一種包裹型複合蓄熱體的製備工藝的製作方法
2023-05-22 19:17:41
專利名稱：一種包裹型複合蓄熱體的製備工藝的製作方法
技術領域：
複合蓄熱材料製備。
二.
背景技術：
熱能的貯存技術是提高熱能的利用率，滿足多種能源需要的一個重要環節。這種技術在餘熱回收、電力調峰以及將間斷使用能源(如太陽能、風能等)轉化為可持續使用能源方面，有著廣闊的前景。在我國工業爐的能源消耗佔全部能耗的20％以上，而且工業應用中大約有50％的能源未能有效地利用而白白地浪費掉。因此，開發新的能源和減少能源浪費的同時採用有效的儲能技術已顯得尤為重要。
固體顯熱材料具有化學和機械穩定性好、安全性好、傳熱性能好，但單位重量(體積)的蓄熱量較小，很難保持在一定的溫度下進行吸熱和放熱等特點。潛熱蓄熱材料具有單位重量(體積)蓄熱材料的蓄熱量大。在相變化溫度附近的溫度範圍內使用可保持在一定溫度下進行吸熱和放熱、化學穩定性好、安全性好，但相變化時液固兩相界面處的傳熱效果差等特點。本申請人申請的兩項發明分別為「一種複合蓄熱材料的製備工藝及複合充填蓄熱室」(專利申請號為01133785.0)和「一種金屬基複合熔融鹽蓄熱材料的製備方法」(專利申請號為02133310.6)。所研製成的高溫複合蓄熱材料是利用陶瓷或金屬作為複合材料的基體與熔融相變無機鹽進行複合，無機鹽分布在陶瓷或金屬基體之中，並且，在複合蓄熱材料的表面沉積一層與基體相同的材料。在受熱並超過無機鹽的熔點時，無機鹽熔化而吸收潛熱，陶瓷或金屬吸收顯熱且與換熱流體接觸換熱。本發明在現有複合材料製備技術的基礎上，改進工藝流程，既可以將複合材料中的多種成分進行合理有效的分布和潛熱蓄熱時克服潛熱體易流出，更能具備複合蓄熱材料所擁有的優良性能，又能使複合材料製備工藝簡單化、技術要求難度大幅度降低，大大降低了蓄熱體的製作成本以及採用蓄熱技術回收餘熱的成本。
三.技術內容1.本發明的目的是提出一種包裹型複合蓄熱材料的製備方法，該方法是將顯熱蓄熱材料和潛熱蓄熱材料先配料混勻製成初級坯體。然後在初級坯體外再包裹上一層顯熱蓄熱材料製成的終級球體，使複合蓄熱材料中的多種成份，合理、有效分布，克服了潛熱蓄熱材料易流動的麻煩，更具有複合蓄熱材料擁有的優良性能。
2.技術方案圖1是本發明的工藝流程圖。
1)工藝流程將顯熱蓄熱材料粉體和潛熱蓄熱材料粉體以及金屬粉體作原料，經配料混勻後在一級制料機中加入粘結劑，製成初級坯體，初級坯體進入二級制粒機，加入相同的顯熱蓄熱材料粉體、粘結劑和水，製成包裹型複合蓄熱體終級坯體，經乾燥燒結得到包裹型複合蓄熱體成品。
2)工藝條件①潛熱蓄熱材料是鋰鹽類，鈉鹽類，鉀鹽類以及上述三種鹽類的混合體；②顯熱蓄熱材料是碳化矽質，氧化矽質，氧化鋁質，氧化鎂質，氧化鋯質，氮化矽質，炭化矽高鋁粘土，剛玉，莫來石，陶瓷，陶土類，鑄鐵粉；③金屬粉體是有色金屬粉體；④三種原料的重量百分比是潛熱蓄熱材料∶顯熱蓄熱材料∶金屬粉體＝20～60％∶40～80％∶0～5％；⑤三種粉體的粒徑為0.05mm以下；⑥粘結劑是酒精，磷酸，水；⑦一級制粒機中加入的粘結劑重量為原料總重量的5～12％；⑧二級制粒中的配料重量百分比一級坯體∶顯熱蓄熱材料∶粘結劑＝90～95％∶4～6％∶0.5～1％；⑨乾燥到含水分5％以下；⑩燒結溫度因燒結時間與所選用原料不同而不同，取值為比表面所包裹的顯熱蓄熱材料的變形溫度高7～15℃，時間為20～60小時；3.與公知技術相比具有的優點及積極效果①包裹型複合蓄熱體既兼備了固相顯熱蓄熱材料和相變潛熱蓄熱材料兩者的優點、又克服了兩者不足。
②該種新型複合蓄熱材料具有潛熱儲能密度大且能量輸出穩定和顯熱儲能元件可與換熱流體交接接觸換熱的優點，又克服了潛熱蓄熱材料熔融鹽易流出造成腐蝕的缺點。
③對材料的性質(顆粒度、相對形狀和單位表面積、熔鹽的粘度等)要求低，易複合。
④複合蓄熱材料中潛熱蓄熱材料熔融鹽佔的百分比高。
⑤工藝簡單，操作方便，容易控制。
⑥包裹型複合蓄熱體具有化學穩定性高、儲能密度高和價格低廉。
四.
圖1是本發明的工藝流程圖。
五.
具體實施例方式實施例一1)實施條件顯熱蓄熱材料採用50％氧化鋁(Al2O3)質陶瓷粉體，3％鋁粉；潛熱蓄熱材料採用22％碳酸鈉(Na2CO3)-25％碳酸鋇(BaCO3)熔融相變無機鹽粉體；在一級制粒機中噴入9％的霧化水，製得強度為2.1Mpa，粒徑為φ2.8～4.7mm的初級坯體；在二級制粒機中初級坯體與4％的氧化鋁(Al2O3)質陶瓷粉體和1％的磷酸製成φ3～5mm、強度1.9Mpa的圓形顆粒，燒結溫度為1050～1080℃，燒結時間為24小時。
2)實施結果成品強度為98Mpa，粒徑φ3～5mm。所製得的複合蓄熱材料在400K、600K、1200K時的蓄熱密度分別為384.4、575.1、1188.4kJ/kg。
實施例21)實施條件顯然蓄熱材料採用52％氧化矽質陶瓷，潛熱蓄熱材料採用48％硫酸鈉(K2SO4)，在一級制粒機中噴入10％的水，製得強度為2Mpa，粒徑為φ7.9～9.9mm的初級坯體；在二級制粒機中初級坯體與4％的氮化矽(Si3N4)質陶瓷粉體和0.8％的磷酸製成φ8～10mm、強度1.9Mpa的圓形顆粒，燒結溫度為1145～1150℃，燒結時間45小時。
2)實施結果成品強度為135Mpa，粒徑φ8～10mm。所製得的複合蓄熱材料在400K、800K、1200K時的蓄熱密度分別為378.3、756.5、1360.1kJ/kg。
實施例31)實施條件顯熱蓄熱材料採用46％碳化矽(SiC)質陶瓷粉體，5％鑄鐵粉；潛熱蓄熱材料採用49％碳酸(Li2CO3)熔融相變無機鹽粉體；在一級制粒機中噴入11％的水，製得強度為1.8Mpa，粒徑為φ3.4～5.4mm的初級坯體；在二級制粒機中初級坯體與6％的氧化鋯(Zr2O3)質陶瓷粉體和1％的水製成φ3.5～5.5mm、強度1.8Mpa的圓形顆粒，燒結溫度為1350～1370℃，燒結時間為54小時。
2)實施結果成品強度為115Mpa，粒徑φ3.5～5.5mm。所製得的複合蓄熱材料在600K、800K、1200K時的蓄熱密度分別為643.2、857.5、1337.8kJ/kg。
權利要求
1.一種包裹型複合蓄熱體的製備工藝，其特徵在於1)工藝流程將顯熱蓄熱材料和潛熱蓄熱材料粉體及金屬粉體混勻後在一級制粒機中，加粘結劑、水製成初級坯體，初級坯體進入二級制粒機，加入相同的顯熱蓄熱材料粉體、粘結劑、水製成包裹型複合蓄熱體終級坯體，經乾燥，燒結後得到包裹型複合蓄熱體成品。2)技術條件①潛熱蓄熱材料是鋰鹽類、鈉鹽類、鉀鹽類以及上述三種鹽類的混合粉體；②顯熱蓄熱材料是碳化矽質，氧化矽質，氧化鋁質，氧化鎂質，氧化鋯質，氧化矽質，炭化矽高鋁粘土，剛玉，莫來石，陶瓷，陶土類，鑄鐵粉體；③金屬粉體是有色金屬④三種原料的重量百分比是潛熱蓄熱材料∶顯熱蓄熱材料∶金屬粉體＝20～60％∶40～80％∶0～5％；⑤三種粉體的粒徑為0.05mm以下；⑥粘結劑是酒精，磷酸(濃度85％)，水；⑦一級制粒機中加入的粘結劑的重量百分比是5～12％；⑧二級制粒中的配料重量百分比是一級坯體∶顯熱蓄熱材料∶粘結劑＝90～95％∶4～6％∶0.5～1％；⑨乾燥到含水分為5％以下；⑩燒結溫度與燒結時間與所選用原料不同而不同，取值為比表面所包裹的顯熱蓄熱材料的變形溫度高7～15℃，時間為20～60小時；
2.根據權利要求1所述的製備包裹型複合蓄熱體的工藝，其特徵是一級制粒中採用50％氧化鋯粉體，22％碳酸鈉加25％碳酸鋇，3％鋯粉，噴入9％的霧化水，在二級制粒中初級坯體與4％的氧化鋯以及1％的磷酸制粒，燒結溫度1050～1080℃，燒結時間24小時；
3.根據權利要求1所述的製備包裹型複合蓄熱體的工藝，其特徵是一級制粒中，採用52％氧化矽，48％硫酸鈉，噴入10％水，在二級制粒中初級坯體與4％氮化矽質粉體及0.8％的磷酸制粒，燒結溫度1145～1150℃，燒結時間45小時；
4.根據權利要求1所述的製備包裹型複合蓄熱體的工藝，其特徵是一級制粒中，採用46％碳化矽，5％鑄鐵粉，47％碳酸鋰，11％水，在二級制粒中初級坯體與6％氧化鋯，2％的水制粒，燒結溫度1350～1370℃，燒結時間54小時。
全文摘要
本發明涉及一種包裹型複合蓄熱體的製備方法。將顯熱蓄熱材料、潛熱蓄熱材料及少量金屬粉體配料混勻後，加入粘結劑、水，在一級制粒機中製成初級坯體後進入二級制粒機，同時再加入一定比例的顯熱蓄熱材料粉體、粘結劑及水製成在一級坯體外包裹上一層顯熱蓄熱材料的複合蓄熱體終級坯體，再經乾燥、燒結後得到包裹型的複合蓄熱體成品。該成品儲熱密度大、化學穩定性好、能量輸出穩定，又克服了潛熱材料易流動造成腐蝕的缺點，是一種物美價廉的複合蓄熱體。
文檔編號C09K5/00GK1410505SQ0213411
公開日2003年4月16日 申請日期2002年11月16日 優先權日2002年11月16日
發明者王 華, 胡建杭, 何方, 包桂蓉, 馬文會, 王勝林 申請人:昆明理工大學