[發(fā)明專利]一種復(fù)合化學(xué)蓄熱材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210243671.1
• 申請(qǐng)日: 2012-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN102757771A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃宏宇;何兆紅;袁浩然;小林敬幸;趙丹丹;陳勇;郭華芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所
• 主分類號(hào): C09K5/16
• 分類號(hào): C09K5/16
• 代理公司: 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)材料及節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及一種復(fù)合化學(xué)蓄熱材料及制備方法。

技術(shù)背景

蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，可用于解決熱能供求失衡的矛盾，在電力的“移峰填谷”、太陽(yáng)能利用、廢熱和余熱回收以及工業(yè)與民用建筑采暖與空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前熱能貯存已成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。而蓄熱材料是蓄熱技術(shù)的核心。蓄熱材料就是一種能夠儲(chǔ)存熱能的新型化學(xué)材料。它在特定的溫度(如相變溫度)下發(fā)生物相變化，并伴隨著吸收或放出熱量，可用來(lái)控制周圍環(huán)境的溫度，或用以儲(chǔ)存熱能。它把熱量或冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)再把它釋放出來(lái)，從而提高了能源的利用率。人們對(duì)蓄熱材料的認(rèn)識(shí)及研究?jī)H是近幾十年的事情，但由于它的應(yīng)用十分廣泛，已成為一種日益受到人們重視的新材料。近些年來(lái)，蓄熱技術(shù)以及迅猛的發(fā)展速度引起了人們的普遍關(guān)注，而尋找新型的蓄熱材料也越來(lái)越迫切。

按照蓄熱方式不同，可以分為顯熱蓄熱、相變蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱三種。顯熱蓄熱一般具有機(jī)械穩(wěn)定性好、傳熱性能好，方便等優(yōu)點(diǎn)，但蓄熱密度低，蓄熱裝置體積龐大，并且很難保持在一定的溫度下進(jìn)行吸熱和放熱。潛熱蓄熱一般具有蓄熱量較大，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但相變化時(shí)液固兩相界面處的傳熱效果差。中國(guó)專利申請(qǐng)201010527277.1采用多孔介質(zhì)基體制備一種無(wú)機(jī)鹽/多孔基體復(fù)合蓄熱材料，具有無(wú)機(jī)鹽相變材料的含量大，蓄熱性能好，材料廉價(jià)等特點(diǎn)，但由于是相變蓄熱，相變化時(shí)液固兩相界面處的傳熱效果差，影響蓄熱效果。

化學(xué)反應(yīng)蓄熱是指利用可逆化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合熱儲(chǔ)存熱能，將生產(chǎn)中暫時(shí)不用或無(wú)法直接利用的余熱，轉(zhuǎn)化為化學(xué)能收集、儲(chǔ)存；在需要時(shí)，可使反應(yīng)逆向進(jìn)行，即能將儲(chǔ)存的能量放出，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏右岳谩Ｏ啾绕渌麅煞N蓄熱方式熱化學(xué)蓄熱方式具有蓄熱密度高、可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)反應(yīng)系的選擇可以適用于任意溫度。并且化學(xué)蓄熱具有通過(guò)蓄放熱對(duì)熱能的溫度級(jí)別控制，進(jìn)行所謂的熱質(zhì)量改變的熱泵功能。易于運(yùn)行控制和管理，可應(yīng)用在100-400℃下的熱量?jī)?chǔ)存，如太陽(yáng)能、工業(yè)余熱等方面。

目前，化學(xué)蓄熱材料存在問(wèn)題是由于化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致蓄熱材體積變化，膨脹或收縮，無(wú)定型；此外，堆積的化學(xué)蓄熱材料導(dǎo)熱性能也較差。Kato等人的報(bào)告指出，隨著蓄、放熱反復(fù)進(jìn)行，填充在蓄熱器里的粒狀蓄熱材隨著反應(yīng)次數(shù)的增加，凝聚體積變大，造成反應(yīng)界面面積減小以及工作介質(zhì)(H₂O)在蓄熱材內(nèi)的傳質(zhì)阻力增大，從而導(dǎo)致反應(yīng)速度低下。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新型復(fù)合化學(xué)蓄熱材料及制備方法。

本發(fā)明復(fù)合化學(xué)蓄熱材料，其特征在于，以碳素多孔介質(zhì)為基體，負(fù)載化學(xué)蓄熱材料顆粒。碳素具有多孔結(jié)構(gòu)，化學(xué)蓄熱材料顆粒填充到碳素多孔體內(nèi)，碳素多孔體的孔壁將化學(xué)蓄熱材料原料顆粒隔離。

如圖1所示，本發(fā)明復(fù)合化學(xué)蓄熱材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）將化學(xué)蓄熱材料顆粒與質(zhì)量百分比濃度10％——50%，聚合度高于1500的聚乙烯醇溶液混合，化學(xué)蓄熱材料、聚乙烯醇、蒸餾水各自的質(zhì)量百分比分別為30%-90%、5%-65%、1%-20%，攪拌；

（2）將熱固性的酚醛樹脂、硝酸-甲醛溶液和淀粉加入上述溶液中混合，熱固性酚醛樹脂、硝酸-甲醛溶液、淀粉與化學(xué)蓄熱材料的重量比值分別為0.3-8:1、0.1-2:1、0.1-1:1，并壓縮成型；

所述硝酸-甲醛溶液是由硝酸溶液、甲醛和蒸餾水混合而成，其中硝酸溶液、甲醛和蒸餾水質(zhì)量百分比分別為2%-20%、2%-20%、60%-96%，硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-50%，甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-20%。

（3）在100-200℃下，通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)制備成型體；

（4）在惰性氣體氛圍500-1000℃下，對(duì)成型體進(jìn)行炭化；

（5）經(jīng)干燥、粉碎后即制得以碳素多孔介質(zhì)為基體的復(fù)合化學(xué)蓄熱材料。

步驟（1）中，所述化學(xué)蓄熱材料為Ca(OH)₂、Mg(OH)₂等化合物。

步驟（5）中所述干燥條件優(yōu)選為真空狀態(tài)，溫度為300-800℃，時(shí)間為1-3天。粉碎復(fù)合化學(xué)蓄熱材料顆粒，粒徑為75～750μm。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.以碳素多孔體為基體，負(fù)載蓄熱材料粒子的新型復(fù)合化學(xué)蓄熱材料，保證化學(xué)反應(yīng)時(shí)蓄熱材料的體積變化只在碳素的微孔內(nèi)發(fā)生，解決化學(xué)蓄熱材料因化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致體積膨脹變形問(wèn)題，具有良好的穩(wěn)定性，確保復(fù)合化學(xué)蓄熱材料形狀不變。