一种复合相变储热材料及储热装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复合相变储热材料及储热装置，其特征在于，包括：相变储热主体材料和以连续相分布于相变储热主体材料中的高熔点结构材料，高熔点结构材料具有高于相变储热主体材料的熔点；所述相变储热主体材料与所述高熔点结构材料相互交联，形成双交互连续相；所述复合相变储热材料的温度大于或者等于相变储热主体材料的熔点时，所述相变储热主体材料至少部分熔化成液态，所述相变储热主体材料与高熔点结构材料相互交联形成凝胶态。高熔点结构材料相互交联形成凝胶态。高熔点结构材料相互交联形成凝胶态。

【技术实现步骤摘要】
一种复合相变储热材料及储热装置


[0001]本专利技术涉及相变储热
，具体涉及一种复合相变储热材料及储热装置。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，能源短缺成为人们所面临的重要课题。开发利用可再生能源对节能环保具有重要的现实意义，因此，发展热能存储技术尤为重要，热能存储是通过一定的方式把暂时应用不到或应用不完的多余的热或者废热存储起来，适时另做他用。该技术在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、气废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。
[0003]在现有的复合相变储热材料中，铝及铝基合金因其具有良好的综合储热性能以及性价比，成为研究人员研究较多的复合相变储热材料，具体的，比如AI、AI
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Si、AI
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Mg、Al
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Cu、AI
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Zn、AI
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Mg
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Si、Al
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Mg
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Zn、Al
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Si
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Cu等。但是，在实际的使用和研究中，上述复合相变储热材料在高温熔化的状态下对金属外壳或者金属管道腐蚀严重，尤其是含有铁的金属外壳或者金属管道，这导致储热整体装置的安全性和寿命受到了很大的影响。针对这个问题，现有常见的解决技术方案是在金属外壳或者金属管道表面利用等离子喷涂的方式制备一层致密的高纯氧化铝涂层，用来隔绝相变储热材料与金属表面的直接接触，但这种方式的加工成本和工艺要求高，且涂层与金属外壳或者金属管道的热膨胀系数之间差异较大，在升降温过程中涂层容易出现开裂和脱落，当涂层开裂和脱落后，熔化的相变储热材料还是会与金属发生发应，进而还是会造成金属外壳或者金属管道的严重腐蚀。因此，虽然制备涂层可以在一定程度上缓解金属外壳或者金属管道的腐蚀，但是，最终还是无法解决储热整体装置的安全性和使用寿命。
[0004]现有的技术中还公开了其他的实现方式，例如中国专利文献CN107523734A公开了一种氮化铝陶瓷复合的中高温相变储热材料及其制备方法，其包括作为相变储热介质的低熔点金属颗粒或低熔点合金颗粒以及作为导热介质的AlN陶瓷，各个低熔点金属颗粒或低熔点合金颗粒呈孤岛状被封装、分散在AlN陶瓷骨架内；低熔点金属颗粒或低熔点合金颗粒与AlN陶瓷的质量比为2: 1～1:2；其中，AlN陶瓷是由AlN微粉高温烧制后得到的，烧制AlN陶瓷的AlN微粉的平均粒度为1～5μm。上述技术中的中高温相变储热材料在相变温度以上低熔点金属或合金虽然由固相变成液相，但由于AlN陶瓷的隔离，不会与封装材料（如储热罐体、换热管道等）形成低熔点共晶体而对封装材料造成腐蚀。由此可以看出，相变储热介质在烧结形成的AlN陶瓷骨架内被分散分隔，由于二者之间的热膨胀系数差异较大，因此，在反复的热胀冷缩过程中，AlN陶瓷骨架会被挤裂，从而形成一定的裂缝，使得熔化状态的相变储热介质渗出，渗出的相变储热介质会与封装材料发生反应从而使得封装材料被腐蚀，使得整体装置的安全性大大降低；进一步，渗出的相变储热介质形成一定的蒸气压，进一步降低了整体装置的安全性，从而降低了整体装置的使用寿命。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种复合相变储热材料，包括：相变储热主体材料和以连续相分布于相变储热主体材料中的高熔点结构材料，所述相变储热主体材料选自一种或多种金属单质、一种或多种非金属单质、一种或多种合金、一种或多种金属单质和一种或多种合金的组合或者一种或多种非金属单质和一种或多种合金的组合；当相变储热主体材料选自一种物质时，其具有第1熔点；当相变储热主体材料选自多种物质时，其具有与每种物质对应的多个熔点，即第1a、1b、
……
1n熔点，所述第1a、1b、
……
1n熔点对应每种物质的熔点并依次升高，其中最低的熔点为第1a熔点，最高的熔点为第1n熔点；所述高熔点结构材料具有第2熔点；所述第1熔点或所述第1a熔点低于所述第2熔点；所述相变储热主体材料与所述高熔点结构材料相互交联，形成双交互连续相。在上述技术方案中，所述相变储热主体材料在高温下熔化并吸收储存热量，具有良好的导热性和热传导性能；且所述相变储热主体材料在高温熔化后，所述复合相变储热材料的流动性降低，甚至流动性消失了，因此，所述复合相变储热材料与金属壳体表面的浸润性降低了，因而大大减少了金属壳体的腐蚀。
[0006]在一个实施方案中，所述复合相变储热材料的温度大于或者等于第1熔点或第1a熔点且低于第2熔点时，所述相变储热主体材料至少部分熔化成液态，所述相变储热主体材料与高熔点结构材料相互交联形成凝胶态。上述凝胶态的形成包括两个方面，一个方面是，所述相变储热主体材料部分或全部熔化后，部分与高熔点结构材料形成凝胶态，还存在部分未形成凝胶态结构的熔化的相变储热主体材料，使整体材料的流动性下降；另一方面是，所述相变储热主体材料部分或全部熔化后，熔化后的所述相变储热主体材料全部与高熔点结构材料形成凝胶态，不存在未形成凝胶态结构的熔化的相变储热主体材料，即所述复合相变储热材料此时无流动性。
[0007]所述以连续相分布的高熔点结构材料能够在高温下保持结构的稳定性，从而提供稳定的支撑结构，且具有良好的导热性。它们的存在可以增加材料内部的内部粘连性及界面张力，当温度高于第1熔点或第1a熔点时，储热主体材料开始部分或全部熔化为液态，此时，相变储热主体材料与高熔点结构材料例如高熔点陶瓷结构材料之间发生相互交联形成凝胶态。
[0008]所述凝胶态具有高度粘性、塑形性，使得材料的流动性大大降低，甚至流动性消失，使其能够保持形状并保持在材料中。其还具有自限制和自支撑能力，能够减小形变并提供更好的力学强度。由此，复合相变储热材料在发生相变储热时，由固态向凝胶态或者固态向凝胶态和液态转变，具有较低的浸润性，因此减少了腐蚀容器的可能性。
[0009]在一个实施方案中，所述第1n熔点低于所述第2熔点。
[0010]在一个实施方案中，所述以连续相分布的高熔点结构材料具有空间网络结构，所述分布可以是均匀的，也可以是不均匀的。
[0011]在一个实施方案中，所述高熔点结构材料为高熔点陶瓷结构材料或其他亲和液态金属或合金的耐高温材料。
[0012]高熔点陶瓷结构材料可通过相变储热主体材料的熔体，在一定温度、压强和/或催化剂的情况下与其他反应物相互反应原位获得，高熔点陶瓷结构材料与部分或全部液化的相变储热主体材料通过一定的化学交联或物理交联，形成了高温凝胶态复合相变储热材料。
[0013]这些高熔点陶瓷结构材料具有良好的导热性，能够在相变储热主体材料储热时，不对其储热性能造成影响。同时，高熔点陶瓷结构材料的熔点远高于第一熔点，因此不会在相变储热主体材料熔化后熔化，且其具有一定的亲近金属溶液的性质，其通过物理交联如静电吸附、链的缠绕，以及和/或化学交联如化学键交联，形成交联结构，例如空间网络结构。
[0014]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合相变储热材料，其特征在于，包括：相变储热主体材料和以连续相分布于相变储热主体材料中的高熔点结构材料，所述相变储热主体材料选自一种或多种金属单质、一种或多种非金属单质、一种或多种合金、一种或多种金属单质和一种或多种合金的组合或者一种或多种非金属单质和一种或多种合金的组合；当相变储热主体材料选自一种物质时，其具有第1熔点；当相变储热主体材料选自多种物质时，其具有第1a、1b、
……
1n熔点，所述第1a、1b、
……
1n熔点对应每种物质的熔点并依次升高；所述高熔点结构材料具有第2熔点；所述第1熔点或所述第1a熔点低于所述第2熔点；所述相变储热主体材料与所述高熔点结构材料相互交联，形成双交互连续相。2.根据权利要求1所述的复合相变储热材料，其特征在于，所述复合相变储热材料的温度大于或者等于第1熔点或第1a熔点且低于第2熔点时，所述相变储热主体材料至少部分熔化成液态，所述相变储热主体材料与高熔点结构材料相互交联形成凝胶态。3.根据权利要求1或2所述的复合相变储热材料，其特征在于，所述第1n熔点低于所述第2熔点。4.根据权利要求1或2所述的复合相变储热材料，其特征在于，所述高熔点结构材料具有空间网络结构。5.根据权利要求1或2所述的复合相变储热材料，其特征在于，所述高熔点结构材料为高熔点陶瓷结构材料。6.根据权利要求5所述的复合相变储热材料，其特征在于，所述高熔点结构材料为氮化铝、碳化铝、碳化硅、氮化硅、硅化镁和氧化铝中的至少一种。7.根据权利要求1或2所述的复合相变储热材料，其特征在于，所述金属或非金属单质选自：Al、Zn、Sn、Mg、Fe、Cu、Si；所述合金选自：Al
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Zn、Mg
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Zn、Al
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Mg、Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁成都，姜一，刘梦洁，王亦博，左旭东，
申请(专利权)人：杭州圣钘能源有限公司，
类型：发明
国别省市：