1.本發(fā)明屬于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)熱儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.在太陽能利用過程中，其具有不連續(xù)性，隨地理位置、環(huán)境、天氣狀況的變化而變化等缺點(diǎn)，為了攻克這一缺點(diǎn)，現(xiàn)在大多數(shù)的太陽能技術(shù)均采用蓄能技術(shù)，將一部分不用的能量利用儲(chǔ)能材料儲(chǔ)存起來，這兩種技術(shù)的結(jié)合可以在容量緩沖、調(diào)度性和時(shí)間平移、年利用率的提高、電力輸出穩(wěn)定程度以及高效滿負(fù)荷運(yùn)行等方面更加具有優(yōu)勢。目前，顯熱蓄熱技術(shù)經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)踐研究后，發(fā)現(xiàn)其具有技術(shù)成熟、原理簡單易懂、原料易購及成本較低等特點(diǎn)，成為當(dāng)前研究和應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)之一。而對于儲(chǔ)能材料的選擇，更是該技術(shù)的關(guān)鍵之處，蓄熱材料如何選擇將對整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電效率，系統(tǒng)內(nèi)管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)及成本的高低產(chǎn)生重要的影響。

3.相對于其他儲(chǔ)能材料，熔融鹽因其具有使用溫度寬、蒸氣壓力低、熱容量大、粘度低、良好的穩(wěn)定性等諸多特性受到人們的廣泛關(guān)注。使用熔融鹽作為傳熱工質(zhì)可以提高整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電效率和可靠性、同時(shí)大幅度降低成本，是太陽能熱利用技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢；而將熔融鹽作為傳蓄熱材料不僅可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的儲(chǔ)能同時(shí)成本低廉，還可以保證太陽能熱發(fā)電輸出高品質(zhì)電能。因此，將熔融鹽作為傳蓄材料是太陽能熱利用技術(shù)未來發(fā)展中的必要途徑。

4.目前，熔鹽作為傳熱蓄熱介質(zhì)已經(jīng)在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。美國加利福尼亞州的solar two和西班牙的andasol太陽能電站均采用solar salt(60wt％nano3+40wt％kno3)作為傳熱蓄熱介質(zhì)，該種混合熔鹽具有良好的熱穩(wěn)定性和低廉的成本，但是它的熔點(diǎn)高達(dá)220℃，這對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性提出了考驗(yàn)。具有較低熔點(diǎn)(143℃)的hitec鹽(7wt％nano3+53wt％kno3+40wt％nano2)被應(yīng)用在工業(yè)傳熱中，該種混合熔鹽在454℃以下具有熱穩(wěn)定性，可以短時(shí)間運(yùn)行到538℃，分解溫度相對較低。已開發(fā)出的kno

3-nano

3-lino

3-ca(no3)2熔鹽體系隨著市面上硝酸鋰價(jià)格的大幅度上漲，成本大大提高。相對于熔點(diǎn)為13℃的導(dǎo)熱油，現(xiàn)用熔鹽的主要缺點(diǎn)是其相對較高的熔點(diǎn)及較低的分解溫度，當(dāng)熔鹽應(yīng)用在太陽能傳熱蓄熱系統(tǒng)中時(shí)，必須采取保護(hù)措施防止熔鹽發(fā)生凍結(jié)，并且當(dāng)前可用的熔鹽配方還因?yàn)楹匈F金屬鹽(鋰)，使其成本相對較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法，該傳熱蓄熱介質(zhì)不含有貴金屬鹽，并且具有較低的熔點(diǎn)和較高的熱穩(wěn)定性分解溫度。

6.為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

7.一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，所述傳熱蓄熱介質(zhì)由硝酸鉀、亞硝酸鈉和碳酸鈉組成。

8.進(jìn)一步地，所述傳熱蓄熱介質(zhì)由40-60wt％硝酸鉀、30-50wt％亞硝酸鈉和5-20wt％碳酸鈉組成，任一組分高于或低于該范圍混合熔鹽會(huì)造成不共晶、分解溫度過低、粘度過大等問題。

9.優(yōu)選地，所述傳熱蓄熱介質(zhì)由51.15wt％硝酸鉀、41.85wt％亞硝酸鈉和7wt％碳酸鈉組成。

10.本發(fā)明還提供了一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

11.s1：混合研磨、干燥：按照預(yù)設(shè)比例將硝酸鉀、亞硝酸鈉和碳酸鈉混合研磨，然后干燥；

12.s2：熔融：將所述步驟s1干燥后的混合物完全融化，然后冷卻結(jié)晶；

13.s3：粉碎、干燥：將所述步驟s2得到的結(jié)晶鹽，粉粹后干燥處理，得到所述的傳熱蓄熱介質(zhì)。

14.具體地，所述步驟s1具體為：按照40-60wt％硝酸鉀、30-50wt％亞硝酸鈉和5-20wt％碳酸鈉稱取上述三種組分，將其混合研磨，然后放置在干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定溫度為100℃-130℃，時(shí)間為24h-96h。

15.具體地，所述步驟s2具體為：將干燥后的混合物放置在高溫爐中加熱至400℃-550℃，時(shí)間為12h-24h，隨爐冷卻。

16.具體地，所述步驟s3具體為：采用超微粉碎機(jī)將結(jié)晶鹽粉碎，粉碎后的細(xì)度為20-200目，然后將粉碎后的結(jié)晶鹽恒溫干燥處理。

17.本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

18.本發(fā)明的傳熱蓄熱介質(zhì)包含由硝酸鉀、亞硝酸鈉和碳酸鈉組成，單一組分硝酸鹽分解溫度過低，而在硝酸鹽的基礎(chǔ)上添加高分解溫度的碳酸鹽形成共晶混合熔鹽后能夠顯著提高其分解溫度，共晶混合熔鹽能夠在較寬的運(yùn)行溫度范圍內(nèi)確保相和組分穩(wěn)定、均勻的熱物性。因此，本發(fā)明提供的傳熱蓄熱介質(zhì)的分解溫度得到了顯著的提高(分解溫度為705-730℃)，將其應(yīng)用在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，拓寬了熔融鹽的適用溫度范圍，提高了熱穩(wěn)定性。

19.本發(fā)明的傳熱蓄熱介質(zhì)相比于傳統(tǒng)的傳熱蓄熱介質(zhì)(solar salt，hitec鹽，kno

3-nano

2-na2co3)分解溫度大大的提高，相比solar salt降低了熔點(diǎn)。

附圖說明

20.圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的混合熔鹽的tg曲線；

21.圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的混合熔鹽的dsc曲線；

22.圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的混合熔鹽的比熱測量結(jié)果；

23.圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的混合熔鹽的密度測量結(jié)果；

24.圖5為本發(fā)明實(shí)施例1的混合熔鹽的熱擴(kuò)散系數(shù)測量結(jié)果；

25.圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的混合熔鹽的導(dǎo)熱系數(shù)測量結(jié)果；

26.圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的混合熔鹽的粘度測量結(jié)果；

27.圖8為本發(fā)明實(shí)施例2的混合熔鹽的dsc曲線；

28.圖9為本發(fā)明實(shí)施例2的混合熔鹽的tg曲線；

29.圖10為本發(fā)明實(shí)施例3的混合熔鹽的dsc曲線；

30.圖11為本發(fā)明實(shí)施例3的混合熔鹽的tg曲線；

31.圖12為本發(fā)明實(shí)施例4的混合熔鹽的dsc曲線；

32.圖13為本發(fā)明實(shí)施例4的混合熔鹽的tg曲線。

具體實(shí)施方式

33.以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。

34.一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，所述傳熱蓄熱介質(zhì)由40-60wt％硝酸鉀、30-50wt％亞硝酸鈉和5-20wt％碳酸鈉組成?？梢杂梢韵碌牟襟E制備得到，

35.s1：混合研磨、干燥：按照上述的質(zhì)量組分比例，采用高精度分析天平稱量好以上三種組分，將其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定溫度為100℃-130℃，時(shí)間為24h-96h，使混合物中含有的水分溢出；

36.s2：熔融：將步驟s1干燥后的混合物放置在馬弗爐中加熱至400℃-550℃，時(shí)間為12h-24h，以使混合物完全融化并混合均勻，隨爐冷卻，形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽；

37.s3：粉碎、干燥：將步驟s2得到的結(jié)晶鹽，采用超微粉碎機(jī)粉粹，粉碎的細(xì)度可達(dá)到20-200目，然后再將粉碎后的結(jié)晶鹽放置于干燥箱中恒溫干燥。

38.實(shí)施例1

39.三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)由51.15wt％硝酸鉀，41.85wt％亞硝酸鈉，7wt％碳酸鈉組成。

40.由以下的步驟制備得到，

41.s1：混合研磨、干燥：按照上述的質(zhì)量組分比例，采用高精度分析天平稱量好以上三種組分，將其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定溫度為150℃，時(shí)間為96h，使混合物中含有的水分溢出；

42.s2：熔融：將步驟s1干燥后的混合物放置在馬弗爐中加熱至450℃，加熱時(shí)間為12h，以使混合物完全融化并混合均勻，隨爐冷卻，形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽；

43.s3：粉碎、干燥：將步驟s2得到的結(jié)晶鹽，采用超微粉碎機(jī)粉粹，粉碎的細(xì)度可達(dá)到20-200目，然后再將粉碎后的結(jié)晶鹽放置于干燥箱中恒溫干燥。

44.通過dsc(差示掃描量熱技術(shù))測試分析得到的混合熔鹽的熔點(diǎn)，結(jié)果如圖2所示，從圖2可以得出熔點(diǎn)為144.5℃，通過tg(熱重技術(shù))分析，結(jié)果如圖1所示，可得到分解溫度為727.8℃。然后分別測量得到的混合熔鹽的比熱容、密度、擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和粘度，結(jié)果如圖3-7所示,將實(shí)施例1的混合熔鹽的性能與目前市場上主流的熔鹽相比，結(jié)果如表1所示

45.表1混合熔鹽的性質(zhì)

[0046][0047]

與常用的solar salt相比，三元混合鹽熔點(diǎn)降低75℃左右，分解溫度提高151℃左右。與hitec鹽相比，熔點(diǎn)高出1.5℃，分解溫度提高273℃左右。比熱容均比兩種常用鹽較低，粘度較大。其蓄熱成本比solar salt貴2.92元、比hitec鹽便宜19.17元。本實(shí)施例得到的三元混合鹽以其較寬的使用溫度范圍，較低的熔點(diǎn)可解決太陽能傳蓄熱系統(tǒng)的管路凍堵危險(xiǎn)，減少成本。

[0048]

實(shí)施例2

[0049]

三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)由50.05wt％硝酸鉀，40.95wt％亞硝酸鈉，9wt％碳酸鈉組成。

[0050]

由以下的步驟制備得到，

[0051]

s1：混合研磨、干燥：按照上述的質(zhì)量組分比例，采用高精度分析天平稱量好以上三種組分，將其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定溫度為120℃，時(shí)間為48h，使混合物中含有的水分溢出；

[0052]

s2：熔融：將步驟s1干燥后的混合物放置在馬弗爐中加熱至450℃，加熱時(shí)間為12h，以使混合物完全融化并混合均勻，隨爐冷卻，形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽；

[0053]

s3：粉碎、干燥：將步驟s2得到的結(jié)晶鹽，采用超微粉碎機(jī)粉粹，粉碎的細(xì)度可達(dá)到20-200目，然后再將粉碎后的結(jié)晶鹽放置于干燥箱中恒溫干燥。

[0054]

通過dsc測試分析得到的混合熔鹽的熔點(diǎn)，結(jié)果如圖8所示，從圖8可以得出熔點(diǎn)為142.3℃，通過tg分析，結(jié)果如圖9所示，可得到分解溫度為722.1℃。

[0055]

表2

[0056][0057]

實(shí)施例3

[0058]

三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)由44wt％硝酸鉀，36wt％亞硝酸鈉，20wt％碳酸鈉組成。

[0059]

由以下的步驟制備得到，

[0060]

s1：混合研磨、干燥：按照上述的質(zhì)量組分比例，采用高精度分析天平稱量好以上三種組分，將其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定溫度為120℃，時(shí)間

為48h，使混合物中含有的水分溢出；

[0061]

s2：熔融：將步驟s1干燥后的混合物放置在馬弗爐中加熱至450℃，加熱時(shí)間為12h，以使混合物完全融化并混合均勻，隨爐冷卻，形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽；

[0062]

s3：粉碎、干燥：將步驟s2得到的結(jié)晶鹽，采用超微粉碎機(jī)粉粹，粉碎的細(xì)度可達(dá)到20-200目，然后再將粉碎后的結(jié)晶鹽放置于干燥箱中恒溫干燥。

[0063]

表3

[0064][0065]

實(shí)施例4

[0066]

三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)由52.25wt％硝酸鉀，42.75wt％亞硝酸鈉，5wt％碳酸鈉組成。

[0067]

由以下的步驟制備得到，

[0068]

s1：混合研磨、干燥：按照上述的質(zhì)量組分比例，采用高精度分析天平稱量好以上三種組分，將其充分混合研磨，然后放置于干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定溫度為120℃，時(shí)間為48h，使混合物中含有的水分溢出；

[0069]

s2：熔融：將步驟s1干燥后的混合物放置在馬弗爐中加熱至450℃，加熱時(shí)間為12h，以使混合物完全融化并混合均勻，隨爐冷卻，形成堅(jiān)硬的固態(tài)結(jié)晶鹽；

[0070]

s3：粉碎、干燥：將步驟s2得到的結(jié)晶鹽，采用超微粉碎機(jī)粉粹，粉碎的細(xì)度可達(dá)到20-200目，然后再將粉碎后的結(jié)晶鹽放置于干燥箱中恒溫干燥。

[0071]

表4

[0072][0073]

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式。即使對本發(fā)明做出各種變化，倘若這些變化屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則仍落入在本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。技術(shù)特征：

1.一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于，所述傳熱蓄熱介質(zhì)由硝酸鉀、亞硝酸鈉和碳酸鈉組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于，所述傳熱蓄熱介質(zhì)由40-60wt％硝酸鉀、30-50wt％亞硝酸鈉和5-20wt％碳酸鈉組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)，其特征在于，所述傳熱蓄熱介質(zhì)由51.15wt％硝酸鉀、41.85wt％亞硝酸鈉和7wt％碳酸鈉組成。4.一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：s1：混合研磨、干燥：按照預(yù)設(shè)比例將硝酸鉀、亞硝酸鈉和碳酸鈉混合研磨，然后干燥；s2：熔融：將所述步驟s1干燥后的混合物完全融化，然后冷卻結(jié)晶；s3：粉碎、干燥：為了后續(xù)測量各項(xiàng)熱物性，將所述步驟s2得到的結(jié)晶鹽，粉粹后干燥處理，得到所述的傳熱蓄熱介質(zhì)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟s1具體為：按照40-60wt％硝酸鉀、30-50wt％亞硝酸鈉和5-20wt％碳酸鈉稱取上述三種組分，將其混合研磨，然后放置在干燥箱中進(jìn)行恒溫干燥，設(shè)定溫度為100℃-130℃，時(shí)間為24h-96h。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟s2具體為：將干燥后的混合物放置在高溫爐中加熱至400℃-550℃，時(shí)間為12h-24h，隨爐冷卻。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述步驟s3具體為：采用超微粉碎機(jī)將結(jié)晶鹽粉碎，粉碎后的細(xì)度為20-200目，然后將粉碎后的結(jié)晶鹽恒溫干燥處理。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)熱儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種三元混合熔鹽傳熱蓄熱介質(zhì)及其制備方法，其中所述傳熱蓄熱介質(zhì)由硝酸鉀、亞硝酸鈉和碳酸鈉組成。采用混合研磨、干燥、熔融、冷卻結(jié)晶的方法，可制得上述傳熱蓄熱介質(zhì)，得到的傳熱蓄熱介質(zhì)不含有貴金屬鹽，降低了成本，并且具有較低的熔點(diǎn)和較高的熱穩(wěn)定性分解溫度。性分解溫度。性分解溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：?(74)專利代理機(jī)構(gòu)

受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江京晟能源科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.04.11

技術(shù)公布日：2022/11/29