CN109705820A - 复合热化学储热材料及制备方法 - Google Patents

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CN109705820A CN201910063274.8A CN201910063274A CN109705820A CN 109705820 A CN109705820 A CN 109705820A CN 201910063274 A CN201910063274 A CN 201910063274A CN 109705820 A CN109705820 A CN 109705820A
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刘洪芝
郝茂森
王婉桐
吕静
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Abstract

本发明公开了一种复合热化学储热材料及制备方法，本储热材料包括硅质页岩多孔载体和无机盐，硅质页岩多孔载体中分布的孔径为4～20nm，无机盐填充于硅质页岩多孔载体的孔内。本方法将硅质页岩通过高温烧结得到成型多孔载体；成型多孔载体浸没在无机盐溶液中15分钟并置于真空环境中；然后在室温下干燥后置于150℃环境下脱水干燥，得到复合热化学储热材料。本材料可以在短时间内储存/释放大量热量，并具有较低的再生温度，经过反复的储热、放热之后依然有着良好的稳定性，改善了纯水合盐材料的传热传质性能，提高蓄、放热速率，本方法操作简单、方便，易于制得本材料。

Description

复合热化学储热材料及制备方法
技术领域
本发明涉及储热技术领域，尤其涉及一种复合热化学储热材料及制备方法。
背景技术
跨季节蓄热技术通过储存春、夏、秋季充足的太阳能用于冬季建筑采暖、供热水，可以有效解决供热和用热的不匹配，对节能和环保具有重要的现实意义。
适用于长周期的跨季节蓄热技术包括显热蓄热、潜热蓄热和热化学蓄热。相对于显热蓄热和相变蓄热技术，热化学蓄热技术具有蓄热密度高、长期蓄热热损失小、放热过程温度波动小等优点，特别适合长周期的太阳能跨季节蓄热。因此，开展适用于长周期的跨季节的热化学蓄热的研究对于提高能源利用效率、扩大可再生能源的利用范围以及对节能减排具有重要意义。
常用的中低温热化学蓄热材料中基于脱水/水合反应Salt·nH2O(s) + Heat ←→Salt(s) + nH2O(g) 来进行蓄热/放热的热化学蓄热材料水合盐，蓄热过程中，水合盐吸热分解成为无水盐和水蒸气，将热能存储为化学能；而放热过程中，无水盐和水蒸气发生水合反应，将化学能转换为热能。其反应条件温和、安全性较高、理论蓄热密度高、脱水温度与太阳能集热温度相对应，且放热过程可以为建筑物采暖、供热水等，因而在跨季节热化学蓄热方面应用前景广阔，故也是热化学蓄热研究中的一个热点研究方向。
由于纯水合盐作为热化学蓄热材料存在诸如低温下过水合或潮解、高温下分解产生不凝性气体；传质问题导致水合反应速率慢；低热传导率等问题，从而影响热化学蓄热、放热的效果，降低能源利用效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复合热化学储热材料及制备方法，本材料可以在短时间内储存/释放大量热量，并具有较低的再生温度，经过反复的储热、放热之后依然有着良好的稳定性，改善了纯水合盐材料的传热传质性能，提高蓄、放热速率，本方法操作简单、方便，易于制得本材料。
为解决上述技术问题，本发明复合热化学储热材料包括硅质页岩多孔载体和无机盐，所述硅质页岩多孔载体中分布的孔径为4～20nm，所述无机盐填充于所述硅质页岩多孔载体的孔内。
进一步，所述硅质页岩中二氧化硅含量大于85wt%。
进一步，所述储热材料中无机盐的质量分数范围为5～20%。
一种上述复合热化学储热材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、将硅质页岩通过高温烧结得到成型多孔载体；
步骤二、将成型多孔载体浸没在浓度为10～40%的无机盐溶液中15分钟并置于真空环境中；
步骤三、将沉浸后的成型多孔载体在室温下干燥12～24小时后置于150℃环境下脱水干燥，得到复合热化学储热材料。
进一步，所述成型多孔载体的截面形状为规则四边形。
进一步，所述无机盐是氯化钙。
由于本发明复合热化学储热材料及制备方法采用了上述技术方案，即本储热材料包括硅质页岩多孔载体和无机盐，硅质页岩多孔载体中分布的孔径为4～20nm，无机盐填充于硅质页岩多孔载体的孔内。本方法将硅质页岩通过高温烧结得到成型多孔载体；成型多孔载体浸没在无机盐溶液中15分钟并置于真空环境中；然后在室温下干燥后置于150℃环境下脱水干燥，得到复合热化学储热材料。本材料可以在短时间内储存/释放大量热量，并具有较低的再生温度，经过反复的储热、放热之后依然有着良好的稳定性，改善了纯水合盐材料的传热传质性能，提高蓄、放热速率，本方法操作简单、方便，易于制得本材料。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明复合热化学储热材料的结构示意图；
图2为本发明复合热化学储热材料的剖面示意图。
具体实施方式
实施例如图1和图2所示，本发明复合热化学储热材料包括硅质页岩多孔载体1和无机盐2，所述硅质页岩多孔载体1中分布的孔径为4～20nm，所述无机盐2填充于所述硅质页岩多孔载体1的孔11内。
优选的，所述硅质页岩中二氧化硅含量大于85wt%。
优选的，所述储热材料中无机盐2的质量含量范围为5～20%。
一种上述复合热化学储热材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一、将硅质页岩通过高温烧结得到成型多孔载体1；
步骤二、将成型多孔载体1浸没在浓度为10～40%的无机盐溶液中15分钟并置于真空环境中；
步骤三、将沉浸后的成型多孔载体1在室温下干燥12～24小时后置于150℃环境下脱水干燥，得到复合热化学储热材料。
优选的，所述成型多孔载体1的截面形状为规则四边形。
优选的，所述无机盐2是氯化钙。
本储热材料将硅质页岩通过高温烧结构成成型多孔载体，以保证其孔隙率和一定的强度，其断面形状为数个特定尺寸的规则四边形，提高工作流体的传热传质性能。当低温湿空气流过本储热材料时，储热材料会与空气中的水蒸气发生水合反应而放出热量；反之，当高温空气通过本储热材料，储热材料吸收热量发生脱水反应，产生的水蒸气被带走。并且在材料的储热过程中，热量储存在脱水反应的产物，由温度差所引起的热损失较小，反应放热量大，因此本储热材料具有较高的储热密度。
本储热材料具有较好的稳定性，当热源温度为60℃的情况下，相对湿度为5％的条件下进行储热，在25℃、95％的相对湿度下进行水合放热过程，测试其稳定性,经过250次测试未发现明显的储热量的变化和材料结构的变化。
在需要供热的时期，将含湿量较高的低温湿空气通入本储热材料中，储热材料中填充的水合盐与空气中的水蒸气发生水合反应生成水合物放出大量的热；在需要储热的时期，将稳定的高温空气通入到本储热材料中，储热材料中的水合物脱去结晶水完成再生的过程。
本蓄热材料克服了纯水合盐作为热化学蓄热材料存在缺陷，将纯水合盐填充到多孔载体材料中形成复合热化学储热材料，为跨季节蓄热和放热提供了新的解决方案，有效提高热化学蓄热、放热的效果，提高能源利用效率。

Claims (6)

1.一种复合热化学储热材料，其特征在于：所述储热材料包括硅质页岩多孔载体和无机盐，所述硅质页岩多孔载体中分布的孔径为4～20nm，所述无机盐填充于所述硅质页岩多孔载体的孔内。
2.根据权利要求1所述的复合热化学储热材料，其特征在于：所述硅质页岩中二氧化硅含量大于85wt%。
3.根据权利要求1所述的复合热化学储热材料，其特征在于：所述储热材料中无机盐的质量分数范围为5～20%。
4.一种权利要求1至3任一项所述复合热化学储热材料的制备方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、将硅质页岩通过高温烧结得到成型多孔载体；
步骤二、将成型多孔载体浸没在浓度为10～40%的无机盐溶液中15分钟并置于真空环境中；
步骤三、将沉浸后的成型多孔载体在室温下干燥12～24小时后置于150℃环境下脱水干燥，得到复合热化学储热材料。
5.根据权利要求4所述的复合热化学储热材料的制备方法，其特征在于：所述成型多孔载体的截面形状为规则四边形。
6.根据权利要求4所述的复合热化学储热材料的制备方法，其特征在于：所述无机盐是氯化钙。
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