CN107828384A - 一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯‑壳结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储热材料技术领域,具体公开了一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯‑壳结构及其制备方法。该芯‑壳结构由外壳和内芯两部分构成,外壳材料为氧化镁粉体,内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。制备过程中先制备水合共晶盐,再将其与一定质量比的氧化镁混合,制备出内芯相变储热材料;然后制备外壳材料氧化镁粉体,将水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料和外壳氧化镁粉体分别放入网状模具,使用压力机对模具加压得到压制成型样品;最后通过对压制成型样品烧结,得到具有芯‑壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。本发明产品高温稳定性好,工作温度可达800℃以上,同时其制备方法简单,成本低,效率高,具有应用推广价值。
Description
技术领域
本发明属于储热材料技术领域,具体涉及一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构及其制备方法。
背景技术
熔盐相变储热材料系是指借助于材料相变来提高储热密度,改变材料储热能力,提高能源环境利用率和环境保护的材料。储热材料在太阳热利用,电力调峰,工业余热和废热的回收利用方面具有广泛的应用。
熔盐相变储热材料具有很好的储热效果,得到广泛应用,但是单纯的熔盐相变材料在使用过程中同时也存在很多问题,典型的如熔盐泄露,熔盐高温腐蚀和挥发等。为了避免这些问题,熔盐相变储热材料在使用过程中,通常要进行一定程度的封装。考虑工业的应用基础,熔盐封装多采用陶瓷封装技术,即选择合适的封装陶瓷材料后,将陶瓷粉体和熔盐进行有效混合后,采用陶瓷制备基础工艺,将熔盐封装于多孔陶瓷形成相变砖进行使用,为了提高储热密度,常常要求熔盐达到一定比例,但是当熔盐达到一定比例后,相变砖表面的熔盐也存在高温挥发问题,不仅影响相变材料的循环使用寿命,而且会影响储热系统的稳定性和效率。
因此,如何通过封装改进技术实现针对高温时相变储热材料挥发的控制,进而稳定延长高温熔盐相变材料储热循环寿命这一问题,成为目前的一项研究重点。
发明内容
针对以上所述熔盐材料的挥发问题,本发明提供了一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计和制备方法。
一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,该结构由外壳和内芯两部分构成,外壳材料为氧化镁粉体,内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
进一步的,所述芯-壳结构,按质量组分计,内芯材料两组分占比分别为:水合共晶盐水合共晶盐75~83份,氧化镁17~25份。
所述芯-壳结构,其整体尺寸为:长240mm,宽115mm,高53mm,其中,外壳厚度4mm,内芯尺寸为:长232mm,宽107mm,高45mm。
所述水合共晶盐的成分为一定比例的工业级碳酸钠和工业级碳酸钾。
所述的原料氧化镁,为工业级氧化镁。
对于以上所述一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其具体的制备方法,包括如下步骤:
(1)分别按质量分数50%~55%和45%~50%,称取工业级碳酸钠和碳酸钾,溶解在适量的水中,使用电动搅拌机搅拌均匀,之后放入烘箱中烘干,研磨均匀。
(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁,使用球磨机球磨均匀,过筛,得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
(3)称取一定量的氧化镁,按比例向其中加入PVB溶液,研磨使之混合均匀后,放入烘箱中烘干,再研磨均匀,得到外壳材料氧化镁粉体。
(4)取一定量的氧化镁粉体,放入模具中,刮平,放入网状模具,在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料,小格子里放入氧化镁粉体,再一次刮平后缓缓取出网状模具,最后在最上面加入氧化镁粉体,刮平后,使用压力机对模具加压得到压片样品。
(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结,得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。
步骤(2)中,使用的球磨机转速为200r/min,球磨时间为2h。
步骤(3)中,氧化镁与PVB溶液的质量混合比为1:2,其中,使用的PVB溶液按质量分数计为4%,在第一次研磨后进行烘干是为了除去其中混有的酒精。
步骤(4)中,网格模具由1个大格子和8个小格子构成,同时该网状模具自带四根可伸缩支撑杆,可根据所添加外壳材料的量来调节其高度,借助该网状模具,分别放入外壳材料和内芯材料,可以得到标准尺寸的芯-壳结构。
步骤(4)中,压力机加压时施加压力为8t,保压时间为30s。
本发明具有以下有益效果:
1.本发明所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,结构简单,组分合理,以内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料为主,外壳氧化镁粉体在内芯材料周围形成一层保护层,起到防止其在高温下发生分解的作用。因此,产品高温稳定性好,工作温度可达800℃以上。
2.本发明所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的制备方法简单易行,成本低廉,效率高,易于实现,具有应用推广价值。
附图说明
图1为本发明所述芯-壳结构网状模具的平面图。
图2为本发明所述芯-壳结构网状模具的三维立体图。
具体实施方式
一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,该结构由外壳和内芯两部分构成,外壳材料为氧化镁粉体,内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,该结构由外壳和内芯两部分构成,外壳材料为氧化镁粉体,内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
进一步的,上述的芯-壳结构,按质量组分计,内芯材料两组分占比分别为:水合共晶盐75份,氧化镁25份。
如图1所示,上述的的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计,其整体尺寸为:长240mm,宽115mm,高53mm,其中,外壳厚度4mm,内芯尺寸:长232mm,宽107mm,高45mm。
以上所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其制备方法,包括如下步骤:
(1)分别按质量分数50%和50%,称取工业级碳酸钠和碳酸钾,溶解在适量的水中,使用电动搅拌机搅拌均匀,之后放入烘箱中烘干,研磨均匀。
(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁,使用球磨机球磨均匀,过筛,得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
(3)称取一定量的氧化镁,按比例向其中加入PVB溶液,研磨使之混合均匀后,放入烘箱中烘干,再研磨均匀,得到外壳材料氧化镁粉体。
(4)取一定量的氧化镁粉体,放入模具中,刮平,放入网状模具,在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料,小格子里放入氧化镁粉体,再一次刮平后缓缓取出网状模具,最后在最上面加入氧化镁粉体,刮平后,使用压力机对模具加压得到压片样品。
(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结,得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。
实施例2
一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,该结构由外壳和内芯两部分构成,外壳材料为氧化镁粉体,内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
进一步的,上述的芯-壳结构,按质量组分计,内芯材料两组分占比分别为:水合共晶盐75份,氧化镁25份。
如图1所示,上述的的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计,其整体尺寸为:长240mm,宽115mm,高53mm,其中,外壳厚度4mm,内芯尺寸:长232mm,宽107mm,高45mm。
以上所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其制备方法,包括如下步骤:
(1)分别按质量分数52%和48%,称取工业级碳酸钠和碳酸钾,溶解在适量的水中,使用电动搅拌机搅拌均匀,之后放入烘箱中烘干,研磨均匀。
(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁,使用球磨机球磨均匀,过筛,得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
(3)称取一定量的氧化镁,按比例向其中加入PVB溶液,研磨使之混合均匀后,放入烘箱中烘干,再研磨均匀,得到外壳材料氧化镁粉体。
(4)取一定量的氧化镁粉体,放入模具中,刮平,放入网状模具,在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料,小格子里放入氧化镁粉体,再一次刮平后缓缓取出网状模具,最后在最上面加入氧化镁粉体,刮平后,使用压力机对模具加压得到压片样品。
(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结,得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。
实施例3
一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,该结构由外壳和内芯两部分构成,外壳材料为氧化镁粉体,内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
进一步的,上述的芯-壳结构,按质量组分计,内芯材料两组分占比分别为:水合共晶盐83份,氧化镁17份。
如图1所示,上述的的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的设计,其整体尺寸为:长240mm,宽115mm,高53mm,其中,外壳厚度4mm,内芯尺寸为:长232mm,宽107mm,高45mm。
以上所述的用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其制备方法,包括以下步骤:
(1)分别按质量分数55%和45%,称取工业级碳酸钠和碳酸钾,溶解在适量的水中,使用电动搅拌机搅拌均匀,之后放入烘箱中烘干,研磨均匀。
(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁,使用球磨机球磨均匀,过筛,得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料。
(3)称取一定量的氧化镁,按比例向其中加入PVB溶液,研磨使之混合均匀后,放入烘箱中烘干,再研磨均匀,得到外壳材料氧化镁粉体。
(4)取一定量的氧化镁粉体,放入模具中,刮平,放入网状模具,在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料,小格子里放入氧化镁粉体,再一次刮平后缓缓取出网状模具,最后在最上面加入氧化镁粉体,刮平后,使用压力机对模具加压得到压片样品。
(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结,得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。
Claims (9)
1.一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其特征在于,该结构由外壳和内芯两部分构成,外壳材料为氧化镁粉体,内芯材料为水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料;
进一步的,所述芯-壳结构,按质量组分计,内芯材料两组分占比分别为:水合共晶盐水合共晶盐75~83份,氧化镁17~25份。
2.根据权利要求1所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其特征在于,整体结构尺寸为:长240mm,宽115mm,高53mm,其中,外壳厚度4mm,内芯尺寸为:长232mm,宽107mm,高45mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其特征在于,所述水合共晶盐的成分为一定比例的工业级碳酸钠和工业级碳酸钾。
4.根据权利要求1所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构,其特征在于,所述氧化镁为工业级。
5.根据权利要求1-4所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)分别按质量分数50%~55%和45%~50%,称取工业级碳酸钠和碳酸钾,溶解在适量的水中,使用电动搅拌机搅拌均匀,之后放入烘箱中烘干,研磨均匀;
(2)称取一定比例的水合共晶盐和氧化镁,使用球磨机球磨均匀,过筛,得到内芯材料水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料;
(3)称取一定量的氧化镁,按比例向其中加入PVB溶液,研磨使之混合均匀后,放入烘箱中烘干,再研磨均匀,得到外壳材料氧化镁粉体;
(4)取一定量的氧化镁粉体,放入模具中,刮平,放入网状模具,在网状模具的大格子里放入水合共晶盐/氧化镁复合相变储热材料,小格子里放入氧化镁粉体,再一次刮平后缓缓取出网状模具,最后在最上面加入氧化镁粉体,刮平后,使用压力机对模具加压得到压片样品;
(5)将压片样品放在马弗炉中进行高温烧结,得到具有芯-壳结构的抗熔盐挥发的高温相变储热材料。
6.根据权利要求5所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,使用的球磨机转速为200r/min,球磨时间为2h。
7.根据权利要求5所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中,氧化镁与PVB溶液的质量混合比为1:2,其中,使用的PVB溶液按质量分数计为4%,在第一次研磨后进行烘干是为了除去其中混有的酒精。
8.根据权利要求5所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,网格模具由1个大格子和8个小格子构成,同时该网状模具自带四根可伸缩支撑杆,可根据所添加外壳材料的量来调节其高度,借助该网状模具,分别放入外壳材料和内芯材料,可以得到标准尺寸的芯-壳结构。
9.根据权利要求5所述的一种用于高温相变储热材料抗熔盐挥发的芯-壳结构的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中,压力机加压时施加压力为8t,保压时间为30s。
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