CN110408367A - 高温复合无机相变蓄热材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温复合无机相变蓄热材料及制备方法，包括多孔颗粒、无机高温熔融盐、无机胶粘剂和强化传热粉末，将一种或多种无机盐按配方比例高温回转搅拌熔炼形成液体状，加入多孔颗粒抽真空搅拌，液体状熔融盐全部进入多孔颗粒微空隙中，形成颗粒状多孔颗粒基复合无机相变材料，卸料冷却形成常温状态下颗粒状复合无机相变材料，在颗粒状复合无机相变材料加入无机胶粘剂、强化传热粉末，搅拌均匀，在模具中浇注成型，在常温下硬化并养护3‑15天，形成高温复合无机相变蓄热材料成型成品。通过上述方式，本发明高温复合无机相变蓄热材料及制备方法制备工艺简单、制造成本低、相变潜热大、使用寿命长、换热温差小。

Description

高温复合无机相变蓄热材料及制备方法

技术领域

本发明涉及相变蓄热材料技术领域，特别是涉及一种高温复合无机相变蓄热材料及制备方法。

背景技术

相变蓄能材料是指在特定温度（相变温度）下发生固液相变时，伴随着大量吸热和放热的一种物质，具有蓄热密度大，在吸热和放热过程中近乎等温等特点，广泛应用于热流密度调节和控温领域，实现热流密度的削峰填谷，提高能源的利用效率。

现有相变材料可分为有机相变材料、无机相变材料和复合相变材料。无机相变材料包括结晶水合盐、熔融盐、金属合金和其他无机物，其中应用最广泛的是结晶水合盐和熔融盐，具有材料便宜、蓄热密度大等优点。

高温相变蓄热材料一般采用熔融盐，但高温熔融盐具有腐蚀性强、固液相变过程中体积变化大和导热性能差等缺点，带来蓄热装置制造成本高、寿命短等缺陷。所以，复合无机相变材料是实现高温相变蓄热产业化较为理想的一条技术思路。

现有高温复合无机相变材料一般采用陶瓷基复合储能材料，由无机盐和陶瓷基构成，采用混合烧结和熔融浸渗两种工艺，相变储能材料最大体积占比为55%，但陶瓷基高温复合储能材料具有制造工艺复杂、成本高以及传热性能差等缺点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种高温复合无机相变蓄热材料及制备方法，以多孔颗粒作为吸附基材，将熔融盐填充在多孔颗粒微空隙中，以无机胶粘剂作为粘合剂，掺混强化传热粉末，形成高温复合无机相变蓄热材料固体模块，具有制备工艺简单、制造成本低、相变潜热大、使用寿命长和换热温差小等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高温复合无机相变蓄热材料，包括多孔颗粒、无机高温熔融盐、无机胶粘剂和强化传热粉末，

将无机高温熔融盐填充在多孔颗粒微空隙中，以无机胶粘剂作为粘合剂，掺混强化传热粉末，形成高温复合无机相变蓄热材料固体模块。

在本发明一个较佳实施例中，多孔颗粒包括活性炭、膨胀石墨、多孔蛭石颗粒、膨润土和高比表面积的白土中的一种，多孔颗粒的孔隙率为0.7~0.9。

在本发明一个较佳实施例中，无机高温熔融盐包括碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐中的一种或几种。

在本发明一个较佳实施例中，无机胶粘剂包括磷酸盐类胶粘剂、硅酸盐类胶粘剂、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和磷酸盐水泥中的一种或几种。

在本发明一个较佳实施例中，强化传热粉末包括铜粉、铝粉和石墨粉中的一种或几种。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，包括如下制备步骤：

a、无机相变蓄热材料的制备：

将一种或多种无机盐按一定配方比例在高温回转式熔炼炉中回转搅拌熔炼形成液体状熔融盐；

b、复合无机相变蓄热材料的制备：

加入一定比例的多孔颗粒，抽真空搅拌，此时液体状熔融盐全部进入多孔颗粒微空隙中，形成颗粒状的多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料；

c、卸料冷却：

卸料冷却形成常温状态下颗粒状复合无机相变材料；

d、复合无机相变蓄热材料的胶粘：

颗粒状复合无机相变材料加入一定比例无机胶粘剂、强化传热粉末，搅拌均匀，在一定形状的模具中浇注成型；

e、复合无机相变蓄热材料的成型：

在常温下硬化并养护3-15天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品。

在本发明一个较佳实施例中，步骤a中无机盐包括硝酸钠、氯化钠和硫酸钠，将各组分按照质量百分比为硝酸钠82~90%、氯化钠5.6~11.6%和硫酸钠3.2~7.5%，倒入高温回转式熔炼炉，启动回转式熔炼炉至350℃-450℃，回转搅拌熔炼1h~2.5h，炼制成液体状的共晶共融盐。

在本发明一个较佳实施例中，无机盐包括硝酸钠、氯化钠和硫酸钠，将各组分按照质量百分比为硝酸钠86.3%、氯化钠8.4%和硫酸钠5.3%。

在本发明一个较佳实施例中，步骤b中将相变材料总质量25~30%的多孔颗粒投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，0.5h~1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒；

其中当选用活性炭或膨胀石墨作为吸附材料时，对其先进行氧化处理：在反应釜中加入活性炭或膨胀石墨，通入臭氧20~50min后排出空气，密封保持一定压力，在80~120 ℃下搅拌反应5-8 h，对其表面进行氧化处理。

在本发明一个较佳实施例中，步骤d中在多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒中加入强化传热粉末和无机胶粘剂，各组分的质量百分比为：

多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒75~87%，强化传热粉末3~5%，无机胶粘剂5~15%，水0~10%，然后搅拌均匀形成糊状倒入一定形状的模具中震动密实。

本发明的有益效果是：本发明高温复合无机相变蓄热材料及制备方法以多孔颗粒作为吸附基材，将熔融盐填充在多孔颗粒微空隙中，以无机胶粘剂作为粘合剂，掺混强化传热粉末，形成高温复合无机相变蓄热材料固体模块，具有制备工艺简单、制造成本低、相变潜热大、使用寿命长和换热温差小等优点。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例包括：

一种高温复合无机相变蓄热材料，包括多孔颗粒、无机高温熔融盐、无机胶粘剂和强化传热粉末，以多孔颗粒作为吸附基材，将无机高温熔融盐填充在多孔颗粒微空隙中，以无机胶粘剂作为粘合剂，掺混强化传热粉末，形成高温复合无机相变蓄热材料固体模块。

所述颗粒包括活性炭、膨胀石墨、多孔蛭石颗粒、膨润土和高比表面积的白土中的一种，多孔颗粒的孔隙率为0.7~0.9。

所述无机高温熔融盐包括碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐中的一种或几种。

所述无机胶粘剂包括磷酸盐类胶粘剂、硅酸盐类胶粘剂、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和磷酸盐水泥中的一种或几种。

所述强化传热粉末包括铜粉、铝粉和石墨粉中的一种或几种。

所述高温复合无机相变蓄热材料由多孔颗粒、高温无机熔融盐、强化传热粉末和无机胶粘剂按如下步骤制备而成：

a、将一种或多种无机盐按一定配方比例在高温回转式熔炼炉中回转搅拌熔炼形成液体状熔融盐； b、加入一定比例的多孔颗粒，抽真空搅拌，此时液体状熔融盐全部进入多孔颗粒微空隙中，形成颗粒状的多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料；c、卸料冷却形成常温状态下颗粒状复合无机相变材料；d、在颗粒状复合无机相变材料加入一定比例无机胶粘剂、强化传热粉末，搅拌均匀，在一定形状的模具中浇注成型；e、在常温下硬化并养护3-15天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品。

高温复合无机相变蓄热材料具有制备工艺简单、制造成本低、相变潜热大、使用寿命长和换热温差小等优点。

实施例一

无机相变蓄热材料的制备：

将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠按照质量百分比为硝酸钠86.3%、氯化钠8.4%和硫酸钠5.3%倒入高温回转式熔炼炉，启动回转式熔炼炉至350℃-450℃，回转搅拌熔炼1h-2.5h，此时已炼制成相变温度点为287℃的共晶共融盐，相变潜热为177kJ/kg。

实施例二

活性炭基复合无机相变蓄热材料的制备：

选用活性炭作为吸附材料，对其先进行氧化处理：在反应釜中加入活性炭，通入臭氧20~50min后排出空气，密封保持一定压力，在80~120 ℃下搅拌反应5-8 h，对其表面进行氧化处理，使活性炭表面更易吸附无机相变材料；

将相变材料总质量25~30%的多孔颗粒投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，0.5h~1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到活性炭基复合无机相变材料颗粒。

实施例三

蛭石基复合无机相变蓄热材料的制备：

将相变材料总质量的25%-30%的多孔蛭石颗粒投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，0.5h-1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到蛭石基复合无机相变材料颗粒。

实施例四

膨润土基复合无机相变蓄热材料的制备：

将相变材料总质量的25%-30%的膨润土颗粒投投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，0.5h-1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到膨润土基复合无机相变材料颗粒。

实施例五

白土基复合无机相变蓄热材料的制备：

将相变材料总质量的25%-30%的白土颗粒投投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，0.5h-1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到膨润土基复合无机相变材料颗粒。

实施例六

将实施例二~实施例五中任一项的多孔颗粒复合无机相变材料以硅酸盐类胶粘剂作为粘合剂的高温复合无机相变蓄热材料的制备：

将多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒、石墨粉、硅酸盐类胶粘剂和水搅拌均匀形成糊状，再倒入一定形状的模具中震动密实，在常温下硬化并养护3-15天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品，

其中各组分的质量百分比为：多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒75~87%，强化传热粉末3~5%，无机胶粘剂5~15%，水0~10%。

实施例七

将实施例二~实施例五中任一项的多孔颗粒复合无机相变材料以铝酸盐水泥作为粘合剂的高温复合无机相变材料模块成型

将多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒、石墨粉、铝酸盐水泥和水搅拌均匀形成糊状，再倒入一定形状的模具中震动密实，在常温下硬化并养护3-15天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品，

其中各组分的质量百分比为：多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒75~87%，强化传热粉末3~5%，铝酸盐水泥5~15%，水5~10%。

实施例八

高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，包括如下制备步骤：

a、无机相变蓄热材料的制备：

将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠，将各组分按照质量百分比为硝酸钠86.3%、氯化钠8.4%和硫酸钠5.3%，倒入高温回转式熔炼炉，启动回转式熔炼炉至420℃，回转搅拌熔炼2.3h，炼制成液体状的共晶共融盐。

b、复合无机相变蓄热材料的制备：

将相变材料总质量26%的多孔颗粒投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒。

其中当选用活性炭或膨胀石墨作为吸附材料时，对其先进行氧化处理：在反应釜中加入活性炭或膨胀石墨，通入臭氧35min后排出空气，密封保持一定压力，在105℃下搅拌反应6h，对其表面进行氧化处理。

c、卸料冷却：

卸料冷却形成常温状态下颗粒状复合无机相变材料；

d、复合无机相变蓄热材料的胶粘：

在多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒中加入石墨粉和硅酸盐类胶粘剂，各组分的质量百分比为：

多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒82%，石墨粉3%，硅酸盐类胶粘剂10%，水5%，然后搅拌均匀形成糊状倒入一定形状的模具中震动密实，在一定形状的模具中浇注成型；

e、复合无机相变蓄热材料的成型：

在常温下硬化并养护8天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品。

实施例九

高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，包括如下制备步骤：

a、无机相变蓄热材料的制备：

将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠，将各组分按照质量百分比为硝酸钠85.5%、氯化钠9.5%和硫酸钠5%，倒入高温回转式熔炼炉，启动回转式熔炼炉至450℃，回转搅拌熔炼2h，炼制成液体状的共晶共融盐。

b、复合无机相变蓄热材料的制备：

将相变材料总质量30%的多孔颗粒投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒。

其中当选用活性炭或膨胀石墨作为吸附材料时，对其先进行氧化处理：在反应釜中加入活性炭或膨胀石墨，通入臭氧50min后排出空气，密封保持一定压力，在100℃下搅拌反应7.5 h，对其表面进行氧化处理。

c、卸料冷却：

卸料冷却形成常温状态下颗粒状复合无机相变材料；

d、复合无机相变蓄热材料的胶粘：

在多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒中加入石墨粉和硅酸盐类胶粘剂，各组分的质量百分比为：

多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒80%，石墨粉4%，硅酸盐类胶粘剂9%，水7%，然后搅拌均匀形成糊状倒入一定形状的模具中震动密实，在一定形状的模具中浇注成型；

e、复合无机相变蓄热材料的成型：

在常温下硬化并养护10天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品。

实施例十

高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，包括如下制备步骤：

a、无机相变蓄热材料的制备：

将硝酸钠、氯化钠和硫酸钠，将各组分按照质量百分比为硝酸钠84.6%、氯化钠8.6%和硫酸钠6.8%，倒入高温回转式熔炼炉，启动回转式熔炼炉至355℃，回转搅拌熔炼2.5h，炼制成液体状的共晶共融盐。

b、复合无机相变蓄热材料的制备：

将相变材料总质量27%的多孔颗粒投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，0.85h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒。

其中当选用活性炭或膨胀石墨作为吸附材料时，对其先进行氧化处理：在反应釜中加入活性炭或膨胀石墨，通入臭氧40min后排出空气，密封保持一定压力，在120 ℃下搅拌反应6 h，对其表面进行氧化处理。

c、卸料冷却：

卸料冷却形成常温状态下颗粒状复合无机相变材料；

d、复合无机相变蓄热材料的胶粘：

在多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒中加入石墨粉和铝酸盐水泥，各组分的质量百分比为：

多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒80%，石墨粉3%，铝酸盐水泥9%，水8%，然后搅拌均匀形成糊状倒入一定形状的模具中震动密实，在一定形状的模具中浇注成型；

e、复合无机相变蓄热材料的成型：

在常温下硬化并养护15天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品。

本发明高温复合无机相变蓄热材料及制备方法的有益效果是：

以多孔颗粒作为吸附基材，将熔融盐填充在多孔颗粒微空隙中，以无机胶粘剂作为粘合剂，掺混强化传热粉末，形成高温复合无机相变蓄热材料固体模块；

具有制备工艺简单、制造成本低、相变潜热大、使用寿命长和换热温差小等优点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高温复合无机相变蓄热材料，其特征在于，包括多孔颗粒、无机高温熔融盐、无机胶粘剂和强化传热粉末，

以多孔颗粒作吸附基材，将无机高温熔融盐填充在多孔颗粒微空隙中，以无机胶粘剂作为粘合剂，掺混强化传热粉末，形成高温复合无机相变蓄热材料固体模块。

2.根据权利要求1所述的高温复合无机相变蓄热材料，其特征在于，多孔颗粒包括活性炭、膨胀石墨、多孔蛭石颗粒、膨润土和高比表面积的白土中的一种，多孔颗粒的孔隙率为0.7~0.9。

3.根据权利要求1所述的高温复合无机相变蓄热材料，其特征在于，无机高温熔融盐包括碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的高温复合无机相变蓄热材料，其特征在于，无机胶粘剂包括磷酸盐类胶粘剂、硅酸盐类胶粘剂、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和磷酸盐水泥中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高温复合无机相变蓄热材料，其特征在于，强化传热粉末包括铜粉、铝粉和石墨粉中的一种或几种。

6.一种如权利要求1~5任一项所述的高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

a、无机相变蓄热材料的制备：

将一种或多种无机盐按一定配方比例在高温回转式熔炼炉中回转搅拌熔炼形成液体状熔融盐；

b、复合无机相变蓄热材料的制备：

加入一定比例的多孔颗粒，抽真空搅拌，此时液体状熔融盐全部进入多孔颗粒微空隙中，形成颗粒状的多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料；

c、卸料冷却：

卸料冷却形成常温状态下颗粒状复合无机相变材料；

d、复合无机相变蓄热材料的胶粘：

颗粒状复合无机相变材料加入一定比例无机胶粘剂、强化传热粉末，搅拌均匀，在一定形状的模具中浇注成型；

e、复合无机相变蓄热材料的成型：

在常温下硬化并养护3-15天，脱模形成具有一定强度的高温复合无机相变蓄热材料成型成品。

7.根据权利要求6所述的高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，步骤a中无机盐包括硝酸钠、氯化钠和硫酸钠，将各组分按照质量百分比为硝酸钠82~90%、氯化钠5.6~11.6%和硫酸钠3.2~7.5%，倒入高温回转式熔炼炉，启动回转式熔炼炉至350℃-450℃，回转搅拌熔炼1h~2.5h，炼制成液体状的共晶共融盐。

8.根据权利要求7所述的高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，无机盐包括硝酸钠、氯化钠和硫酸钠，各组分按照质量百分比为硝酸钠86.3%、氯化钠8.4%和硫酸钠5.3%。

9.根据权利要求6所述的高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，步骤b中将相变材料总质量25~30%的多孔颗粒投入回转式熔炼炉中，回转搅拌，并开启真空泵抽真空，0.5h~1h以后，均匀倒料，在空气中冷却，得到多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒；

其中当选用活性炭或膨胀石墨作为吸附材料时，对其先进行氧化处理：在反应釜中加入活性炭或膨胀石墨，通入臭氧20~50min后排出空气，密封保持一定压力，在80~120 ℃下搅拌反应5-8 h，对其表面进行氧化处理。

10.根据权利要求6所述的高温复合无机相变蓄热材料的制备方法，其特征在于，步骤d中在多孔颗粒基复合无机相变蓄热材料颗粒中加入强化传热粉末和无机胶粘剂，并加入水，各组分的质量百分比为：

多孔颗粒基复合无机相变材料颗粒75~87%，强化传热粉末3~5%，无机胶粘剂5~15%，水0~10%，然后搅拌均匀形成糊状倒入一定形状的模具中震动密实。