專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)熱用的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料成分、比例及其制備方法，屬于熱工和功能材料領(lǐng)域。
無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料屬于粘接性多孔介質(zhì)材料，在能源領(lǐng)域中有著重要的作用。無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的研究，從產(chǎn)生這新的概念到現(xiàn)在，已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展，為材料產(chǎn)品化及其在工業(yè)蓄熱器和太陽(yáng)能動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)依據(jù)。但原有的這種復(fù)合材料都在不同程度上存在以下問(wèn)題鹽類(lèi)在固液相變過(guò)程體積的縮脹會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料熱阻的變化；熔鹽蒸發(fā)將減少相變材料的分額，降低儲(chǔ)熱性能；本發(fā)明的目的就是要在以前研究結(jié)果的基礎(chǔ)上改進(jìn)無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料的性能，研制出一種儲(chǔ)熱能力大、相變時(shí)放熱溫度穩(wěn)定和能避免或減少蒸發(fā)現(xiàn)象的材料；使其能在儲(chǔ)熱系統(tǒng)及蓄熱器的應(yīng)用中普及使用。
無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合相變材料在熔化及凝固過(guò)程中，無(wú)機(jī)鹽氣相的生成意味著相變材料質(zhì)量的損失，這將會(huì)導(dǎo)致復(fù)合相變材料長(zhǎng)期熱性能的下降，同時(shí)氣態(tài)無(wú)機(jī)鹽在融鹽與陶瓷基毛細(xì)孔壁之間形成的氣膜將增大導(dǎo)熱熱阻，不利于融鹽潛熱的傳遞，因此融鹽氣相的生成及其對(duì)材料相變過(guò)程的影響是問(wèn)題的關(guān)鍵。我們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在顆粒直徑只幾微米的超微多孔結(jié)構(gòu)的鹽/陶瓷基復(fù)合材料中，無(wú)機(jī)鹽分布在陶瓷基體的超微多孔網(wǎng)絡(luò)中。在受熱并超過(guò)熔點(diǎn)時(shí)，無(wú)機(jī)鹽熔化而發(fā)生相變和吸收熱量，融鹽則因與超微多孔通道產(chǎn)生的毛細(xì)張力保持在陶瓷基體內(nèi)而不流出。另一方面，由于是超微細(xì)網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，還能有效地避免了無(wú)機(jī)鹽氣相的生成。
本發(fā)明所介紹的新型復(fù)合材料是一個(gè)顆粒度為微米級(jí)，且燒結(jié)后固連形成超微網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的含飽和無(wú)機(jī)鹽陶瓷體多孔介質(zhì)，這種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料按重量百分比為Na2CO320—30％，BaCO318—28％，MgO 44—50％，Bi2O33—7％。或者成分為Na2SO445—53％，SiO242—52％，Bi2O33—7％。其制備方法如下(1)根據(jù)上述配方進(jìn)行配料、混合。(2)用無(wú)水乙醇作為助磨劑，采用球磨粉碎方式對(duì)原料進(jìn)行粉碎，研磨成微米級(jí)極細(xì)粉末。(3)烘干、加壓成型，形狀是根據(jù)蓄熱器的大小、結(jié)構(gòu)來(lái)確定?？梢允乔蛐汀⒋u型等。(4)在燒結(jié)爐中進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，最佳的燒結(jié)溫度為850℃—1200℃。最后高溫?zé)Y(jié)形成顆粒直徑只幾微米的超微形多孔結(jié)構(gòu)的鹽/陶瓷基復(fù)合材料。
用本發(fā)明研制出來(lái)的在熱性能和機(jī)械性能均滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的鹽/陶瓷基復(fù)合材料產(chǎn)品性能如下熔融溫度880～900℃，總儲(chǔ)熱能力180～200焦耳/克，其使用的最高溫度達(dá)到900～1300℃。
本發(fā)明與現(xiàn)有儲(chǔ)熱材料與技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果這種材料可制成各種形狀的元件，以填充床形式堆積構(gòu)成儲(chǔ)熱系統(tǒng)，在運(yùn)行中，同時(shí)利用無(wú)機(jī)鹽的潛熱和復(fù)合材料的顯熱儲(chǔ)存熱能。這種潛熱/顯熱復(fù)合系統(tǒng)既保持著潛熱儲(chǔ)能密度大且能量輸出穩(wěn)定的特點(diǎn)，又具有顯熱儲(chǔ)能介質(zhì)可與換熱流體直接接觸換熱的優(yōu)點(diǎn)，還克服了潛熱存儲(chǔ)系統(tǒng)需要耗費(fèi)大量金屬容器、管材和存在熔鹽腐蝕的缺點(diǎn)。它可用于工業(yè)爐的蓄熱器、煉鐵熱風(fēng)爐、余熱回收，還有太陽(yáng)能儲(chǔ)能系統(tǒng)。這種復(fù)合材料可用于替代傳統(tǒng)蓄熱器和熱風(fēng)爐的耐火磚或板，使其蓄熱量比現(xiàn)蓄熱器和熱風(fēng)爐耐火磚大2～2.5倍，在改善儲(chǔ)熱系統(tǒng)性能的同時(shí)，大大地降低了造價(jià)。經(jīng)濟(jì)分析表明，應(yīng)用這種材料的高溫儲(chǔ)能系統(tǒng)，比傳統(tǒng)系統(tǒng)的成本允許線(xiàn)降低30％，如具體用于熱風(fēng)爐，將使其體積減少35％，造價(jià)降低11％。
權(quán)利要求
一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料及其制備方法，所說(shuō)的無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料按重量百分比為Na2CO320—30％，BaCO318—28％，MgO 44—50％，Bi2O33—7％?；蛘叱煞譃镹a2SO445—53％，SiO242—52％，Bi2O33—7％。其制備方法包括以下步驟(1)根據(jù)配方進(jìn)行配料，(2)用無(wú)水乙醇作為助磨劑，采用球磨粉碎方式對(duì)原料進(jìn)行粉碎，(3)烘干、加壓成型，(4)高溫?zé)Y(jié)，最佳的燒結(jié)溫度為850℃—1200℃。
全文摘要
本發(fā)明是一種無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料及其制備方法,它是以陶瓷和無(wú)機(jī)鹽為原料制成的高溫相變儲(chǔ)熱材料,具有儲(chǔ)熱密度高、可以直接與傳熱流體相接觸,同時(shí)能在穩(wěn)定的溫度下釋放潛熱的特點(diǎn)。所說(shuō)的無(wú)機(jī)鹽/陶瓷基復(fù)合儲(chǔ)熱材料按重量百分比為:Na
文檔編號(hào)C09K5/02GK1328107SQ0011716
公開(kāi)日2001年12月26日 申請(qǐng)日期2000年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月13日
發(fā)明者張仁元, 劉良德, 柯秀芳, 李?lèi)?ài)菊 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)