本實(shí)用新型屬于儲能材料領(lǐng)域，具體涉及一種耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚。

背景技術(shù)：

能源是人類賴以生存的基礎(chǔ)，能源問題是我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的最嚴(yán)重的問題之一，能源的開發(fā)和利用是關(guān)系到我國可持續(xù)發(fā)展及人民生活質(zhì)量的關(guān)鍵性因素和重要課題，發(fā)展可再生能源、回收廢熱和節(jié)約能源的關(guān)鍵技術(shù)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

熱量供應(yīng)和需求之間在數(shù)量、形態(tài)和時(shí)間上往往存在著差異，需要采取儲熱技術(shù)等手段儲存和釋放熱量，彌補(bǔ)這些差異，使熱源得到有效利用。儲熱方法通常有利用顯熱、化學(xué)反應(yīng)和潛熱(相變儲熱)等方式。顯熱儲熱是利用材料自身熱容，在儲存和釋放熱能的過程中，材料只發(fā)生溫度的變化，儲熱方式結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但儲能密度較低，在儲存和釋放熱能時(shí)材料的溫度變化較大，不利于換熱介質(zhì)的溫度控制，另外儲能密度低，蓄熱裝置體積龐大，建設(shè)成本較高。常用的顯熱儲熱材料主要有鎂磚、混凝土、巖石、水、溶融鹽、礦物油等?；瘜W(xué)反應(yīng)儲熱是利用材料接觸時(shí)發(fā)生的可逆化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)儲熱或放熱，儲熱密度大，但技術(shù)復(fù)雜，對設(shè)備要求較高。相變儲能技術(shù)利用相變蓄熱材料在其相變溫度附近發(fā)生的相變熱來從環(huán)境吸收或釋放熱量，達(dá)到儲能、放能或控制環(huán)境溫度目的。相變儲熱材料儲熱容量大，儲熱密度高，能有效提高能源利用效率，同時(shí)設(shè)備簡單、體積小、設(shè)計(jì)靈活、使用方便，在太陽能熱利用、電力的移峰填谷、工業(yè)余熱廢熱回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具重要的應(yīng)用前景。

固液相變材料分有機(jī)物和結(jié)晶無機(jī)物兩種，有機(jī)固液相變材料包括一些醇、酸、高級烷烴等，具有固體形態(tài)成型性較好、不易出現(xiàn)相分離、材料腐蝕性較小、性能比較穩(wěn)定、毒性較小等優(yōu)點(diǎn)，但導(dǎo)熱系數(shù)及密度較小、儲能密度較低、價(jià)格較高、熔點(diǎn)較低，且易揮發(fā)、易燃燒和老化，不適合在高溫場合應(yīng)用。無機(jī)高溫相變材料有高溫熔融鹽、部分堿、混合鹽等。高溫熔融鹽包括氟化物、氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽等，相變溫度從幾百攝氏度至幾千攝氏度，相變潛熱較大、蒸汽壓低?；旌消}熔化熱大，熔化時(shí)體積變化小，傳熱較好，特別是其熔融溫度能夠根據(jù)需要使儲能材料的相變溫度從幾百攝氏度至上千攝氏度間調(diào)節(jié)，是被廣泛研究和應(yīng)用的中高溫傳熱蓄熱介質(zhì)。

高溫熔融鹽相變材料在使用中存在高溫腐蝕和熔鹽泄漏等問題。熔鹽對熱交換管及其它附屬設(shè)施具有非常強(qiáng)的腐蝕作用，增加了運(yùn)行成本，降低了系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能和使用壽命。熔融鹽相變材料在熔化或凝固時(shí)密度發(fā)生變化，在容器內(nèi)導(dǎo)致空穴生成，增大了導(dǎo)熱熱阻，并產(chǎn)生局部熱斑，使容器損壞而降低容器壽命。另外，熔融鹽相變材料導(dǎo)熱系數(shù)普遍偏低，使得儲熱與釋熱的均勻性差，熔化率小，蓄能材料利用率不高。

以無機(jī)鹽相變材料與陶瓷顯熱儲能材料構(gòu)成的復(fù)合蓄熱材料利用陶瓷基材料具有的耐高溫和耐腐蝕等特性，強(qiáng)化了相變材料的傳熱過程，克服了二者的不足，不但蓄熱密度大、導(dǎo)熱能力強(qiáng)，而且可在相變前后保持蓄能材料的原有形狀并承受一定荷載，解決相變蓄熱材料液相泄漏和腐蝕問題。復(fù)合蓄熱材料能夠減少蓄熱材料用量，縮小容器尺寸，有望大幅度提高蓄熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。但在無機(jī)鹽陶瓷復(fù)合蓄熱材料制備過程中，為提高蓄熱密度在材料中加入了大量的無機(jī)鹽相變材料，同時(shí)為防止無機(jī)鹽的揮發(fā)，復(fù)合蓄熱材料需要在遠(yuǎn)低于陶瓷正常燒結(jié)溫度下燒結(jié)，因此復(fù)合蓄熱材料的強(qiáng)度相對較低。在使用過程中，無機(jī)鹽陶瓷復(fù)合蓄熱材料會由于高溫條件下無機(jī)鹽的擴(kuò)散揮發(fā)或分解作用，導(dǎo)致相變材料減少，使復(fù)合蓄熱材料蓄熱能力不斷下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，在復(fù)合相變蓄熱材料表面包覆一定厚度的耐火材料，解決現(xiàn)有技術(shù)中無機(jī)相變蓄熱材料存在的蓄能材料利用率不高、蓄熱能力不斷下降及現(xiàn)有復(fù)合相變蓄熱材料強(qiáng)度不高、使用壽命較低等問題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

一種耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，該蓄熱磚為在復(fù)合相變蓄熱材料表面包覆一層耐火材料；其中，按照重量份數(shù)計(jì)，復(fù)合相變蓄熱材料包括陶瓷材料10～90份、無機(jī)相變材料5～80份、高導(dǎo)熱材料0.5～40份；按照重量份數(shù)計(jì)，耐火材料包括陶瓷材料50～95份、結(jié)合劑0.5～30份、高導(dǎo)熱材料1～40份。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，按照重量份數(shù)計(jì)，優(yōu)選的復(fù)合相變蓄熱材料包括陶瓷材料40～80份、無機(jī)相變材料10～70份、高導(dǎo)熱材料1～19份；按照重量份數(shù)計(jì)，優(yōu)選的耐火材料包括陶瓷材料70～90份、結(jié)合劑1～20份、高導(dǎo)熱材料3～23份。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，蓄熱磚是標(biāo)準(zhǔn)型磚、普通磚或特異型磚。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，耐火材料的厚度為1毫米～400毫米，蓄熱磚每個(gè)面包覆的耐火材料厚度相同或不同。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，復(fù)合相變蓄熱材料和耐火材料中加入的陶瓷材料為氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鉻、氧化鐵、氧化鋯、硅酸鐵、MgO-CaO、MgO-Cr₂O₃、MgO-Al₂O₃、MgO-Fe₂O₃、MgO-SiO₂、碳化物、氮化物、硼化物中的一種或兩種以上；或者，陶瓷材料為碎石、工業(yè)礦渣、鋁礬土、粉煤灰、礦渣粉、河沙、海沙、山砂、人工砂中的一種或兩種以上。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，復(fù)合相變蓄熱材料和耐火材料中加入的高導(dǎo)熱材料為無定型石墨、鱗片石墨、碳纖維、碳納米管、銅礦渣中的一種或兩種以上。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，復(fù)合相變蓄熱材料中的無機(jī)相變材料包括氟化物、氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、乙酸鹽、混合鹽、堿、金屬及合金中的一種或兩種以上。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，耐火材料中的結(jié)合劑為水玻璃、鋁酸鈣水泥、硅微粉、鋁凝膠粉、聚磷酸鹽、磷酸鈉、磷酸鋁、固體水玻璃、氯化鎂、硼玻璃、硼砂、普通玻璃、酚醛樹脂、瀝青、松香、石蠟中的一種或兩種以上。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，復(fù)合相變蓄熱材料加入其它添加劑0.1～10份，其它添加劑為B₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、B₄C、硅粉、鋁粉、鎂粉、FeSi合金、CaSi合金、木質(zhì)素磺酸鹽、多環(huán)芳香族鹽、水溶性樹脂磺酸鹽、酒石酸、酒石酸鉀、酒石酸鈣、二水硫酸鈣、亞硫酸鈣、硫酸亞鐵、硼酸、六偏磷酸鈉、磷酸、磷酸二納、磷酸三納、磷酸四納、磷酸氫二鈉、焦磷酸鈉、烷基磷酸脂、乙二胺四乙酸二鈉、各種腐植酸中的一種或兩種以上。

所述的耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚，耐火材料中加入其它添加劑0.2～23份，其它添加劑為B₂O₃、Bi₂O₃、Cr₂O₃、Al₂O₃、SiC、Si₃N₄、B₄C、硅粉、鋁粉、鎂粉、FeSi合金、CaSi合金、木質(zhì)素磺酸鹽、多環(huán)芳香族鹽、水溶性樹脂磺酸鹽、酒石酸、酒石酸鉀、酒石酸鈣、二水硫酸鈣、亞硫酸鈣、硫酸亞鐵、硼酸、六偏磷酸鈉、磷酸、磷酸二納、磷酸三納、磷酸四納、磷酸氫二鈉、焦磷酸鈉、烷基磷酸脂、乙二胺四乙酸二鈉、各種腐植酸中的一種或兩種以上。

本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、在保證蓄熱磚高蓄熱密度、合適的使用溫度范圍、價(jià)格低廉等前提下，本實(shí)用新型極大提高了蓄熱磚的強(qiáng)度、蓄熱能力的穩(wěn)定性和長期工作可靠性。蓄熱磚的導(dǎo)熱性能差會引起蓄熱和放熱困難，易燒毀電熱元件，增大熱量損失。為了提高蓄熱磚的導(dǎo)熱性能，在復(fù)合相變蓄熱材料和耐火材料包覆層中加入無定型石墨、鱗片石墨、碳纖維、碳納米管、銅礦渣等高導(dǎo)熱材料，滿足了蓄熱介質(zhì)要求的高蓄熱密度、快速蓄熱和快速放熱的要求。

2、本實(shí)用新型耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚是在以無機(jī)相變材料和陶瓷材料構(gòu)成的復(fù)合相變蓄熱材料表面包覆一定厚度的耐火材料，蓄熱材料是具有一定形狀和尺寸的標(biāo)準(zhǔn)型磚、普通磚或特異型磚。復(fù)合相變蓄熱材料和耐火材料中加入無定型石墨、鱗片石墨、碳纖維、碳納米管、銅礦渣等高導(dǎo)熱材料。既滿足了蓄熱介質(zhì)要求的高蓄熱和良好導(dǎo)熱能力的要求，同時(shí)提高了蓄熱材料強(qiáng)度、蓄熱能力穩(wěn)定性和長期工作可靠性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖2是圖1的A-A剖視圖；

圖3是圖1的B-B剖視圖。

圖4是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖5是圖4的A-A剖視圖；

圖6是圖4的B-B剖視圖。

圖中，1、耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚；2、耐火材料外殼；3、復(fù)合相變蓄熱材料內(nèi)芯；21、活動封堵一；22、活動封堵二；23、活動封堵三；24、活動封堵四；25、活動封堵五；26、活動封堵六。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖3所示，本實(shí)用新型耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚1主要包括：耐火材料外殼2、復(fù)合相變蓄熱材料內(nèi)芯3，在復(fù)合相變蓄熱材料內(nèi)芯3表面包覆一層耐火材料外殼2。從而，有效解決相變蓄熱材料液相泄漏和腐蝕問題，防止相變蓄熱材料由于高溫條件下擴(kuò)散揮發(fā)或分解作用導(dǎo)致相變材料減少，保證復(fù)合蓄熱材料蓄熱能力。

如圖4-圖6所示，本實(shí)用新型耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚1主要包括：耐火材料外殼2、復(fù)合相變蓄熱材料內(nèi)芯3，在復(fù)合相變蓄熱材料內(nèi)芯3表面包覆一層耐火材料外殼2。在耐火材料外殼2的六個(gè)面分別開孔，六個(gè)面的孔中分別安裝活動封堵：活動封堵一21、活動封堵二22、活動封堵三23、活動封堵四24、活動封堵五25、活動封堵六26，六個(gè)面的孔與相應(yīng)的活動封堵通過楔形配合。從而，可以根據(jù)需要對復(fù)合相變蓄熱材料內(nèi)芯3進(jìn)行更換或補(bǔ)充復(fù)合相變蓄熱材料。

為了使本實(shí)用新型的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合具體實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，復(fù)合相變蓄熱材料制備過程為無機(jī)鹽相變材料Na₂CO₃、陶瓷材料MgO、碳纖維按照重量份數(shù)40份、59.5份、0.5份混合，經(jīng)10MPa壓制成型，在氮?dú)鈿夥罩?00℃燒結(jié)8小時(shí)。

耐火材料由鋁酸鈣耐火水泥、鎂砂、硅微粉、鱗片石墨按照重量份數(shù)10份、60份、20份、10份混合后，在小型水泥膠砂攪拌機(jī)內(nèi)混合2～3分鐘，攪拌的同時(shí)緩緩地加入水，使水料比0.50。將耐火材料涂在復(fù)合相變蓄熱材料表面，涂層厚度30mm，自然養(yǎng)護(hù)3天，在110℃溫度下干燥24小時(shí)。

本實(shí)施例中，耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚的吸熱峰出現(xiàn)在836℃。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，復(fù)合相變蓄熱材料制備過程為無機(jī)鹽相變材料Na₂CO₃(57wt％)和Li₂CO₃(43wt％)的共晶鹽、陶瓷材料MgO、高導(dǎo)熱材料鱗片石墨按照重量份數(shù)40份、59.5份、0.5份混合，經(jīng)10MPa壓制成型，200℃處理24小時(shí)。

耐火材料由鋁酸鎂、鎂砂、鱗片石墨按照重量份數(shù)6份、89份、5份混合后，在小型水泥膠砂攪拌機(jī)內(nèi)混合2～3分鐘，攪拌的同時(shí)緩緩地加入5份水。將耐火材料涂在復(fù)合相變蓄熱材料表面，涂層厚度20mm，加壓200MPa，在180℃下烘干48小時(shí)。

本實(shí)施例中，耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚的吸熱峰出現(xiàn)在510℃。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，復(fù)合相變蓄熱材料制備過程為無機(jī)鹽相變材料Na₂SO₄、陶瓷材料SiO₂粉、高導(dǎo)熱材料鱗片石墨按照重量份數(shù)40份、59.5份、0.5份混合，經(jīng)10MPa壓制成型。

耐火材料由MgCl₂、鎂砂、鱗片石墨按照重量份數(shù)2份、93份、5份混合后，在小型水泥膠砂攪拌機(jī)內(nèi)混合2～3分鐘，攪拌的同時(shí)緩緩地加入8份水。將耐火材料涂在復(fù)合相變蓄熱材料表面，涂層厚度35mm，加壓150MPa，在110℃下烘干48小時(shí)。

本實(shí)施例中，耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚的吸熱峰出現(xiàn)在882℃。

實(shí)施例結(jié)果表明，本實(shí)用新型耐火材料包覆的復(fù)合相變蓄熱磚充分利用顯熱和潛熱儲熱方法，設(shè)計(jì)靈活、使用方便，能有效提高能源利用效率，保護(hù)環(huán)境，可以廣泛應(yīng)用于太陽能熱利用、低谷蓄電、工業(yè)余熱廢熱回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域。