[发明专利]二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于太阳能光热发电的蓄热传热复合介质，尤其涉及一种二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法。

背景技术

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。

硝酸熔盐体系的原料来源广泛、价格低廉、腐蚀性小且一般在500℃以下不会热分解，与其他熔盐相比，硝酸熔盐具有很大的优势。目前，国外太阳能光热发电的电站所使用的传热蓄热介质主要为二元硝酸盐体系（40％KNO₃-60％NaNO₃）和三元硝酸盐体系（KNO₃-NaNO₃-NaNO₂）。但是硝酸熔盐体系存在熔解热较小、热导率低的缺点，三元硝酸盐体系的熔点低至142℃，但是上限温度偏低，造成热机效率和太阳能利用率偏低，且组分NaNO₂在高温条件下易发生分解反应，产生硝酸钠、氧化钠和氮气，如果与空气接触还会产生氧化反应。二元硝酸盐体系的工作温度范围为290℃-600℃，上限温度较高比较理想，但是熔点偏高，云遮时的维护成本过高，而且会导致在实际应用中需要消耗更多的能量来保温，以防止熔盐在管路中凝结，而熔融盐在管路中凝结，对太阳能热发电系统产生的后果是非常严重的。国内通常采用的二元硝酸熔盐体系是55％KNO₃-45％NaNO₂,工作温度范围130-500℃，其熔点大幅度降低，减少了维护成本，但是上限使用温度也相应降低。

中国发明专利申请200910074994.0公开了一种氟盐基纳米高温相变蓄热复合材料，是将纳米级的金粒子、银粒子、铜粒子按一定比例复合到高温相变的氟盐中得到的，克服了氟盐基相变材料存在的传热性能差，导热率低，凝固时体积收缩大等缺陷。但是在氟盐基盐中复合银粒子、铜粒子或金粒子后并没有克服氟盐基存在的熔点偏高、热传导率低、热稳定性差等缺陷。关于如何对二元硝酸熔融盐进行改性从而提高其各种性能，如工作温度范围、热稳定性和/或导热系数等，使其更适合在工业蓄能和太阳能光热发电技术领域使用，有必要进一步研究和尝试。

发明内容

本发明根据上述领域存在的缺陷和空白，提供一种二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的配方，其制备工艺，克服了现有二元硝酸熔融盐体系存在的导热系数低，热稳定性差，使用温度范围窄等缺点。本发明的技术方案如下：

二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，其特征在于：是将纳米粒子分散到固-液相变状态的二元硝酸熔盐体系中复合而得；所述纳米粒子为SiO₂、ZnO、Al₂O₃、CaO,TiO₂和/或MgO纳米粒子。

所述纳米粒子的重量在所述二元硝酸纳米熔盐中占1％-5％。

所述纳米粒子的粒径为10-30nm。

上述任意二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，所述二元硝酸熔盐体系为KNO₃-NaNO₃，各成分的重量份组成为：硝酸钾20-40份；硝酸钠60-80份。

所述二元硝酸熔盐体系KNO₃-NaNO₃中各成分的重量份组成为：硝酸钾40份；硝酸钠60份。

所述二元硝酸熔盐体系为KNO₃-NaNO₂，各成分的重量份组成为：硝酸钾30-60份；亚硝酸钠40-70份。

所述二元硝酸熔盐体系为KNO₃-NaNO₂中各成分的重量份组成为：硝酸钾55份；亚硝酸钠45份。

上述任一二元硝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。

用于制备上述任一所述二元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的制备工艺，其特征在于采用以下熔盐制备装置：所述设备包括热源装置、带夹层内腔（13）的熔盐罐（2）、气流粉碎干燥器（3）、造粒装置（5-1）、冷却装置（5-2）和输出装置；

所述热源装置包括热载体承载腔，所述热载体承载腔与所述夹层内腔（13）之间通过热载体管道（20-1）连通；