[发明专利]相变蓄热介质及其制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种蓄热领域的新材料，具体是一种廉价高效相变蓄热介质的制备方法，性质及用途。

背景技术

随着人类社会的发展，能源在其中扮演者越来越重要的作用。由于自然能源的有限性要求人们节约能源，提高能源的利用率。其中蓄热是解决能源需求供需矛盾，提高能源有效利用率的关键技术。蓄热就是将热能在不需要的情况下储存起来，在需要的时候释放出来，以此来达到提高能效的目的。自从能源危机以来，蓄热技术已在发达国家兴起并得到不断发展。而材料科学，航空航天，工程热物理等技术理论的进一步提升也为蓄热技术的进步创造了良好的条件。

蓄热按照蓄热方式分为相变蓄热，热化学蓄热，显热蓄热，以及吸附式蓄热。显热蓄热是利用物质的比热来进行蓄热，常见的显热蓄热材料如水，鹅卵石等。但是其蓄热密度第以及储热过程中温度变化大等缺点。相变蓄热是利用物质在相变过程中产生的潜热来进行热量存储，具有蓄热密度大，近似等温过程进行的优点。相变蓄热可分为固液相变，固固相变，气固相变，气液相变，后两者由于有气体产生，容积变化大，因此发展受到限制。目前，固液相变蓄热是发展良好的一种蓄热方式。按照温度高低可分为低温，中温、高温相变蓄热。理论上来说只要有相变过程的材料都可以选作为相变材料。但是实际工程应用中还必须考虑经济性，与热源的匹配性，与容器的相容性即材料的腐蚀性，化学稳定性等，这些都必须综合起来考虑，才能合适的相变材料。在大量的相变蓄热材料的综述中都提到熔融盐是比较理想的材料，因为其具有较低的黏度和蒸汽压，较广的温度适用范围和较低的成本，成为中高温相变蓄热的首选材料。

一般情况下熔融盐被作为传热蓄热介质而不加区分。实际上来说，传热和蓄热介质是两种概念，对材料的要求也不同。两种都要求材料具有良好的循环稳定性以及低腐蚀性，传热介质要求更低的熔点，更广的温度使用范围，这是，目前大部分研究的热点，在蓄热角度看只是应用到显热部分。而作为相变蓄热介质与热源匹配的熔点以及较大的蓄热密度才是真正所需考虑的。而且作为蓄热介质来说，其用量要比传热介质大，SolarTwo采用SolarSalt作为传热和蓄热介质，为使汽轮机满负荷运行3小时，蓄热系统需要熔融盐150万吨，成本往往成为制约其大规模应用的关键。

由卡诺定理可知，热源温度越高，能量转化效率越高。然而高温热源所带来的装备维护费以及各项安全工作所产生的费用也是非常大的，使其缺乏竞争力。相比之下，较低温度的蓄热技术在成本上优势非常明显。表1列举了200℃以下的相变材料。从表中可以发现，其一以锂盐为主，但锂盐价格太高限制了其大规模应用。其二以碱盐为主，但碱盐化学性质不稳定，易吸收酸性物质(如二氧化碳，硫化物等)而变质，对容器密闭性提出了要求。另外亚硝酸盐有毒，氯化物腐蚀性太强都不适合作为相变材料。因此可供选择的材料十分有限。

现有技术如中国专利文献号CN104610926A，公开(公告)日2015.05.13，公开的一种低熔点混合熔盐传热蓄热介质，以及中国专利文献号CN104559940A，公开(公告)日2015.04.29，公开了一种低熔点混合熔盐传热蓄热介质，均采用硝酸锂进行处理，但硝酸锂价格昂贵，无法降低成本，导致该技术难以大幅度推广；此外，这些技术中涉及的碳酸钠化学性质不稳定，对容器气密性要求很高，增加了工业制造难度与制造成本。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种相变蓄热介质及其制备及应用，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。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种相变蓄热介质，具体为硝酸钙、硝酸钠与硝酸钾的共晶体，其中各个组分所占的质量分数为：硝酸钙32％，硝酸钠24％，硝酸钾44％。

本发明涉及上述相变蓄热介质的制备方法，包括以下步骤：

1)按照所述的组分及其质量分数取原料，倒入陶瓷坩埚中，进行充分混合；

2)将上述混合物在高温环境中加热，水分被完全蒸干，得到混合熔融盐；

3)将上述混合熔融盐置于真空干燥箱中冷却，得到共晶体，即所述的相变蓄热介质。