[發明專利]相變蓄熱介質

在審

• 申請號: 201410165876.1
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103923615A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 紀育楠;趙長穎;徐治國
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;F28D20/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 郭婧婧

技術領域

本發明涉及相變儲能領域，特別是涉及一種相變蓄熱介質及其制備方法和應用。

背景技術

能源是人類賴以生存和發展的基礎。隨著科學技術的發展和人類生活水平的提高，人類對能源的需求日益增加。然而，一方面現有化石能源不斷枯竭，另一方面能源的利用率仍不高，存在著很大的浪費，這兩方面共同作用敲響了能源危機的警鐘。提高能源的利用效率，已經成為全世界共同關注的重大問題。提高能源利用率的一個重要途徑，在于解決能源的供給與需求之間的時間和空間矛盾。而蓄熱技術，就是解決能源供需矛盾的有效手段。它將暫時用不到的熱量儲存起來，在需要的時候再讓它釋放出來，從而達到提高能效的目的。自上世紀80年代能源危機以來，蓄熱技術的基礎理論和應用技術研究在發達國家迅速崛起并得到不斷發展。材料科學、太陽能、航天技術、工程熱物理、建筑物空調采暖通風及工業廢熱利用等領域的相互滲透與迅猛發展，也為相變儲能研究和應用創造了條件。

顯熱蓄熱技術目前已經有較為成熟的應用，它通過材料的比熱容來進行蓄熱，蓄熱過程伴隨著溫度升高，但存在蓄熱密度較低，放熱過程中溫度變化較大等問題。相變蓄熱技術(也稱潛熱蓄熱)是通過材料在相變過程中吸收或放出大量的熱來進行蓄熱，理論上在相變過程中還維持在某一固定相變溫度，較之前者蓄熱密度大5-14倍，放熱過程中溫度變化較小，是目前最有應用前景的一種蓄熱技術，得到大量科研人員的關注。理論上只要存在相變過程的材料都可以應用于相變蓄熱，實際過程中還要考慮經濟性，環境相容性，穩定性等因素。在相變材料中，熔融鹽以其較低的粘度和蒸汽壓，較廣的溫度應用范圍和較低的成本，成為中高溫相變蓄熱的首選材料。

通常的說法是將熔融鹽作為一種傳熱蓄熱介質，而不加區分。實際上，傳熱介質和蓄熱介質是兩種不同的概念，對材料的特性有不同的需求。除了循環穩定性和低腐蝕性等共同的要求之外，作為傳熱介質來說，更低的熔點，更廣的溫度使用范圍是其核心追求的性質，目前更多的研究是集中于此，從蓄熱的角度來看只是應用到其顯熱部分。而作為相變蓄熱介質來說，與熱源相匹配的熔點和較大的蓄熱密度才是其所需要的，而且作為蓄熱介質所需的用量要比傳熱介質大得多，Solar?Two采用Solar?Salt作為傳熱和蓄熱介質，為供汽輪機滿負荷運行3個小時，蓄熱系統需要熔鹽150萬噸,因此，成本往往成為制約其大規模應用的關鍵。

根據卡諾定理，熱源的溫度越高，能量的轉換效率越高，但實際上，高溫所帶來的高額的建造和維護費用使之缺乏競爭力，相比之下，較低溫度的蓄熱發電技術在成本上的優勢十分明顯。表1列舉了相關文獻所能找到的300℃以下的相變材料。從表中可以發現，大概可以分為幾種，一是以鋰鹽為主的，但由于目前鋰鹽高昂的價格，無法應用于蓄熱材料；二是以堿為主，但由于堿的化學活性較高，容易吸收酸性物質(如二氧化碳，硫化物等)而變質，對于密閉性有較高的要求，另外NaNO₂具有較強的毒性，氯化物的腐蝕性較強，因此，實際上目前可供選擇的相變蓄熱材料十分有限。

表1300℃以下的相變材料匯總(帶*號為wt％).

因此，本領域的技術人員致力于開發一種相變蓄熱介質，蓄熱能力較強，化學穩定性好，價格低廉，能夠更好地滿足規模化蓄熱的需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的第一個方面目的，在于提供一種相變蓄熱介質，蓄熱能力好，能有效解決熱能波動，或供求時空矛盾的問題，并且價格低廉，具有成本優勢。

本發明通過以下技術方案解決上述問題，達到本發明的第一方面目的。

一種相變蓄熱介質，所述相變蓄熱介質包括的組分及組分的摩爾百分數如下：

Ca(NO₃)₂????????????10～40％；

NaNO₃???????????????60～90％。

優選地，所述相變蓄熱介質包括的組分及組分的摩爾百分數如下：

Ca(NO₃)₂：????????????25～35％；

NaNO₃：???????????????65～75％。

更優選地，所述相變蓄熱介質包括的組分及組分的摩爾百分數如下：

Ca(NO₃)₂：????????????30％；

NaNO₃：???????????????70％。