[发明专利]多元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

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。

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SiO₂、ZnO、Al₂O₃、TiO₂和/或MgO粒子。

所述纳米粒子为所述多元硝酸熔盐体系总质量的1%-5%。

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：

（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。

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SiO₂、ZnO、Al₂O₃、TiO₂和/或MgO粒子。

所述步骤（1）中加热温度为熔盐相变温度以上80℃-120℃。

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；