[发明专利]相变蓄热介质

说明书

技术领域

本发明涉及相变储能领域，特别是涉及一种相变蓄热介质及其制备方法和应用。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的基础。随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人类对能源的需求日益增加。然而，一方面现有化石能源不断枯竭，另一方面能源的利用率仍不高，存在着很大的浪费，这两方面共同作用敲响了能源危机的警钟。提高能源的利用效率，已经成为全世界共同关注的重大问题。提高能源利用率的一个重要途径，在于解决能源的供给与需求之间的时间和空间矛盾。而蓄热技术，就是解决能源供需矛盾的有效手段。它将暂时用不到的热量储存起来，在需要的时候再让它释放出来，从而达到提高能效的目的。自上世纪80年代能源危机以来，蓄热技术的基础理论和应用技术研究在发达国家迅速崛起并得到不断发展。材料科学、太阳能、航天技术、工程热物理、建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展，也为相变储能研究和应用创造了条件。

显热蓄热技术目前已经有较为成熟的应用，它通过材料的比热容来进行蓄热，蓄热过程伴随着温度升高，但存在蓄热密度较低，放热过程中温度变化较大等问题。相变蓄热技术(也称潜热蓄热)是通过材料在相变过程中吸收或放出大量的热来进行蓄热，理论上在相变过程中还维持在某一固定相变温度，较之前者蓄热密度大5-14倍，放热过程中温度变化较小，是目前最有应用前景的一种蓄热技术，得到大量科研人员的关注。理论上只要存在相变过程的材料都可以应用于相变蓄热，实际过程中还要考虑经济性，环境相容性，稳定性等因素。在相变材料中，熔融盐以其较低的粘度和蒸汽压，较广的温度应用范围和较低的成本，成为中高温相变蓄热的首选材料。

通常的说法是将熔融盐作为一种传热蓄热介质，而不加区分。实际上，传热介质和蓄热介质是两种不同的概念，对材料的特性有不同的需求。除了循环稳定性和低腐蚀性等共同的要求之外，作为传热介质来说，更低的熔点，更广的温度使用范围是其核心追求的性质，目前更多的研究是集中于此，从蓄热的角度来看只是应用到其显热部分。而作为相变蓄热介质来说，与热源相匹配的熔点和较大的蓄热密度才是其所需要的，而且作为蓄热介质所需的用量要比传热介质大得多，Solar Two采用Solar Salt作为传热和蓄热介质，为供汽轮机满负荷运行3个小时，蓄热系统需要熔盐150万吨,因此，成本往往成为制约其大规模应用的关键。

根据卡诺定理，热源的温度越高，能量的转换效率越高，但实际上，高温所带来的高额的建造和维护费用使之缺乏竞争力，相比之下，较低温度的蓄热发电技术在成本上的优势十分明显。表1列举了相关文献所能找到的300℃以下的相变材料。从表中可以发现，大概可以分为几种，一是以锂盐为主的，但由于目前锂盐高昂的价格，无法应用于蓄热材料；二是以碱为主，但由于碱的化学活性较高，容易吸收酸性物质(如二氧化碳，硫化物等)而变质，对于密闭性有较高的要求，另外NaNO₂具有较强的毒性，氯化物的腐蚀性较强，因此，实际上目前可供选择的相变蓄热材料十分有限。

表1300℃以下的相变材料汇总(带*号为wt％).

因此，本领域的技术人员致力于开发一种相变蓄热介质，蓄热能力较强，化学稳定性好，价格低廉，能够更好地满足规模化蓄热的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个方面目的，在于提供一种相变蓄热介质，蓄热能力好，能有效解决热能波动，或供求时空矛盾的问题，并且价格低廉，具有成本优势。

本发明通过以下技术方案解决上述问题，达到本发明的第一方面目的。

一种相变蓄热介质，所述相变蓄热介质包括的组分及组分的摩尔百分数如下：

Ca(NO₃)₂            10～40％；

NaNO₃               60～90％。

优选地，所述相变蓄热介质包括的组分及组分的摩尔百分数如下：

Ca(NO₃)₂：            25～35％；

NaNO₃：               65～75％。

更优选地，所述相变蓄热介质包括的组分及组分的摩尔百分数如下：

Ca(NO₃)₂：            30％；

NaNO₃：               70％。