CN104671711A - 一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104671711A
CN104671711A CN201310629557.7A CN201310629557A CN104671711A CN 104671711 A CN104671711 A CN 104671711A CN 201310629557 A CN201310629557 A CN 201310629557A CN 104671711 A CN104671711 A CN 104671711A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat storage
storage material
heat accumulating
granularity
solar energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310629557.7A
Other languages
English (en)
Inventor
谢昭
荆汝林
朱教群
周卫斌
邱河梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CGN SOLAR ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd
China General Nuclear Power Corp
Original Assignee
CGN SOLAR ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd
China General Nuclear Power Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CGN SOLAR ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd, China General Nuclear Power Corp filed Critical CGN SOLAR ENERGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority to CN201310629557.7A priority Critical patent/CN104671711A/zh
Publication of CN104671711A publication Critical patent/CN104671711A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明提供一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法，对该储热材料的组成进行优化设计，实现其综合性能的大幅提高。本发明采用微粉技术，同时利用纳米颗粒的增强效应，采用高效减水剂及低掺量铝溶胶作为胶结剂，既大幅降低储热材料中铝溶胶的用量（就降低了原料的生产能耗）和拌和用水量，又大幅提高储热材料在工作温度下（700～1000℃）的稳定性及使用寿命；选用棕刚玉及白刚玉为骨料能大幅提高材料的高温性能，同时提高了储热材料的抗热冲击能力；通过掺加微粉（硅微粉和活性氧化铝粉）填充在混凝土中孔隙中提高混凝土的密实度和强度；并由于碳纤维高热导、高韧性等性能，进一步提高储热材料的储热和放热速率。

Description

一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能高温热发电用储热材料的制备技术领域，尤其涉及一种以棕刚玉为粗骨料、白刚玉熟料为细骨料；以铝溶胶为胶结剂；添加硅微粉、活性氧化铝粉、碳化硅粉、蓝晶石石等微粉以及碳纤维制备的储热材料及其制备方法。
背景技术
目前用作太阳能蒸汽发电中的储热材料主要有熔盐(KN03、NaN03或两者的混合物)，铁矿石。但熔盐存在着一个非常明显的缺陷是其较强的腐蚀性，对热交换管道及其它附属设施具有非常强的腐蚀行为，由此增加了电厂的运行成本，亦降低了系统安全稳定性能。铁矿石则由于呈松散堆积状态，不利于储热和放热过程，影响系统的效率。混凝土储热材料由于具有性能稳定、成本低、储热能力强等诸多优点，是用于太阳能蒸汽发电的理想候选储热材料之一。文献(1)报道了日本学者的美国专利，其中以硫酸钠，氯化铵，溴化钠以及硫酸铵为主要原料组成的储热材料。文献(2)的专利则报道了用于太阳能储热材料，主要的成分是氯化钠。文献(3-5)报道了低温度下，在建筑房屋使用的脂肪酸类相变储热材料。文献(6-7)则报道了以石蜡和膨胀石墨组成的相变储热材料，文献(8)则报道以氧化铝材料为显热材料，用于太阳能热发电。但以上文献中报道的储热材料，要么是成本太高，要么只能在低温度下使用，而作为太阳能用的储热材料，必须要在低成本的前提下，考虑其使用的综合性能。但以上文献中报道的储热材料，要么是成本太高，要么只能在低温度下使用，以致大型太阳能热发电厂未能大规模的推广应用。
所引用的参考文献如下：
[1]Kakiuchi；Hiroyuki；Oka；Masahiro,US patent(No.5567346)
[2]Ross；Randy，US patent(No.5685151)
[3]KadirAhmet Sari，Sefa Tarhan et al.Lauric and palmitic acids eutectic mixture aslatent heat storage material for low temperature heating applications Energy,2005，30(5)：677-692
[4]Ahmet Sar1.Eutectic mixtures of some fatty acids for latent heat storage：Thermal properties andthermal reliability with respect to thermal cycling，Energy Conversion and Management，2006，47(9-10)：1207-1221
[5]Atul Sharma，Lee Dong Won，D Buddhi and Jun Un Park.Numerical heat transfer studies of thefatty acids for different heat exchanger materials on the performance of a latent heat storage systemRenewable Energy,2005，30(14)：2179-2187
[6]Zhengguo Zhang and Xiaoming Fang.Study on paraffin／expanded graphite composite phasechange thermal energy storage material Energy Conversion and Management，2006，47(3)：303-310
[7]V.Shatikian，G.Ziskind and R.Letan.Numerical investigation of a PCM-based heat sink withinternal fins.International Journal of Heat and Mass Transfer，2005，48(17)：3689-3706
[8]Rainer Tamme，Doerte Laing，Wolf-Deter Steinmann，Advanced thermal energy storagetechnology for parabolic trough[J],Solar Energy Engineering2004126,794-800
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种太阳能热发电用储热材料，包括以下组分：
优选的，还包括高效减水剂：0.2～1重量份。
优选的，各组分的重量份为：
优选的，各组分的重量份为：
优选的，各组分的重量份为：
优选的，各组分的重量份为：
优选的，
棕刚玉骨料的粒度为10～30mm，
白刚玉骨料的粒度为1～10mm，
活性氧化铝粉的粒度为500目，
蓝晶石的粒度为500目，
硅微粉的粒度为500目，
碳化硅的粒度为800目。
一所述的太阳能热发电用储热材料的制备方法，包括以下步骤：
取配方量的棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、蓝晶石、硅微粉、碳化硅和高效减水剂，经干混均匀后，加入4～6重量份的水，混合均匀后置于模具中，经24小时以上后脱模，在20-25℃温度下自然养护72小时以上后，在100-120℃温度下烘烤24小时以上，即制成所述太阳能热发电用储热材料
优选的，所述模具为钢模模具。
优选的，制得的所述储热材料具备以下特性：
密度为：2.71g／cm3～2.84g／cm3；
抗压强度：≥50MPa；
抗折强度：≥9MPa；
体积热容：117kWh／m3～128kWh／m3；
热导率：1.67W／mK～1.93W／mK；
耐火度：1590℃。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种新型的新型高温混凝土储热材料及其制备方法，对该储热材料的组成进行优化设计，实现其综合性能的大幅提高。本发明的创新之处在于采用微粉技术，同时利用纳米颗粒的增强效应，采用高效减水剂及低掺量铝溶胶作为胶结剂，既大幅降低储热材料中铝溶胶的用量(就降低了原料的生产能耗)和拌和用水量，又大幅提高储热材料在工作温度下(700～1000℃)的稳定性及使用寿命；选用棕刚玉及白刚玉为骨料能大幅提高材料的高温性能，同时提高了储热材料的抗热冲击能力；通过掺加微粉(硅微粉和活性氧化铝粉)填充在混凝土中孔隙中提高混凝土的密实度和强度；并由于碳纤维高热导、高韧性等性能，进一步提高储热材料的储热和放热速率；选用新型高效复合减水剂降低拌和用水量，改善混凝土工作性并提高其密实度和强度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
储热方案设计是太阳能蒸汽发电中的重要技术，储热材料的性能及成本是决定大型太阳能电厂的建设费用及运行成本的主要因素之一。用于太阳能发电中的储热材料应满足如下要求：储热材料应有高的能量密度；储热材料与热交换液体应有良好的热传导；储热材料应有良好的化学和力学稳定性；储热材料与热交换器及热交换液体之间有良好的化学相容性；在储热及放热循环过程中应完全可逆；低成本。工作温度的高低直接决定了系统的热效率，提高储热材料的工作温度具有重要的意义。
本发明的方法制备的储热材料的工作温度可高达1000℃。
以下详述实施例：
实施例一：
配方：棕刚玉骨料：粒度10～30mm，36重量份
白刚玉骨料：粒度1～10mm，34重量份
铝溶胶：9重量份
活性氧化铝粉：粒度500目，4重量份
硅微粉：粒度500目，5重量份
蓝晶石：粒度500目，7重量份
碳化硅：粒度800目，5重量份
外加高效复合减水剂0.3重量份。
制备方法：
取配方量棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、硅微粉、蓝晶石和碳化硅，外加高效复合减水剂，经干混均匀后，加5重量份的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。
经测定，制备得到的储热材料的密度为2.84g／cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥50MPa，抗折强度≥10MPa，综合热分析仪上测得体积热容123kWh／m3，导热仪测得热导率1.87W／mK，耐火度：1590℃。
实施例二：
配方：棕刚玉骨料：粒度10～30mm，38重量份
白刚玉骨料：粒度1～10mm，32重量份
铝溶胶：8重量份
活性氧化铝粉：粒度500目，5重量份
硅微粉：粒度500目，4重量份
蓝晶石：粒度500目，9重量份
碳化硅：粒度800目，4重量份
外加高效复合减水剂0.3重量份。
制备方法：
取配方量棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、硅微粉、蓝晶石和碳化硅，外加高效复合减水剂，经干混均匀后，加6.2重量份的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。
经测定，制备得到的储热材料的密度为2.80g／cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥55MPa，抗折强度≥12MPa，综合热分析仪上测得体积热容122kWh／m3，导热仪测得热导率1.76W／mK，耐火度：1590℃。
实施例三：
配方：棕刚玉骨料：粒度10～30mm，40重量份
白刚玉骨料：粒度1～10mm，30重量份
铝溶胶：7重量份
活性氧化铝粉：粒度500目，6重量份
硅微粉：粒度500目，5重量份
蓝晶石：粒度500目，9重量份
碳化硅：粒度800目，3重量份
外加高效复合减水剂0.3重量份。
制备方法：
取配方量棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、硅微粉、蓝晶石和碳化硅，外加高效复合减水剂，经干混均匀后，加5.3重量份的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。
经测定，制备得到的储热材料的密度为2.71g／cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥50MPa，抗折强度≥9MPa，综合热分析仪上测得体积热容119kWh／m3，导热仪测得热导率1.70W／mK，耐火度：1590℃。
实施例四：
配方：棕刚玉骨料：粒度10～30mm，45重量份
白刚玉骨料：粒度1～10mm，25重量份
铝溶胶：5重量份
活性氧化铝粉：粒度500目，3重量份
硅微粉：粒度500目，3重量份
蓝晶石：粒度500目，14重量份
碳化硅：粒度800目，5重量份
外加高效复合减水剂0.3重量份。
制备方法：
取配方量棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、硅微粉、蓝晶石和碳化硅，外加高效复合减水剂，经干混均匀后，加5.5重量份的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。
经测定，制备得到的储热材料的密度为2.73g／cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥60MPa，抗折强度≥13MPa，综合热分析仪上测得体积热容128kWh／m3，导热仪测得热导率1.93W／mK，耐火度：1590℃。
实施例五：
配方：棕刚玉骨料：粒度10～30mm，42重量份
白刚玉骨料：粒度1～10mm，28重量份
铝溶胶：8重量份
活性氧化铝粉：粒度500目，2重量份
硅微粉：粒度500目，4重量份
蓝晶石：粒度500目，13重量份
碳化硅：粒度800目，3重量份
外加高效复合减水剂0.3重量份。
制备方法：
取配方量棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、硅微粉、蓝晶石和碳化硅，外加高效复合减水剂，经干混均匀后，加6.1重量份的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。
经测定，制备得到的储热材料的密度为2.84g／cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥50MPa，抗折强度≥9MPa，综合热分析仪上测得体积热容117kWh／m3，导热仪测得热导率1.67W／mK，耐火度：1590℃。
实施例六：
配方：棕刚玉骨料：粒度10～30mm，35重量份
白刚玉骨料：粒度1～10mm，35重量份
铝溶胶：6重量份
活性氧化铝粉：粒度500目，4重量份
硅微粉：粒度500目，5重量份
蓝晶石：粒度500目，11重量份
碳化硅：粒度800目，4重量份
外加高效复合减水剂0.3重量份。
制备方法：
取配方量棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、硅微粉、蓝晶石和碳化硅，外加高效复合减水剂，经干混均匀后，加6.5重量份的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20-25℃温度下水中养护72小时后，在100-120℃温度下烘烤24小时。
经测定，制备得到的储热材料的密度为2.73g／cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥60MPa，抗折强度≥12MPa，综合热分析仪上测得体积热容128kWh／m3，导热仪测得热导率1.82W／mK，耐火度：1590℃。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明提供一种新型的新型高温混凝土储热材料及其制备方法，对该储热材料的组成进行优化设计，实现其综合性能的大幅提高。本发明的创新之处在于采用微粉技术，同时利用纳米颗粒的增强效应，采用高效减水剂及低掺量铝溶胶作为胶结剂，既大幅降低储热材料中铝溶胶的用量(就降低了原料的生产能耗)和拌和用水量，又大幅提高储热材料在工作温度下(700～1000℃)的稳定性及使用寿命；选用棕刚玉及白刚玉为骨料能大幅提高材料的高温性能，同时提高了储热材料的抗热冲击能力；通过掺加微粉(硅微粉和活性氧化铝粉)填充在混凝土中孔隙中提高混凝土的密实度和强度；并由于碳纤维高热导、高韧性等性能，进一步提高储热材料的储热和放热速率；选用新型高效复合减水剂降低拌和用水量，改善混凝土工作性并提高其密实度和强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能热发电用储热材料，其特征在于，包括以下组分： 
2.根据权利要求1所述的太阳能热发电用储热材料，其特征在于，还包括高效减水剂：0.2～1重量份。 
3.根据权利要求2所述的太阳能热发电用储热材料，其特征在于，各组分的重量份为： 
4.根据权利要求3所述的太阳能热发电用储热材料，其特征在于，各组分的重量份为： 
5.根据权利要求4所述的太阳能热发电用储热材料，其特征在于，各组分的重量份为： 
6.根据权利要求2所述的太阳能热发电用储热材料，其特征在于，各组分的重量份为： 
7.根据权利要求1-6任一所述的太阳能热发电用储热材料，其特征在于， 
棕刚玉骨料的粒度为10～30mm， 
白刚玉骨料的粒度为1～10mm， 
活性氧化铝粉的粒度为500目， 
蓝晶石的粒度为500目， 
硅微粉的粒度为500目， 
碳化硅的粒度为800目。 
8.一所述的太阳能热发电用储热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 
取配方量的棕刚玉骨料、白刚玉骨料、铝溶胶、活性氧化铝粉、蓝晶石、硅微粉、碳化硅和高效减水剂，经干混均匀后，加入4～6重量份的水，混合均匀后置于模具中，经24小时以上后脱模，在20-25℃温度下自然养护72小时以上后，在100-120℃温度下烘烤24小时以上，即制成所述太阳能热发电用储热材料。 
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述模具为钢模模具。 
10.根据权利要求8-9任一所述的太阳能热发电用储热材料的制备方法，其特征在于，制得的所述储热材料具备以下特性： 
密度为：2.71g／cm3～2.84g／cm3； 
抗压强度：≥50MPa； 
抗折强度：≥9MPa； 
体积热容：117kWh／m3～128kWh／m3； 
热导率：1.67W／mK～1.93W／mK； 
耐火度：1590℃。 
CN201310629557.7A 2013-11-29 2013-11-29 一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法 Pending CN104671711A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310629557.7A CN104671711A (zh) 2013-11-29 2013-11-29 一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310629557.7A CN104671711A (zh) 2013-11-29 2013-11-29 一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104671711A true CN104671711A (zh) 2015-06-03

Family

ID=53307367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310629557.7A Pending CN104671711A (zh) 2013-11-29 2013-11-29 一种太阳能热发电用储热材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104671711A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108623265A (zh) * 2018-08-13 2018-10-09 武汉华强新型建筑材料有限公司 一种高强度抗渗混凝土及其生产方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006071230A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Ariake Serako Kk 金属溶融用ルツボ及びその製造方法
CN101307913A (zh) * 2008-03-14 2008-11-19 陈海渊 蓄热预制块
CN101798212A (zh) * 2010-01-29 2010-08-11 王献忠 一种碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体
CN102381881A (zh) * 2011-07-25 2012-03-21 郑州京华耐火材料实业有限公司 硅溶胶结合的高铝碳化硅浇注料
CN102765955A (zh) * 2012-08-14 2012-11-07 湖南仁海科技材料发展有限公司 一种耐火材料及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006071230A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Ariake Serako Kk 金属溶融用ルツボ及びその製造方法
CN101307913A (zh) * 2008-03-14 2008-11-19 陈海渊 蓄热预制块
CN101798212A (zh) * 2010-01-29 2010-08-11 王献忠 一种碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体
CN102381881A (zh) * 2011-07-25 2012-03-21 郑州京华耐火材料实业有限公司 硅溶胶结合的高铝碳化硅浇注料
CN102765955A (zh) * 2012-08-14 2012-11-07 湖南仁海科技材料发展有限公司 一种耐火材料及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108623265A (zh) * 2018-08-13 2018-10-09 武汉华强新型建筑材料有限公司 一种高强度抗渗混凝土及其生产方法
CN108623265B (zh) * 2018-08-13 2021-04-09 武汉华强新型建筑材料有限公司 一种高强度抗渗混凝土及其生产方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yu et al. Review on form-stable inorganic hydrated salt phase change materials: Preparation, characterization and effect on the thermophysical properties
CN100494307C (zh) 一种太阳能中温蒸汽发电用储热材料的制备方法
Lv et al. Review on clay mineral-based form-stable phase change materials: Preparation, characterization and applications
CN100427563C (zh) 一种高温储热材料的制备方法
Shah et al. Application of phase change materials in building components and the use of nanotechnology for its improvement
Liu et al. Review on solar collector systems integrated with phase‐change material thermal storage technology and their residential applications
Jin et al. Preparation and characterization of capric-stearic acid/montmorillonite/graphene composite phase change material for thermal energy storage in buildings
CN103833302B (zh) 一种包裹相变材料的蓄热混凝土及其制备方法
Wu et al. Thermally conductive and form-stable phase change composite for building thermal management
CN102531550A (zh) 一种多元脂肪酸定形相变材料及其制备方法
CN105586012B (zh) 一种脂肪酸/改性蛭石复合相变储能材料及其制备方法
CN102277139B (zh) 显热-潜热复合中温储热材料及制备方法
Shamshirgaran et al. Application of nanomaterials in solar thermal energy storage
CN102322759A (zh) 太阳能空调用低成本混凝土蓄热装置
Musavi et al. Enhanced properties of phase change material-SiO2-graphene nanocomposite for developing structural–functional integrated cement for solar energy absorption and storage
Yang et al. Cementitious composites integrated phase change materials for passive buildings: An overview
JP2007225268A (ja) 熱交換機能を具備した潜熱蓄熱装置
CN107266047B (zh) 一种稀土陶瓷高温相变蓄放能材料及其制备方法
CN105838331B (zh) 一种硅藻土基复合相变储热球、制备方法和用途
Chen et al. Preparation and characterization of modified activated carbon-based shape stabilized eutectic phase change materials for gypsum composites application
Li et al. Preparation of hierarchical porous microspheres composite phase change material for thermal energy storage concrete in buildings
Ao et al. Design of a stearic acid/boron nitride/expanded graphite multifiller synergistic composite phase change material for thermal energy storage
Niu et al. Thermal properties and application of a novel CaCl2· 6H2O/expanded graphite shape-stabilized composite phase change material for electric radiant heating
CN105347770B (zh) 一种工业用高温蓄热混凝土材料及其制备方法
CN104673192A (zh) 一种太阳能高温蒸汽发电用储热材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20170531