CN111750410A - 内置电加热的复合相变蓄热系统及复合相变体制备方法 - Google Patents

内置电加热的复合相变蓄热系统及复合相变体制备方法 Download PDF

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Abstract

内置电加热的复合相变蓄热系统及复合相变体制备方法，它属于相变储能技术领域。本发明解决了现有相变蓄热式电采暖系统存在相分离以及传热热阻大的问题。本发明制备了非均匀孔隙的多孔介质，用不同大小的孔隙对不同相分离程度的结晶水合盐进行约束，解决相分离问题；在多孔介质中预置螺旋发热线圈，实现发热元件与蓄热层的一体化，可以使热量及时且高效地向四周相变材料传递，在热源层面上提高传热效率；通过填充双层不同相变温度的相变材料，形成上部相变温度低，下部相变温度高的空间特征，防止上部液体相变材料先凝固隔热，利于蓄热层热量的向外传递，在蓄热层面上提高向外传热效率。本发明可以应用于相变储能技术领域。

Description

内置电加热的复合相变蓄热系统及复合相变体制备方法
技术领域
本发明属于相变储能技术领域，具体涉及一种内置电加热的复合相变蓄热系统及复合相变体制备方法。
背景技术
相变储能是一种先进的储热技术，在谷电时间采用相变储能技术进行电热蓄热，并将电热蓄热应用于建筑供暖，对电网的电力调峰以及用户供暖运行成本都具有很好的价值。但相变蓄热电采暖系统大都存在以下缺陷：
(1)结晶水合盐是一种常用的无机相变储能材料，通过熔化与凝固过程中放出和吸收结晶水来储放热的，而且脱水和吸水都是逐步进行的过程，当温度上升时，它所释放的结晶水不足以溶解所有固态脱水盐，这些未溶解的脱水盐因密度大会沉降到容器的底部；在温度下降时，沉降到底部的脱水盐无法和结晶水结合而不能重新结晶，使得相变过程不可逆，形成相分离。随着相变循环次数的增加，使得蓄热材料的蓄热能力逐渐下降，其循环使用寿命较短。
(2)对于加热层与蓄热层分置的电采暖系统，经过多次实验测试可知：受到施工工艺、受热变形等因素影响，两层虽然紧贴，但一定会形成空气缝隙，导致较大的传热热阻，发热元件向蓄热层的传热效率因此降低，对于公开号为CN108691402A的专利申请正是采用此种结构。
(3)结构上，应用于建筑围护结构(包括墙体、地板、炕体、天花板等)的相变蓄热电采暖系统均为单面加热及单向导热，即储热完成后，通过相变材料上表面向室内传热，已有实验结果表明：在整个蓄热层中，液态相变材料在近地面侧的温度会首先降低，导致该层相变材料自上而下凝固，随着上部固体部分逐渐增厚，下部液体的散热阻力越来越大。这种现象使得本身导热性较差的相变材料更加难以良好散热。尤其随着蓄热层厚度的增加，上部相变材料凝固隔热的现象更加明显，同样降低了整体传热效率，如公开号为CN201606950U和CN209910477U的专利就存在该问题。
上述问题影响了相变蓄热电采暖系统的经济性和高效性。
发明内容
本发明的目的是为解决现有相变蓄热式电采暖系统由于存在相分离导致使用寿命短，以及由于传热热阻大导致传热效率低的问题，而提出了一种内置电加热的复合相变蓄热系统及复合相变体制备方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
一种内置电加热的复合相变蓄热系统，所述系统包括壳体、若干个螺旋发热体、复合相变体、导线和电插接件，其中：
所述壳体具有密闭空腔结构；
所述螺旋发热体由电热线缆螺旋缠绕形成，若干个螺旋发热体均匀设置于壳体的腔内；
若干个螺旋发热体之间通过导线串接，且导线从壳体的腔内穿出，穿出壳体的导线与电插接件相连接；且各螺旋发热体均通过一端固定在壳体的底板上；
所述复合相变体是由四层相变体组成的，每层相变体均是通过膨胀石墨混合相变材料制备的，复合相变体整体填充于壳体的空腔内，且填充的复合相变体紧贴壳体内壁；
进一步地，所述壳体由高导热绝缘材料制成，且壳体的壁厚不超过2mm；
进一步地，所述高导热绝缘材料是指：由金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物填充的环氧树脂、橡胶、陶瓷；
进一步地，在壳体的腔内，螺旋发热体具有上密下疏的结构；
进一步地，在所述壳体1的腔内，按照从底部至顶部的顺序，复合相变体的第一层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为300-500mL/g，第二层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为200-300mL/g，第三层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为100-200mL/g，第四层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为50-100mL/g；
其中，第一层相变体的膨胀石墨和第二层相变体的膨胀石墨均混合第一相变材料，第三层相变体的膨胀石墨和第四层相变体的膨胀石墨均吸附混合第二相变材料；
进一步地，所述第一相变材料是采用五水硫代硫酸钠、十水硫酸钠或十水磷酸氢二钠制备的，第一相变材料的相变温度为29-50℃；
进一步地，所述第二相变材料是采用六水氯化钙或六水硝酸锰制备的，第二相变材料的相变温度为20-28℃；
进一步地，所述第一层相变体的体积占壳体1腔内体积的10％，第二层相变体的体积占壳体1腔内体积的20％，第三层相变体的体积占壳体1腔内体积的30％，第四层相变体的体积占壳体1腔内体积的40％；
一种复合相变体的制备方法，所述制备方法具体是通过以下步骤来实现的：
第一层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95-98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于60目，且小于90目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为300～500mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第二层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95～98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于90目，且小于120目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为200～300mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第三层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95～98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于120目，且小于150目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为100～200mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第四层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95-98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于150目，且小于200目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为50～100mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第一相变材料的制备
将结晶水合盐和粘稠剂按照100:2的质量比混合后，再向混合物中加入成核剂，获得第一相变材料；在第一相变材料中，成核剂的质量占第一相变材料的1/20；
第二相变材料的制备
将结晶水合盐和粘稠剂按照100:1的质量比混合后，再向混合物中加入成核剂，获得第二相变材料；在第二相变材料中，成核剂的质量占第二相变材料的1/100；
称取10份制备好的膨胀倍率为300～500mL/g的膨胀石墨，再称取88份第一相变材料，在温度为T2的恒温水浴下，将称取的第一相变材料搅拌至融化完全得到混合液，将称取的膨胀石墨加入混合液中并滴入2份去离子水，连续搅拌至混合完全；
将混合完全后的混合物均匀填充在壳体1底部，混合物充分接触螺旋发热体2，完成第一层填充；第一层填充完成后，将系统置于40.0～50.0℃的真空干燥箱中干燥60～90min，得到第一层相变体；
将第一层相变体的上表面切削除去3-6mm薄片后，采用相同的方法再进行第二层、第三层以及第四层的填充；全部填充完成后，得到包含四层相变体的复合相变体；
进一步地，所述成核剂是硼砂、氯化钠、SrCl2·6H2O、硫酸钙或1-萘酚；
进一步地，所述T1的取值为35-50℃；
进一步地，所述反应时间t1的取值为80-100min；
进一步地，所述膨胀时间t2的取值为15-25s；
进一步地，所述T2的取值为70～90℃。
本发明的有益效果是：本发明提出了一种内置电加热的复合相变蓄热系统及复合相变体制备方法，本发明通过膨胀石墨的微小孔隙对结晶水合盐的限域作用阻止未溶解盐的沉降和液体外流，同时为避免孔隙过于微小造成整体储能密度过低，制备了非均匀孔隙的多孔介质，在保证不泄露的孔隙条件下，用不同大小的孔隙对不同相分离程度的结晶水合盐进行约束，解决其相分离问题；通过在多孔介质中预置螺旋发热线圈，实现发热元件与蓄热层的一体化，而且不同于现有的单面发热和单向导热，使热量可以及时、高效地向四周相变材料传递，在热源层面上提高传热效率；通过填充双层不同相变温度的相变材料，形成上部相变温度低，下部相变温度高的空间特征，防止上部液体相变材料先凝固隔热，利于蓄热层热量的向外传递，在蓄热层面上提高向外传热效率，从而解决了整体传热效率低的问题。
附图说明
图1是本发明的一种内置电加热的复合相变蓄热系统的轴测图；
图2是本发明的一种内置电加热的复合相变蓄热系统的A-A剖面图；
图3是螺旋发热体示意图；
图4是本发明的一种内置电加热的复合相变蓄热系统的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式。本实施方式所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，所述系统包括壳体1、若干个螺旋发热体2、复合相变体、导线3和电插接件4，其中：
所述壳体1具有密闭空腔结构；所述空腔可以是方腔；
所述螺旋发热体2由电热线缆竖向螺旋缠绕形成，若干个螺旋发热体2水平均匀设置于壳体1的腔内；
螺旋发热体2的个数可以根据实际供热需求设定；
若干个螺旋发热体2之间通过导线3串接，且导线3从壳体1的腔内穿出，穿出壳体1的导线3与电插接件4相连接；且各螺旋发热体2均通过一端固定在壳体1的底板上；
所述复合相变体是由四层相变体组成的，每层相变体均是通过膨胀石墨混合相变材料制备的，复合相变体整体填充于壳体1的空腔内，且填充的复合相变体紧贴壳体1内壁。
本实施方式的工作原理是：将电插接件4连接到电源上并通电后，预置壳体1内的螺旋发热体2产生热量，并均匀地向四周的复合相变体传导；复合相变体用来储存螺旋发热体2向四周传导的热量，并将储存的热量应用于建筑供暖等。
本发明中复合相变体以膨胀石墨为多孔载体，其孔隙率在0.4-0.9之间，且沿多孔载体厚度方向阶梯增加，利用小孔隙对于结晶水合盐的限域作用，将液态相变材料的活动范围限制在孔隙内，解决了结晶水合盐相分离的问题，也从根本上阻止了相变材料的泄露，延长了循环使用寿命。
本发明中复合相变体的多孔载体与电热线缆呈一体化结构，且电热线缆的缠绕方式使得热量均匀地向四周传导，提高了发热元件向蓄热层的传热效率；非均匀孔隙率的多孔载体可提高模块储能密度，不仅导热性能极佳的膨胀石墨可以强化传热，而且场协同分析表明：这种非均匀孔隙率的多孔介质中，温度场和流场的协同程度较好，利于自然对流传热；其中混合的第一、第二相变材料的相变温度不同，形成上部相变温度低，下部相变温度高的空间特征，解决了上部相变材料先凝固隔热的问题，这样极大地强化了整个相变电采暖系统的传热效率。
本发明采用两层不同相变温度的材料蓄热，加上电热线缆在介质内部预置和缠绕方式影响，良好的导热性质使整个模块的温度梯度很小，介质的温度基本一致上升或一致下降，在蓄热过程中，第二相变材料首先融化，第一相变材料的融化过程与房间采暖过程同时进行，避免了现有相变电采暖系统基本完成蓄热再开始供暖的过程，相同温度下第二相变材料的过热度始终高于第一相变材料；在放热过程中，模块整体温度降低，第一相变材料首先凝固，此时第二相变材料依然为液态，后续放热过程主要由第二相变材料释放相变潜热完成。这是本发明系统工作的相变基本过程。
本发明系统具有循环使用寿命长、不易泄露、整体储放热效率高的优点，适于地板、屋顶、天花板、火炕炕面、墙体等处采暖用。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述壳体1由高导热绝缘材料制成，且壳体1的壁厚不超过2mm。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是，所述高导热绝缘材料是指：由金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物填充的环氧树脂、橡胶、陶瓷。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是，在所述壳体1的腔内，螺旋发热体2具有上密下疏的结构。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是，在所述壳体1的腔内，按照从底部至顶部的顺序，复合相变体的第一层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为300-500mL/g，第二层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为200-300mL/g，第三层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为100-200mL/g，第四层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为50-100mL/g；
其中，第一层相变体的膨胀石墨和第二层相变体的膨胀石墨均混合第一相变材料，第三层相变体的膨胀石墨和第四层相变体的膨胀石墨均吸附混合第二相变材料。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述第一相变材料是采用五水硫代硫酸钠、十水硫酸钠或十水磷酸氢二钠制备的，第一相变材料的相变温度为29-50℃。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述第二相变材料是采用六水氯化钙或六水硝酸锰制备的，第二相变材料的相变温度为20-28℃。
两种不同相变温度的相变材料，也可使用同种结晶水合盐，通过添加熔点调节剂和水来实现相变温度的调节，熔点调节剂包括KCl、NaCl、NH4Cl等盐类。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五不同的是，所述第一层相变体的体积占壳体1腔内体积的10％，第二层相变体的体积占壳体1腔内体积的20％，第三层相变体的体积占壳体1腔内体积的30％，第四层相变体的体积占壳体1腔内体积的40％。
具体实施方式九：一种复合相变体的制备方法，所述制备方法具体是通过以下步骤来实现的：
第一层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1(优选为5:1)的95-98％浓度的浓硫酸和95-98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于60目，且小于90目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1(优选为4:1)混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min(优选为15min)，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍(优选为1倍)；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7(优选为6.5)，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为300～500mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W(优选为800W)下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第二层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1(优选为5:1)的95-98％浓度的浓硫酸和95～98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于90目，且小于120目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1(优选为4:1)混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min(优选为15min)，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍(优选为1倍)；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7(优选为6.5)，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为200～300mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W(优选为800W)下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第三层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1(优选为5:1)的95-98％浓度的浓硫酸和95～98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于120目，且小于150目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1(优选为4:1)混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min(优选为15min)，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍(优选为1倍)；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7(优选为6.5)，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为100～200mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W(优选为800W)下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第四层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1(优选为5:1)的95-98％浓度的浓硫酸和95-98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于150目，且小于200目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1(优选为4:1)混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min(优选为15min)，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍(优选为1倍)；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7(优选为6.5)，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为50～100mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W(优选为800W)下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第一相变材料的制备
将结晶水合盐和粘稠剂按照100:2的质量比混合后，再向混合物中加入成核剂，获得第一相变材料；在第一相变材料中，成核剂的质量占第一相变材料的1/20；
第二相变材料的制备
将结晶水合盐和粘稠剂按照100:1的质量比混合后，再向混合物中加入成核剂，获得第二相变材料；在第二相变材料中，成核剂的质量占第二相变材料的1/100；
称取10份(是指质量份数)制备好的膨胀倍率为300～500mL/g的膨胀石墨，再称取88份第一相变材料，在温度为T2的恒温水浴下，将称取的第一相变材料搅拌至融化完全得到混合液，将称取的膨胀石墨加入混合液中并滴入2份去离子水，连续搅拌至混合完全；
将混合完全后的混合物均匀填充在壳体1底部，混合物充分接触螺旋发热体2，完成第一层填充；第一层填充完成后，将系统置于40.0～50.0℃(优选为50℃)的真空干燥箱中干燥60～90min(优选为60min)，得到第一层相变体；
将第一层相变体的上表面切削除去3-6mm薄片后，采用相同的方法再进行第二层、第三层以及第四层的填充；全部填充完成后，得到包含四层相变体的复合相变体。
本实施方式中，第一层和第二层的吸附温度T2均为70～90℃，第三层和第四层的吸附温度T2为40～60℃，优选为50℃。在填充下一层前，将前一层的上表面切削除去3-6mm薄片，使各层填充膨胀石墨充分衔接，提高传热效率。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述成核剂是硼砂、氯化钠、SrCl2·6H2O、硫酸钙或1-萘酚(C10H8O)。
可以是上述中的一种或几种。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述T1的取值为35-50℃。其中，优选的为35℃。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述反应时间t1的取值为80-100min。其中，优选的为90min。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述膨胀时间t2的取值为15-25s。其中，优选的为20s。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式九不同的是，所述T2的取值为70～90℃。其中，优选的为70℃。
为优化膨胀石墨对于相变材料的吸附效果，还可使用聚氧乙烯辛基苯酚醚-10等非离子表面活性剂对膨胀石墨进行改性。
本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (14)

1.一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，所述系统包括壳体(1)、若干个螺旋发热体(2)、复合相变体、导线(3)和电插接件(4)，其中：
所述壳体(1)具有密闭空腔结构；
所述螺旋发热体(2)由电热线缆螺旋缠绕形成，若干个螺旋发热体(2)均匀设置于壳体(1)的腔内；
若干个螺旋发热体(2)之间通过导线(3)串接，且导线(3)从壳体(1)的腔内穿出，穿出壳体(1)的导线(3)与电插接件(4)相连接；且各螺旋发热体(2)均通过一端固定在壳体(1)的底板上；
所述复合相变体是由四层相变体组成的，每层相变体均是通过膨胀石墨混合相变材料制备的，复合相变体整体填充于壳体(1)的空腔内，且填充的复合相变体紧贴壳体(1)内壁。
2.根据权利要求1所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，所述壳体(1)由高导热绝缘材料制成，且壳体(1)的壁厚不超过2mm。
3.根据权利要求2所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，所述高导热绝缘材料是指：由金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物填充的环氧树脂、橡胶、陶瓷。
4.根据权利要求1所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，在所述壳体(1)的腔内，螺旋发热体(2)具有上密下疏的结构。
5.根据权利要求1所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，在所述壳体(1)的腔内，按照从底部至顶部的顺序，复合相变体的第一层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为300-500mL/g，第二层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为200-300mL/g，第三层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为100-200mL/g，第四层相变体采用的膨胀石墨的膨胀倍率为50-100mL/g；
其中，第一层相变体的膨胀石墨和第二层相变体的膨胀石墨均混合第一相变材料，第三层相变体的膨胀石墨和第四层相变体的膨胀石墨均吸附混合第二相变材料。
6.根据权利要求5所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，所述第一相变材料是采用五水硫代硫酸钠、十水硫酸钠或十水磷酸氢二钠制备的，第一相变材料的相变温度为29-50℃。
7.根据权利要求5所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，所述第二相变材料是采用六水氯化钙或六水硝酸锰制备的，第二相变材料的相变温度为20-28℃。
8.根据权利要求5所述的一种内置电加热的复合相变蓄热系统，其特征在于，所述第一层相变体的体积占壳体(1)腔内体积的10％，第二层相变体的体积占壳体(1)腔内体积的20％，第三层相变体的体积占壳体(1)腔内体积的30％，第四层相变体的体积占壳体(1)腔内体积的40％。
9.一种复合相变体的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体是通过以下步骤来实现的：
第一层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95-98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于60目，且小于90目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为300～500mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第二层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95～98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于90目，且小于120目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为200～300mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第三层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95～98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于120目，且小于150目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为100～200mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第四层相变体的膨胀石墨的制备
将质量比为[5～6.5]:1的95-98％浓度的浓硫酸和95-98％浓度的浓硝酸混合均匀，选取粒度大于等于150目，且小于200目的天然鳞片石墨，将混酸溶液与天然鳞片石墨按照体积比[2～4]:1混合，并搅拌均匀；
搅拌后静置10～15min，再向其中加入25～35％浓度的过氧化氢溶液，获得混合物，加入的过氧化氢溶液的体积是天然鳞片石墨体积的0.5～1.5倍；将混合物在T1恒温水浴中保持反应时间t1后，用清水清洗至PH值为5～7，通过空气流通干燥后得到膨胀倍率为50～100mL/g的膨胀石墨粉；再将膨胀石墨粉进行干燥后置于微波炉650～800W下膨胀时间t2得到膨胀石墨；
第一相变材料的制备
将结晶水合盐和粘稠剂按照100:2的质量比混合后，再向混合物中加入成核剂，获得第一相变材料；在第一相变材料中，成核剂的质量占第一相变材料的1/20；
第二相变材料的制备
将结晶水合盐和粘稠剂按照100:1的质量比混合后，再向混合物中加入成核剂，获得第二相变材料；在第二相变材料中，成核剂的质量占第二相变材料的1/100；
称取10份制备好的膨胀倍率为300～500mL/g的膨胀石墨，再称取88份第一相变材料，在温度为T2的恒温水浴下，将称取的第一相变材料搅拌至融化完全得到混合液，将称取的膨胀石墨加入混合液中并滴入2份去离子水，连续搅拌至混合完全；
将混合完全后的混合物均匀填充在壳体1底部，混合物充分接触螺旋发热体2，完成第一层填充；第一层填充完成后，将系统置于40.0～50.0℃的真空干燥箱中干燥60～90min，得到第一层相变体；
将第一层相变体的上表面切削除去3-6mm薄片后，采用相同的方法再进行第二层、第三层以及第四层的填充；全部填充完成后，得到包含四层相变体的复合相变体。
10.根据权利要求9所述的一种复合相变体的制备方法，其特征在于，所述成核剂是硼砂、氯化钠、SrCl2·6H2O、硫酸钙或1-萘酚。
11.根据权利要求9所述的一种复合相变体的制备方法，其特征在于，所述T1的取值为35-50℃。
12.根据权利要求9所述的一种复合相变体的制备方法，其特征在于，所述反应时间t1的取值为80-100min。
13.根据权利要求9所述的一种复合相变体的制备方法，其特征在于，所述膨胀时间t2的取值为15-25s。
14.根据权利要求9所述的一种复合相变体的制备方法，其特征在于，所述T2的取值为70～90℃。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115789750A (zh) * 2022-11-30 2023-03-14 哈尔滨工业大学 一种组合式自控温多级相变电暖蓄放热单元的制备及运行方法
CN116589299A (zh) * 2023-05-05 2023-08-15 哈尔滨工业大学 一种仿生年轮结构的多孔碳化硅陶瓷骨架及其制备方法和在高性能复合相变材料中的应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201159502Y (zh) * 2007-12-14 2008-12-03 毕远和 高效节能电暖器
CN101805591A (zh) * 2010-04-19 2010-08-18 中国人民解放军理工大学工程兵工程学院 一种无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料及制备方法
JP3172273U (ja) * 2011-09-29 2011-12-08 株式会社エフコンサルタント 床暖房構造体
CN105003950A (zh) * 2015-08-06 2015-10-28 许求鑫 相变储能电热水器
CN108456509A (zh) * 2018-03-13 2018-08-28 青海大学 一种无机水合盐相变储能材料及其制备方法
CN208124412U (zh) * 2018-04-04 2018-11-20 大连昊天伟业科贸有限公司 纳米合金丝加热器
CN210070024U (zh) * 2019-05-23 2020-02-14 河北秦暖新能源科技有限公司 一种蓄热体浇筑成型的蓄热式电暖器
EP3712548A1 (en) * 2019-03-21 2020-09-23 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger temperature change rate control

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201159502Y (zh) * 2007-12-14 2008-12-03 毕远和 高效节能电暖器
CN101805591A (zh) * 2010-04-19 2010-08-18 中国人民解放军理工大学工程兵工程学院 一种无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料及制备方法
JP3172273U (ja) * 2011-09-29 2011-12-08 株式会社エフコンサルタント 床暖房構造体
CN105003950A (zh) * 2015-08-06 2015-10-28 许求鑫 相变储能电热水器
CN108456509A (zh) * 2018-03-13 2018-08-28 青海大学 一种无机水合盐相变储能材料及其制备方法
CN208124412U (zh) * 2018-04-04 2018-11-20 大连昊天伟业科贸有限公司 纳米合金丝加热器
EP3712548A1 (en) * 2019-03-21 2020-09-23 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger temperature change rate control
CN210070024U (zh) * 2019-05-23 2020-02-14 河北秦暖新能源科技有限公司 一种蓄热体浇筑成型的蓄热式电暖器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115789750A (zh) * 2022-11-30 2023-03-14 哈尔滨工业大学 一种组合式自控温多级相变电暖蓄放热单元的制备及运行方法
CN115789750B (zh) * 2022-11-30 2024-05-31 哈尔滨工业大学 一种组合式自控温多级相变电暖蓄放热单元的制备及运行方法
CN116589299A (zh) * 2023-05-05 2023-08-15 哈尔滨工业大学 一种仿生年轮结构的多孔碳化硅陶瓷骨架及其制备方法和在高性能复合相变材料中的应用
CN116589299B (zh) * 2023-05-05 2023-11-24 哈尔滨工业大学 一种仿生年轮结构的多孔碳化硅陶瓷骨架及其制备方法和在高性能复合相变材料中的应用

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