[發明專利]一種高溫儲熱材料及其應用

無效

• 申請號: 200810046816.2
• 申請日: 2008-01-29
• 公開（公告）號: CN101225492A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 程曉敏;宮殿清;吳興文;何黎明
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種高溫儲熱材料及其應用。

背景技術

太陽能發電是最理想的新能源。但在利用方面存在時效性問題，在日照期間所接收的能量超過所需，在日落之后卻無法發揮作用。因而如何把日照時多余的能量儲存起來，取有余以補不足，成為實現太陽能熱發電連續運行的關鍵問題。

目前世界上運行的太陽能熱發電機組主要是利用無機鹽做儲熱材料。無機鹽相變材料在相變過程中存在過冷和相分離的缺點，影響了儲熱能力，使使用壽命大大下降。近年發展的復合相變材料(定形相變材料)，雖然用高分子材料作基體來支撐相變材料，但還是存在導熱系數低的缺點，而且還存在相變材料發生相變時，由于體積的變化，相變材料發生漏露的隱患。

目前工業使用的Al-Si合金含Si量在4.5～13％之間，且有Cu、Mg、Mn等雜質元素(未形成三元或多元合金)，對于儲熱性能(如相變潛熱等參數)有負面作用。此外，由于儲熱材料本身在工作過程中進行反復的固液相變，雜質元素將會影響其使用性能和使用壽命。已有論文中涉及的配方(以Al-13％Si為主)的評價指標僅限于其本身的相變潛熱。

目前工業使用的Al-Cu合金含Cu量在4.0～11.0％之間；目前，在儲熱應用方面，沒有相關報道。

目前工業使用的Al-Mg合金含Mg量在4.5～11.0％之間；目前，在儲熱應用方面，沒有相關報道。

目前工業使用的三元鋁合金雜質較多，對于儲熱性能(如相變潛熱等參數)有負面作用(Al-Si-Cu系中的ZL111，含Mg、Mn、Ti等元素；Al-Cu-Mg系中沒有對應的成品；Al-Si-Mg系中也沒對應成品)。此外，由于儲熱材料本身在工作過程中進行反復的固液相變，雜質元素將會影響其使用性能和使用壽命。而目前研究集中于Al-Mg-Zn系和Al-Cu-Zn系。

發明內容

本發明的目的在于提供一種相變潛熱高、相變穩定性好、使用壽命長的高溫儲熱材料及其應用。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種高溫儲熱材料，其特征在于它是熔點范圍在450～800℃的鋁合金材料。

所述的熔點范圍在450～800℃的鋁合金材料為下列6種之一：

1)Al-Cu合金，其中Cu的質量百分含量為20％～61％，Al的質量百分含量為39％～80％；

2)Al-Mg合金，其中Mg的質量百分含量為16％～55％，Al的質量百分含量為45％～84％；

3)Al-Si合金，其中Si的質量百分含量為3％～26％，Al的質量百分含量為74％～97％；

4)化學表達式為Al-x％Si-y％Cu的三元鋁合金，其中6＜x＜27，0＜y＜5；

5)化學表達式為Al-x％Cu-y％Mg的三元鋁合金，其中35＜x＜50，10＜y＜35；

6)化學表達式為Al-x％Si-y％Mg的三元鋁合金，其中0＜x＜20，0＜y＜40。

上述一種高溫儲熱材料，其特征在于它作為儲熱材料應用于太陽能熱發電中。

本發明采用熔點范圍在450～800℃的鋁合金材料作為儲熱材料，該材料具有儲能密度大、熱循環穩定性好，導熱系數是無機和有機相變材料的幾百倍，相變時過冷度小、相偏析小，性價比良好，成本低，壽命長，效率高，不會造成環境污染。應用于太陽能熱發電中(其傳熱介質為高溫空氣)，相變潛熱高(大于200J/g)，相變穩定性好(其中Al-7％Si經700多次循環試驗后相變溫度基本保持不變，相變潛熱降幅僅為10％左右)，使用壽命長(遠高于目前常用的無機鹽相變儲熱材料)；因而在應用方面優于目前所使用的無機鹽儲熱材料和研究中的復合相變材料，本發明主要應用于太陽能熱發電中，實現太陽能的高效利用(主要是利用材料本身的固液相變與液固相變循環實現充放熱過程，從而在時間上實現了對太陽能的合理利用；利用鋁合金的固液相變和液固相變循環實現太陽能的儲存與釋放，在相變過程中會由固態吸熱從而熔化成為液態發生固液相變，再由液態經過放熱從而凝固成為固態發生液固相變；在固液相變過程中由傳熱介質提供熱量，加熱材料，促使材料發生固液相變；在液固相變過程中由材料自行發生相變提供熱量，加熱傳熱介質)。

具體實施方式

實施例1：

一種高溫儲熱材料，它是Al-Cu合金，其中Cu的質量百分含量為20％，Al的質量百分含量為80％；熔點溫度范圍552-607℃，見表1。

上述Al-Cu合金的制備：

1).配料(要使用高純度的金屬。Al純度不低于99.00％，Cu純度不低于99.70％)。將Cu的質量百分含量為20％，Al的質量百分含量為80％，配料。