[發明專利]導熱增強型熔融鹽復合相變材料和蓄熱裝置及儲能方法

在審

• 申請號: 201711363462.X
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108117860A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 尹輝斌;王文豪;劉鑒;徐勇軍;左遠志;翁萬良
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06;C09K5/12;F28D20/02
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

本發明涉及高溫熱利用與儲能技術領域，尤其涉及一種導熱增強型熔融鹽復合相變材料和蓄熱裝置及儲能方法；所述熔融鹽復合相變材料的原材料選用膨脹石墨和Hitec三元硝酸熔鹽；膨脹石墨添加量為20%，使疏松多孔的膨脹石墨全部淹沒于飽和硝酸鹽溶液中；然后采用恒溫90℃對混合物進行加熱，加熱期間使用電動攪拌器一直攪拌，直至飽和硝酸鹽溶液中的水大部分蒸干，再采用恒溫120℃對混合物進行加熱，將剩余的水分完全蒸發，最后烘干即制得KNO₃?NaNO₂?NaNO₃/膨脹石墨復合相變材料；本發明增強了材料的導熱性能；以填充床形式堆積構成蓄熱系統，提高工業適用性，可用于工業爐的蓄熱器、煉鐵熱風爐以及聚焦式太陽能熱發電的蓄熱子系統等。

技術領域

本發明涉及高溫熱利用與儲能技術領域，尤其涉及一種導熱增強型熔融鹽復合相變材料和蓄熱裝置及儲能方法。

背景技術

儲能作為能源利用的重要環節，對工業節能和可再生能源利用具有特別重要的作用。由于可再生能源間歇性和不能穩定供應的缺陷，能源的供應和需求之間，往往存在數量上、形態上和空間上的差異，不能滿足工業化大規模連續供能的要求；工業是我國最大的終端用能消費部門，占全國能源消費總量的比重一直維持在70%左右，能源利用率大大低于先進國家，主要原因之一是間歇式高品質余熱沒有得到有效利用，因此必須發展高效蓄熱技術。

蓄熱技術的性能和成本，取決于傳熱蓄熱介質材料性能以及蓄/放熱過程設計和控制兩方面，其主要發展思路是開發高蓄熱密度、高使用溫度、高蓄/放熱速率、低成本、環境友好的蓄熱介質材料，發展過程可控的蓄熱方式，研究高性能工質的傳輸及蓄熱機理。熔融鹽具有熱容量大、使用溫度高、低蒸汽壓、低粘度、化學穩定性好等一系列優點，兼具蓄熱與傳熱功能，因而熔融鹽傳熱蓄熱技術將是高溫熱利用領域的發展重點。

單一的無機熔融鹽或者幾種熔融鹽的混合物均存在導熱系數低、相變過程體積變化較大的缺點，從而影響其實際應用。材料的復合化是材料發展的必然趨勢之一，復合相變蓄熱材料有利于結合顯熱與潛熱蓄熱材料的優點，為中高溫相變材料的微封裝防腐蝕技術提供了更新的思路。結構支撐材料有利于實現復合體的定型結構，同時導熱強化材料的微納米摻雜易于實現中高溫蓄熱材料的傳熱過程可調，提高蓄熱材料的蓄/放熱速率。材料的多尺度范圍內的復合制備有利于平衡復合結構蓄熱材料的結構特性、導熱性能、蓄熱性能三者之間的關系，開發高性能納微復合結構蓄熱材料對中高溫蓄熱領域，尤其是太陽能熱發電、工業余熱回收等領域有著重要意義。

雖然，專利號為01119014.0，專利名稱為用于蓄熱或蓄冷的蓄能復合材料的制備方法，公開了一種通過采用相變材料（PCM）對壓縮的膨脹石墨基體進行真空浸漬，制備石墨基體和浸漬于所述基體中的PCM的用于蓄熱或蓄冷的蓄能復合材料的方法，該方法主要是處于大氣壓力下且部分或完全浸漬在熔融PCM或者鹽溶液中的基體被固定在浸漬容器內部，之后抽空浸漬容器直至基體中填充的PCM達到所要求的加入量，該方法雖然簡單且廉價，但石墨殘存的孔隙率太小，導致蓄熱蓄冷效果不佳。

同時，申請號為02133310. 6的專利公開了一種金屬基復合熔融鹽蓄熱材料的制備方法，該方法旨在提供一種孔隙率達到25-85%的顯熱蓄熱材料，但從公開的文件來看，該技術方案是非常不完整的，我們并未從中得到任何實質性的技術啟示如何獲得孔隙率達到25-85%的顯熱蓄熱材料。

還有，申請號為200910074633.6的專利公開了一種泡沫金屬基高溫相變蓄熱復合材料及其制備方法，該技術主要是在泡沫金屬骨架材料上附著有≥600℃時固-液相變蓄熱材料，首先“附著”比較難實現，同時“附著力”難以得到保證，該方法很難適用于工業生產。