一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用，属于热量储存及传递技术领域。本发明专利技术碳酸纳米熔盐传热蓄热介质含有由碳酸钾，碳酸钠，碳酸锂和氯化钠形成的碳酸熔盐体系，其特征在于，在所述碳酸熔盐体系中加入纳米粒子，所述纳米粒子为金属氧化物和/或非金属氧化物；所述纳米粒子分散到碳酸熔盐体系，复合形成碳酸纳米熔盐传热蓄热介质。本发明专利技术的碳酸纳米熔盐的熔点低，上限使用温度最高达800℃，热稳定性好，导热性能高，非常适合用于工业蓄能、太阳能光热发电的蓄热传热系统。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用
本专利技术属于热量储存及传递
，涉及一种蓄热传热复合介质，特别涉及一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用。
技术介绍
在工业蓄能和太阳能光热发电技术中，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。高温熔融盐主要有碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氟化物、氯化物、氧化物等。现有的硝酸熔盐混合体系具有熔点低、热稳定好，对容器和管路材料腐蚀性小等优点，比较适合用作太阳能热发电用传热蓄热介质。然而，硝酸熔盐体系存在溶解热较小和热导率低的缺点，在高温下容易分解，其上限使用温度一般不超过600℃，不适合600～800℃范围内的太阳能高温应用。因此有必要开发用于太阳能中高温利用的传热蓄热材料。碱金属碳酸盐熔点高、热稳定性好、上限使用温度高，是这一温度范围的首选熔盐材料。然而，其下限使用温度也相应提高，耗能致使维护成本变高。申请号为200810027638.9的中国专利公开了一种添加了氯化物的碳酸熔盐体系（Na2CO3,K2CO3,NaCl,KCl），上限温度高达800℃，可以很好的满足太阳能高温传热蓄热的要求，比较理想，但是熔点567℃使下限温度过高，耗能保温造成维护成本太高。中国专利200910037348.7公开了一种含锂碳酸熔盐体系（Na2CO3,K2CO3,NaCl,Li2CO3），所采用的添加剂氯化钠和碳酸锂有效维持体系高的安全使用温度上限，且熔点降低至390℃。但是在实际应用中，这样的熔点还是偏高，容易造成管路阻塞或者维护成本过高，如何有效降低碳酸熔盐的熔点是目前太阳能光热发电蓄热所面临的一个重要问题。
技术实现思路
根据上述领域的缺陷和不足，本专利技术提供一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用，所述传热蓄热介质热稳定性好，并且具有较高的安全工作温度上限和导热系数，较低的熔点大大拓宽了碳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
一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质，含有由碳酸钾，碳酸钠，碳酸锂和氯化钠形成的碳酸熔盐体系，其特征在于，在所述碳酸熔盐体系中加入纳米粒子，所述纳米粒子为金属氧化物和/或非金属氧化物；所述纳米粒子分散到碳酸熔盐体系，复合形成碳酸纳米熔盐传热蓄热介质。该碳酸纳米熔盐传热蓄热介质工作温度宽，使用时，温度均匀，导热效果好。所述纳米粒子选自SiO2纳米粒子、ZnO纳米粒子、Al2O3纳米粒子、TiO2纳米粒子、MgO纳米粒子、CaO纳米粒子中的一种或多种。与现有技术水平的碳酸熔盐传热蓄热介质相比，上述纳米粒子的加入，减少了本专利技术碳酸纳米熔盐传热蓄热介质的体积收缩率，并且大幅度提高了专利技术碳酸纳米熔盐传热蓄热介质的相变潜热。所述纳米粒子的平均粒径为10～30nm。所用纳米粒子符合上述要求可以保证碳酸纳米熔盐传热蓄热介质比现有技术碳酸熔盐使用温度宽的同时，还保证本专利技术碳酸纳米熔盐传热蓄热介质导热效果好。所述碳酸纳米熔盐传热蓄热介质的各组分重量份配比为：碳酸钾30～60份；碳酸钠20～50份；碳酸锂10～30份；氯化钠3～10份；纳米粒子：1～5份。该配方范围内的碳酸纳米熔盐的吸热及蓄热能力好，导热系数明显提高，在800℃温度下内能稳定运行，熔点低至260℃，克服了碳酸熔盐导热性能差、易局部过热的缺点，可广泛用于太阳能光热发电
上述碳酸纳米熔盐传热蓄热介质在工业蓄能或太阳能光热发电中的用途。上述碳酸纳米熔盐传热蓄热介质的制备方法，包括以下步骤：（1）将熔盐体系加热使其成熔融状态；（2）将纳米粒子按比例加入到熔融的熔盐体系中，搅拌均匀后保温，得到高温熔融盐；（3）将所述高温熔融盐冷却，即得到纳米熔盐传热蓄热介质；所述纳米粒子选自SiO2纳米粒子、ZnO纳米粒子、Al2O3纳米粒子、TiO2纳米粒子、MgO纳米粒子、CaO纳米粒子中的一种或多种。使用包括移动式电伴热（10），太阳能集热系统（9）、带夹层（13）的熔盐罐（2），气流粉碎干燥器（3），热空气产生器（4），造粒装置（5），冷却装置（20），搅拌装置（11），进料口（12）的装置；所述熔盐罐（2），气流粉碎干燥器（3），造粒装置（5），冷却装置（20）通过管道依次串联；所述热空气产生器（4）通过管道与所述气流粉碎干燥器（3）串联；所述移动式电伴热（10）和所述太阳能集热系统（9）相互并联，并分别通过管道与所述夹层（13）串联；所述搅拌装置（11）设于所述熔盐罐（2）内，所述进料口（12）设于所述熔盐罐（2）上顶部。所述太阳能集热系统（9）上还引出另一管道与夹层（13）相串连，该管道上设有高温储存罐（1）。所述热空气产生器（4）为热交换器，所述夹层（13）、所述热交换器、所述气流粉碎干燥器（3）通过管道依次串联，所述热交换器还与一鼓风机（15）相连。所述装置还包括低温储存罐（18），所述热交换器与所述低温储存罐（18）通过管道相串联，所述低温储存罐（18）通过管道引出泵Ⅲ（17），所述泵Ⅲ（17）引出两管道分别与所述太阳能集热系统（9）以及所述移动式电伴热（10）相串连；所述泵Ⅲ（17）与所述太阳能集热系统（9），以及所述泵Ⅲ（17）与所述移动式电伴热（10）之间分别设有阀门，用于控制所述低温储存罐（18）中的热载体的流向。降低碳酸熔盐的熔点，提高导热系数，有效途径是制备复合熔盐，即在熔盐中添加高导热的金属或非金属颗粒。研究发现，毫米或者微米级的固体颗粒在基体中容易沉淀析出，造成管路堵塞，影响强化传热效果。而纳米粒子具有更大的比表面积，能有效增大基体材料间的传热面积，提高传热效果。同时，纳米粒子的导热系数远比碳酸熔盐基体的大，加入之后改变了碳酸熔盐基体的结构，增强了混合物内部的能量传递过程，使得导热系数增大。另一方面，由于纳米粒子的粒径在纳米尺度，受布朗力等力的作用，这种微运动增强粒子与液体间的能量传递过程，增大纳米碳酸熔盐的导热系数。本专利技术在碳酸熔盐体系中添加纳米粒子，纳米粒子均匀分布在碳酸熔盐中，在高温液相状态下，混合液内的纳米粒子不沉淀分离。由于纳米粒子很大的比表面积和界面效应，大大增加了碳酸纳米熔盐的导热系数和传热面积。通过纳米空洞产生的巨大毛细管力将熔盐吸附到基体中来控制空穴的尺度和分布，从而使体积收缩变小。毛细管力的作用使液态的碳酸纳米熔盐很难从微孔中溢出，从而解决了高温熔盐熔化时的流动性问题。本专利技术制备方法包括碳酸熔盐的加热搅拌、除气除水、添加纳米粒子、所得体系继续加热搅拌、保温、冷却等工序。制备金属氧化物纳米粒子和/或非金属氧化物纳米粒子可以采用物理法，气相法，化学法。其中物理法为物理粉碎法和机械球磨法，物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子，其特点是操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀；而采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子，其特点是操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。气相法是把材料形成气体在一定条件下吸附冷却而成。化学法是通过两种或两种以上的物质在一定的温度压力下化学反应而成，并通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质，含有由碳酸钾，碳酸钠，碳酸锂和氯化钠形成的碳酸熔盐体系，其特征在于，在所述碳酸熔盐体系中加入纳米粒子，所述纳米粒子为金属氧化物和/或非金属氧化物；所述纳米粒子分散到碳酸熔盐体系，复合形成碳酸纳米熔盐传热蓄热介质。

【技术特征摘要】
1.一种碳酸纳米熔盐传热蓄热介质的制备方法，其特征在于：所述碳酸纳米熔盐传热蓄热介质是在由碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂和氯化钠构成的碳酸熔盐体系中加入纳米粒子形成，所述碳酸纳米熔盐传热蓄热介质的各组分重量份配比为如下（a）或（b）：（a）碳酸钾35份、碳酸钠35份、碳酸锂25份、氯化钠9份、MgO纳米粒子2份和CaO纳米粒子0.8份；所述MgO纳米粒子和CaO纳米粒子的粒径为16nm；（b）碳酸钾30份、碳酸钠20份、碳酸锂10份、氯化钠10份、MgO纳米粒子2.1份、ZnO纳米粒子1.9份和CaO纳米粒子1份；所述MgO纳米粒子、ZnO纳米粒子和CaO纳米粒子的粒径为28nm；制备过程中使用包括移动式电伴热（10），太阳能集热系统（9）、带夹层（13）的熔盐罐（2），气流粉碎干燥器（3），热空气产生器（4），造粒装置（5），冷却装置（20），搅拌装置（11），进料口（12）的装置；所述熔盐罐（2），气流粉碎干燥器（3），造粒装置（5）、冷却装置（20）通过管道依次串联；所述热空气产生器（4）通过管道与所述气流粉碎干燥器（3）串联；所述移动式电伴热（10）和所述太阳能集热系统（9）相互并联，并分别通过管道与所述夹层（13）串联；所述搅拌装置（11）设于所述熔盐罐（2）内，所述进料口（12）设于所述熔盐罐（2）上顶部；制备步骤如下：1）所述纳米粒子采用商购途径获得；2）将氯化钠和碳酸锂混合均匀并从加料口加入所述熔盐罐，打开夹层与太阳能集热系统之间的阀门使经太阳能集热系统加热的热载体流向夹层静态加热到熔盐罐内的固体全部熔融，保温10～30min自然冷却到室温并机械粉碎；然后将碳酸钾和碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾智勇，
申请(专利权)人：深圳市爱能森科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44