一种传热工质及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物理传热工质技术，具体涉及一种传热工质及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚光太阳能热发电作为一种新型发电模式，由于其规模相对较大且清洁环保的特点，具有相当可观的商业可行性和应用前景，传热蓄热技术是影响其发电规模以及发电效率的核心技术之一，而如何选择合适的传热介质又是传热蓄热技术中尤为重要的关键环节之一O
[0003]熔盐是无机盐的熔融体，由于其具备包括使用范围广、黏度低、导热系数大、热容量大和化学稳定性好等在内的明显优点，近年来广泛应用于聚光太阳能热发电系统。而目前投入熔盐的使用温度上限为600°C，如果超出了温度上限，一方面熔盐的性能会变得不稳定，传热蓄热技术的工作可靠性下降；另一方面，系统容易发生管道堵塞、甚至是爆管等严重事故，安全性下降，且在不同程度上会影响系统的使用寿命。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种传热工质及其制备方法，旨在优化传热工质的工作温度范围，提高其工作稳定性。
[0005]本发明采用的技术方案具体为:
[0006]—种传热工质，包括纳米颗粒和熔盐，所述纳米颗粒均匀地分散于所述熔盐，形成共晶状结构；其中:
[0007]所述熔盐由若干种溴化盐混合组成；
[0008]所述纳米颗粒占所述熔盐的质量百分比为0.1?2.0%。
[0009]在上述传热工质中，所述纳米颗粒的粒径为10?50nm。
[0010]在上述传热工质中，所述纳米颗粒为纳米二氧化娃、碳纳米管、纳米三氧化二招或者石墨烯和纳米氧化铜中的一种或者多种。
[0011]在上述传热工质中，所述熔盐的组分包括NaBr、Ca (Br) 2、KBr和LiBr，上述各组分按照以下重量配比均匀混合而成=NaBr:3?25份；Ca(Br)2:4?25份；KBr:25?67份；LiBr:16 ?50 份。
[0012]—种传热工质的制备方法，包括如下步骤:
[0013]I)原料配备:按照熔盐的各溴化盐组分以及重量配比，配取混合均匀的原料一；按照传热工质的组分以及重量配比，称取相应比例的混合原料一和纳米颗粒；
[0014]2)传热工质液的制备:
[0015]i)将步骤I)中称取的纳米颗粒加入蒸馏水中，用超声振荡器对其震荡搅拌2_9h，加入一定量的分散剂之后，再用超声振荡器对其进行震荡2_9h，直至使纳米颗粒均匀地分散在蒸馏水中，形成悬浊液一；
[0016]ii)向悬浊液一中加入步骤I)中称取好的原料一，用超声振荡器进行震荡l_3h，使原料一与悬池液一充分混合，形成悬池液二，为工质液；
[0017]iii)将工质液放入干燥箱中蒸干，直至形成纳米熔盐晶体，即传热工质。
[0018]在上述传热工质的制备方法中，在步骤i)中，所述分散剂的质量为所述纳米颗粒的5?10倍。
[0019]在上述传热工质的制备方法中，所述分散剂为阿拉伯树胶粉。
[0020]在上述传热工质的制备方法中，在步骤iii)中，所述干燥箱的蒸干过程为:
[0021]首先在温度为100?200°C的条件下进行，直至工质液中的蒸馏水全部蒸干，原料一结晶；
[0022]原料一结晶之后，再以200?350°C的温度干燥I?8h，用于去除原料一中的结晶水。
[0023]本发明产生的有益效果是:
[0024]本发明的传热工质由于引入了纳米颗粒，在一定程度上降低了高温熔盐(溴化盐)的熔点，热容得以显著增大，强化了熔盐的传热和蓄热能力，同时，纳米颗粒的添加增强了高温熔盐的热稳定性，可以更好地满足太阳能热发电传热(及高温热管传热)对传热和/或性能要求；
[0025]根据传热工质的具体配比调整其工作温度，在工作温度范围内，传热工质既不易与如不锈钢等金属材料发生化学反应，具有良好的热稳定性；也不会因与多数流体发生化学反应而产生不燃烧现象或者发生爆炸等烈性事故，且工质在使用过程中也不会产生有毒有害气体，具有良好的安全性能。
【附图说明】
[0026]
[0027]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0028]图1为本发明一种传热工质的熔点变化曲线；
[0029]图2为本发明一种传热工质的熔化潜热变化曲线；
[0030]图3为本发明一种传热工质的热重变化曲线。
【具体实施方式】
[0031]下面说明书附图以及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0032]—种传热工质，主要包括纳米颗粒和熔盐，纳米颗粒均匀地分散于熔盐，形成共晶状结构；其中:
[0033]熔盐由若干种溴化盐混合组成；
[0034]纳米颗粒占所述熔盐的质量百分比为0.1?2.0% (如0.1?1.5% )；
[0035]纳米颗粒的粒径为10?50nm。
[0036]作为一种较佳选择，纳米颗粒可以为纳米二氧化硅、碳纳米管、纳米三氧化二铝或者石墨烯和纳米氧化铜中的一种或者多种。
[0037]熔盐的组分包括NaBr、Ca (Br)2, KBr和LiBr，上述各组分按照以下几种重量配比均匀混合而成:
[0038]l)NaBr:5 ?20 份；Ca(Br)2:6 ?20 份；KBr:30 ?60 份；LiBr:20 ?40 份。
[0039]2)NaBr: 10 ?25 份；Ca(Br)2:15 ?25 份；KBr:25 ?40 份；LiBr:16 ?30 份。
[0040]3)NaBr:5 ?15 份；Ca(Br)2:5 ?20 份；KBr:40 ?67 份；LiBr:30 ?50 份。
[0041]4)NaBr:5 份；Ca(Br)2:18 份；KBr:27 份；LiBr:50 份。
[0042]5)NaBr:5 份；Ca(Br)2:18 份；KBr:27 份；LiBr:50 份，均匀混合后备用。
[0043]作为一种具体实施例，传热工质的制备方法为:
[0044]首先需要准备原料，具体地:
[0045]按照上述5)对应的组分及其配比混合均匀后，制得100克备用的混合溴化盐，将其分为六等份，为第一原料组；以粒径为1nm的二氧化硅颗粒作为备用的纳米颗粒，针对上述每一等份的混合溴化盐，分别称取质量分数为0.1%,0.3%,0.5%,0.7%、1.0%和
1.5%的纳米颗粒，为第二原料组；以及分别称取质量为每组粒纳米颗粒6倍的阿拉伯树胶粉，作为分散剂组；
[0046]基于上述原料准备，进行工质液的制备，具体地:
[0047]将第二原料组中的纳米颗粒分别加入蒸馏水中，用超声振荡器进行震荡3h(2?9h)，使纳米颗粒在蒸馏水中均匀分布，形成第一悬浊液组；
[0048]在第一悬浊液组中对应加入分散剂组，用超声振荡器进行震荡5h(2?9h)，使分散剂在纳米颗粒的悬浊液中均匀分布，形成第二悬浊液组；
[0049]向第二悬浊液组中对应加入第一原料组，用超声振荡器进行震荡3h(l?3h)，使作为熔盐的混合溴化盐在对应的第二悬浊液组中充分溶解，形成工质液；
[0050]对工质液进行干燥，即制得传热工质，具体地:
[0051]首先将工质液放入干燥箱中，在100?200°C的干燥温度下将其蒸干，使高温熔盐和纳米颗粒结晶；
[0052]进一步，将上述结晶状工质在200 (200?350°C )的干燥温度下干燥2h (I?8h)，去除混合混合溴化盐中的结晶水，即得到本发明的传热工质，即混合纳米颗粒的溴化盐。
[0053]采用同步热分析仪对经上述方法制备的6组传热工质的DSC-TG特性进行分析，得到图1-3的熔点、熔化潜热以及热重变化曲线。图中的二氧化硅的浓度为0%指的是纯粹混合溴化盐时的特性值，即纯粹混合溴化盐的熔化起始温度点为305.8°C，峰值温度为313.2°C，终止温度点为318.1°C，熔化潜热为24.83J.g \分解温度为798.4°C。
[0054]向作为高温熔盐的混合溴化盐中混合入纳米二氧化硅颗粒后，随着纳米二氧化硅浓度的增大，从图1中可以看出其熔点呈减小趋势；从图2中可以看出其熔化潜热呈增大趋势；从图3中可以看到，当纳米二氧化硅的浓度在0.1?0.7%之间时，分解温度不断升高，并且在纳米二氧化硅浓度在0.7%时达到最高；纳米二氧化硅浓度在0.7% -1.5%之间时，分解温度呈下降趋势，并且在纳米二氧化硅浓度在1.5%时下降至最低，但此时的分解温度仍然高于未引入纳米二氧化硅时的高温熔盐的分解温度(798.4°C )。
[0055]以上结合本发明的附图和实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种传热工质，其特征在于，包括纳米颗粒和熔盐，所述纳米颗粒均匀地分散于所述熔盐，形成共晶状结构；其中: 所述熔盐由若干种溴化盐混合组成； 所述纳米颗粒占所述熔盐的质量百分比为0.1?2.0%。2.根据权利要求1所述的传热工质，其特征在于，所述纳米颗粒的粒径为10?50nm。3.根据权利要求1所述的传热工质，其特征在于，所述纳米颗粒为纳米二氧化硅、碳纳米管、纳米三氧化二铝或者石墨烯和纳米氧化铜中的一种或者多种。4.根据权利要求1所述的传热工质，其特征在于，所述熔盐的组分包括NaBr、Ca(Br)2、KBr和LiBr，上述各组分按照以下重量配比均勾混合而成:NaBr:3?25份；Ca(Br)2:4?25 份；KBr:25 ?67 份；LiBr:16 ?50 份。5.一种传热工质的制备方法，包括如下步骤: 1)原料配备:按照熔盐的各溴化盐组分以及重量配比，配取混合均匀的原料一；按照传热工质的组分以及重量配比，称取相应比例的混合原料一和纳米颗粒； 2)传热工质的制备: i)将步骤I)中称取的纳米颗粒加入蒸馏水中，用超声振荡器对其震荡搅拌2-9h，加入一定量的分散剂之后，再用超声振荡器对其进行震荡2-9h，直至使纳米颗粒均匀地分散在蒸馏水中，形成悬浊液一； ?)向悬浊液一中加入步骤I)中称取好的原料一，用超声振荡器进行震荡l_3h，使原料一与悬池液一充分混合，形成悬池液二，为工质液； iii)将工质液放入干燥箱中蒸干，直至形成纳米熔盐晶体，即传热工质。6.根据权利要求5所述的传热工质的制备方法，其特征在于，在步骤i)中，所述分散剂的质量为所述纳米颗粒的5?10倍。7.根据权利要求5所述的传热工质的制备方法，其特征在于，所述分散剂为阿拉伯树胶粉。8.根据权利要求5所述的传热工质的制备方法，其特征在于，在步骤iii)中，所述干燥箱的蒸干过程为: 首先在温度为100?200°C的条件下进行，直至工质液中的蒸馏水全部蒸干，原料一结晶; 原料一结晶之后，再以200?350°C的温度干燥I?8h，用于去除原料一中的结晶水。
【专利摘要】本发明提供一种传热工质及其制备方法，传热工质包括纳米颗粒和熔盐，所述纳米颗粒均匀地分散于所述熔盐，形成共晶状结构；其中：所述熔盐由若干种溴化盐混合组成；所述纳米颗粒占所述熔盐的质量百分比为0.1～2.0％。本发明的传热工质利用纳米颗粒所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等特性，使混合溴化盐的热物性发生了显著变化，在其使用温度范围内不易与如不锈钢等金属材料发生化学反应，也不易因与多数流体发生化学反应而发生不燃烧或者爆炸等烈性事故，且传热工质的制备方法工艺简单，借助分散剂和超声震荡技术，使得纳米颗粒在水中的分散更加充分。
【IPC分类】C09K5/12
【公开号】CN105199676
【申请号】CN201510703706
【发明人】熊亚选, 栗博, 史建峰, 乔萃杰, 陈红兵, 徐鹏, 李德英
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月26日