CN1410505A - 一种包裹型复合蓄热体的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包裹型复合蓄热体的制备方法。将显热蓄热材料、潜热蓄热材料及少量金属粉体配料混匀后，加入粘结剂、水，在一级制粒机中制成初级坯体后进入二级制粒机，同时再加入一定比例的显热蓄热材料粉体、粘结剂及水制成在一级坯体外包裹上一层显热蓄热材料的复合蓄热体终级坯体，再经干燥、烧结后得到包裹型的复合蓄热体成品。该成品储热密度大、化学稳定性好、能量输出稳定，又克服了潜热材料易流动造成腐蚀的缺点，是一种物美价廉的复合蓄热体。

Description

一种包裹型复合蓄热体的制备工艺
一.技术领域：复合蓄热材料制备。
二.背景技术：热能的贮存技术是提高热能的利用率，满足多种能源需要的一个重要环节。这种技术在余热回收、电力调峰以及将间断使用能源(如太阳能、风能等)转化为可持续使用能源方面，有着广阔的前景。在我国工业炉的能源消耗占全部能耗的20％以上，而且工业应用中大约有50％的能源未能有效地利用而白白地浪费掉。因此，开发新的能源和减少能源浪费的同时采用有效的储能技术已显得尤为重要。
固体显热材料具有化学和机械稳定性好、安全性好、传热性能好，但单位重量(体积)的蓄热量较小，很难保持在一定的温度下进行吸热和放热等特点。潜热蓄热材料具有单位重量(体积)蓄热材料的蓄热量大。在相变化温度附近的温度范围内使用可保持在一定温度下进行吸热和放热、化学稳定性好、安全性好，但相变化时液固两相界面处的传热效果差等特点。本申请人申请的两项发明分别为“一种复合蓄热材料的制备工艺及复合充填蓄热室”(专利申请号为01133785.0)和“一种金属基复合熔融盐蓄热材料的制备方法”(专利申请号为02133310.6)。所研制成的高温复合蓄热材料是利用陶瓷或金属作为复合材料的基体与熔融相变无机盐进行复合，无机盐分布在陶瓷或金属基体之中，并且，在复合蓄热材料的表面沉积一层与基体相同的材料。在受热并超过无机盐的熔点时，无机盐熔化而吸收潜热，陶瓷或金属吸收显热且与换热流体接触换热。本发明在现有复合材料制备技术的基础上，改进工艺流程，既可以将复合材料中的多种成分进行合理有效的分布和潜热蓄热时克服潜热体易流出，更能具备复合蓄热材料所拥有的优良性能，又能使复合材料制备工艺简单化、技术要求难度大幅度降低，大大降低了蓄热体的制作成本以及采用蓄热技术回收余热的成本。
三.技术内容：
1.本发明的目的是提出一种包裹型复合蓄热材料的制备方法，该方法是将显热蓄热材料和潜热蓄热材料先配料混匀制成初级坯体。然后在初级坯体外再包裹上一层显热蓄热材料制成的终级球体，使复合蓄热材料中的多种成份，合理、有效分布，克服了潜热蓄热材料易流动的麻烦，更具有复合蓄热材料拥有的优良性能。
2.技术方案：图1是本发明的工艺流程图。
1)工艺流程：将显热蓄热材料粉体和潜热蓄热材料粉体以及金属粉体作原料，经配料混匀后在一级制料机中加入粘结剂，制成初级坯体，初级坯体进入二级制粒机，加入相同的显热蓄热材料粉体、粘结剂和水，制成包裹型复合蓄热体终级坯体，经干燥烧结得到包裹型复合蓄热体成品。
2)工艺条件
①潜热蓄热材料是锂盐类，钠盐类，钾盐类以及上述三种盐类的混合体；
②显热蓄热材料是碳化硅质，氧化硅质，氧化铝质，氧化镁质，氧化锆质，氮化硅质，炭化硅高铝粘土，刚玉，莫来石，陶瓷，陶土类，铸铁粉；
③金属粉体是：有色金属粉体；
④三种原料的重量百分比是潜热蓄热材料∶显热蓄热材料∶金属粉体＝20～60％∶40～80％∶0～5％；
⑤三种粉体的粒径为0.05mm以下；
⑥粘结剂是酒精，磷酸，水；
⑦一级制粒机中加入的粘结剂重量为原料总重量的5～12％；
⑧二级制粒中的配料重量百分比：一级坯体∶显热蓄热材料∶粘结剂＝90～95％∶4～6％∶0.5～1％；
⑨干燥到含水分5％以下；
⑩烧结温度因烧结时间与所选用原料不同而不同，取值为比表面所包裹的显热蓄热材料的变形温度高7～15℃，时间为20～60小时；
3.与公知技术相比具有的优点及积极效果：
①包裹型复合蓄热体既兼备了固相显热蓄热材料和相变潜热蓄热材料两者的优点、又克服了两者不足。
②该种新型复合蓄热材料具有潜热储能密度大且能量输出稳定和显热储能元件可与换热流体交接接触换热的优点，又克服了潜热蓄热材料熔融盐易流出造成腐蚀的缺点。
③对材料的性质(颗粒度、相对形状和单位表面积、熔盐的粘度等)要求低，易复合。
④复合蓄热材料中潜热蓄热材料熔融盐占的百分比高。
⑤工艺简单，操作方便，容易控制。
⑥包裹型复合蓄热体具有化学稳定性高、储能密度高和价格低廉。
四.附图说明：图1是本发明的工艺流程图。
五.具体实施方式：
实施例一
1)实施条件
显热蓄热材料采用50％氧化铝(Al2O3)质陶瓷粉体，3％铝粉；潜热蓄热材料采用22％碳酸钠(Na2CO3)-25％碳酸钡(BaCO3)熔融相变无机盐粉体；在一级制粒机中喷入9％的雾化水，制得强度为2.1Mpa，粒径为φ2.8～4.7mm的初级坯体；在二级制粒机中初级坯体与4％的氧化铝(Al2O3)质陶瓷粉体和1％的磷酸制成φ3～5mm、强度1.9Mpa的圆形颗粒，烧结温度为1050～1080℃，烧结时间为24小时。
2)实施结果
成品强度为98Mpa，粒径φ3～5mm。所制得的复合蓄热材料在400K、600K、1200K时的蓄热密度分别为384.4、575.1、1188.4kJ/kg。
实施例2
1)实施条件
显然蓄热材料采用52％氧化硅质陶瓷，潜热蓄热材料采用48％硫酸钠(K2SO4)，在一级制粒机中喷入10％的水，制得强度为2Mpa，粒径为φ7.9～9.9mm的初级坯体；在二级制粒机中初级坯体与4％的氮化硅(Si3N4)质陶瓷粉体和0.8％的磷酸制成φ8～10mm、强度1.9Mpa的圆形颗粒，烧结温度为1145～1150℃，烧结时间45小时。
2)实施结果
成品强度为135Mpa，粒径φ8～10mm。所制得的复合蓄热材料在400K、800K、1200K时的蓄热密度分别为378.3、756.5、1360.1kJ/kg。
实施例3
1)实施条件
显热蓄热材料采用46％碳化硅(SiC)质陶瓷粉体，5％铸铁粉；潜热蓄热材料采用49％碳酸(Li2CO3)熔融相变无机盐粉体；在一级制粒机中喷入11％的水，制得强度为1.8Mpa，粒径为φ3.4～5.4mm的初级坯体；在二级制粒机中初级坯体与6％的氧化锆(Zr2O3)质陶瓷粉体和1％的水制成φ3.5～5.5mm、强度1.8Mpa的圆形颗粒，烧结温度为1350～1370℃，烧结时间为54小时。
2)实施结果
成品强度为115Mpa，粒径φ3.5～5.5mm。所制得的复合蓄热材料在600K、800K、1200K时的蓄热密度分别为643.2、857.5、1337.8kJ/kg。

Claims (4)

1.一种包裹型复合蓄热体的制备工艺，其特征在于：
1)工艺流程：将显热蓄热材料和潜热蓄热材料粉体及金属粉体混匀后在一级制粒机中，加粘结剂、水制成初级坯体，初级坯体进入二级制粒机，加入相同的显热蓄热材料粉体、粘结剂、水制成包裹型复合蓄热体终级坯体，经干燥，烧结后得到包裹型复合蓄热体成品。
2)技术条件：
①潜热蓄热材料是锂盐类、钠盐类、钾盐类以及上述三种盐类的混合粉体；
②显热蓄热材料是碳化硅质，氧化硅质，氧化铝质，氧化镁质，氧化锆质，氧化硅质，炭化硅高铝粘土，刚玉，莫来石，陶瓷，陶土类，铸铁粉体；
③金属粉体是有色金属
④三种原料的重量百分比是潜热蓄热材料∶显热蓄热材料∶金属粉体＝20～60％∶40～80％∶0～5％；
⑤三种粉体的粒径为0.05mm以下；
⑥粘结剂是酒精，磷酸(浓度85％)，水；
⑦一级制粒机中加入的粘结剂的重量百分比是5～12％；
⑧二级制粒中的配料重量百分比是一级坯体∶显热蓄热材料∶粘结剂＝90～95％∶4～6％∶0.5～1％；
⑨干燥到含水分为5％以下；
⑩烧结温度与烧结时间与所选用原料不同而不同，取值为比表面所包裹的显热蓄热材料的变形温度高7～15℃，时间为20～60小时；
2.根据权利要求1所述的制备包裹型复合蓄热体的工艺，其特征是：一级制粒中采用50％氧化锆粉体，22％碳酸钠加25％碳酸钡，3％锆粉，喷入9％的雾化水，在二级制粒中初级坯体与4％的氧化锆以及1％的磷酸制粒，烧结温度1050～1080℃，烧结时间24小时；
3.根据权利要求1所述的制备包裹型复合蓄热体的工艺，其特征是：一级制粒中，采用52％氧化硅，48％硫酸钠，喷入10％水，在二级制粒中初级坯体与4％氮化硅质粉体及0.8％的磷酸制粒，烧结温度1145～1150℃，烧结时间45小时；
4.根据权利要求1所述的制备包裹型复合蓄热体的工艺，其特征是：一级制粒中，采用46％碳化硅，5％铸铁粉，47％碳酸锂，11％水，在二级制粒中初级坯体与6％氧化锆，2％的水制粒，烧结温度1350～1370℃，烧结时间54小时。
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