本發(fā)明屬于新能源材料和節(jié)能新材料領(lǐng)域，具體涉及一種蛭石基復(fù)合相變儲熱材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著各發(fā)達(dá)國家工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，規(guī)模經(jīng)濟(jì)不斷擴(kuò)大，自然資源特別是能源資源的大量消耗，人類對新能源的需求日益迫切。自上世紀(jì)70年代以來，傳統(tǒng)能源大量消耗所帶來的能源危機(jī)問題和與此同時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，使人們逐漸開始重視提高能源的利用效率，并開發(fā)具有高效、節(jié)能、可再生的新能源，如提高一次化石能源的利用效率，大力開發(fā)風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿刃履茉础?/p>

儲熱技術(shù)的利用實(shí)現(xiàn)了不穩(wěn)定能源的儲存，并將穩(wěn)定輸送給終端使用。儲熱材料的研發(fā)是儲熱技術(shù)的關(guān)鍵，目前開發(fā)的儲熱材料種類繁多，常見的有熔融鹽、有機(jī)相變材料、混凝土、金屬、陶瓷、沙石及復(fù)合儲熱材料等。其中復(fù)合儲熱材料儲熱密度高、導(dǎo)熱系數(shù)大、腐蝕小和使用壽命長，受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。例如，美國Randy.P和Terry.e等人采用壓制成型制備了NaCO₃-BaCO₃/MgO復(fù)合儲能材料模塊。德國Gluck和Hahne等人利用20～50％的Na₂SO₄與石英砂復(fù)合采用壓制成型制備了儲熱磚，含質(zhì)量比20％Na₂SO₄的復(fù)合儲熱材料是相同體積的純石英陶瓷的儲熱密度的2.5倍。Kazushi等提出了一種以銅為相變材料，在其表面電鍍一層鎳作為保護(hù)層的高溫復(fù)合儲熱材料。我國的張仁元等于1990年初，采用混合燒結(jié)法制備了Na₂CO₃-BaCO₃/MgO、Na₂SO₄/SiO₂等顯熱/潛熱復(fù)合相變儲能材料。吳建鋒等采用SiC為主要材料制備陶瓷球殼，然后在球殼內(nèi)封裝相變材料。

蛭石具有高的比表面積、優(yōu)良的吸附能力、耐高溫和耐腐蝕的特點(diǎn)，是一種良好的硅酸鹽無機(jī)類復(fù)合儲熱材料載體。目前，以蛭石為載體的復(fù)合相變儲熱材料也受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。但這些復(fù)合儲熱材料基本上采用有機(jī)相變材料與蛭石復(fù)合，使用溫度低、范圍窄。丁銳等以月桂酸/葵酸(7:3)為相變材料，蛭石為載體制備了復(fù)合相變儲熱材料。Ahmet Sari等以硬脂酸為相變材料，蛭石為載體，制備了硬脂酸/蛭石復(fù)合相變儲能材料，該相變材料可應(yīng)用于建筑節(jié)能。

基于現(xiàn)有技術(shù)的狀況，需要提供一種充分利用蛭石的優(yōu)點(diǎn)與相變材料復(fù)合的定型相變復(fù)合儲熱材料，以提高儲熱材料的新能，拓展蛭石基復(fù)合儲熱材料的應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種蛭石基復(fù)合相變儲熱材料及其制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種蛭石基復(fù)合相變儲熱材料，該材料由按質(zhì)量份計(jì)的蛭石15～38份、相變材料50～72份和石墨10～15份組成。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的第一優(yōu)選方案，該材料由按質(zhì)量份計(jì)的蛭石20份、相變材料70份和石墨10份組成。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的第二優(yōu)選方案，所述蛭石為膨脹蛭石，比重為60-180kg/m³，含按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)的SiO₂37-43％、Al₂O₃9-17％、MgO 11-23％和Fe₂O₃5-24％。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的第三優(yōu)選方案，所述相變材料為石蠟、赤蘚糖醇、脂肪酸或NaNO₃、KNO₃、Li₂CO₃、Na₂CO₃、NaCl、KCl及其混合物。

一種制備所述蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的方法，包括下述步驟：

1)原料處理；

2)混合配料；

3)成型；

4)干燥燒結(jié)。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟1所述原料處理包括于120℃下，將膨脹蛭石和相變材料分別干燥2～4h和4～8h，再破碎至100-200目。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案，步驟2所述混合配料時(shí)噴灑按質(zhì)量計(jì)的2～5份的水，均化24～48h。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案，步驟3的成型壓力為15～60Mpa，并恒壓10～60s。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的制備方法的第四優(yōu)選技術(shù)方案，步驟4包括于30～90℃下干燥4～8h；于120～900℃下，無氧氣氛燒結(jié)0.5～2h。

所述的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料用于太陽能、風(fēng)力發(fā)電儲熱換熱系統(tǒng)、工業(yè)余熱利用和移動儲熱車或移動儲熱站領(lǐng)域的用途。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下有益效果：

1)本發(fā)明制備的蛭石基復(fù)合相變儲熱材料具有儲熱密度＞400kJ/kg、導(dǎo)熱＞1/(m·K)、使用溫度范圍廣、腐蝕小、安全可靠、成本低和使用壽命長的特點(diǎn)。

2)本發(fā)明制備的儲熱材料具有定型結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要制備成圓片、方形、扇形、圓環(huán) 等不同形狀，便于運(yùn)輸和安裝，且在使用過程中定型的結(jié)構(gòu)始終保持，相變材料發(fā)生相變只是在材料內(nèi)部微觀發(fā)生，不會因?yàn)橄嘧儾牧献優(yōu)橐簯B(tài)而出現(xiàn)泄漏的問題。

3)本發(fā)明不僅適用于太陽能、風(fēng)力發(fā)電儲熱換熱等系統(tǒng)，還可用于工業(yè)余熱利用和移動儲熱車或移動儲熱站等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1：不同形狀蛭石基復(fù)合相變儲熱材料

圖2：實(shí)施例1蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的相變熱焓

圖3：實(shí)施例1蛭石基復(fù)合相變儲熱材料的比熱容

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

1.原料處理

1)將經(jīng)過高溫膨脹的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至180目，制得粉料A。

2)將赤蘚糖醇于80℃下干燥6h，破碎至200目，制得粉料B。

2.制備工藝流程

1)將20份的粉料A，70份的粉料B，10份的石墨，混合均勻，同時(shí)噴灑2份的水，制得混合料C。

2)將混合料C均化24h，然后用壓力成型機(jī)成型，成型壓力為30MPa，保壓時(shí)間10s。制得圓片形的儲熱材料，直徑為30mm，厚度為8mm。

3)將儲熱材料在80℃下干燥4h，然后在150℃,無氧氣氛下燒結(jié)并保溫1h，自然冷卻制得蛭石基復(fù)合相變儲熱材料。

實(shí)施例2

1.原料處理

1)將經(jīng)過高溫膨脹的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至150目，制得粉料A。

2)將KNO₃于120℃下干燥6h，破碎至200目，制得粉料B。

2.制備工藝流程

1)將30份的粉料A，60份的粉料B，10份的石墨，混合均勻，同時(shí)噴灑3份的水制得混合料C。

2)將混合料C均化24h，然后用壓力成型機(jī)成型，成型壓力為35MPa，保壓時(shí)間12s。制得圓片形的儲熱材料，直徑為50mm，厚度為18mm。

3)將儲熱材料在80℃下干燥4h，然后在340℃,無氧氣氛下燒結(jié)并保溫1h，自然冷卻制得蛭石基復(fù)合相變儲熱材料。

實(shí)施例3

1.原料處理

1)將經(jīng)過高溫膨脹的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至120目，制得粉料A。

2)將質(zhì)量比為5.1:4.9的Na₂CO₃：Li₂CO₃混合鹽作為相變材料于120℃下干燥6h，破碎至200目，制得粉料B。

2.制備工藝流程

1)將25份的粉料A，65份的粉料B，10份的石墨，混合均勻，同時(shí)噴灑4份的水制得混合料C。

2)將混合料C均化24h，然后用壓力成型機(jī)成型，成型壓力為40MPa，保壓時(shí)間15s。制得圓環(huán)形的儲熱材料，外直徑為74mm，內(nèi)直徑為32mm，厚度為18mm。

3)將儲熱材料在80℃下干燥4h，然后在550℃,無氧氣氛下燒結(jié)并保溫1h，自然冷卻制得蛭石基復(fù)合相變儲熱材料。

實(shí)施例4

1.原料處理

1)將經(jīng)過高溫膨脹的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至180目，制得粉料A。

2)將赤蘚糖醇于80℃下干燥6h，破碎至150目，制得粉料B。

2.制備工藝流程

1)將30份的粉料A，60份的粉料B，10份的石墨，混合均勻，同時(shí)噴灑3份的水，制得混合料C。

2)將混合料C均化30h，然后用壓力成型機(jī)成型，成型壓力為50MPa，保壓時(shí)間10s。制得方形的儲熱材料，長和寬為30mm，高為8mm。

3)將儲熱材料在80℃下干燥5h，然后在150℃,無氧氣氛下燒結(jié)并保溫1.5h，自然冷卻制得蛭石基復(fù)合相變儲熱材料。

實(shí)施例5

1.原料處理

1)將經(jīng)過高溫膨脹的蛭石于120℃下干燥3h，破碎至150目，制得粉料A。

2)將NaCl于120℃下干燥6h，破碎至120目，制得粉料B。

2.制備工藝流程

1)將30份的粉料A，58份的粉料B，12份的石墨，混合均勻，同時(shí)噴灑4份的水，制得混合料C。

2)將混合料C均化28h，然后用壓力成型機(jī)成型，成型壓力為20MPa，保壓時(shí)間20s。制得圓片形的儲熱材料，直徑為30mm，厚度為8mm。

3)將儲熱材料在80℃下干燥4h，然后在810℃，無氧氣氛下燒結(jié)并保溫1h，自然冷卻制得蛭石基復(fù)合相變儲熱材料。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參照上述實(shí)施例可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換均在申請待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。