[發明專利]一種低熔點的傳熱儲熱材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410258228.0
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN103992775B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 程曉敏;朱闖;陶冰梅;李元元;朱教群;周衛兵
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種低熔點的傳熱儲熱材料及其制備方法，應用于工業熱能回收利用、太陽能熱利用等。

背景技術

能源是人類賴以生存的基礎，隨著全球工業化生產的加速發展，能源的開發利用與日益嚴重的環境污染問題越來越受到人們的關注。大力開發可再生能源是解決能源問題的重要途徑。太陽能的熱利用具有無限性、普遍性和環保性。將太陽輻射熱能存儲起來，等到需要的時候再釋放出來進行利用，這是一個緩解能源緊張問題的有效途徑。工業生產中也有大量的余熱散失到環境中，如果將這些熱量回收起來再利用，也可以大大提高能量利用效率。由此可見，傳熱與儲熱是熱量收集和利用的重要環節。這個過程對相變儲熱材料的熔點、相變潛熱、分解溫度都有較高的要求。

熔融鹽具有相變潛熱大、成本低、使用溫度范圍廣、毒性小等優點，在傳熱儲熱領域有很大的研究價值。低熔點熔融鹽可以降低其在流通管道中凍堵的風險。在發電系統或其他熱利用系統啟動時，可以大幅降低對管道預加熱的電能使用量，降低生產成本。目前，較成熟的產品主要有Solar Salt(熔點為238℃，分解點為593℃)，Hitec(熔點為142℃，分解點為538℃)以及Hitec XL(熔點133℃，分解點500℃)，這些鹽已經被用在太陽能發電站中。但這些熔融鹽的熔點仍然較高，使用過程中仍需較多的能量加熱管道以防凍堵；同時，當熔點較低時，這些熔鹽的分解點也迅速降低，在很大程度上影響了使用溫度的上限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種低熔點的傳熱儲熱材料及其制備方法，該低熔點傳熱儲熱材料相變溫度低、相變潛熱大、同時分解溫度較高。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種低熔點的傳熱儲熱材料，其原料包括硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、氫氧化鋰，經所述原料混合保溫制備而成。各原料所占質量百分比為：硝酸鋰30-40％，硝酸鈉15-23％，硝酸鉀40-48％，氫氧化鋰1-2％。

按上述方案，所述的硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、氫氧化鋰質量純度均大于99.90％。

上述低熔點的傳熱儲熱材料的制備方法，具體步驟如下：按質量百分比稱取干燥的硝酸鋰30-40％，硝酸鈉15-23％，硝酸鉀40-48％，氫氧化鋰1-2％作為原料，混合研磨均勻后在升溫至340℃-390℃進行第一階段的保溫，時間為2-5小時；然后再升溫至670℃-730℃進行第二階段的保溫，時間為0.5-2小時，待冷卻后即得到低熔點的傳熱儲熱材料。

按上述方案，所述第一階段的保溫優選溫度為380℃，時間為3小時；所述第二階段的保溫優選溫度為680℃，時間為1.5小時。

上述以無水硝酸鹽為主的低熔點傳熱儲熱材料熔點為85℃-92℃，且在500℃以下的溫度工作時能夠長時間保持低熔點的性質，說明該高溫傳熱材料可廣泛應用于工業熱能回收利用、太陽能熱利用等。

按上述方案，所述硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、氫氧化鋰預先經過干燥處理；所述的混合可以采用機械混合的方法，使其盡量達到均勻即可；所述的保溫分為兩個階段，第一階段的保溫的目的是通過自由擴散使熔融狀態的原料充分混合均勻；第二階段保溫的目的是使混勻原料成分發生一定的高溫變化。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

第一，本發明的創新性在于采用常用的硝酸鋰、硝酸鈉、硝酸鉀、氫氧化鋰，該體系具有熔點低、相變潛熱大、高溫穩定性強、毒性小、腐蝕性小等優點，可同時作為傳熱與儲熱材料使用，在提高了能量轉換效率的同時降低了成本；

第二，對于工作溫度范圍在500℃以下的熱能利用方式，本發明中材料的液相工作溫度范圍能夠與其較好的匹配，本發明特定組分組成的混合熔融鹽能顯著降低熔點，大幅降低了管道能耗。

附圖說明

圖1是實施例1所制備的低熔點的傳熱儲熱材料的DSC曲線。

圖2是實施例2所制備的材料的高溫穩定性測試(1)的DSC曲線。

圖3是實施例2所制備的材料的高溫穩定性測試(2)的DSC曲線。

圖4是對比例1所制備的材料的DSC曲線。

圖5是對比例2所制備的材料的DSC曲線。

圖6是實施例3所制備的低熔點的傳熱儲熱材料的DSC曲線。

圖7是實施例4所制備的低熔點的傳熱儲熱材料的DSC曲線。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實例進一步闡明本發明的內容，但本發明不僅僅局限于下面的實施例。