多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明所提供的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于：它是由多元硝酸熔鹽體系與納米粒子復(fù)合制成；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬或非金屬氧化物的納米粒子。本發(fā)明制備的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)既有硝酸熔鹽的傳熱性能，又提高了安全工作溫度上限至600°C，使用溫度范圍更寬，熱穩(wěn)定性好。本發(fā)明制備的熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的吸熱及蓄熱能力好，導(dǎo)熱系數(shù)明顯提高，導(dǎo)熱性能大大增加，可廣泛用于太陽能光熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱量?jī)?chǔ)存及傳遞【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)蓄能和太陽能高溫蓄熱技術(shù)中，目前使用的蓄熱傳熱介質(zhì)主要有空氣、水、導(dǎo)熱油、熔融鹽、鈉和鋁等金屬。熔鹽因具有廣泛的使用溫度范圍，低蒸汽壓，低粘度，良好的穩(wěn)定性，低成本等諸多特性已成為太陽能光熱發(fā)電技術(shù)中頗具潛力的傳熱蓄熱介質(zhì)，成為目前應(yīng)用較多，較為成熟的傳熱蓄熱介質(zhì)。高溫熔融鹽主要有硝酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氟化物、氯化物、氧化物等。
[0003]硝酸熔鹽體系的突出優(yōu)點(diǎn)是原料來源廣泛、價(jià)格低廉、腐蝕性小，因此與其他熔鹽相比，硝酸熔鹽具有很大的優(yōu)勢(shì)。其中的多元硝酸熔鹽的低熔點(diǎn)比較理想，利于降低保溫能耗，十分誘人，但是多元硝酸熔鹽體系存在上限工作溫度偏低、溶解熱較小、熱導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。
[0004]為了解決上述問題，中國(guó)專利申請(qǐng)00111406.9公開了一種LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2體系，其工作溫度范圍為250° C-550。C，這個(gè)體系的上限工作溫度達(dá)到550° C，但其下限工作溫度也被提高，導(dǎo)致云遮時(shí)維護(hù)成本增大，而且LiNO3的加入使得其腐蝕性增大，成本增高。
[0005]美國(guó)專利US007588694B1 公開了一種 LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca (NO3)2 體系,其熔點(diǎn)低于100° C，上限 使用溫度高于500° C，但是LiNO3的加入增加了熔鹽的腐蝕性和成本，且硝酸鈣熱穩(wěn)定性差，高溫分解放出氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)上述領(lǐng)域存在的缺陷，本發(fā)明在多元硝酸熔鹽中加入導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬氧化物或非金屬氧化物納米粒子，制備復(fù)合相變?nèi)埯}材料。納米粒子與毫米或者微米級(jí)固體粒子相比，具有更大的比表面積，使粒子與基體材料間的換熱面積增大，同時(shí)納米粒子的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)比基體材料大,納米顆粒的加入改變了基體材料的結(jié)構(gòu),增強(qiáng)了混合物內(nèi)部的能量傳遞過程，使得導(dǎo)熱系數(shù)增大。
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法。本發(fā)明所提供的傳熱蓄熱介質(zhì)能克服現(xiàn)有技術(shù)中多元硝酸熔鹽上限工作溫度和導(dǎo)熱率低的缺點(diǎn)，大大拓寬了多元硝酸熔鹽體系的工作溫度范圍，可廣泛用于工業(yè)蓄能和太陽能光熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]本發(fā)明提供了一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:它是由多元硝酸熔鹽體系與納米粒子復(fù)合制成；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬氧化物或非金屬氧化物的納米粒子。[0010]所述多元硝酸熔鹽體系中，各成分的質(zhì)量百分比含量分別為:硝酸鉀20%-60%，硝酸鈉10%-20%，亞硝酸鈉10%-50%，硝酸銫5%-10%。
[0011]所述納米粒子為平均粒徑10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
[0012]所述納米粒子為所述多元硝酸熔鹽體系總質(zhì)量的1%_5%。
[0013]本發(fā)明還提供了一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟:
[0014]( I)將多元硝酸納米熔鹽體系放入真空加熱爐中加熱使其成熔融狀態(tài)；
[0015](2)將納米粒子按比例加入到熔融的多元硝酸納米熔鹽體系中，磁力攪拌均勻后超聲保溫，得到高溫熔融鹽；
[0016](3)將所述高溫熔融鹽自然冷卻，即得到多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)；
[0017]所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬或非金屬氧化物的納米粒子。
[0018]所述多元硝酸熔鹽體系中，各成分的質(zhì)量百分比含量分別為:硝酸鉀20%_60%，硝酸鈉10%-20%，亞硝酸鈉10%-50%，硝酸銫5%-10% ；
[0019]所述納米粒子為平均粒徑10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
[0020]所述步驟(1)中加熱溫度為熔鹽相變溫度以上80°C _120°C。
[0021]所述步驟(2)中所 述納米粒子按多元硝酸熔鹽體系總重量的1%~5%的比例加入；
[0022]所述步驟(2)中所述磁力攪拌0.5-lh，保溫超聲0.5_2h。
[0023]所述的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)在工業(yè)蓄能和太陽能光電發(fā)熱中應(yīng)用也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]本發(fā)明還提供了一種多元硝酸熔鹽，由如下質(zhì)量百分比含量的物質(zhì)組成:硝酸鉀20%-60%，硝酸鈉 10%-20%，亞硝酸鈉 10%-50%，硝酸銫 5%_10%。
[0025]本發(fā)明制備的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)既有硝酸熔鹽的傳熱性能，又提高了安全工作溫度上限至600° C，使用溫度范圍更寬，熱穩(wěn)定性好。
[0026]本發(fā)明制備的熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的吸熱及蓄熱能力好，導(dǎo)熱系數(shù)明顯提高，導(dǎo)熱性能大大增加，可廣泛用于太陽能光熱發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]實(shí)施例1、本發(fā)明多元硝酸納米熔鹽的制備方法及性能測(cè)試
[0029]所用的材料:Si02、ZnO、A1203、TiO2,MgO 納米粒子
[0030]采用氣相法制備金屬氧化物納米粒子ZnO、A1203、TiO2和MgO，以及非金屬氧化物納米粒子SiO2。
[0031]一、多元硝酸納米熔鹽的制備步驟如下:
[0032](I)按各成分的質(zhì)量百分比含量將硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3熔鹽體系，加熱攪拌均勻放入真空加熱爐中加熱除氣除水使其成熔融狀態(tài)，加熱溫度為熔鹽相變溫度以上80-120°C。
[0033](2)將納米粒子按比例加入步驟(1)熔融的多元硝酸納米熔鹽體系中，磁力攪拌該熔融混合物0.5-lh，保溫超聲0.5-lh，得到高溫熔融鹽；[0034](3)將步驟(2)的高溫熔融鹽自然冷卻，即制得均勻穩(wěn)定的多元硝酸納米熔鹽。
[0035]根據(jù)以上制備步驟及以下表1的配比制備得到一系列多元硝酸納米熔鹽。表1為本發(fā)明不同編號(hào)的多元硝酸納米熔鹽的配方以及配方中納米粒子的粒徑，以及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在三元硝酸熔鹽中加入第四種成分所得的硝酸熔鹽的配方(Xl)和四元硝酸熔鹽的配方(X2)
[0036]其中，申請(qǐng)?zhí)枮?00710027954.1的中國(guó)發(fā)明專利公開一種熔融鹽傳熱虛熱介質(zhì)及其制備方法，Xi為發(fā)明人根據(jù)其說明書實(shí)施例1所記載的配方和制備方法所得的帶添加劑的硝酸熔鹽；
[0037]申請(qǐng)?zhí)枮?0111406.9的中國(guó)發(fā)明專利公開了一種(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)混合熔鹽及制備方法，X2為發(fā)明人根據(jù)其申請(qǐng)文件所記載的配方和制備方法所得的四元硝酸熔鹽。
[0038]表1多元硝酸納米熔鹽配方
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:它是由多元硝酸熔鹽體系與納米粒子復(fù)合制成；所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述多元硝酸熔鹽體系中，各成分的質(zhì)量百分比含量分別為:硝酸鉀20%_60%，硝酸鈉10%_20%，亞硝酸鈉 10%-50%，硝酸銫 5%-10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述納米粒子為平均粒徑10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于:所述納米粒子為所述多元硝酸熔鹽體系總質(zhì)量的1%_5%。
5.一種多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟: (1)將多元硝酸納米熔鹽體系放入真空加熱爐中加熱使其成熔融狀態(tài)； (2)將納米粒子按比例加入到熔融的多元硝酸納米熔鹽體系中，磁力攪拌均勻后超聲保溫，得到高溫熔融鹽； (3)將所述高溫熔融鹽自然冷卻，即得到多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)； 所述多元硝酸熔鹽體系主要由硝酸鉀、硝酸鈉、亞硝酸鈉和硝酸銫組成；所述納米粒子為金屬或非金屬氧化物的納米粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:` 所述多元硝酸熔鹽體系中，各成分的質(zhì)量百分比含量分別為:硝酸鉀20%-60%，硝酸鈉10%-20%，亞硝酸鈉 10%-50%，硝酸銫 5%-10% ； 所述納米粒子為平均粒徑10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于:所述步驟(1)中加熱溫度為熔鹽相變溫度以上80°C -120°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于: 所述步驟(2)中所述納米粒子按多元硝酸熔鹽體系總重量的1%~5%的比例加入； 所述步驟(2)中所述磁力攪拌0.5-lh，保溫超聲0.5-2h。
9.權(quán)利要求1所述的多元硝酸納米熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)在工業(yè)蓄能和太陽能光電發(fā)熱中應(yīng)用。
10.一種多元硝酸熔鹽，由如下質(zhì)量百分比含量的物質(zhì)組成:硝酸鉀20%-60%，硝酸鈉10%-20%，亞硝酸鈉 10%-50%，硝酸銫 5%-10%。
【文檔編號(hào)】C09K5/12GK103881663SQ201310053597
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月19日
【發(fā)明者】曾智勇 申請(qǐng)人:深圳市愛能森科技有限公司