顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料及製備方法
2023-06-10 07:54:31 2
專利名稱：顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料及製備方法
技術領域：
本發明涉及材料，特別是涉及一種顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料及製備方法。
背景技術：
太陽能熱利用是大規模開發利用太陽能的重要途徑，但是太陽輻射一個明顯的特點是受晝夜、季節等規律性變化的影響，以及陰晴雲雨等隨機因素的制約。為保證熱利用的連續穩定進行，提高熱利用效率，太陽能熱利用系統中都會配備蓄熱系統。蓄熱材料的性能是決定太陽能熱利用效率的最主要因素之一。目前太陽能熱利用中的蓄熱材料主要有有水、巖石、導熱油、耐高溫混凝土、金屬鈉和無機鹽等。水作為儲熱材料蓄能密度不大，而且高溫下蒸汽壓力也很高；砂石-油系統結構複雜，效率低；耐高溫混凝土作為蓄熱材料，對其內部換熱管要求高，佔整個蓄熱系統成本的45% 55%;導熱油在高溫時的蒸汽壓力非常大(400°C時大於IM P a)，使用其作為蓄熱材料需要特殊的壓力閥等設備，同樣存在很大困難，又容易引發火災，而且容易老化， 價格昂貴。無機鹽一般具有較大的相變潛熱，是目前應用於太陽能熱發電中蓄熱能力可以與合金相媲美的蓄熱材料。但無機鹽具有較強的腐蝕性，對盛裝的容器提出極為苛刻的要求。文獻1 (Kakiuchi ； Hiroyuki ； Oka; Masahiro1US patent. No. 5567346)報導了日本學者的美國專利，其中以硫酸鈉、氯化銨、溴化鈉以及硫酸銨為主要原料組成的蓄熱材料。文獻2 (Ross; Randy, US patent. No. 5685151)的專利則報導了用於太陽能蓄熱材料，主要的成分是氯化鈉，使用的存儲鹽的容器是特種不鏽鋼材料，價格極為昂貴。文獻3 (JP2009-1794)報導了德國發明者的日本專利，報導了相變溫度範圍在 80 160°C的一類聚烯烴蠟材料，相變溫度較低。文獻4 (ZL200610019479. 9)和文獻 5 (ZL200610019478. 4)分別介紹了一種中溫
和高溫蓄熱材料的製備方法，它們共同的特點是使用無機非金屬材料的顯熱蓄熱，雖然所使用的材料價格較低廉，但是顯熱蓄熱材料在熱量釋放過程中溫度變化不平穩，並且它們的比熱容很低，要蓄存較多的熱量就必須加熱到很高的溫度，而且體積龐大，從而對系統的保溫性和安全性提出了更高的要求。以上文獻中報導的蓄熱材料，要麼是成本太高，要麼存在使用的溫度較低而使其使用受到極大的限制，而作為太陽能熱利用的蓄熱材料，必須有高的能量密度；蓄熱材料與熱交換液體應有良好的熱傳導；蓄熱材料應有良好穩定性；蓄熱材料與熱交換器及熱交換液體之間有良好的化學相容性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對目前單一蓄熱材料存在的問題，提供一種顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料，並且提供能夠低成本地生產出該材料的製備方法。
本發明解決其技術問題採用以下的技術方案
本發明提供的顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料，其包括由外向內分布的碳鋼板、混凝土層、石墨紙和熔融鹽塊，其重量比為1: (3^10)(廣3)。所述混凝土層由以玄武巖、鋼渣或銅渣為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料製成，各組成的重量百分比為玄武巖骨料10 50 %，鋼渣骨料1(Γ50 %，鋁酸鹽水泥5 10 %，礦渣粉5 20 %，矽微粉 2 10%，碳纖維5 20%。所述熔融鹽塊可以由以下原料製成，各原料重量百分比為NaNO3 10^80%, KNO3 10^80%,膨脹石墨粉5 20%，其中NaNO3和KNO3均採用彡99%的質量含量的工業原料。所述混凝土層可以由以下方法製成按混凝土組成配比稱量，經幹混均勻後，然後按稱量的原料的總質量的5 8%加水，再混合均勻置於鋼模模具中二4小時後脫模，在 100 120°C溫度下烘烤M小時即可。本發明提供的上述顯熱-潛熱複合儲熱材料，其製備方法是按配比稱取碳鋼、混凝土及熔融鹽，先將碳鋼製備成預先設計的形狀作為容器，然後將混凝土按照一定的配比和方法澆注，烘烤成型後，熔融鹽按一定配比混合均勻後，壓製成塊，將其表面包裹石墨紙放置於混凝土中，最後用碳鋼封裝，即得到所述顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料。儲熱材料由外向內依次是碳鋼板、混凝土層、石墨紙和熔融鹽塊。所述碳鋼板厚度可以為1 3 mm，混凝土層厚度可以為10 50mm，熔融鹽塊的厚度可以為100 200mm。本發明與現有技術相比具有以下的主要的優點
1.克服單一儲熱材料的不足，充分發揮複合材料的優勢，採用耐腐蝕性能高的混凝土解決熔融鹽的腐蝕性能，同時，利用熔融鹽的潛熱可提高蓄熱材料的蓄熱能力。2.將中溫相變熔融鹽經壓塊後置於容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫蓄熱材料。該方法製備工藝簡單，蓄熱材料中包括蓄熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。採用上述結構，其結構簡單，較單一儲熱方式其綜合可降低40%，即使傳熱介質為高溫高壓的流體時，仍能確保儲熱系統的安全可靠性。3.由於可以承受高溫高壓的傳熱介質，因此，本發明的蓄熱裝置內熱交換過程充分、可逆，換熱效率較管道換熱方式可以提高50%以上。4.提供的蓄熱材料可用於太陽能熱利用蓄熱系統，工作溫度範圍在20 400°C之間。
圖1是本發明的結構示意圖。圖中1.碳鋼板；2.混凝土層；3.石墨紙；4.熔融鹽塊。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步說明，但並不局限於下面所述內容。本發明提供的顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料，其結構如圖1所示，它包括碳鋼板1， 混凝土層2、石墨紙3和熔融鹽塊4，由外向內分布，其中碳鋼板1包裹在混凝土層2的外部。熔融鹽塊4表面包裹石墨紙後放置在混凝土層2中，石墨紙主要作用是防止熔融鹽的滲漏。所述混凝土層2和熔融鹽塊4的製備可以由以下實施例實現。實施例1
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加5%的水，再混合均勻，然後置於模具中，M小時後脫模，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器。混凝土層2原料組成的重量比為玄武巖骨料40%，鋼渣骨料30%，鋁酸鹽水泥10%， 礦渣粉13%，矽微粉5%，碳纖維m。混凝土技術參數為密度2. 8 g/cm3，熱導率1. 75 W/ (mK)，比熱容1 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為20 mm。熔融鹽塊4由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaNO3 40%、工業KaNO3 40%、膨脹石墨20% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為104J/g，相變溫度為210 220°C。蓄熱材料密度為1. 75 g/m3，熱導率為7W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為400X400X160 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料。該蓄熱材料外觀尺寸為442X442X202 mm，使用溫度範圍不高於300°C。該材料的包括蓄熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經^0°C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例2
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加5 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料40%，鋼渣骨料35%，鋁酸鹽水泥5%，礦渣粉12 %，矽微粉3%，碳纖維5%。混凝土技術參數為密度2. 65 g/cm3，熱導率1. 65 W/ (mK)，比熱容0.95 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為20 mm。熔融鹽塊4由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaNO3 45%、工業KaNO3 45%、膨脹石墨10% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為U8J/g，相變溫度為220 230°C。蓄熱材料密度為1. 85 g/m3，熱導率為6. 5ff/ (mK)。熔融鹽壓塊尺寸為400 X 400 X 160 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為442X442X202 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括蓄熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經^(TC，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。
實施例3
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加6 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料35%，鋼渣骨料40%，鋁酸鹽水泥7%，礦渣粉10%，矽微粉4%，碳纖維4%。混凝土技術參數為密度2. 65 g/cm3,熱導率1. 85 W/ (mK)，比熱容1.05 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為20 mm。熔融鹽塊4由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaNO3 45%、工業KaNO3 40%、膨脹石墨15% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%，工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，蓄熱材料單位質量潛熱為112J/g，相變溫度為210 220°C。蓄熱材料密度為1. 75 g/m3，熱導率為7. 5W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為400X400X160謹。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為442X442X202 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括蓄熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經^0°C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例4
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加6%的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料35%，鋼渣骨料30%，鋁酸鹽水泥8%，礦渣粉14%，矽微粉5%，碳纖維8%。混凝土技術參數為密度2. 65 g/cm3，熱導率1.68 W/ mK，比熱容0.96 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為2mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為25mm。熔融鹽塊由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaNO3 50%、工業KaNO3 40%、膨脹石墨10% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為125J/g，相變溫度為205 220°C。蓄熱材料密度為1. 73 g/m3，熱導率為6. 2W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X160 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為532X532X 192 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例5
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加6. 5 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料42%，鋼渣骨料觀％，鋁酸鹽水泥 9 %，礦渣粉11%，矽微粉4 %，碳纖維6%。混凝土技術參數為密度2. 82 g/cm3,熱導率1. 78 W/(mK)，比熱容1.05 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1. 5 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為30 mm。熔融鹽塊由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaNO3 60%、工業KaNO3 20%、膨脹石墨20% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%，工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，蓄熱材料單位質量潛熱為102J/g，相變溫度為215 230°C。蓄熱材料密度為1. 75 g/m3，熱導率為7. 2W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X160 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為532X532X 192 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例6
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加7 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料48%，鋼渣骨料22%，鋁酸鹽水泥10%， 礦渣粉12%，矽微粉2%，碳纖維6%。混凝土技術參數為密度2. 6 g/cm3，熱導率1. 65 W/ mK，比熱容0.92 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為2 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為40 mm。熔融鹽塊2由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaN0355%、工業KaN0330%、膨脹石墨15% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為102J/g，相變溫度為220 235°C。蓄熱材料密度為1. 75 g/m3，熱導率為7. 2W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X150 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為552X552X212 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例7
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加8 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料30%，鋼渣骨料40%，鋁酸鹽水泥10%， 礦渣粉10%，矽微粉5%，碳纖維5%。混凝土技術參數為密度2. 85g/cm3，熱導率1. 82 W/(mK)，比熱容1.06 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為2 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為30 mm。熔融鹽層4由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaNO3 70%、工業KaNO3 20%、膨脹石墨10% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為118J/g，相變溫度為215 225°C。蓄熱材料密度為1. 75 g/m3，熱導率為6. 3W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X100 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為562X562X 162 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例8
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加5 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料25%，鋼渣骨料45%，鋁酸鹽水泥8%，礦渣粉6%，矽微粉4%，碳纖維12%。混凝土技術參數為密度2. 55 g/cm3,熱導率1. 55 W/ mK，比熱容0.92 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1. 5 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為20 mm。熔融鹽塊4由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaN0365%、工業KaNO3 20%、膨脹石墨15% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為112J/g，相變溫度為215 235°C。蓄熱材料密度為1. 72 g/m3，熱導率為7. 6W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X160 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為532X532X 192 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例9
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加5 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料10%，鋼渣骨料50%，鋁酸鹽水泥8%，礦渣粉20%，矽微粉2%，碳纖維10%。混凝土技術參數為密度2. 55 g/cm3，熱導率1.55 W/ (mK)，比熱容0.92 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1. 5 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm,混凝土層厚度為20 mm。熔融鹽塊4由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaN0365%、工業KaNO3 20%、膨脹石墨15% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為112J/g，相變溫度為215 235°C。蓄熱材料密度為1. 72 g/m3，熱導率為7. 6W/(mK)。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X160 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為532X532X 192 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例10
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加5 %的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料50%，鋼渣骨料10%，鋁酸鹽水泥8%，礦渣粉20%，矽微粉2%，碳纖維10%。混凝土技術參數為密度2. 55 g/cm3，熱導率1.55 W/ mK，比熱容0.92 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為20 mm。熔融鹽塊4由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaN0365%、工業KaNO3 20%、膨脹石墨15% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為112J/g，相變溫度為215 235°C。蓄熱材料密度為1. 72 g/m3，熱導率為7. 6W/mK。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X160 mm。包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為532X532X 192 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。實施例11
混凝土層2以玄武巖為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料，將這些原料經幹混均勻後，加5%的水，再混合均勻，然後置於模具中，24小時後脫模芯，在20 25°C下養護72小時，最後在100 120°C溫度下烘烤M小時，即得到碳鋼板1包裹混凝土容器；混凝土層原料組成的重量比為玄武巖骨料47%，鋼渣骨料10%，鋁酸鹽水泥8%，礦渣粉5%，矽微粉10%，碳纖維20%。混凝土技術參數為密度2. 55 g/cm3，熱導率1. 55 W/ mK，比熱容0.92 J/g°C，耐火度1000°C。碳鋼板厚度為1 mm，為防止熔融鹽滲出，在熔融鹽塊表面包裹石墨紙3，其厚度為1. 5mm，混凝土層厚度為20 mm。熔融鹽塊由工業NaNO3、工業KaNO3和膨脹石墨粉經混料、壓塊後製備而成，各原料所佔質量百分數為高純度工業NaN0365%、工業KaNO3 20%、膨脹石墨15% ；所述的工業 NaNO3的質量純度彡99. 00%,工業KaNO3彡99. 00% ；經差熱掃描量熱儀(DSC)測量，儲熱材料單位質量潛熱為112J/g，相變溫度為215 235°C。蓄熱材料密度為1. 72 g/m3，熱導率為7. 6W/mK。熔融鹽壓塊尺寸為500X500X160 mm。 包裹石墨紙3的熔融鹽塊4置於混凝土容器中，封裝後即得到顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料(儲熱單元)。該單元外觀尺寸為532X532X 192 mm，使用溫度範圍不高於 300°C。該材料的包括儲熱、放熱效率等在內的綜合性能得到大幅度提高，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。同時解決了熔融鹽高腐蝕性能對容器提出的苛刻要求。該蓄熱材料經 2800C，1000次的循環試驗後，未發現有明顯的損壞，表明其具有良好的長期使用性能。
權利要求
1.一種顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料，其特徵在於所述儲熱材料包括由外向內分布的碳鋼板、混凝土層和中溫相變的熔融鹽塊，其重量比為1: (3^10):(廣3);熔融鹽塊表面包裹石石墨紙以防止其滲漏；所述混凝土層由以玄武巖、鋼渣或銅渣為骨料，添加矽微粉、礦渣粉、鋁酸鹽水泥和碳纖維為原料製成，各組成的重量百分比為玄武巖骨料1(Γ50%，鋼渣骨料10 50 %，鋁酸鹽水泥5 10 %，礦渣粉5 20 %，矽微粉2 10 %，碳纖維5 20%。
2.根據權利要求1所述的顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料，其特徵在於所述熔融鹽塊由以下原料製成，各原料重量百分比為=NaNO3 10^80%,KNO3 10 80%，膨脹石墨粉5 20%，其中 NaNO3和KNO3均採用彡99%的質量含量的工業原料。
3.根據權利要求1所述的顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料，其特徵在於所述混凝土層由以下方法製成按混凝土層組成配比稱量，經幹混均勻後，然後按稱量的原料的總質量的 5 8%加水，再混合均勻置於鋼模模具中，對小時後脫模，在100 120°C溫度下烘烤M 小時即可。
4.權利要求1至3中任一權利要求所述顯熱-潛熱複合儲熱材料的製備方法，其特徵在於按配比稱取碳鋼、混凝土及熔融鹽，先將碳鋼製備成預先設計的形狀作為容器，然後將混凝土按照一定的配比和方法澆注，烘烤成型，熔融鹽按一定配比混合均勻後，壓製成塊，將其表面包裹石墨紙放置於混凝土中，最後用碳鋼封裝，即得到所述顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料；儲熱材料由外向內依次是碳鋼板、混凝土層、石墨紙和熔融鹽塊。
5.根據權利要求4所述的顯熱-潛熱複合儲熱材料的製備方法，其特徵在於碳鋼板厚度為1 3 mm，混凝土層厚度為10 50mm，熔融鹽塊的厚度為100 200mm。
全文摘要
本發明涉及顯熱-潛熱複合中溫儲熱材料，該材料包括由外向內分布的碳鋼板、混凝土層和中溫相變的熔融鹽塊，其重量比為1:(3~10):(1~3)；為防止熔融鹽滲漏,在其表面包裹石墨紙；按重量計，混凝土層由以玄武巖骨料10~50％，鋼渣骨料10~50％，鋁酸鹽水泥5~10％，礦渣粉5~20％，矽微粉2~10％，碳纖維5~20%組成。儲熱材料的製備方法是先將碳鋼板製備成預先設計的形狀作為容器，然後澆注混凝土，烘烤成型後再將表面包裹石墨紙的熔融鹽經壓塊後放置其中，最後用碳鋼封裝即可；儲熱材料由外向內依次是碳鋼板、混凝土層、石墨紙和熔融鹽塊。本發明提高了蓄熱、放熱效率，同時解決了熔融鹽的高腐蝕性能。
文檔編號C09K5/12GK102277139SQ20111016857
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月22日 優先權日2011年6月22日
發明者周衛兵, 朱教群, 李元元, 程曉敏 申請人:武漢理工大學