CN112480872A - 一种容积式一体化复合相变储热材料及其制备方法 - Google Patents

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刘向雷
鲍创
宋亚楠
宣益民
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Abstract

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种容积式光热一体化方法。其包括相变储热材料和高光谱吸收率陶瓷填料，所述相变储热材料包括有机糖醇类、脂类、烃类中的1种或至少2种的组合，所述高光谱吸收率陶瓷填料为纳米氮化钛。本发明可使复合相变储热材料具有极高的太阳能全光谱吸收能力、从而使其具有较快的光热转化速率，大幅度提高了其在太阳能利用领域的储热速率。本方法操作简单、制备流程少，用本方法制得的产品在太阳能光热利用领域具有很好的前景。

Description

一种容积式一体化复合相变储热材料及其制备方法
技术领域
本发明属于热能储存技术领域，主要涉及一种容积式光热一体化复合相变储热材料及其制备方法。
背景技术
我国具有丰富的太阳能资源，随着化石能源的进一步消耗，如何高效的利用太阳能越来越成为一个热门的课题。相变储热材料因其相变潜热大、相变期间温度变化小、稳定可循环的优异特性愈来愈被重视。目前关于相变储热材料的研究多侧重于导热系数的提升，场景也仅仅局限于直接热源的存储，而不涉及光热过程转化速率的提升。但是相变储热材料除了导热系数低这一缺点外，在太阳能应用领域还存在光热转化能力差的缺点。
目前对相变材料在光热转化能力提升主要集中在把相变材料表面包覆上黑色涂层，或者在其中掺杂炭黑等黑色的非陶瓷颗粒。前者的光热转化速率提升有限，后者虽然提升效果满足要求，但添加的颗粒稳定性差，易被相变材料腐蚀或者发生相分离，而陶瓷材料有着优异的抗腐蚀性能、相容性较高。
因此，为了提高相变储热材料的光热转化速率同时又要添加物具有更高的稳定性，本发明提出采用与相变储热材料有着良好相容性的黑色陶瓷颗粒作为相变储热材料的掺杂颗粒，从而大大提高其太阳能存储速率。在太阳能应用领域具有很好的前景。
发明内容
针对目前技术存在的不足，本发明的目的是提供一种容积式光热一体化复合相变储热材料及其制备方法。该复合材料具有很高的平均光谱吸收能力，能够快速的进行光热转换，相对普通相变储热材料来讲，可以更快地将太阳能存储起来的同时又有较高的稳定性。
为解决现有技术问题，采用的技术方案如下：
一种容积式光热一体化复合相变储热材料，其包括相变储热材料和高光谱吸收率陶瓷填料，所述相变储热材料包括有机糖醇类、脂类、烃类中的1种或至少2种的组合，所述高光谱吸收率陶瓷填料为纳米氮化钛。
上述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料，其所述有机糖醇类相变储热材料包括赤藓糖醇、甘露醇。
上述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料，其所述脂类相变储热材料包括脂肪酸。
一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其包括以下步骤：
（1）将相变储热材料与高光谱吸收率陶瓷填料按照一定比例混合搅拌均匀后放入高于熔点的恒温环境中熔化；
（2）将步骤（1）熔化后得到的复合物转移至油浴或者加热台上机械搅拌均匀，然后进行真空脱气；
（3）将步骤（2）脱气后的熔融态复合物倒入模具中冷却成型后进行表面打磨处理，即可制得容积式光热一体化复合相变储热材料。
上述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其按质量百分比计算，步骤（1）所述高光谱吸收率陶瓷填料占相变储热材料质量的0%~20%。
上述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其步骤（2）所述的油浴温度或加热台的加热温度为130℃。
上述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其步骤（2）所述的机械搅拌时间为30min。
有益效果
本发明与现有技术相比具有显著的优点：（1）具有极高的光谱吸收能力，能够快速的进行光热转化。（2）高吸光率陶瓷填料具有较高的稳定性，耐腐蚀能力强。（3）复合材料制备过程简单，无毒无污染。
附图说明
图1为本发明实施例1容积式光热一体化复合相变储热材料的SEM图。
图2为本发明实施例4容积式光热一体化复合相变储热材料的SEM图。
图3为本发明实施例1、2、3容积式光热一体化复合相变储热材料的光谱吸收图。
图4为本发明实施例1容积式光热一体化复合相变储热材料的相变焓图。
图5为本发明实施例4容积式光热一体化复合相变储热材料的相变焓图。
图6为本发明实施例1、2、3容积式光热一体化复合相变储热材料在氙灯照射下升温曲线和自然冷却曲线图。
具体实施方式
实施例1
参照图1、图4、图3中a线、图6中a线，将10g赤藓糖醇与0g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃油浴中机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。
实施例2
参照图3中b线、图6中b线，将10g赤藓糖醇与0.001g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃油浴中机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。
实施例3
参照图3中c线、图6中c线，将10g赤藓糖醇与0.1g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃油浴中机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。
实施例4
参照图2、图3中d线、图5，将10g赤藓糖醇与1g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃油浴中机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。
实施例5
进一步的，将10g甘露醇与1g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃加热台上加热并机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。
实施例6
进一步的，将5g赤藓糖醇、5g甘露醇与1g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃加热台上加热并机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。
实施例7
进一步的，将5g脂肪酸与1g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃油浴中加热并机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。
实施例8
进一步的，将5g脂肪酸、5g正构烷烃与1g纳米氮化钛混合均匀，随后放入150℃烘箱中进行熔化，熔化之后将其转移至130℃油浴中加热并机械搅拌30min，搅拌结束后将其置于130℃真空环境中进行真空脱气10min。脱气结束后将其倒入模具中，冷却凝固成型后脱模进行表面打磨，即可得到一种容积式光热一体化复合相变储热材料。

Claims (7)

1.一种容积式光热一体化复合相变储热材料，其特征在于，包括相变储热材料和高光谱吸收率陶瓷填料，所述相变储热材料包括有机糖醇类、脂类和烃类中的1种或至少2种的组合，所述高光谱吸收率陶瓷填料为纳米氮化钛。
2.如权利要求1所述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料，其特征在于，所述有机糖醇类相变储热材料包括赤藓糖醇、甘露醇、山梨糖醇、麦芽糖醇、乳糖醇、木糖醇等，质量分数为容积式光热一体化复合相变储热材料的80%-100%。
3.如权利要求1所述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料，其特征在于，所述脂类和烃类相变储热材料包括脂肪酸、甘油、糖脂、烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等，质量分数为容积式光热一体化复合相变储热材料的80%-100%。
4.如权利要求1—3任意一项所述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将相变储热材料与高光谱吸收率陶瓷填料按照80:20-100:0混合搅拌均匀后放入高于熔点的恒温环境中熔化；
（2）将步骤（1）熔化后得到的复合物转移至油浴或者加热台上机械搅拌均匀，然后进行真空脱气;
（3）将步骤（2）脱气后的熔融态复合物倒入模具中冷却成型后进行表面打磨处理，即可制得容积式光热一体化复合相变储热材料。
5.如权利要求4所述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，按质量百分比计算，步骤（1）所述高光谱吸收率陶瓷填料占相变储热材料质量的0%~20%。
6.如权利要求4所述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的油浴温度或加热台的加热温度为121-200℃。
7.如权利要求4所述的一种容积式光热一体化复合相变储热材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的机械搅拌时间为0.5h-3h。
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