[發明專利]儲能單元、具有儲能單元的無機相變儲能裝置及制備工藝

有效

• 申請號: 201710579823.8
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107449304B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 蔣綠林;劉瑞
• 申請（專利權）人: 常州海卡太陽能熱泵有限公司
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02;B67C3/26;B65D81/38
• 代理公司: 常州格策知識產權代理事務所(普通合伙) 32481
• 代理人: 徐靜

本發明公開了一種儲能單元、具有儲能單元的無機相變儲能裝置及制備工藝，儲能單元包括密閉容器，密閉容器內有傳熱支撐結構，其包括多層多孔石墨板和蛇形傳熱管網，多孔石墨板孔隙中灌裝無機相變儲能材料；無機相變儲能裝置包括外殼、多個儲能單元、保溫層和總管，儲能單元外有外殼，多個儲能單元伸出的管路按并聯方式與總管連接；制備工藝包括多孔石墨板、傳熱支撐結構和儲能單元的依次制備，還有無機相變儲能材料的抽真空灌裝和無機相變儲能裝置的組裝。通過上述方式，本發明采用膨脹石墨作為傳熱支撐結構，采用抽真空加壓灌裝工藝克服多孔孔隙毛細力，保證密閉性，改善無機相變儲能材料導熱性能差的缺點，可實現小溫差大功率儲放熱。

技術領域

本發明涉及無機相變儲能利用技術領域，特別是涉及一種儲能單元、具有儲能單元的無機相變儲能裝置及制備工藝。

背景技術

相變儲能材料（PCM）是以材料發生相變時吸收或釋放大量熱量，實現能量的儲存和利用，是緩解能力供求雙方在時間、強度和地點上部匹配的有效方式，在太陽能取暖、熱負荷的移峰填谷、新型節能建材、廢熱回收和空調冷熱負荷調節的應用越來越廣泛。

尤其以潛熱儲能技術，由于其所用裝置簡單、體積小、設計靈活、使用方便且易于管理等特點而大受歡迎。在眾多的潛熱儲能材料中，應用較多的主要有石蠟、脂肪酸、無機水合鹽類等材料。其中，無機水合鹽是一類非常重要的中低溫相變儲能材料，它能提供熔點從幾攝氏度到一百多攝氏度的多種相變材料，目前應用較多的水合鹽主要有堿及堿土金屬的鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽及醋酸鹽等。

無機相變材料潛熱密度非常高，相變時體積變化小，而且無毒、無揮發性、不易燃等優點。但是這類材料最大的缺點是固液相變時容易產生過冷和相分層現象。另外，無機水合鹽類儲能材料的導熱系數一般都比較低，相變蓄能裝置在儲熱和放熱時，其換熱效率也比較低，這也限制了材料的應用。提高換熱效率可通過設計優良的傳熱結構和改善材料的導熱系數來實現。由于膨脹石墨具有價格便宜、高導熱性以及無機相變儲能材料對石墨不會產生腐蝕的優點，因此，采用膨脹石墨改善材料的導熱系數和作為無機相變儲能材料的強化傳熱結構是有效的一條技術路線。

傳統的膨脹石墨多孔板的制造工藝是將膨脹石墨顆粒高溫膨化200-400倍體積比的蠕蟲狀顆粒，然后壓制成形形成多孔板，這種工藝制備的膨脹石墨多孔板石墨體積比要達到10%-20%才能成形有一定強度的多孔板，且孔隙較小。

現公布的一些專利，如CN10185591A、CN102977858A、CN105885802A、CN104357022A、CN104087254A采用將膨脹石墨顆粒攪拌吸附至無機水合鹽溶液中制成膨脹石墨/無機水合鹽復合材料來改善材料的導熱系數的方法。

但由于通過強力攪拌才能實現的無機水合鹽和膨脹石墨的復合，膨脹石墨無法形成一個穩定的多空結構，長時間運行會形成無機水合鹽和膨脹石墨的部分分離而形成分層，影響相變蓄能裝置的換熱性能。

另外，攪拌浸漬的工藝必須在惰性氣體的保護下才有效，否則會形成空氣對無機相變儲能材料的污染，如空氣中水分的吸收、CO₂、SO₂等成分對無機相變儲能材料的反應，影響無機相變儲能材料的潛熱量和壽命。

另外，無機水合鹽對大多數金屬材料均有腐蝕，且無機水合鹽必須和空氣徹底隔絕，當無機水合鹽長時間暴露在空氣中時，會吸收空氣中的水分以及和空氣中的一些成分（如CO₂、SO₂等）形成化學反應而影響性能和循環壽命。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種儲能單元、具有儲能單元的無機相變儲能裝置及制備工藝，采用膨脹石墨作為傳熱支撐結構，膨脹石墨用量小，且孔隙較大，采用抽真空加壓灌裝工藝克服了多孔石墨結構中孔隙的毛細力，保證密閉性徹底隔絕空氣，且無機相變儲能材料對密閉材料沒有腐蝕。