[發(fā)明專利]一種可蓄熱的黑體水泥及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410443519.7
• 申請(qǐng)日: 2014-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104230290A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曉燕;王魯巖;包文忠;張黎;靳冬民;趙文新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新疆天山水泥股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B28/14
• 分類號(hào): C04B28/14
• 代理公司: 成都蓉信三星專利事務(wù)所(普通合伙) 51106
• 代理人: 劉克勤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種水泥及其制備方法，涉及一種可蓄熱的黑體水泥及其制備方法。該黑體水泥由硅酸鹽水泥熟料、二水石膏、著色劑和紅外輻射材料按一定比例進(jìn)行配比，通過(guò)球磨機(jī)粉磨而得，該水泥顏色黑度高、熱輻射和熱擴(kuò)散性能好、蓄熱系數(shù)大，澆筑成大體積塊狀固體后，可作為大型蓄熱工程用材料，例如太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)熱材料等。

背景技術(shù)

能源問(wèn)題是當(dāng)今世界人類社會(huì)面臨的重大課題，在我國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源保障問(wèn)題成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大制約因素，國(guó)家因此出臺(tái)了大量的鼓勵(lì)政策，鼓勵(lì)加強(qiáng)可再生能源的利用。在很多工業(yè)和民用建筑及太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，由于白晝和夜晚的輪轉(zhuǎn)，往往存在著能量供應(yīng)和需求之間的差異，造成了能量利用的大量浪費(fèi)。解決這一問(wèn)題的有效途徑之一就是采用蓄熱材料。

蓄熱材料：就是一種能夠存儲(chǔ)熱能和釋放熱能的新型化學(xué)材料，它在熱量存儲(chǔ)階段，將高峰時(shí)期多余的熱能儲(chǔ)存起來(lái)，在使用階段，通過(guò)蓄熱材料將存儲(chǔ)的熱能釋放出來(lái)，以供采暖、供熱等。如此存儲(chǔ)和釋放過(guò)程循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱能在時(shí)間和空間上的不協(xié)調(diào)性，達(dá)到能源的高效利用和節(jié)能的目的。顯熱蓄熱不僅運(yùn)用原理簡(jiǎn)單，材料成本低廉，而且具有很好的可行性。現(xiàn)有技術(shù)中，最常見(jiàn)的顯熱蓄熱介質(zhì)主要有固體混凝土、可鑄陶瓷，液體有礦物油，以及熔鹽等。油類蓄熱介質(zhì)蓄熱、釋熱方便快捷，但長(zhǎng)期性能不穩(wěn)定，且易燃，使用成本較高；熔巖類蓄熱介質(zhì)比熱較高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但大部分熔鹽熔點(diǎn)較高，在夜間系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間休眠或停機(jī)期間需要額外加熱以保持其液相狀態(tài)，有時(shí)液相熔鹽局部結(jié)晶，出現(xiàn)層析現(xiàn)象，影響熱交換效率。混凝土和可鑄陶瓷是一種較好的顯熱蓄熱介質(zhì)，其比熱容較高，單位熱量?jī)?chǔ)存成本低，建造維護(hù)容易。對(duì)顯熱蓄熱介質(zhì)，選用比熱容大的物質(zhì)是提高蓄熱能力的一種可行的方法。若以混凝土作為顯熱蓄熱介質(zhì)，膠凝材料不宜選用鋁酸鹽水泥，因?yàn)殇X酸鹽水泥的蓄熱性熱不佳，如容重為1950kg/m³鋁酸鹽水泥凈漿試樣，比熱容0.11kJ(kg·K)^-1，導(dǎo)熱系數(shù)1.42W(m·K)^-1，蓄熱系數(shù)僅為4.63W(m²·K)^-1。

硅酸鹽水泥密度范圍在3000～3500kg/m³，作為膠凝材料，養(yǎng)護(hù)一定齡期后，容重為2079kg/m³，比熱容為3.12kJ(kg·K)^-1，導(dǎo)熱系數(shù)為0.67W(m·K)^-1，蓄熱系數(shù)17.76W(m²·K)^-1。作為顯性蓄熱材料中的一種，由于導(dǎo)熱性能不夠，在儲(chǔ)熱和放熱過(guò)程中，塊體的內(nèi)部和表面的溫差比較大。通常是儲(chǔ)熱時(shí)表面溫度很高，內(nèi)部溫度卻很低；當(dāng)放熱時(shí)，表面熱量很快被釋放掉，所儲(chǔ)熱能很難供應(yīng)實(shí)際需要。

黑體水泥是依據(jù)斯忒藩－波耳茲曼定律提出的，即隨著材料的黑度系數(shù)提高，其輻射和吸收能力都隨之增強(qiáng)。黑體水泥與通用硅酸鹽水泥相比，白天吸收熱能特性更強(qiáng)，夜晚散發(fā)熱量更大，具有優(yōu)良的蓄熱性能。特別是晝夜溫差較大的地區(qū)，將黑體水泥用于工程，采取良好的熱存儲(chǔ)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠有效地降低建筑能耗，提高建筑節(jié)能保溫效率，節(jié)約大量能源資源和保溫材料的投入。

中國(guó)專利申請(qǐng)CN201210398760.3公開(kāi)了“高密實(shí)蓄熱混凝土及其制備方法”，提供了一種以硫鋁酸鹽水泥、鋼渣、玄武巖、石墨、礦渣粉、減水劑制備了高密實(shí)蓄熱混凝土，通過(guò)加入減水劑，使硫鋁酸鹽水泥制備的混凝土更加密實(shí)，提高了蓄熱系數(shù)，解決了水泥基材料的蓄熱系數(shù)不高的缺點(diǎn)，并解決了大體積制備蓄熱體成本高昂的難題，但是該蓄熱體由于化學(xué)組成原因，很難應(yīng)用于高溫蓄熱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，克服現(xiàn)有利用自然陽(yáng)光蓄熱過(guò)程中，顯熱儲(chǔ)熱介質(zhì)中陶瓷蓄熱體體積難以做大，儲(chǔ)存熱量不足的問(wèn)題，解決太陽(yáng)能利用過(guò)程中白天日曬儲(chǔ)熱，夜晚長(zhǎng)時(shí)間放熱的材料選擇和制備的難題。提供一種通過(guò)硅酸鹽水泥熟料、二水石膏、黑色著色劑和堇青石粉末按一定比例進(jìn)行配比，通過(guò)球磨機(jī)粉磨而得的可蓄熱的黑體水泥及其制備方法，本發(fā)明黑體水泥顏色黑度高，導(dǎo)熱性好，蓄熱系數(shù)大，澆筑成大體積塊狀固體后，可作為大型蓄熱工程用材料。

本發(fā)明的內(nèi)容是：一種可蓄熱的黑體水泥，其特征是：由質(zhì)量百分比及組分為75.0～85.0％硅酸鹽水泥熟料、2.4～4.0％二水石膏、2.0～10.0％黑色著色劑、以及5.0～15.0％堇青石粉末的原材料經(jīng)球磨混合組成。