[發明專利]一種石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件的組裝方法和由此形成的儲熱元件

在審

• 申請號: 202011183697.2
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112111251A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 仲亞娟;林俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 宋麗榮

本發明涉及一種石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件的組裝方法，其包括將共晶鹽相變材料和石墨泡沫導熱骨架材料無接觸地封裝于高壓反應釜中，加熱待共晶鹽相變材料熔融后使石墨泡沫導熱骨架材料與共晶鹽相變材料接觸；通入惰性氣體加壓至0.1?1.5MPa使得熔融的共晶鹽相變材料浸滲到石墨泡沫導熱骨架材料的孔腔內；或抽真空至?60～?100KPa，以負壓形式使得熔融的共晶鹽相變材料填充至石墨泡沫導熱骨架材料的孔腔內以得到石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件。本發明還涉及一種上述的組裝方法形成的儲熱元件。本發明提供的高溫相變儲熱元件能夠更好地兼容并具有良好的熱循環性能。

技術領域

本發明涉及相變儲熱材料，更具體地涉及一種石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件的組裝方法和由此形成的儲熱元件。

背景技術

相變儲熱材料通過相變吸收或釋放大量熱量，來實現能量的存儲和利用，可以有效解決熱能供求不匹配的矛盾。因此，相變儲熱技術被廣泛應用于具有間斷性或不穩定性的熱管理領域。中低溫(室溫-200℃)相變儲熱技術發展相對成熟，而適用于核能和太陽能熱存儲的高溫無機鹽類(氯鹽、碳酸鹽和硝酸鹽等，相變點200-1000℃)相變儲熱技術相對滯后。這是由于無機鹽類相變儲熱材料雖然具有較高的儲熱密度，但一般導熱系數較低，影響系統換熱效率。此外，高溫無機鹽類相變儲熱材料在熱存儲和釋放過程中，經歷固-液或固-固相變過程，易發生膨脹泄漏和腐蝕容器管路的問題。因此，一直以來，高溫無機鹽類相變儲熱材料的強化傳熱、組裝和器件化是限制其廣泛應用的重要問題。

目前，金屬材料是已知的中低溫相變材料的封裝載體，其具有熱導率高和易加工的優點，具體地，中低溫相變材料與不銹鋼等金屬材料利用傳統的填充床儲熱系統來形成元器件。但是，對于高溫相變材料，金屬等導熱劑和骨架材料無法滿足溫度、熱膨脹和兼容性的要求，存在密度大、易腐蝕和高溫熱穩定性差等缺點。

發明內容

為了解決現有技術中的高溫無機鹽類相變儲熱材料熱導率低和易腐蝕等問題，本發明提供一種石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件的組裝方法和由此形成的儲熱元件。

根據本發明的石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件的組裝方法，其包括以下步驟：S1，提供共晶鹽相變材料；S2，提供石墨泡沫導熱骨架材料；S3，將共晶鹽相變材料和石墨泡沫導熱骨架材料無接觸地封裝于高壓反應釜中，在惰性氣體形成的常壓環境下加熱高壓反應釜，待共晶鹽相變材料熔融后，使石墨泡沫導熱骨架材料與共晶鹽相變材料接觸；通入惰性氣體加壓至0.1-1.5MPa使得熔融的共晶鹽相變材料浸滲到石墨泡沫導熱骨架材料的孔腔內以得到石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件；或抽真空至-60～-100KPa，以負壓形式使得熔融的共晶鹽相變材料填充至石墨泡沫導熱骨架材料的孔腔內以得到石墨泡沫增強導熱的高溫無機鹽相變儲熱元件。

優選地，該共晶鹽相變材料為熔點為200-1000℃的中高溫相變儲熱材料。優選地，該共晶鹽相變材料為氯鹽相變儲熱材料。應該理解，該共晶鹽相變材料也可以是其他高溫無機鹽類相變儲熱材料。

優選地，步驟S1包括通過高溫混合共熔無機鹽制備得到共晶鹽相變材料。在優選的實施例中，該共晶鹽相變材料為NaCl、KCl、MgCl₂以共晶比50wt％，30wt％和20wt％進行共晶混合，相變溫度為465.5℃。

優選地，步驟S2包括將中間相瀝青發泡后，經高溫石墨化處理，制得石墨泡沫導熱骨架材料。應該理解，該石墨泡沫導熱骨架材料可以通過本領域的常規方法來制備。步驟S2提供的石墨泡沫導熱骨架材料的孔徑可通過制備過程中的壓強等參數進行調節，形成連通的導熱網絡。特別地，可通過選取不同孔徑的石墨泡沫，以滿足共晶鹽相變材料的裝載量的要求。應該理解，步驟S2中的高溫石墨化處理用于去除雜質。