，其特征在于:所述纳米粒子为所述低熔点纳米熔盐总质量的0.5% -5%。5.制备权利要求1-4任一项所述低恪点纳米恪盐传热蓄热介质的方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将低熔点混合熔盐放入马弗炉中加热至熔融状态； (2)将纳米粒子按比例加入到熔融的低熔点混合熔盐中，搅拌均匀后自然冷却得到新型低熔点纳米熔盐。6.按照权利要求5的方法，其特征在于，所述步骤⑵中所述磁力搅拌50-70min，转速为 300-600r/min。
【专利摘要】一种低熔点纳米熔盐传热蓄热介质及制备方法，属于高新技术中物理传热储能技术领域。是由低熔点混合熔盐与纳米粒子复合制成；所述低熔点混合熔盐主要由硝酸钾、硝酸钠、硝酸钙和硝酸锂组成；所述纳米粒子为金属氧化物或非金属氧化物的纳米粒子。本发明制备的新型低熔点纳米熔盐熔点在80-130℃、分解温度在600℃左右，相对于低熔点混合熔盐，其使用温度范围并未发生较大改变，但其比热有明显提高，提高率约10％-60％。
【IPC分类】F25D21/06, C09K5/12
【公开号】CN105222477
【申请号】CN201510233093
【发明人】吴玉庭, 张璐迪, 马重芳, 陈夏, 任楠
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年5月8日