一种高温蓄热装置及其加工方法与流程

1.本发明属于高温蓄热技术领域，具体涉及一种高温蓄热装置及其加工方法。


背景技术：

2.能源作为世界上重要的基础资源，在社会发展中起着举足轻重的作用。随着世界经济的发展，工业水平的不断提高，二氧化碳以及其他排放物使环境遭到了严重污染，环保压力日益增大。为了解决以上问题，能源使用正在向清洁化转变，常见的清洁能源形式包括：风能、太阳能等。由于近几年风力发电和光伏发电装机容量的快速发展，加之储能技术不足，已经出现了新能源外送和就地消纳困难的问题，个别地区出现了弃风弃光现象。
3.蓄热技术是一项能将热量储存起来的技术，能够在不同的时间合理的分配热量，使能量得到合理利用。蓄热技术利用蓄热介质将多余的热量暂时收集到一起保存起来，等到需要时按需进行释放，解决了热量供需时间上的不匹配的问题。
4.常见的蓄热技术有显热、潜热和热化学蓄热。显热蓄热是利用物质本身温度的变化过程来进行热量的存储和释放，过程简单，应用较为成熟。潜热蓄热是一种利用相变粉末材料在相变过程中吸收和释放热量来改变温度的技术；当相变温度大于200℃时，相变蓄热材料称为高温相变蓄热材料，高温相变蓄热材料主要以熔盐和金属合金为主；固体蓄热(显热)具有安全、经济、设备结构简单等优点，但相对于相变蓄热，其占地较大。相变蓄热具有体积变化小，相变密度大，相变过程温度近似恒温等优点，但是，高温相变粉末材料在相变过程中存在相变粉末材料泄漏等问题，现阶段的封装技术主要是微胶囊封装，制备过程复杂，成本较高，不易实现工业化。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明的目的是提供一种高温蓄热装置及其加工方法，以铝酸盐水泥或硅酸盐水泥、砂子、玄武岩碎石或天然碎石、水、减水剂和丝状钢材的混合物为基体，在里面掺入封装好的相变粉末材料(无机熔盐或铝基镁基合金)。由于掺入相变材料封装体可能会影响材料强度，所以加入丝状钢材来强化蓄热材料整体的强度。此外，相变粉末材料直接使用柔性聚酰亚胺覆铜板加压封装，聚合物在内侧与相变粉末材料接触，另一面铜箔在外层，可以避免相变粉末材料与封装体在高温下产生化学反应，保持材料的稳定性，同时铜箔也可以提高封装体的强度，避免相变粉末材料泄漏。封装体接缝处使用耐高温的无机胶密封，确保在高温下密封完好。
6.为了达到上述目的，本发明采用的技术方法是：
7.本发明的第一方面，提供了一种高温蓄热装置，包括高温蓄热基体和相变材料封装体，所述相变材料封装体分布于所述高温蓄热基体之内；所述相变材料封装体包括相变粉末材料、第一封装板和第二封装板，所述相变粉末材料封装于所述第一封装板和第二封装板之间；所述第一封装板和第二封装板相互压合，连接缝处设置有耐高温无机胶密封。
8.进一步的，所述第一封装板和第二封装板均为柔性聚酰亚胺覆铜板。
9.进一步的，所述高温蓄热基体包括按重量记的组分：凝胶材料115-174份、细骨料87-202份、粗骨料127-242份、水29-144份、减水剂0.87-2.6份和钢纤维11-29份；所述相变材料封装体内设有相变粉末材料23-69份。
10.进一步的，所述凝胶材料为铝酸盐水泥或硅酸盐水泥其中的一种。
11.进一步的，所述细骨料为砂子。
12.进一步的，所述粗骨料为天然碎石和玄武岩中的一种或组合。
13.进一步的，所述钢纤维为丝状钢材。
14.进一步的，所述相变粉末材料为熔盐粉末或金属合金粉末的一种。
15.进一步的，所述相变材料封装体的形状为扁状长方体，内部为空心用于装有所述相变粉末材料。
16.本发明的第二方面，提供了一种高温蓄热装置的加工方法，包括下列步骤：
17.s1：将适量相变粉末材料粉末装入柔性聚酰亚胺覆铜板组成的单个封装体内，封装体接缝处用无机胶密封；使用加压成型模具对相变材料封装体施加5mpa压力，保持5min；完成后，形成单个的相变材料封装体；
18.s2：重复s1，加工出足量的相变材料封装体；
19.s3：将凝胶材料、细骨料、粗骨料、水、减水剂、钢纤维按照一定比例配方倒入搅拌机进行搅拌，搅拌时间大于2min；
20.s4：将搅拌好的材料均匀分层次的倒入浇筑地点分层浇筑，每层高度100-200mm，每浇筑好一层在该层材料上均匀敷设制作好的相变材料封装体，每层浇筑的填料过程中用人工进行振捣；
21.s5：浇筑完成后12h以内开始用塑料布对蓄热材料进行覆盖保湿养护，直至养护结束，养护时间不少于14天。
22.本发明的有益效果如下：
23.1、本发明利用水泥、砂子、碎石、水、减水剂和丝状钢材为基体的固体蓄热材料，具有结构简单、取材方便、易于加工、经济性较好等优点，但是这种基体材料蓄热属于固体显热的利用，需要较大的占地面积和较多的材料，因此在许多场景当中无法实际应用。本发明中，掺入以无机熔盐或金属合金的相变材料封装体后，相同体积的蓄热材料蓄热量将大大提升，若是在在相同蓄热量的情况下，可大大降低原固体蓄热材料的消耗量和占地面积，推进蓄热材料的推广使用。
24.2、本发明利用丝状钢丝来加强掺入相变材料封装体的蓄热材料强度，减小相变材料封装体对固体蓄热材料强度的影响，同时也可以增强蓄热材料的蓄热导热能力。
25.3、本发明利用柔性聚酰亚胺覆铜板作为相变材料封装体，免去了封装体材料的制作加工过程，只需用加压成型模具加工即可，大大降低了工艺难度，有利于大规模推广生产。
附图说明
26.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1是本发明实施例高温蓄热装置的加工工艺流程图。
28.图2是本发明实施例中相变材料封装体结构示意图。
29.图3是本发明实施例高温蓄热装置的俯视结构示意图。
30.其中：1高温蓄热基体；2相变材料封装体；21第一封装板；22第二封装板；23耐高温无机胶。
具体实施方式
31.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本技术所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
33.如图1和2所示，本发明实施例提供了一种高温蓄热装置，包括高温蓄热基体1和相变材料封装体2，所述相变材料封装体2分布于所述高温蓄热基体1之内；所述相变材料封装体2包括相变粉末材料、第一封装板21和第二封装板22，所述相变粉末材料封装于所述第一封装板21和第二封装板22之间，并且所述第一封装板21和第二封装板22相互压合，所述第一封装板21和第二封装板22的连接缝处设置有耐高温无机胶23密封。
34.本发明其他的一些实施例中，还提供了一种高温蓄热装置的高温蓄热材料，包括：凝胶材料、细骨料、粗骨料、水、减水剂、钢纤维、相变粉末材料。凝胶材料、细骨料、粗骨料、水、减水剂、钢纤维构成高温蓄热基体1，相变粉末材料填充进相变材料封装体2之内。
35.作为示例，本实施例中将相变材料封装体2的单体形状设置为扁状长方体，内部为空心，用来装相变粉末材料；相变材料封装体2尺寸为：长100-200mm、宽100-200mm、高10-20mm；整体由0.2-2.5mm厚的柔性聚酰亚胺覆铜板组成，接缝处用耐高温的无机胶密封。
36.作为示例，本方案中凝胶材料为铝酸盐水泥或硅酸盐水泥其中的一种。细骨料为砂子。粗骨料为天然碎石和玄武岩中的一种或组合。钢纤维为丝状钢材。相变粉末材料为熔盐粉末和金属合金粉末的一种；其中，熔盐粉末为碳酸盐、硝酸盐和氯化盐中的的一种或组合；金属合金粉末为铝基合金和镁基合金中的一种或组合。
37.下面给出本发明实施例高温蓄热材料中包含的各组分具体实施例。
38.实施例一
39.一种高温蓄热材料，包括：硅酸盐水泥115份。砂子137份，粒径为0.15mm。天然碎石和玄武岩共201份；其中天然碎石100份，粒径为5mm；玄武岩101份，粒径为5mm。水29份。减水剂1.26份。钢纤维24份，钢纤维为丝状钢材，其直径小于5mm，长度为100mm。熔盐粉末69份。
40.实施例二
41.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥135份。砂子202份，粒径为0.21mm。天然碎石和玄武岩共168份；其中天然碎石99份，粒径为8mm；玄武岩69份，粒径为8mm。水144份。减水剂1.88份。钢纤维11份，钢纤维为丝状钢材，其直径小于5mm，长度为30mm。金属合金粉末57份。
42.实施例三
43.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥154份。砂子87份，其粒径为0.18mm。天然碎
石和玄武岩共242份；其中天然碎石42份，粒径为15mm；玄武岩200份，粒径为15mm。水97份。减水剂2.6份。钢纤维18份，钢纤维为丝状钢材，其直径小于5mm，长度为50mm。熔盐粉末34份。
44.实施例四
45.一种高温蓄热材料，包括：硅酸盐水泥174份。砂子175份，其粒径为0.43mm。天然碎石和玄武岩共127份；其中天然碎石55份，粒径为10mm；玄武岩72份，粒径为10mm。水68份。减水剂0.87份。钢纤维29份，钢纤维为丝状钢材，其直径小于5mm，长度为80mm。金属合金粉末23份。
46.实施例五
47.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥143份。砂子145份，粒径为0.45mm。玄武岩碎石185份，粒径为15mm。水87份。减水剂1.7份。钢纤维20份、钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为90mm。熔盐粉末46份。
48.实施例六
49.一种高温蓄热材料，包括：硅酸盐水泥156份。砂子145份，粒径为0.45mm。天然碎石185份，粒径为15mm。水87份。减水剂1.7份。钢纤维20份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为85mm。金属合金粉末46份。
50.实施例七
51.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥115份。砂子202份，粒径为0.32mm。玄武岩碎石242份，粒径为9mm。水29份。减水剂0.87份。钢纤维29份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为30mm。熔盐粉末23份。
52.实施例八
53.一种高温蓄热材料，包括：硅酸盐水泥115份。砂子202份，砂子粒径为0.22mm。天然碎石242份，天然碎石粒径为13mm。水29份。减水剂0.87份。钢纤维29份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为75mm。金属合金粉末23份。
54.实施例九
55.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥174份。砂子87份，砂子粒径为0.19mm。天然碎石127份，天然碎石粒径为5mm。水144份。减水剂2.6份。钢纤维29份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为40mm。熔盐粉末69份。
56.实施例十
57.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥145份。砂子145份，粒径为0.27mm。玄武岩碎石185份，粒径为6mm。水87份。减水剂1.7份。钢纤维20份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为50mm。熔盐粉末46份。
58.实施例十一
59.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥169份。砂子91份，砂子粒径为0.42mm。天然碎石236份，天然碎石粒径为5mm。水72份。减水剂0.87份。钢纤维15份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为42mm。熔盐粉末23份。
60.实施例十二
61.一种高温蓄热材料，包括：硅酸盐水泥165份。砂子165份，砂子粒径为0.32mm。玄武岩140份，玄武岩粒径为13mm。水29份。减水剂1.56份。钢纤维29份，钢纤维为丝状钢材，直径
小于5mm，长度为35mm。金属合金粉末23份。
62.实施例十三
63.一种高温蓄热材料，包括：铝酸盐水泥115份。砂子95份，砂子粒径为0.17mm。玄武岩144份，玄武岩粒径为9mm。水29份。减水剂2.12份。钢纤维11份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为88mm。金属合金粉末69份。
64.实施例十四
65.一种高温蓄热材料，包括：硅酸盐水泥120份。砂子178份，砂子粒径为0.22mm。天然碎石185份，天然碎石粒径为8mm。水29份。减水剂2.46份。钢纤维23份，钢纤维为丝状钢材，直径小于5mm，长度为83mm。熔盐粉末69份。
66.本发明的第二方面，提供了一种高温蓄热材料加工方法，该方法包括如下步骤：
67.1、将适量相变粉末材料装入第一封装板21或第二封装板22内，第一封装板21和第二封装板22接缝处用耐高温无机胶密封；使用加压成型模具对第一封装板21和第二封装板22施加5mpa压力，保持5min。完成后，形成单个的相变材料封装体2。
68.2、重复第1步，加工出足量的相变材料封装体2。
69.3、将凝胶材料、细骨料、粗骨料、水、减水剂、钢纤维按照一定比例配方倒入搅拌机进行搅拌，搅拌时间大于2min，得到第一混合材料。
70.4、将搅拌好的得到第一混合材料均匀分层次的倒入浇筑地点分层浇筑，每层高度100-200mm，每浇筑好一层在该层得到第一混合材料上均匀敷设制作好的相变材料封装体2，每层浇筑的填料过程中用人工进行振捣。
71.5、浇筑完成后得到高温蓄热基体1，12h以内开始用塑料布对蓄热材料进行覆盖保湿养护，直至养护结束，养护时间不少于14天，养护完成后得到所述高温蓄热装置。
72.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。