一種復(fù)合蓄熱體及制備方法
【專利摘要】一種復(fù)合蓄熱體及制備方法，所述復(fù)合蓄熱體包括碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體和相變材料，碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體具有規(guī)則的幾何形狀，在碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體上分布孔洞，相變材料填裝在一部分孔洞內(nèi)，填裝相變材料的孔洞的兩端由封裝體熱熔封閉，未填裝相變材料的孔洞為貫通結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱孔。本發(fā)明方法包括制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體、制備封裝體和填裝相變材料等步驟。本發(fā)明復(fù)合蓄熱體可以使碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體容納相變材料的量容易控制，在儲熱過程中，通過碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體顯熱蓄熱和相變材料潛熱蓄熱的有機結(jié)合，達到高提高蓄熱效率、優(yōu)化儲熱過程的目的。本發(fā)明方法可以簡化制作工藝，降低制作成本，加快制作周期。
【專利說明】
一種復(fù)合蓄熱體及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種儲能蓄熱體，特別是制作成本低、蓄熱效率高的復(fù)合蓄熱體及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱能儲藏分為顯熱蓄熱和潛熱蓄熱，顯熱蓄熱利用蓄熱材料將熱能儲藏，具有性能穩(wěn)定，成本較低，傳熱性能好等特點，但其蓄熱密度低，所需蓄熱裝置體積較龐大。潛熱蓄熱利用材料在相變時放出和吸入的潛熱儲能，從而解決能源在供求之間的時間上和空間上不匹配矛盾，潛熱蓄熱具有蓄熱密度大，空間結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。將顯熱蓄熱和潛熱蓄熱二者復(fù)合，保持二者的優(yōu)點，是蓄熱材料研發(fā)的重點課題。現(xiàn)有復(fù)合蓄熱儲能技術(shù)中一種常用方法是將碳化硅質(zhì)的基體放到溫度約800°C的氯化鈉熔融鹽液體中經(jīng)長時間復(fù)合，使氯化鈉熔融鹽在毛細管力作用下滲入碳化硅質(zhì)基體孔筋，然后除去多余鹽液，烘烤得到氯化鈉與碳化硅質(zhì)基體的復(fù)合蓄熱體。該氯化鈉碳化硅復(fù)合蓄熱體具有蓄熱密度高、可快速放熱等特點。但現(xiàn)有氯化鈉碳化硅復(fù)合蓄熱體存有如下問題:1、碳化硅質(zhì)基體中所能夠復(fù)合的氯化鈉熔鹽量有限，潛熱蓄熱效率有待提高;2、氯化鈉碳化硅復(fù)合蓄熱體的制作工藝復(fù)雜、氯化鈉熔融鹽與碳化硅質(zhì)基體的復(fù)合時間長;2、高溫下進行的氯化鈉熔融鹽與碳化硅質(zhì)基體的復(fù)合過程要耗費大量能量，導(dǎo)致制作成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種儲熱密度較大、性能穩(wěn)定的復(fù)合蓄熱體。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供所述復(fù)合蓄熱體的制備方法，所述方法工藝簡單、成本低、易于工業(yè)化實施。
[0005]本發(fā)明所稱問題是通過以下技術(shù)方案解決的:
[0006]—種復(fù)合蓄熱體，包括碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體和相變材料，所述碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體具有規(guī)則的幾何形狀，在碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體上分布孔洞，所述相變材料填裝在一部分孔洞內(nèi)，填裝相變材料的孔洞的兩端由封裝體熱熔封閉，未填裝相變材料的孔洞為貫通結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱孔。
[0007]上述復(fù)合蓄熱體，所述填裝相變材料的孔洞和導(dǎo)熱孔間隔排布，填裝相變材料的孔洞內(nèi)所裝入的相變材料的體積為孔洞體積的0.2-0.4倍。
[0008]上述復(fù)合蓄熱體，所述相變材料為粉末狀氯化鈉。
[0009]上述復(fù)合蓄熱體，所述孔洞直徑D為0.2-0.6cm，相鄰孔洞間的間距L為0.6-1.2cm。
[0010]上述復(fù)合蓄熱體的制備方法，按照下列步驟進行:
[0011]①制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體:
[0012]a、配制碳化娃質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料:按下述質(zhì)量份稱取原料，碳化娃78-80，高嶺土8-9，石灰石4-5，莫來石5-7，堇青石14-16，將上述原料混合均勻，粉碎至200-300目待用；
[0013]b、配置塑化劑溶液:按照水與聚乙烯醇溶液體積比4:1的比例配制塑化劑溶液，將濃度為3%的聚乙烯醇溶液與水混合，先放置12-24h，待兩者充分復(fù)合后再攪拌30min，即制得塑化劑溶液；
[0014]c.制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體:將粉碎的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液混合攪拌制成坯泥，碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液的質(zhì)量比為2.5-3:1；將坯泥注入模具中，在20-70°C條件下固化3-12個小時，脫模，制得坯體;然后將坯體干燥后入爐，在1150-1250°C溫度下煅燒l_6h，保溫2h出爐，即制得碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體；
[0015]②制備封裝體:
[0016]a、配制封裝體原料:按下述質(zhì)量份稱取原料，堇青石90-95，碳化娃10-12，將上述原料混合均勻，粉碎至200-300目待用；
[0017]b、制備封裝體坯體:將粉碎的封裝體原料和水混合制成封裝體坯泥;將封裝體坯泥注入模具中，制成封裝體坯體;將封裝體坯體干燥后入爐，在1150-1200°C的溫度下燒結(jié)1-2小時，經(jīng)保溫冷卻后出爐，即制成封裝體，封裝體的直徑與填裝相變材料的孔洞直徑匹配；
[0018]③填裝相變材料:將碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的孔洞底部間隔用封裝體封裝，然后在封裝了底部的孔洞內(nèi)添加相變材料，再用封裝體封裝添加了相變材料的孔洞的另一端，將封裝體與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體氧焊熔封為一體，即制得復(fù)合蓄熱體。
[0019]本發(fā)明所提供的復(fù)合蓄熱體針對現(xiàn)有技術(shù)的問題進行了重要改進，所述復(fù)合蓄熱體包括碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體和相變材料，在碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體上分布蜂窩狀的孔洞，其中一部分孔洞內(nèi)封裝相變材料，另一部分孔洞作為導(dǎo)熱孔。該結(jié)構(gòu)可以使碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體容納相變材料的量容易控制，在儲熱過程中，通過碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體顯熱蓄熱和相變材料潛熱蓄熱的有機結(jié)合，達到高提高蓄熱效率、優(yōu)化儲熱過程的目的。與現(xiàn)有氯化鈉碳化硅蓄熱體相比，本發(fā)明一方面可以增加相變材料的填充量，提高同體積基體條件下的蓄熱能力；另一方面可以簡化復(fù)合蓄熱體的制作工藝，降低制作成本，加快制作周期。本發(fā)明適合應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0021 ]圖1是本發(fā)明復(fù)合蓄熱體第一實施方案的示意圖；
[0022]圖2是圖1的A-A剖視圖；
[0023]圖3是本發(fā)明復(fù)合蓄熱體第二實施方案的示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明復(fù)合蓄熱體第三實施方案的示意圖。
[0025]圖中各標(biāo)號清單為:1、碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體，2、導(dǎo)熱孔，3、封裝體，4、填裝相變材料的孔洞，5、相變材料。
【具體實施方式】
[0026]參看圖1、圖2，本發(fā)明所述復(fù)合蓄熱體包括碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體I和相變材料5。碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體具有矩形體、圓柱體、三棱柱、六棱柱等規(guī)則的幾何形狀，圖1所示的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體采用矩形體。在碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體上分布孔洞，將相變材料5填裝在一部分孔洞內(nèi)，填裝相變材料的孔洞4的兩端由封裝體3熱熔封閉，未填裝相變材料的孔洞為貫通結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱孔2。填裝相變材料的孔洞和導(dǎo)熱孔間隔排布，即每個填裝相變材料的孔洞的相鄰孔洞為導(dǎo)熱孔；同理每個導(dǎo)熱孔的相鄰孔洞為填裝相變材料的孔洞。該結(jié)構(gòu)可以在加熱過程中，使熱量通過導(dǎo)熱孔充分流通，使之與其相鄰的、填裝相變材料的孔洞內(nèi)的相變材料快速而充分受熱。考慮到相變材料在相變過程中體積發(fā)生變化，填裝相變材料的孔洞4內(nèi)所裝入的相變材料的體積為孔洞體積的0.2-0.4倍。圖示實施例中相變材料為粉末狀氯化鈉。碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體上的孔洞直徑D為0.2-0.6cm，相鄰孔洞間的間距L為0.6-1.2cm0
[0027]本發(fā)明所述復(fù)合蓄熱體的制備方法包括制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體、制備封裝體、填裝相變材料等步驟。其中，制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體步驟中先按照如下配比稱取碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料:碳化硅78-80，高嶺土 8-9，石灰石4-5，莫來石5_7，堇青石14-16。上述原料混合均勻，粉碎至200-300目待用。然后配置塑化劑溶液:按照水與聚乙烯醇溶液體積比4:1的比例配制塑化劑溶液，將濃度為3%的聚乙烯醇溶液與水混合，放置12-24h，待兩者充分復(fù)合后再攪拌30min，即制得塑化劑溶液。再將粉碎的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液，粉碎的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料與塑化劑溶液的重量比為2.5-3:1，混合攪拌制成坯泥。將坯泥注入模具中，在20-70°C條件下固化3-12個小時，脫模，制得帶有孔洞的坯體。然后將坯體干燥后入爐，在1150-1250°C溫度下煅燒l_6h，保溫2h出爐，即制得碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體。本發(fā)明在碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料中以碳化硅為主要原料，加入了配比量的莫來石，以提高碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的熱震穩(wěn)定性、硬度和抗化學(xué)腐蝕性，莫來石的加入還有利于碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的膨脹均勻性。本發(fā)明在碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料中加入配比量的堇青石，可降低碳化硅陶瓷的燒成溫度，提高強度、耐腐蝕性、抗風(fēng)化能力以及抗熱震性能。采用塑化劑溶液配制坯泥，可以增加陶瓷坯體的柔軟性，便于塑型。
[0028]本發(fā)明方法中制備封裝體步驟先按下述質(zhì)量份稱取原料:堇青石90-95，碳化娃10-12，將上述原料混合均勻，粉碎至200-300目待用。將粉碎的封裝體原料和水混合制成封裝體坯泥，將封裝體坯泥注入模具中，制成封裝體坯體，將封裝體坯體干燥后入爐，在1150-1200°C的溫度下燒結(jié)1-2小時，經(jīng)保溫冷卻后出爐，即制成封裝體，封裝體為圓柱體形，封裝體的直徑與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體上的孔洞直徑匹配。本發(fā)明所述封裝體的原料中主體材料為堇青石，配比一定量的碳化娃。制成的封裝體與碳化娃質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的膨脹系數(shù)非常接近。試驗表明，封裝體與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的封接結(jié)合性能良好，在加熱過程中，封裝體玻璃相往碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體材料中滲透，碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體中的晶相往封裝體中生長，使二者間形成過渡層，從而將兩者緊密結(jié)合，可以確保氯化鈉熔鹽不會在使用過程中沿二者的邊緣滲透出來，保證長時間使用安全。
[0029]本發(fā)明方法中的填裝相變材料步驟中，先將碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的孔洞底部間隔的用封裝體封裝，然后在封裝了底部的孔洞內(nèi)添加相變材料，然后用封裝體封裝添加了相變材料的孔洞的另一端，再采用氧焊熔封，在約1200度的高溫下使封裝體與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體氧焊熔封為一體，即制得復(fù)合蓄熱體。
[0030]以下提供幾個制備復(fù)合蓄熱體的具體實施例:
[0031]實施例1:
[0032]制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體:稱取碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料:碳化硅780g，高嶺土80g，石灰石45g，莫來石55g，堇青石150g。上述原料混合均勻，粉碎至200目待用。然后配置塑化劑溶液:按照水與聚乙烯醇溶液體積比4:1的比例配制塑化劑溶液370g，將濃度為3%的聚乙烯醇溶液添加到水中，放置12h，待兩者充分復(fù)合后再攪拌30min，即制得塑化劑溶液。再將粉碎的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液混合攪拌制成坯泥，將坯泥注入模具中，在20 °C條件下固化12個小時，脫模，制得坯體;然后將坯體干燥后入爐，在1150 °C溫度下煅燒6h，保溫2h出爐，即制得孔洞直徑為0.2cm，相鄰孔洞間距為0.6cm的矩形體碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體。
[0033]制備封裝體:稱取堇青石90g，碳化娃1g，將上述原料混合均勾，粉碎至200目待用;將粉碎的封裝體原料和水混合制成封裝體坯泥，將封裝體坯泥注入模具中，制成封裝體坯體，將封裝體坯體干燥后入爐，在1150 °C溫度下燒結(jié)2小時，經(jīng)保溫冷卻后出爐，制成直徑為0.2cm，厚度為0.5cm的封裝體。
[0034]填裝相變材料:將碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的孔洞底部間隔的用封裝體封裝，然后在封裝了底部的孔洞內(nèi)添加相變材料，然后用封裝體封裝添加了相變材料的孔洞的另一端，將封裝體與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體氧焊熔封為一體，即制圖1所示的得復(fù)合蓄熱體。
[0035]實施例2:
[0036]制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體:稱取碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料:碳化硅790g，高嶺土85g，石灰石50g，莫來石50g，堇青石140g。上述原料混合均勻，粉碎至300目待用。然后配置塑化劑溶液:按照水與聚乙烯醇溶液體積比4:1的比例配制塑化劑溶液445g，將聚乙烯醇溶液添加到水中，放置18h，待兩者充分復(fù)合后再攪拌30min，即制得塑化劑溶液。再將粉碎的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液混合攪拌制成坯泥，將坯泥注入模具中，在70°C條件下固化3個小時，脫模，制得坯體;然后將坯體干燥后入爐，在1250°C溫度下煅燒lh，保溫2h出爐，即制得孔洞直徑為0.5cm，相鄰孔洞間距為0.8cm的矩形體碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體。
[0037]制備封裝體:稱取堇青石95g，碳化娃Ilg，將上述原料混合均勾，粉碎至300目待用;將粉碎的封裝體原料和水混合制成封裝體坯泥，將封裝體坯泥注入模具中，制成封裝體坯體，將封裝體坯體干燥后入爐，，在1170°C溫度下燒結(jié)1.5小時，經(jīng)保溫冷卻后出爐，制成直徑為0.5cm，厚度為I cm的封裝體。
[0038]填裝相變材料:將碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的孔洞底部間隔的用封裝體封裝，然后在封裝了底部的孔洞內(nèi)添加相變材料，然后用封裝體封裝添加了相變材料的孔洞的另一端，將封裝體與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體氧焊熔封為一體，即制圖3所示的得復(fù)合蓄熱體。
[0039]實施例3:
[0040]制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體:稱取碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料:碳化硅800g，高嶺土90g，石灰石40g，莫來石70g，堇青石160g。上述原料混合均勻，粉碎至250目待用。然后配置塑化劑溶液:按照水與聚乙烯醇溶液體積比4:1的比例配制塑化劑溶液410g，將聚乙烯醇溶液添加到水中，放置24h，待兩者充分復(fù)合后再攪拌30min，即制得塑化劑溶液。再將粉碎的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液混合攪拌制成坯泥，將坯泥注入模具中，在40°C條件下固化10個小時，脫模，制得坯體;然后將坯體干燥后入爐，在1200°C溫度下煅燒4h，保溫2h出爐，即制得孔洞直徑為0.6cm，相鄰孔洞間距為1.2cm的矩形體碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體。[0041 ]制備封裝體:稱取堇青石93g，碳化娃12g，將上述原料混合均勾，粉碎至250目待用;將粉碎的封裝體原料和水混合制成封裝體坯泥，將封裝體坯泥注入模具中，制成封裝體坯體，將封裝體坯體干燥后入爐，，在1200 °C溫度下燒結(jié)I小時，經(jīng)保溫冷卻后出爐，制成直徑為0.6cm，厚度為I cm的封裝體。
[0042]填裝相變材料:將碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的孔洞底部間隔的用封裝體封裝，然后在封裝了底部的孔洞內(nèi)添加相變材料，然后用封裝體封裝添加了相變材料的孔洞的另一端，將封裝體與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體氧焊熔封為一體，即制圖4所示的得復(fù)合蓄熱體。
【主權(quán)項】
1.一種復(fù)合蓄熱體，其特征在于:包括碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體(I)和相變材料(5)，所述碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體具有規(guī)則的幾何形狀，在碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體上分布孔洞，所述相變材料填裝在一部分孔洞內(nèi)，填裝相變材料的孔洞(4)的兩端由封裝體(3)熱熔封閉，未填裝相變材料的孔洞為貫通結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱孔(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合蓄熱體，其特征在于:所述填裝相變材料的孔洞和導(dǎo)熱孔間隔排布，填裝相變材料的孔洞內(nèi)所裝入的相變材料的體積為孔洞體積的0.2-0.4倍。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合蓄熱體，其特征在于:所述相變材料為粉末狀氯化鈉。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合蓄熱體，其特征在于:所述孔洞直徑D為0.2-0.6cm，相鄰孔洞間的間距L為0.6-1.2cm ο5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的復(fù)合蓄熱體的制備方法，其特征在于:按照下列步驟進行: ①制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體: a、配制碳化娃質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料:按下述質(zhì)量份稱取原料，碳化娃78-80，高嶺土8-.9，石灰石4-5，莫來石5-7，堇青石14-16，將上述原料混合均勻，粉碎至200-300目待用； b、配置塑化劑溶液:按照水與聚乙烯醇溶液體積比4:1的比例配制塑化劑溶液，將濃度為3%的聚乙烯醇溶液與水混合，先放置12-24h，待兩者充分復(fù)合后再攪拌30min，即制得塑化劑溶液； c、制備碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體:將粉碎的碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液混合攪拌制成坯泥，碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體原料和塑化劑溶液的質(zhì)量比為2.5-3:1;將坯泥注入模具中，在20-70°C條件下固化3-12個小時，脫模，制得坯體;然后將坯體干燥后入爐，在1150-1250°C溫度下煅燒l_6h，保溫2h出爐，即制得碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體； ②制備封裝體: a、配制封裝體原料:按下述質(zhì)量份稱取原料，堇青石90-95，碳化娃10-12，將上述原料混合均勻，粉碎至200-300目待用； b、制備封裝體坯體:將粉碎的封裝體原料和水混合制成封裝體坯泥;將封裝體坯泥注入模具中，制成封裝體坯體;將封裝體坯體干燥后入爐，在1150-12000C的溫度下燒結(jié)1-2小時，經(jīng)保溫冷卻后出爐，即制成封裝體，封裝體的直徑與填裝相變材料的孔洞直徑匹配； ③填裝相變材料:將碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體的孔洞底部間隔用封裝體封裝，然后在封裝了底部的孔洞內(nèi)添加相變材料，再用封裝體封裝添加了相變材料的孔洞的另一端，將封裝體與碳化硅質(zhì)復(fù)相陶瓷基體氧焊熔封為一體，即制得復(fù)合蓄熱體。
【文檔編號】C04B38/00GK105841536SQ201610179052
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】張遠林
【申請人】張遠林