[发明专利]一种三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

本发明属于热量储存及传递技术领域，涉及一种蓄热传热复合介质，特别涉及一种三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，因此与其他熔盐相比，硝酸熔盐具有很大的优势。但是硝酸熔盐体系存在溶解热较小和热导率低的缺点。

目前，国外太阳能光热发电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）。三元硝酸盐体系（53％KNO₃-7％NaNO₃-40％NaNO₂）的上限工作温度偏低，导致发电系统的热机效率和太阳能的利用效率偏低，但是三元硝酸熔盐的低熔点利于降低保温能耗，这是十分诱人的，因此向三元硝酸熔盐体系中添加第四种成分，在维持低熔点的前提下，尽可能提高其上限工作温度是开发太阳能光热发电传热蓄热介质的重要发展方向。

但是，实际工作中加入第四种成分，往往使得整个体系的上限工作温度比普通三元硝酸盐体系高的同时，会使其下限工作温度也被提高，导致维护成本增大。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℃～550℃，这个体系的上限工作温度比三元硝酸盐体系高，达到550℃，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℃，上限使用温度高于500℃，但是LiNO₃的加入增加了熔盐体系的腐蚀性和成本，且硝酸钙的热稳定性较差，在高温下易热分解生成氧化钙，并放出气体。

目前，市场上尚无包含第四种成分，并且能保证整个体系的上限工作温度比普通三元硝酸盐体系高的同时，也保证较低的下限工作温度的三元硝酸盐体系。

发明内容

根据上述领域的缺陷和不足，本发明提供一种三元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质及其制备方法与应用，所述传热蓄热介质能克服三元硝酸熔盐溶解热小和导热率低的缺点，避免了三元硝酸熔盐使用时局部过热的缺陷，并且该介质能保证整个体系的上限工作温度比普通三元硝酸盐体系高的同时，也保证较低的下限工作温度，大大拓宽了三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。

一种三元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质，含有由硝酸钾，硝酸钠，亚硝酸钠形成的三元硝酸熔盐体系，其特征在于，在所述三元硝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三元硝酸熔盐体系，复合形成三元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质。该三元硝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，并且对设备没有腐蚀。

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纳米粒子中的一种或多种。与现有技术水平的硝酸熔盐传热蓄热介质相比，上述纳米粒子的加入，减少了本发明三元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质的体积收缩率，并且提高了发明三元硝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三元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质比现有技术硝酸熔盐使用温度宽的同时，还保证本发明三元硝酸纳米熔盐传热蓄热介质导热效果好。