多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用。本发明所提供的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于：它是由多元硝酸熔盐体系与纳米粒子复合制成；所述多元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸铯组成；所述纳米粒子为金属或非金属氧化物的纳米粒子。本发明制备的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质既有硝酸熔盐的传热性能，又提高了安全工作温度上限至600°C，使用温度范围更宽，热稳定性好。本发明制备的熔盐传热蓄热介质的吸热及蓄热能力好，导热系数明显提高，导热性能大大增加，可广泛用于太阳能光热发电【技术领域】。
【专利说明】多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及热量储存及传递【技术领域】，尤其涉及多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002]在工业蓄能和太阳能高温蓄热技术中，目前使用的蓄热传热介质主要有空气、水、导热油、熔融盐、钠和铝等金属。熔盐因具有广泛的使用温度范围，低蒸汽压，低粘度，良好的稳定性，低成本等诸多特性已成为太阳能光热发电技术中颇具潜力的传热蓄热介质，成为目前应用较多，较为成熟的传热蓄热介质。高温熔融盐主要有硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氟化物、氯化物、氧化物等。
[0003]硝酸熔盐体系的突出优点是原料来源广泛、价格低廉、腐蚀性小，因此与其他熔盐相比，硝酸熔盐具有很大的优势。其中的多元硝酸熔盐的低熔点比较理想，利于降低保温能耗，十分诱人，但是多元硝酸熔盐体系存在上限工作温度偏低、溶解热较小、热导率低的缺点。
[0004]为了解决上述问题，中国专利申请00111406.9公开了一种LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2体系，其工作温度范围为250° C-550。C，这个体系的上限工作温度达到550° C，但其下限工作温度也被提高，导致云遮时维护成本增大，而且LiNO3的加入使得其腐蚀性增大，成本增高。
[0005]美国专利US007588694B1 公开了一种 LiNO3-KNO3-NaNO3-Ca (NO3)2 体系,其熔点低于100° C，上限 使用温度高于500° C，但是LiNO3的加入增加了熔盐的腐蚀性和成本，且硝酸钙热稳定性差，高温分解放出气体。
【发明内容】
[0006]根据上述领域存在的缺陷，本发明在多元硝酸熔盐中加入导热系数高的金属氧化物或非金属氧化物纳米粒子，制备复合相变熔盐材料。纳米粒子与毫米或者微米级固体粒子相比，具有更大的比表面积，使粒子与基体材料间的换热面积增大，同时纳米粒子的导热系数远比基体材料大,纳米颗粒的加入改变了基体材料的结构,增强了混合物内部的能量传递过程，使得导热系数增大。
[0007]本发明的目的是提供一种多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法。本发明所提供的传热蓄热介质能克服现有技术中多元硝酸熔盐上限工作温度和导热率低的缺点，大大拓宽了多元硝酸熔盐体系的工作温度范围，可广泛用于工业蓄能和太阳能光热发电【技术领域】。
[0008]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0009]本发明提供了一种多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:它是由多元硝酸熔盐体系与纳米粒子复合制成；所述多元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸铯组成；所述纳米粒子为金属氧化物或非金属氧化物的纳米粒子。[0010]所述多元硝酸熔盐体系中，各成分的质量百分比含量分别为:硝酸钾20%-60%，硝酸钠10%-20%，亚硝酸钠10%-50%，硝酸铯5%-10%。
[0011]所述纳米粒子为平均粒径10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
[0012]所述纳米粒子为所述多元硝酸熔盐体系总质量的1%_5%。
[0013]本发明还提供了一种多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的制备方法，包括如下步骤:
[0014]( I)将多元硝酸纳米熔盐体系放入真空加热炉中加热使其成熔融状态；
[0015](2)将纳米粒子按比例加入到熔融的多元硝酸纳米熔盐体系中，磁力搅拌均匀后超声保温，得到高温熔融盐；
[0016](3)将所述高温熔融盐自然冷却，即得到多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质；
[0017]所述多元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸铯组成；所述纳米粒子为金属或非金属氧化物的纳米粒子。
[0018]所述多元硝酸熔盐体系中，各成分的质量百分比含量分别为:硝酸钾20%_60%，硝酸钠10%-20%，亚硝酸钠10%-50%，硝酸铯5%-10% ；
[0019]所述纳米粒子为平均粒径10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
[0020]所述步骤(1)中加热温度为熔盐相变温度以上80°C _120°C。
[0021]所述步骤(2)中所 述纳米粒子按多元硝酸熔盐体系总重量的1%~5%的比例加入；
[0022]所述步骤(2)中所述磁力搅拌0.5-lh，保温超声0.5_2h。
[0023]所述的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质在工业蓄能和太阳能光电发热中应用也属于本发明的保护范围。
[0024]本发明还提供了一种多元硝酸熔盐，由如下质量百分比含量的物质组成:硝酸钾20%-60%，硝酸钠 10%-20%，亚硝酸钠 10%-50%，硝酸铯 5%_10%。
[0025]本发明制备的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质既有硝酸熔盐的传热性能，又提高了安全工作温度上限至600° C，使用温度范围更宽，热稳定性好。
[0026]本发明制备的熔盐传热蓄热介质的吸热及蓄热能力好，导热系数明显提高，导热性能大大增加，可广泛用于太阳能光热发电【技术领域】。
【具体实施方式】
[0027]下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
[0028]实施例1、本发明多元硝酸纳米熔盐的制备方法及性能测试
[0029]所用的材料:Si02、ZnO、A1203、TiO2,MgO 纳米粒子
[0030]采用气相法制备金属氧化物纳米粒子ZnO、A1203、TiO2和MgO，以及非金属氧化物纳米粒子SiO2。
[0031]一、多元硝酸纳米熔盐的制备步骤如下:
[0032](I)按各成分的质量百分比含量将硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸铯组成KNO3-NaNO3-NaNO2-CsNO3熔盐体系，加热搅拌均匀放入真空加热炉中加热除气除水使其成熔融状态，加热温度为熔盐相变温度以上80-120°C。
[0033](2)将纳米粒子按比例加入步骤(1)熔融的多元硝酸纳米熔盐体系中，磁力搅拌该熔融混合物0.5-lh，保温超声0.5-lh，得到高温熔融盐；[0034](3)将步骤(2)的高温熔融盐自然冷却，即制得均匀稳定的多元硝酸纳米熔盐。
[0035]根据以上制备步骤及以下表1的配比制备得到一系列多元硝酸纳米熔盐。表1为本发明不同编号的多元硝酸纳米熔盐的配方以及配方中纳米粒子的粒径，以及根据现有技术在三元硝酸熔盐中加入第四种成分所得的硝酸熔盐的配方(Xl)和四元硝酸熔盐的配方(X2)
[0036]其中，申请号为200710027954.1的中国发明专利公开一种熔融盐传热虚热介质及其制备方法，Xi为发明人根据其说明书实施例1所记载的配方和制备方法所得的带添加剂的硝酸熔盐；
[0037]申请号为00111406.9的中国发明专利公开了一种(LiNO3-KNO3-NaNO3-NaNO2)混合熔盐及制备方法，X2为发明人根据其申请文件所记载的配方和制备方法所得的四元硝酸熔盐。
[0038]表1多元硝酸纳米熔盐配方
[0039]
【权利要求】
1.一种多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:它是由多元硝酸熔盐体系与纳米粒子复合制成；所述多元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸铯组成；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.根据权利要求1所述的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:所述多元硝酸熔盐体系中，各成分的质量百分比含量分别为:硝酸钾20%_60%，硝酸钠10%_20%，亚硝酸钠 10%-50%，硝酸铯 5%-10%。
3.根据权利要求1所述的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:所述纳米粒子为平均粒径10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
4.根据权利要求1-3中任一所述的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于:所述纳米粒子为所述多元硝酸熔盐体系总质量的1%_5%。
5.一种多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的制备方法，包括如下步骤: (1)将多元硝酸纳米熔盐体系放入真空加热炉中加热使其成熔融状态； (2)将纳米粒子按比例加入到熔融的多元硝酸纳米熔盐体系中，磁力搅拌均匀后超声保温，得到高温熔融盐； (3)将所述高温熔融盐自然冷却，即得到多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质； 所述多元硝酸熔盐体系主要由硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和硝酸铯组成；所述纳米粒子为金属或非金属氧化物的纳米粒子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:` 所述多元硝酸熔盐体系中，各成分的质量百分比含量分别为:硝酸钾20%-60%，硝酸钠10%-20%，亚硝酸钠 10%-50%，硝酸铯 5%-10% ； 所述纳米粒子为平均粒径10-30nm的Si02、ZnO、A1203、TiO2和/或MgO粒子。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)中加热温度为熔盐相变温度以上80°C -120°C。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于: 所述步骤(2)中所述纳米粒子按多元硝酸熔盐体系总重量的1%~5%的比例加入； 所述步骤(2)中所述磁力搅拌0.5-lh，保温超声0.5-2h。
9.权利要求1所述的多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质在工业蓄能和太阳能光电发热中应用。
10.一种多元硝酸熔盐，由如下质量百分比含量的物质组成:硝酸钾20%-60%，硝酸钠10%-20%，亚硝酸钠 10%-50%，硝酸铯 5%-10%。
【文档编号】C09K5/12GK103881663SQ201310053597
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2013年2月19日
【发明者】曾智勇 申请人:深圳市爱能森科技有限公司