LNK碳酸熔盐热物性能研究
碳酸盐热稳定性的一种简单标度方法
第20期梁永锋,等:碳酸盐热稳定性的一种简单标度方法-123•碳酸盐热稳定性的一种简单标度方法梁永锋，员蓉，王会，韩新宁，曹江平(宁夏师范学院化学化工学院,宁夏固原757000)摘要:在全面分析影响碳酸盐热稳定性因素的基础上，提出了用分子稳定势对碳酸盐热稳定性进行定量标度，推导了碳酸盐分解温度的定量计算公式，计算了32种碳酸盐的分解温度，计算结果与实验测定值高度吻合。
关键词:碳酸盐；热稳定性;标度;方法中图分类号：O61128文献标识码：A文章编号：408-901X(4929)29-2105-20A Simple Scaling Method foa the Thermai Stability of Cai'bonatrLiang Yongfeng,Yuag Rong,Wang Hui,Hag Xingning,C ao Jiaagping(College of Chemistry and Chemical Engineering,Ninyxia Teacher University,Gxycan756400,ChOa)Abstraci:Based on a compphehsive analysis of the factors that aPeot the thermal stahi/ty of carkonates；a quanFOdve scale for the thermal stability of carkonates was ppposed using molecular stah/izadon poWnPai,and a quanFtadve capyPdon formula for the decompositWn temperature of carkonates was derived.The decompositWn temperature of two kinds of carkonates,the capulawd results are highly consistent with the exyerimentady determined values.Key wordt:carkonate；thermal stabi/tp；scale；metho/碳酸盐是无机化学教学中一类重要的化合物,在无机化学教学中，对于其热稳定性大小的比较是无机化学学习的重要内容之一。
熔盐电化学(1)详解
K Tc T
8-7
V 2/3
式中V为分子容积，Tc为临界温度，K为常数。表8-2列出 了某些熔融盐的系数K值。图8－3示出了一些熔融盐的表 面张力与温度的关系，随着温度的升高，表面张力的降 低可能是由于各粒子间的距离增大，而相互间的作用力 减弱。
阳离子
F
Li 0.40~ 0.58
Na 0.52
图8-1 某些氯化物的蒸汽压与温度的关系
熔融盐体系蒸汽压随液相组成的变化，一般说来表现为： 增加液相中某组元的相对含量，会引起蒸气中该组元的 相对含量的增加。此外，在蒸汽压曲线上具有最高点的 体系，它在沸点曲线上具有最低点，反之亦然。
熔融盐体系一定组成时的逸度（蒸汽压）可以由各组元 的蒸气压根据加和规则计算出来，但这只有当体系中各 组元在固态时不形成化合物时才是正确的。熔体的组成 相当于固态化合物的组成时，熔体结构具有较大的规律 性，因此，键的强度也较大，这就使熔体的蒸气压比由 加和规则计算出来的数值低些。
熔融盐溶液的密度通常用流体静力称量法（阿基 米德法）和最大气泡压力法来测定。
纯熔融盐的密度与温度的关系一般可用下式表示：
式中
8-1
—t熔融0盐 在t某 t一0 温度t时的密度；
t —熔点 时的密度；
0 —与熔融t0 盐性质无关的系数
对大部分纯熔融盐来说，上式在其沸点度的关系不是呈
各类液体的粘度范围大致如下：
水（20℃） 有机化合物 熔融盐 液态金属 炉渣 纯铁（1600℃）
1.0005cP 0.3～30 cP 0.01～104 P
0.5~5 cP 0.05～105 P
4.5 cP
测量熔盐粘度的方法主要为毛细管法和扭摆法。
熔融盐的粘度除与自身的本性有关外，还与温度有密切 的关系，图8-2是NaCl-AlCl3混合熔体的粘度随温度的变化。 粘度与温度的关系一般可表示为：
三元硫酸熔盐的制备及其热稳定性能
三元硫酸熔盐的制备及其热稳定性能朱教群;陈维;周卫兵;李儒光;张弘光【摘要】以硫酸钠、硫酸钾和硫酸镁为原料,采用在硫酸钠-硫酸钾二元共晶盐中加入硫酸镁的方法制备三元硫酸熔盐.应用TG-DSC联用分析仪、热常数分析仪、X射线衍射仪以及热循环法对复合熔盐的熔点、相变潜热、热导率、比热容、分解点以及热稳定性进行表征.结果表明:所制备的三元硫酸熔盐熔点分布在667.5～669.7℃之间,较二元熔盐熔点降低了160℃左右,硫酸镁含量为30％(质量分数)的三元硫酸熔盐相变潜热值最大为94.3 J/g,比热容最大为1.13 J/(g·K) (720℃≤T≤800℃),导热系数为0.41W/(m.K),分解温度为1070℃,经50次热循环后,相变潜热值降低约4.34％,熔点和物相保持基本恒定,具有良好的热稳定性.该研究为硫酸盐作为高温传热蓄热介质提供了依据.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2016(005)004【总页数】5页(P498-502)【关键词】熔融盐;熔点;分解温度;热稳定性【作者】朱教群;陈维;周卫兵;李儒光;张弘光【作者单位】武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TK512太阳能发电主要有太阳能光发电和太阳能热发电两种基本方式，而太阳能热发电由于其发电方式与传统发电方式相同，具有生产适应性强、易于并入电网、适于大规模生产等特点，在世界范围内得到了广泛关注[1]。
由于太阳能传热蓄热技术是太阳能热发电利用的关键技术之一，因此传热蓄热介质的选择就显得尤为重要。
熔融盐因具有黏度小、导热性能好、蒸汽压低、使用温度范围广等特点，成为了传热蓄热介质的首选，并成功应用到了太阳能热发电站中[2-3]。
高温熔盐传热特性研究
图 １ 试验装置系统示意图
试验 采 用 三 元 硝 酸 盐 （５３％ ＫＮＯ３，７％ ＮａＮＯ３，４０％ ＮａＮＯ２）作为传热介质，初次启动时，常温下的固体熔盐在低温 储热罐内经电加热器加热到熔点以上并形成液态，由低温熔盐 泵将熔盐送至熔盐吸热管，熔盐在吸热管流动过程中由电加热 器进行传热实验，使其继续升温后进入高温熔盐罐后经高温熔 盐泵送至熔盐 ／水换热器进行换热试验，之后回流至低温储热 罐形成回路。
( ) ( ) η＝１０２７．５ｅｘｐ －３１Ｔ．５ ＋２９．１ｅｘｐ －１１６Ｔ．４ ＋０．９（ｃｐ）
Ｈ＝１．４２ｔ＋１２５（ｋＪ／ｋｇ）
( ) ( ) Ｐｒ＝１３２．４ｅｘｐ －９０Ｔ．１ ＋３９５１．８ｅｘｐ －３Ｔ０ ＋６．２５
创新与实践
试验结果与分析 ２．１ 温度与吸热管壁温分布
图 ３是在一定的熔盐流速 υ＝０．６４ｍ／ｓ条件下，吸热管壁 温与熔盐温度的变化情况，可以发现在熔盐流速不变时，吸热 器壁温 Ｔｗ 及熔盐温度 Ｔｆ的变化速度随着热流密度 ｑ的增加而 变大。
引言 以熔盐为工作介质的太阳能热发电系统在整个吸热、传热
循环中无相变，系统无压运行，安全性提高；熔盐本身较高的 热容，使得吸热器可承受较高的热流密度，从而使吸热器可做 得更紧凑，有利于减少制造成本，降低热损，提高系统热效率。 此外，熔盐本身是很好的蓄热材料，因而整个太阳能热力系统 的传热、蓄热可共 用 同 一 工 质，使 系 统 得 到 极 大 的 简 化，降 低 电站投资成本［１］。因此熔盐在太阳能电站中得到了广泛应用， 则对熔盐的吸热传热特性进行研究，为熔盐吸热器的设计提供 依据，为其安全可靠运行提供保障就显得尤为重要。
的壁温热电偶测量得到，见图 ２。
图 ２ 吸热管布置示意图 实验通过改变吸热器电加热功率和熔盐泵变频器功率进 行不同热流密度和不同流速下的吸热实验。 试验中所用三元硝酸盐熔点为 １４２℃，沸点为 ６８０℃，能够在 ５５０℃的高温下长期使用，其物性参数根据厂家提供数据得到：
FLiNaK熔盐中微量氧的测定
FLiNaK熔盐中微量氧的测定宗国强;陈博;高敏;肖吉昌【摘要】FLiNaK熔盐作为一种比较成熟的高温热载体,价格便宜、热稳定性好,可用作高温熔盐堆二回路冷却剂及太阳能传热蓄热介质.氧的存在对于熔盐堆安全运行存在多方面威胁,如降低核燃料的溶解度、氧化铀缓慢地发生沉淀进而造成燃料回路局部过热.然而,对于熔盐中氧含量的测定,目前还没有一个统一、通用的测定方法.基于氧分析仪(惰气熔融红外光谱法)在钢、铁、氧含量测定中的应用,建立了一个测定FLiNaK熔盐中氧含量的方法.针对FLiNaK熔盐的特性,选择了合适的包裹容器,确定了测定的裂解功率为2 800 W,方法测定熔盐中氧含量相对标准偏差为3.1％,加标回收率为85％～101％.【期刊名称】《中国无机分析化学》【年(卷),期】2015(005)001【总页数】4页(P45-48)【关键词】FLiNaK熔盐;氧分析仪;裂解功率【作者】宗国强;陈博;高敏;肖吉昌【作者单位】中国科学院上海有机化学研究所,中国科学院有机氟化学重点实验室,上海 200032;中国科学院上海有机化学研究所,中国科学院有机氟化学重点实验室,上海 200032;中国科学院上海有机化学研究所,中国科学院有机氟化学重点实验室,上海 200032;中国科学院上海有机化学研究所,中国科学院有机氟化学重点实验室,上海 200032【正文语种】中文【中图分类】O659氟化物熔盐在上世纪中叶即被考虑作为反应堆的冷却剂，主要由于其具有较高的热容、良好的流动性和热导率、宽的液态工作范围、良好的化学稳定性等出色的热化学性能及材料相容性［1－5］。
氟锂钠钾熔盐（FLiNaK）是由氟化锂（LiF）、氟化钠（NaF）、氟化钾（KF）三种氟化物按一定比例混合，在高温下熔融而形成的低熔点共晶体混合熔盐体系。
它作为一种比较成熟的高温热载体，价格便宜、热稳定性好，可用作高温熔盐堆二回路冷却剂及太阳能传热蓄热介质［6］。
三元熔盐的熔点
三元熔盐的熔点
三元熔盐是指由三种不同阴离子组成的熔盐体系。
常见的三元熔盐体系包括氯化铵（NH4Cl）-氯化钾（KCl）-氯化镁（MgCl2）、碳酸锂（Li2CO3）-碳酸钠（Na2CO3）-碳酸钾（K2CO3）等。
由于三元熔盐体系的组成和比例不同，其熔点也会有所差异。
具体的熔点取决于各个组分的性质和相互作用。
举例来说，氯化铵-氯化钾-氯化镁体系在摩尔比为1:1:1时，其熔点大约为245℃左右。
而碳酸锂-碳酸钠-碳酸钾体系则在摩尔比为1:1:1时，其熔点约为724℃左右。
需要注意的是，这些数值只是近似值，具体的熔点还受到压力、纯度和存在其他杂质的影响。
二元混合熔盐的制备及热物性研究
二元混合熔盐的制备及热物性研究李鹏;李彦;朱群志【摘要】采用静态混合熔融法制备了多组LiNO3-KNO3不同比例的二元混合熔盐,通过X射线衍射仪(XRD)、TG/DSC同步热分析仪分别对其组成和热物性进行表征.实验结果表明,5∶5组混合熔盐的熔点最低,为129.6℃;4:6组混合熔盐的相变潜热值最高,为170.2 J/g;6∶4组仍有部分过剩的LiNO3不能参与共熔.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】4页(P125-128)【关键词】熔盐;熔点;相变;潜热【作者】李鹏;李彦;朱群志【作者单位】上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090;上海电力学院能源与机械工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TK02近年来,随着我国城镇化和工业化步伐的加快,很多高能耗行业(如发电、石化等)的发展速度也越来越快,导致了能源需求量的急剧增大.能源转换与利用效率是能源科学技术的研究重心,而热能储存又是能源技术中的重要分支,因此对热能储存的研究就显得尤为重要.相变储热材料是具有高密度的储热材料,且相变过程基本是等温过程,用相变材料进行热能存储是一种高效的储能方式[1].而在中高温领域,无机熔融盐一直是相变储能材料的研究热点.从最初的单一无机熔盐的研究到多元混合熔盐的研究再到熔融盐复合储能技术,让无机熔盐在适用温度范围及适用领域方面都有了很大的提升.大部分硝酸盐的熔点在300 ℃左右,其价格低,腐蚀性小,是很好的中温相变材料,受到国内外学者的广泛关注与研究.ZHONG L M等人[2]引入温度梯度的储能材料,分别制备了温度梯度为30 ℃(质量分数)LiNO3(58.1)-KCl(41.9),LiNO3(49)-NaNO3(51),LiNO3(87)-NaCl(13)3组二元混合熔盐,熔点分别为166 ℃,194 ℃,208 ℃,并对3组熔盐分别进行了热物性的实验研究.彭强等人[3]采用静态高温混合熔融法制备出三元硝酸熔盐(53%KNO3,40%NaNO2,7%NaNO3),在该混合熔盐中加入5% 的添加剂时,其高温下的稳定性得到了保证,且混合熔盐的最佳操作温度由原来的400～500 ℃提高到约550 ℃,NO2-在熔盐中的含量损失得到了降低,延缓了熔盐的劣化时间,且稍微降低了熔盐的凝固点.XIAO X等人[4]分别对KNO3,NaNO3及二者等比例混合熔盐进行了DSC测试,得到其准确的熔点及前热值,同时将上述3组熔盐渗入不同质量含量的膨胀石墨中进行DSC及热导率的测定.LOPEZ J等人[5]对NaNO3-KNO3二元混合熔盐的熔点潜热进行了测试和理论分析,同时还研究了渗入膨胀石墨后的复合相变材料的热物性.FERNANDEZ A G等人[6]分别研究了LiNO3(20)-KNO3(52)-NaNO3(28)和LiNO3(30)-Ca(NO3)2(10)-KNO3(60)两组三元混合熔盐的熔点及适用温度范围.ROGET F等人[7]用DSC分别分析了LiNO3-KNO3和LiNO3-NaNO3-KNO3两组混合熔盐的熔点及相变潜热,并着重对其循环热稳定性进行了测试.ALEXANDER J J和KIRST W E等人[8-9]研究发现,40%KNO3和60%NaNO3的二元熔盐在454.4 ℃以下热稳定性极好,而53%KNO3,40%NaNO2,7%NaNO3三元硝酸熔盐的上限温度为450 ℃.综上可见,目前被广泛研究的硝酸盐主要为KNO3,NaNO3,Ca(NO3)2,LiNO3.但上述文献中基本都只是对某一固定比例的二元或三元混合熔盐进行性能测定,并未系统给出不同比例混合熔盐的热物性.因此,本文用静态混合熔融法分别制备KNO3和LiNO3不同比例的二元混合熔盐,并对其相关热物性进行研究,以得出热物性的变化规律,以便于选取出该二元混合熔盐中性能最佳的配比比例,为后续研究起到一定的铺垫作用.1.1 实验药品及器材实验药品为硝酸钾(KNO3)和硝酸锂(LiNO3),均为分析纯,并且试验原料未做进一步纯化处理.实验器材主要有刚玉坩埚,不锈钢研钵,恒温鼓风干燥箱,马弗炉等.1.2 样品制备采用静态混合熔融法制备KNO3和LiNO3不同比例的二元混合熔盐.分别按(LiNO3∶KNO3)3∶7,4∶6,5∶5,6∶4的比例称取一定质量的LiNO3和KNO3(已在110 ℃恒温干燥箱中干燥24 h),每组总质量为20 g.依次将4组混合熔盐放于不锈钢研钵中研磨、搅拌10 min,至其呈完全粉末状,分别倒入刚玉坩埚中置于马弗炉内,从室温升温至400 ℃(高于KNO3和LiNO3的熔点),升温速率为5 ℃/min,然后保温2 h,炉内冷却至140 ℃后取出自然冷却至室温,然后放于恒温鼓风干燥箱内,80 ℃下干燥12 h,将块状混合熔盐取出放于不锈钢研钵内研磨至粉末状即制备出二元混合熔盐.1.3 表征手段样品的XRD(X射线衍射仪)分析采用日本Rigaku公司Dmax-2550VBPC型X射线衍射仪;采用CuKα作为射线源,其波长(λ)为0.154 nm,扫描角度为1°～90°.DSC(差示扫描量热仪)分析采用METTLER TGA/DSC2 1600LF型TG/DSC同步热分析仪;升温范围为50～400 ℃,升温速率为10 K/min,气氛为氮气.2.1 XRD结果分析图1为制得的二元混合硝酸熔盐(LiNO3∶KNO3为4∶6组)的XRD图谱.通过与标准卡片(JCPDS Card no.05-0377(KNO3),JCPDS Card no.08-0466(LiNO3))进行对比发现,所制得的混合熔盐中物相主要是LiNO3和KNO3,并未发现其他物质的特征衍射峰.这说明通过静态混合熔融法制得的二元混合硝酸熔盐的纯度极好,制备过程中也未有其他杂质的掺入,同时也说明LiNO3和KNO3的化学相容性极好,且高温下两种熔盐之间不发生化学反应,充分保证了所制备的二元混合硝酸熔盐的热稳定性和实用性.2.2 DSC结果分析通过TG/DSC同步热分析仪对4组混合熔盐的升温熔化特性进行了测定.(LiNO3∶KNO3)3∶7组、4∶6组、5∶5组和6∶4组的DSC曲线图如图2所示.图2中,吸热峰起始边拐点所作切线与基线的交点即为混合熔盐的熔点Tm,Tpeak 为熔峰点温度,ΔHm为混合熔盐的相变潜热值,ΔH1为KNO3的晶格转换吸热所产生的熔峰的潜热值,因此每组混合熔盐的共熔潜热值ΔH可依据下式进行计算[7]: 4组混合熔盐的熔点、熔峰、共熔潜热值如表1所示.由表1可以看出,4组混合熔盐的熔点基本都在130～131 ℃左右,从3∶7组到5∶5组依次略有降低,而6∶4组又开始升高,这是由于在可共熔的二元混合熔盐中,熔点会随组分比例的不同而变化.变化规律一般为:等比例时熔点较低,而比例越远离等比例,则熔点会相应的逐渐升高.熔峰值的趋势与熔点保持一致,且部分文献中将熔峰点作为熔点,本文采用切线与基线的交点作为熔点.图2a,图2b和图2c中均只有一个主熔峰(ΔHm所对应的熔峰),说明这3组熔盐均已完全共熔,而图2d中在主熔峰后面出现了另一个熔峰,这说明该组混合熔盐并未完全共熔,由于LiNO3的熔点约为225 ℃,可见这个熔峰是由未参与共熔的LiNO3所导致的.共熔潜热值与熔点的趋势有所不同,4∶6组混合熔盐的值最大,达到170.2 J/g,且向两端比例依次降低,说明4∶6组的性能最佳.这是由于LiNO3的熔化潜热要比KNO3的高,因此当混合熔盐中LiNO3的比例增大时,其熔化潜热也会相应增大.而本文中4∶6组比5∶5组的共熔潜热值高是由于制备的4∶6组混合熔盐的比热容要比5∶5组高,高比热就意味着熔化时能吸收更多的热量,故而其共熔潜热更高.而当LiNO3∶KNO3的混合比例高于5∶5时,会有部分过剩的LiNO3不能参与共熔,导致共熔熔盐在混合熔盐中所占比例降低,从而使其共熔潜热值减少,因此6∶4组混合熔盐的共熔潜热值会比5∶5组更低.本文采用静态混合熔融法成功制备了4组LiNO3和KNO3不同比例的二元混合熔盐.4组混合熔盐的熔点均在130～131 ℃左右,且5∶5组混合熔盐的熔点最低,并依次向两端呈现升高趋势;熔峰点的趋势与熔点保持一致;3∶7组、4∶6组和5∶5组均能完全共熔,6∶4组中部分LiNO3并未参与共熔,说明并非任意配比的LiNO3和KNO3二元混合熔盐都能制备出完全共熔的共晶熔盐,当LiNO3∶KNO3高于5∶5时,并不适合作为相变储能材料;4∶6组的相变潜热值最大,达到170.2 J/g,说明该组分为LiNO3和KNO3二元混合熔盐中性能最佳的配比组分.【相关文献】[1]叶锋,曲江兰,仲俊瑜,等.相变储热材料研究进展[J].过程工程学报,2010,10(6):1 231-1 241.[2]ZHONG L M,ZHANG X W,LUAN Y,et al.Preparation and thermal properties of porous heterogeneous composite phase change materials based on molten salts/expanded graphite[J].Solar Enengy,2014,107(6):63-73.[3]彭强,魏小兰,丁静,等.多元混合盐的制备及其性能研究[J].太阳能学报,2009,30(12):1 621-1 626.[4]XIAO X,ZHANG P,LI M,et al.Thermal characterization of nitrates and nitrates/expanded graphite mixture phase change materials for solar energy storage[J].Energy Conversion and Management,2013,73(5):86-94.[5]LOPEZ J,ACEM Z, BARRIO E.KNO3/NaNO3-Graphite materials for thermal energy storagy at high temperature:PartⅡ-Phase transition properties[J].Applied Thermal Engineering,2010,30(3):1 586-1 593.[6]FERNANDEZ A G,USHAK S,GALLEGUILLOS H,et al.Development of new molten salts with LiNO3 and Ca(NO3)2 for energy storage in CSP plants[J].AppliedEnengy,2014,119(1):131-140.[7]ROGRT F,FAVOTTO C,ROGEZ J.Study of the KNO3-LiNO3 and KNO3-NaNO3-LiNO3 eutectics as phase change materials for thermal storage in a low-temperature solar power plant[J].Solar Enengy,2013,95(6):155-169.[8]ALEXANDER J J,HINDIN S G.Phase relations in heat transfer salt systems[J].Industrial and Engineering Chemistry,1993(39):1 044.[9]KIRST W E,NAGLE W M,CASTNER J B.A new heat transfer medium for high temperature[J].Transaction of American Institute of Chemical Engineers,1994(36):371.。
中高温复合相变储热材料的制备及性能研究
中高温复合相变储热材料的制备及性能研究*许永1,张叶龙1,赵伟杰1,王敏1,翁立奎1,冷光辉2,丁玉龙2(1.南京金合能源材料有限公司,江苏南京210047;2.英国伯明翰大学)摘要:采用直接混合-压制-烧结工艺,制备了以碳酸钠-碳酸钾、碳酸钠-氯化钠、碳酸钠-氯化钠-氯化钾为相变材料的中高温复合相变储热材料。
采用差式扫描量热法(DSC )、重量法和热循环法对中高温复合相变储热材料的相变峰值温度、相变潜热、热稳定性等性能做了表征。
实验结果表明,以碳酸钠-氯化钠-氯化钾三元熔盐作为相变材料制备中高温复合相变储热材料,相变峰值温度为567℃,相变潜热高,是碳酸钠-碳酸钾二元熔盐的2.7倍,在750℃以下有较好的热稳定性,且具有较好常温力学性能。
关键词:碳酸钠;氯化钠;相变储热材料中图分类号:TQ127.13文献标识码:A文章编号:1006-4990(2018)05-0036-04Research on preparation and performance of shape stable carbonate/chloride basedcomposite phase change materials for medium and high temperaturesXu Yong 1,Zhang Yelong 1,Zhao Weijie 1,Wang Min 1,Weng Likui 1,Leng Guanghui 2,Ding Yulong 2(1.Nanjing Jinhe Energy Material Co.,Ltd ,Nanjing 210047,China ;2.University of Birmingham )Abstract :Na 2CO 3-K 2CO 3,Na 2CO 3-NaCl and Na 2CO 3-NaCl-KCl based composite phase change heat storage materials (PCMs )for medium and high temperature applications were prepared.The performances ,such as phase change peak value tempera ⁃ture ,phase change latent heat ,and thermal stability of composite PCMs were characterized by thermal gravimetrical analyzer ,differential scanning calorimeter and thermal cycling device.The results showed that the ternary formulation of Na 2CO 3-NaCl-KCl had a peak phase change temperature of 567℃with a latent heat of 2.7times that of Na 2CO 3-K 2CO 3.This ternary compo ⁃site PCM also had a good thermal cycling stability below 750℃,exhibiting an excellent mechanical strength.Key words :Na 2CO 3;NaCl ;phase change thermal storage materials能源在国民经济中具有极其重要的战略地位,因此如何高效利用能源成为了一个热门的研究课题。
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１２ｑＫ碳酸熔盐的热冲击实验 熔盐的热稳定性不仅指ＴＧ曲线上的质量保留
酸熔盐Ｇ，Ｉ棚。＝１．６５７ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ），而从图２中点状线
率，还包括在热冲击情况下熔盐保持主要热物性参 数不变的能力，其性能的好坏直接影响熔盐本身的
得出熔盐的ｃ，ｌ删‘＝２．１１５ｋＪ／（１ｃｇ・Ｋ），因此差示扫描
量热法测定熔盐的比热容的方法有一定误差。
熔点低、相变潜热高、比热大…，能够满足高温传热 蓄热的需要。碳酸熔盐在热化学催化反应、清洁燃 烧、燃料电池、太阳能制氢中的应用变得更加明显。
量１０ｍｇ样品装入坩锅，以另一个空石墨坩锅作为参
比，通入Ｎ２后开始程序升温至１０００℃，升温速率为 ２００Ｃ／ｒａｉｎ，气流量为１００ｍｌＪｍｉｎ。
Ｓｂｅｔｈ等口１利用钠钾（ＮＫ）和锂钠钾（ＬＮＫ）碳酸盐共
Ｐ＝２．４３０２—０．４３４７×１０一’×Ｔ
和恒温１２ｈ后ｃ继一降低的测试结果。由图５可以
（３）
对应的拟合数据误差在一０．５６５％～０．９４０％之间。
看出，熔盐在７００、７５０、８００、８５０、９００℃恒温加热３ｈ和
万方数据
太
阳
能
学
报
３ｌ卷
可以降低混合熔盐的熔点，又可以达到增大相变潜 热的目的； ２）热重分析结果显示熔盐在惰性气体心下，
高、密度大（２９／ｏｎｓ）、黏度小（４ｃ，）以及在８００。（３下热 稳定性好的特点，是一种比较理想的高温热载体，在
高温传热和蓄热方面有较好的应用前景。
蓁１Ｉ一９７．５一
万方数据
［参考文献］
［１］
Ｊａｍ Ｇ Ｊ，Ａｌｌｅｎ Ｃ Ｂ，Ｂａｍａｌ Ｎ Ｐ。ｅｌ
ｄａｔａ Ｄａｔａ
ａ咂嘎】ｉｌ妇葛ｒｅｌｅｖａｎｔ
Hale Waihona Puke 盐在测试过程中的热分解不能简单依据上述机理。 文献［８］研究了加碳对碳酸盐的热分解的影响，表明
混有碳的碳酸盐热分解提前，并提出了下述热分解
不同温度下熔盐的质量损失率。ｃ磋一含量的测定是
用过量的Ｂ扼１２溶液沉淀溶于水的熔盐样品，减压抽
机理：
Ｎａ２Ｃ０５（１）＋２Ｃ（ｇ）＝２Ｎａ（ｇ）＋３ＣＯ（ｇ）
滤Ｇ４滤器，经多次水洗哪沉淀后、在ｌｌＯ℃下恒
图１＂ｆＩ（碳酸熔盐的差热（Ｄｓｃ）曲线
№．１
２．２
Ｄｓｃ唧０ｆ ＵⅨｅａｌｂｅｎａｅ幽础
高而增加。根据实验结果，拟合了下面两条线性关 系：
１２ｑＫ碳酸熔盐的热分解曲线和比热容数据拟 传热蓄热材料在高温下的热稳定性主要与其热
Ｙ＝０．３４７０８＋０．（Ｘ）２６Ｘ；ｓＤ＝０．０２６０４［５∞一７０３．４Ｋ］
传热效果和系统的安全、经济运行。因此，有必要研
究本文所选熔盐在此方面的性能。 图４是ＬＮＫ碳酸熔盐在热冲击实验下熔点与相 变潜热的变化结果。从图４可知，熔盐的熔点在 ４００。Ｃ附近，相变潜热在１４０Ｊｉｇ以上。随着热冲击次 数的增加，熔盐熔点基本没有增大的迹象，甚至比原 始盐的熔点还有所降低；同时，熔盐的相变潜热变化 幅度也较小，说明此熔盐从８００℃到室温环境下的耐
高温反应，并且加剧熔盐的热分解，使分解产物被惰
性气流带走并与常温环境接触冷凝成烟状物，这与 测试温度达到８００℃后能观察到尾气部分有白烟以
性较好。从实验结论可以看出，ＤＳＣ熔化温度测试
比较准。
及升温到９８３．８。Ｃ后质量损失１００％相一致。实验说
明用石墨坩埚测量碳酸熔盐的亿曲线在８００％以
后数据不够准确，但在８００。Ｃ之前的数据仍是可信
２．３＂Ⅸ碳酸熔盐的密度和黏度测试 熔盐的密度和黏度不仅是一种物性参数，更是
进行流体计算的重要依据。图３分别是ＬＮＫ碳酸熔
盐的密度和黏度测试结果。
呷昌
鼍 毯 静
热冲击较好，随着温度的骤降而性质基本不发生变
化。
潭度／Ｋ
Ｌ密度曲线 卜皇．ｆ／蓑静锹霉
ｉ｝
热冲击次数
图４
ＬＮＫ碳酸熔盐的热冲击结果
瑰．４
２．５
５６３．１５Ｋ的比热数据可知：ｃ，ｌ蚴．暇＝１．８５５２±
Ｏ．０４３６ｋＪ，（１‘ｇ・Ｋ），而从图２中点状线得出熔盐的
ｃ，ｌ姗．既＝１．￥１１２７ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ），综合考虑碳酸钠、碳酸
钾的比热数据，说明差示扫描量热法测定熔盐的比 热容有些偏大；同时文献［１０］中心Ⅸ（３２：３３：３５）碳
对应的拟合数据误差在一１．ｓ７％～０．８４％之间。
摘要：简述了碳酸熔盐在热化学催化反应、清洁燃烧、燃料电池、太阳能锎氢中的应用研究，指出碳酸熔盐能够 满足太阳能高温传热蓄热的要求。采用热分析技术＇Ｗ；－ＤＳＣ、重量法、阿基米德法、回转振荡法等对（Ｌｉ－Ｎａ－Ｋ）：Ｃｑ 熔盐（ＩＮＫ碳酸熔盐）的熔点、比热、相变潜热、密度、黏度和热稳定性等性质进行了表征。实验结果表明：Ｉ．ｈ＇Ｋ碳酸
８００＇Ｕ之前不存在热分解，但随着温度的升高，熔盐
的稳定性变差，分解机理较复杂；而上限工作温度实
验显示熔盐在８５０。Ｃ的空气下，仍具有很高的稳定
性，两者实验数据的差异可能与熔盐的用量、坩埚的
种类有关，值得进一步研究；
３）ｔＮＫ碳酸熔盐在８００℃下进行热冲击实验２００ 次后，熔盐的熔点和相变潜热基本保持不变，说明熔 盐在循环过程中没有出现相分离现象，并能很好地 抵抗温度骤变的冲击，热稳定性较高； ４）混合熔盐体系具有熔点低（３９４．８５℃）、比热 容（５００℃，２．７０ｋＪ／（１ｃｇ・Ｋ））和相变潜热（１５９．７ｋ．１／ｋｇ）
Ｏ引
言
点、比热、相变潜热、密度、黏度和热稳定性等性质进 行了表征。
蓄热技术是太阳能高温利用技术的关键之一。
传热蓄热介质的工作温度高达几百摄氏度，热流密
１测试部分
ＴＧ－ＤＳＣ曲线由ＳＤＴ Ｑｅ３０型热分析仪测得。熔 盐样品过２００目筛，石墨坩埚经高温恒重处理。称
度高，对介质材料提出很高要求。混合碳酸熔盐的
晶催化剂在固定床反应器中对煤．水蒸气气化反应 动力学进行了研究；￥ｈｉｍａｎｏ等【３】利用（Ｎａ＋、Ｋ＋）：
熔盐的比热容由差示扫描量热法计算得出。首 先测定空白基线，然后在相同条件下使用同一个石 墨坩埚分别测定蓝宝石和熔盐的ＤＳＣ曲线。在某温
度ｒ下，从ＤＳＣ曲线中求得纵坐标的变化值Ｙ，和 扎（扣除空白值后的校正值），将Ｙ。及扎代入下列
（１）
合
万方数据
７期
廖敏等：ＬＮＫ碳酸熔盐热物性能研究
Ｙ＝一３．３２４５９＋０．００７８Ｘ；ＳＤ＝０．１０７７［７∞．４一１０２０Ｋ］ （２） 根据Ｋ１３ｕｒｋｏｖＲ Ｌ等［９】拟合如ｃｏ，在３０３．１５—
从图３ｂ可以看出：熔盐的黏度随着温度的升高
而降低，液体黏度在５Ｃ．以下，与水的黏度相当，具
有很好的高温流动性，很适合做传热流体。ＬＮＫ碳 酸熔盐黏度拟合曲线为： 卢＝９．８１６—０．００９３５Ｔ＋３．００５×１０一‘×严（４）
熔盐具有熔点低（４０４．８９。Ｃ）、比热容（５００。ｃ，２．７０ｋＪ，（ｋｇ・Ｋ））和相变潜热（１５９．７ｋＪ／ｋｇ）高、密度大（２∥一）、黏度小
（４Ｃ．）以及在８００。Ｃ下热稳定性好的特点，是一种比较理想的高温热载体。 关键词：太阳能；传热蓄热；ＬＮＫ碳酸熔盐 中图分类号：ＴＫ５１２ 文献标识码：Ａ
Ｔｈｅｍｍｌ ｓｈｏｃｋ ｒｅｓｕｌｔｓ ０ｆ Ｉ ＮＫ ｅａｄｍｎｍｅ ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔ
ＬＮＫ碳酸熔盐的上限温度确定
确定传热蓄热材料的上限工作温度是保证系统
安全的必要参数。ⅢＫ碳酸熔盐失效主要是指碳酸
ｂ．黏度曲线 图３ Ｆ鼋．３ ｕ暇碳酸熔盐的密度和黏度曲线
Ｔｈｅ
盐分解成金属氧化物和二氧化碳，将造成熔盐质量 减少以及ｃ磋一含量降低。因此，实验从不同温度下
解机理成相应的金属氧化物和二氧化碳，熔盐最终 失重应为４２．８％，与结果减少１００％不符，说明该熔
１０ｍｉｎ，再冷却６ｒａｉｎ，依次循环在特定次数取样进行 ＇Ｗ，－ＤＳＣ测试，得出熔盐熔点和相变潜热随热冲击次
数变化的情况。 质量损失率是指熔盐质量随保温时间的变化。 把盛放３０９熔盐的氧化铝坩埚放人马弗炉内，恒温 加热一段时间后取出冷却称量，与时间作图即得到
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求得黏度的数据。 热冲击实验是指熔盐在８００℃下恒温１０ｍｉｎ，然 后在常温下冷却６ｍｉｎ，再继续在８０００Ｃ下恒温
分解温度有关。图２中的曲线是ＬＮＫ碳酸熔盐的热 重（ＴＧ）曲线，可知：熔盐在８００、９００、９５０和９８３．８℃ 时，质量分别减少了０．跖％、４．５０％、５２．鹋％和
１００％。这说明熔盐在８００。Ｃ之前是很稳定的，但随 着温度的升高，熔盐热分解加剧。若按照碳酸盐分
基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３）项目（２０１０Ｃｉｒ２２７１０３）；国家自然科学基金重点项目（５０９３咖７） 通讯作者：丁静（１９６卜），女，教授，主要从事太阳能热发电及空调翩冷领域的研究。ｅｅｊｄｉｎｇ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．∞ 万方数据
太
阳
能
学
报
３ｌ卷
回转的对数衰减率，根据对数衰减率与黏度的关系
式中，即可求得熔盐的比热容。
Ｙｌ／Ｙ２＝（ｍｌ Ｃ＿Ｉ），（ｍ２Ｃ皿）
式中，ｍ：、ｃ正——分别为蓝宝石的质量和比热容； ｍ。、Ｃ一——分别为熔盐的质量和比热容。
熔盐密度随温度变化曲线由ＲＳＤ－０６熔体物性 测定仪根据阿基米德法测得，以密度变化对熔盐温 度作图，即得熔盐密度．温度变化曲线。
行了深入探讨，认为碳酸熔盐作为蓄热材料具有一