一種傳熱工質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物理傳熱工質(zhì)技術(shù)，具體涉及一種傳熱工質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚光太陽能熱發(fā)電作為一種新型發(fā)電模式，由于其規(guī)模相對較大且清潔環(huán)保的特點，具有相當可觀的商業(yè)可行性和應(yīng)用前景，傳熱蓄熱技術(shù)是影響其發(fā)電規(guī)模以及發(fā)電效率的核心技術(shù)之一，而如何選擇合適的傳熱介質(zhì)又是傳熱蓄熱技術(shù)中尤為重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一O
[0003]熔鹽是無機鹽的熔融體，由于其具備包括使用范圍廣、黏度低、導(dǎo)熱系數(shù)大、熱容量大和化學穩(wěn)定性好等在內(nèi)的明顯優(yōu)點，近年來廣泛應(yīng)用于聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。而目前投入熔鹽的使用溫度上限為600°C，如果超出了溫度上限，一方面熔鹽的性能會變得不穩(wěn)定，傳熱蓄熱技術(shù)的工作可靠性下降；另一方面，系統(tǒng)容易發(fā)生管道堵塞、甚至是爆管等嚴重事故，安全性下降，且在不同程度上會影響系統(tǒng)的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種傳熱工質(zhì)及其制備方法，旨在優(yōu)化傳熱工質(zhì)的工作溫度范圍，提高其工作穩(wěn)定性。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為:
[0006]—種傳熱工質(zhì)，包括納米顆粒和熔鹽，所述納米顆粒均勻地分散于所述熔鹽，形成共晶狀結(jié)構(gòu)；其中:
[0007]所述熔鹽由若干種溴化鹽混合組成；
[0008]所述納米顆粒占所述熔鹽的質(zhì)量百分比為0.1?2.0%。
[0009]在上述傳熱工質(zhì)中，所述納米顆粒的粒徑為10?50nm。
[0010]在上述傳熱工質(zhì)中，所述納米顆粒為納米二氧化娃、碳納米管、納米三氧化二招或者石墨烯和納米氧化銅中的一種或者多種。
[0011]在上述傳熱工質(zhì)中，所述熔鹽的組分包括NaBr、Ca (Br) 2、KBr和LiBr，上述各組分按照以下重量配比均勻混合而成=NaBr:3?25份；Ca(Br)2:4?25份；KBr:25?67份；LiBr:16 ?50 份。
[0012]—種傳熱工質(zhì)的制備方法，包括如下步驟:
[0013]I)原料配備:按照熔鹽的各溴化鹽組分以及重量配比，配取混合均勻的原料一；按照傳熱工質(zhì)的組分以及重量配比，稱取相應(yīng)比例的混合原料一和納米顆粒；
[0014]2)傳熱工質(zhì)液的制備:
[0015]i)將步驟I)中稱取的納米顆粒加入蒸餾水中，用超聲振蕩器對其震蕩攪拌2_9h，加入一定量的分散劑之后，再用超聲振蕩器對其進行震蕩2_9h，直至使納米顆粒均勻地分散在蒸餾水中，形成懸濁液一；
[0016]ii)向懸濁液一中加入步驟I)中稱取好的原料一，用超聲振蕩器進行震蕩l_3h，使原料一與懸池液一充分混合，形成懸池液二，為工質(zhì)液；
[0017]iii)將工質(zhì)液放入干燥箱中蒸干，直至形成納米熔鹽晶體，即傳熱工質(zhì)。
[0018]在上述傳熱工質(zhì)的制備方法中，在步驟i)中，所述分散劑的質(zhì)量為所述納米顆粒的5?10倍。
[0019]在上述傳熱工質(zhì)的制備方法中，所述分散劑為阿拉伯樹膠粉。
[0020]在上述傳熱工質(zhì)的制備方法中，在步驟iii)中，所述干燥箱的蒸干過程為:
[0021]首先在溫度為100?200°C的條件下進行，直至工質(zhì)液中的蒸餾水全部蒸干，原料一結(jié)晶；
[0022]原料一結(jié)晶之后，再以200?350°C的溫度干燥I?8h，用于去除原料一中的結(jié)晶水。
[0023]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0024]本發(fā)明的傳熱工質(zhì)由于引入了納米顆粒，在一定程度上降低了高溫熔鹽(溴化鹽)的熔點，熱容得以顯著增大，強化了熔鹽的傳熱和蓄熱能力，同時，納米顆粒的添加增強了高溫熔鹽的熱穩(wěn)定性，可以更好地滿足太陽能熱發(fā)電傳熱(及高溫熱管傳熱)對傳熱和/或性能要求；
[0025]根據(jù)傳熱工質(zhì)的具體配比調(diào)整其工作溫度，在工作溫度范圍內(nèi)，傳熱工質(zhì)既不易與如不銹鋼等金屬材料發(fā)生化學反應(yīng)，具有良好的熱穩(wěn)定性；也不會因與多數(shù)流體發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生不燃燒現(xiàn)象或者發(fā)生爆炸等烈性事故，且工質(zhì)在使用過程中也不會產(chǎn)生有毒有害氣體，具有良好的安全性能。
【附圖說明】
[0026]
[0027]當結(jié)合附圖考慮時，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。
[0028]圖1為本發(fā)明一種傳熱工質(zhì)的熔點變化曲線；
[0029]圖2為本發(fā)明一種傳熱工質(zhì)的熔化潛熱變化曲線；
[0030]圖3為本發(fā)明一種傳熱工質(zhì)的熱重變化曲線。
【具體實施方式】
[0031]下面說明書附圖以及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。
[0032]—種傳熱工質(zhì)，主要包括納米顆粒和熔鹽，納米顆粒均勻地分散于熔鹽，形成共晶狀結(jié)構(gòu)；其中:
[0033]熔鹽由若干種溴化鹽混合組成；
[0034]納米顆粒占所述熔鹽的質(zhì)量百分比為0.1?2.0% (如0.1?1.5% )；
[0035]納米顆粒的粒徑為10?50nm。
[0036]作為一種較佳選擇，納米顆?？梢詾榧{米二氧化硅、碳納米管、納米三氧化二鋁或者石墨烯和納米氧化銅中的一種或者多種。
[0037]熔鹽的組分包括NaBr、Ca (Br)2, KBr和LiBr，上述各組分按照以下幾種重量配比均勻混合而成:
[0038]l)NaBr:5 ?20 份；Ca(Br)2:6 ?20 份；KBr:30 ?60 份；LiBr:20 ?40 份。
[0039]2)NaBr: 10 ?25 份；Ca(Br)2:15 ?25 份；KBr:25 ?40 份；LiBr:16 ?30 份。
[0040]3)NaBr:5 ?15 份；Ca(Br)2:5 ?20 份；KBr:40 ?67 份；LiBr:30 ?50 份。
[0041]4)NaBr:5 份；Ca(Br)2:18 份；KBr:27 份；LiBr:50 份。
[0042]5)NaBr:5 份；Ca(Br)2:18 份；KBr:27 份；LiBr:50 份，均勻混合后備用。
[0043]作為一種具體實施例，傳熱工質(zhì)的制備方法為:
[0044]首先需要準備原料，具體地:
[0045]按照上述5)對應(yīng)的組分及其配比混合均勻后，制得100克備用的混合溴化鹽，將其分為六等份，為第一原料組；以粒徑為1nm的二氧化硅顆粒作為備用的納米顆粒，針對上述每一等份的混合溴化鹽，分別稱取質(zhì)量分數(shù)為0.1%,0.3%,0.5%,0.7%、1.0%和
1.5%的納米顆粒，為第二原料組；以及分別稱取質(zhì)量為每組粒納米顆粒6倍的阿拉伯樹膠粉，作為分散劑組；
[0046]基于上述原料準備，進行工質(zhì)液的制備，具體地:
[0047]將第二原料組中的納米顆粒分別加入蒸餾水中，用超聲振蕩器進行震蕩3h(2?9h)，使納米顆粒在蒸餾水中均勻分布，形成第一懸濁液組；
[0048]在第一懸濁液組中對應(yīng)加入分散劑組，用超聲振蕩器進行震蕩5h(2?9h)，使分散劑在納米顆粒的懸濁液中均勻分布，形成第二懸濁液組；
[0049]向第二懸濁液組中對應(yīng)加入第一原料組，用超聲振蕩器進行震蕩3h(l?3h)，使作為熔鹽的混合溴化鹽在對應(yīng)的第二懸濁液組中充分溶解，形成工質(zhì)液；
[0050]對工質(zhì)液進行干燥，即制得傳熱工質(zhì)，具體地:
[0051]首先將工質(zhì)液放入干燥箱中，在100?200°C的干燥溫度下將其蒸干，使高溫熔鹽和納米顆粒結(jié)晶；
[0052]進一步，將上述結(jié)晶狀工質(zhì)在200 (200?350°C )的干燥溫度下干燥2h (I?8h)，去除混合混合溴化鹽中的結(jié)晶水，即得到本發(fā)明的傳熱工質(zhì)，即混合納米顆粒的溴化鹽。
[0053]采用同步熱分析儀對經(jīng)上述方法制備的6組傳熱工質(zhì)的DSC-TG特性進行分析，得到圖1-3的熔點、熔化潛熱以及熱重變化曲線。圖中的二氧化硅的濃度為0%指的是純粹混合溴化鹽時的特性值，即純粹混合溴化鹽的熔化起始溫度點為305.8°C，峰值溫度為313.2°C，終止溫度點為318.1°C，熔化潛熱為24.83J.g \分解溫度為798.4°C。
[0054]向作為高溫熔鹽的混合溴化鹽中混合入納米二氧化硅顆粒后，隨著納米二氧化硅濃度的增大，從圖1中可以看出其熔點呈減小趨勢；從圖2中可以看出其熔化潛熱呈增大趨勢；從圖3中可以看到，當納米二氧化硅的濃度在0.1?0.7%之間時，分解溫度不斷升高，并且在納米二氧化硅濃度在0.7%時達到最高；納米二氧化硅濃度在0.7% -1.5%之間時，分解溫度呈下降趨勢，并且在納米二氧化硅濃度在1.5%時下降至最低，但此時的分解溫度仍然高于未引入納米二氧化硅時的高溫熔鹽的分解溫度(798.4°C )。
[0055]以上結(jié)合本發(fā)明的附圖和實施例進行了詳細地說明，此處的附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解。顯然，以上所述僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是可輕易想到的、實質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的變化或替換，也均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種傳熱工質(zhì)，其特征在于，包括納米顆粒和熔鹽，所述納米顆粒均勻地分散于所述熔鹽，形成共晶狀結(jié)構(gòu)；其中: 所述熔鹽由若干種溴化鹽混合組成； 所述納米顆粒占所述熔鹽的質(zhì)量百分比為0.1?2.0%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱工質(zhì)，其特征在于，所述納米顆粒的粒徑為10?50nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱工質(zhì)，其特征在于，所述納米顆粒為納米二氧化硅、碳納米管、納米三氧化二鋁或者石墨烯和納米氧化銅中的一種或者多種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱工質(zhì)，其特征在于，所述熔鹽的組分包括NaBr、Ca(Br)2、KBr和LiBr，上述各組分按照以下重量配比均勾混合而成:NaBr:3?25份；Ca(Br)2:4?25 份；KBr:25 ?67 份；LiBr:16 ?50 份。5.一種傳熱工質(zhì)的制備方法，包括如下步驟: 1)原料配備:按照熔鹽的各溴化鹽組分以及重量配比，配取混合均勻的原料一；按照傳熱工質(zhì)的組分以及重量配比，稱取相應(yīng)比例的混合原料一和納米顆粒； 2)傳熱工質(zhì)的制備: i)將步驟I)中稱取的納米顆粒加入蒸餾水中，用超聲振蕩器對其震蕩攪拌2-9h，加入一定量的分散劑之后，再用超聲振蕩器對其進行震蕩2-9h，直至使納米顆粒均勻地分散在蒸餾水中，形成懸濁液一； ?)向懸濁液一中加入步驟I)中稱取好的原料一，用超聲振蕩器進行震蕩l_3h，使原料一與懸池液一充分混合，形成懸池液二，為工質(zhì)液； iii)將工質(zhì)液放入干燥箱中蒸干，直至形成納米熔鹽晶體，即傳熱工質(zhì)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳熱工質(zhì)的制備方法，其特征在于，在步驟i)中，所述分散劑的質(zhì)量為所述納米顆粒的5?10倍。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳熱工質(zhì)的制備方法，其特征在于，所述分散劑為阿拉伯樹膠粉。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳熱工質(zhì)的制備方法，其特征在于，在步驟iii)中，所述干燥箱的蒸干過程為: 首先在溫度為100?200°C的條件下進行，直至工質(zhì)液中的蒸餾水全部蒸干，原料一結(jié)晶; 原料一結(jié)晶之后，再以200?350°C的溫度干燥I?8h，用于去除原料一中的結(jié)晶水。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種傳熱工質(zhì)及其制備方法，傳熱工質(zhì)包括納米顆粒和熔鹽，所述納米顆粒均勻地分散于所述熔鹽，形成共晶狀結(jié)構(gòu)；其中：所述熔鹽由若干種溴化鹽混合組成；所述納米顆粒占所述熔鹽的質(zhì)量百分比為0.1～2.0％。本發(fā)明的傳熱工質(zhì)利用納米顆粒所具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等特性，使混合溴化鹽的熱物性發(fā)生了顯著變化，在其使用溫度范圍內(nèi)不易與如不銹鋼等金屬材料發(fā)生化學反應(yīng)，也不易因與多數(shù)流體發(fā)生化學反應(yīng)而發(fā)生不燃燒或者爆炸等烈性事故，且傳熱工質(zhì)的制備方法工藝簡單，借助分散劑和超聲震蕩技術(shù)，使得納米顆粒在水中的分散更加充分。
【IPC分類】C09K5/12
【公開號】CN105199676
【申請?zhí)枴緾N201510703706
【發(fā)明人】熊亞選, 栗博, 史建峰, 喬萃杰, 陳紅兵, 徐鵬, 李德英
【申請人】北京建筑大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月26日