[发明专利]一种太阳能跨季储热复合蓄热材料配方

说明书

技术领域

本发明属于太阳热能储存供暖材料技术领域。特别是涉及一种太阳能跨季储热复合蓄热材料配方。

背景技术

在所有可再生清洁能源中，太阳能等是被各国专家都看好的未来替代能源，但由于太阳能具有季节性、间歇性及随机性等劣势，因此太阳热储存是利用太阳热能的关键。目前，无论太阳能短期储热、中期储热或长期储热一般采用水作为蓄热材料。储热容器为水箱，如长期蓄热的蓄热装置置于地面以上，一般较常见的有钢质蓄热水塔。对于蓄热材料的基本要求一是蓄热量大。对显热储存材料要求材料的热容大，对潜热储存材料要求相变热大；对反应热要求反应的热效应大。二是温度适宜。显热型材料通常不能满足这一要求。对潜热型材料，要求凝固时无过冷现象，熔化时温度变化小。三是稳定性好。在多组分时，各组分间的结合要牢固，不能发生离析、分解及其它变化。四是无毒、无腐蚀，不易燃易爆。五是成本低。六是材料的导热系数高。要求材料无论是液态还是固态，都有较高的导热率，以使热量可以方便地储存和释放。七是在冷、热状态下或固、液状态下，材料的体积变化小。

水的比热最大，蓄热能力最强。但是，太阳能跨季储热供暖系统的太阳热储存是将蓄热装置修建在地下，而地下储热水池类似于地下修建的消防水池。用这种方式储存太阳热能有一些不足： 一是在地下修建水池储热，技术难度大，造价高。由于水容易汽化，水汽化将携带很多热量（即相变潜热），所以修建在地下的水池需要密封防止气体泄漏。但密封的水池内气压将不断增高，气压增高更容易泄漏，为了较长时间储存热量，必须严格密封。另外，修建在地下的密闭水池必须具有一定的抗压承能力，以承担永久荷载、活动荷载及偶然荷载。因此，采取在地下修建水池储热的方法，技术难度大，造价高。二是国外有将大型水箱放置在山洞里用于太阳能储热的方式，只能在极个别的地方使用，局限性很大，无法普及。

单独使用潜热蓄热材料存在的不足。潜热型是利用蓄热材料在相变时吸热或放热的现象，来进行热能储存和温度调节控制，这类材料不仅具有容积蓄热密度大，而且具有设备简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理等优点。它在相变蓄热过程中，材料近似恒温，可以此来控制体系的温度。但是，一般是利用潜热蓄热材料的固态-液态相变来蓄热。在一定温度下，蓄热材料从固态编程液态，其弊端与用水蓄热的不足类似，必须修建结构强度很高的地下蓄热池来承载地上的荷载，且技术难度大，造价高。

单一使用固体显热蓄热材料的不足。显热蓄热材料在储存和释放热能时，材料自身只是发生温度的变化，而不发生其他任何变化。这种蓄热方式的优点是操作简单，成本低。但是，存在以下不足：显热蓄热材料在释放能量时，其温度发生连续变化，不能保持恒温，因此无法达到控温的目的，该类材料蓄热密度较低，盛装容器体积庞大。常用的几种显热蓄热材料有土壤、卵石、砖石、水泥等混合高温烧结成型的显热蓄热材料。

发明内容

本发明的目的是：提供一种储热材料配方解决单一使用固体显热蓄热材料蓄热能力不足及释放能量时温度连续变化的问题；同时解决水容易汽化导致热量较大损失的问题。

解决上述技术问题采用的技术方案是：一种太阳能跨季储热复合蓄热材料配方，该配方按体积百分比由50-55%戈壁石，8-10%的硬脂酸，20-22%的五水硫代硫酸钠，5-10%的水以及10-15%的砂土组成。其中戈壁石是指，在戈壁上常见的一种砾石。硬脂酸和五水硫代硫酸钠是在各地化工厂上可以随时买到的市售商品。

本发明的有益效果：本蓄热材料配方通过戈壁石、砂土等显热蓄热材料和五水硫代硫酸钠及硬脂酸的复合使用，可充分发挥显热蓄热材料和潜热蓄热材料的的复合蓄热优势。如附图1所示，设以35℃为蓄热的初始温度，在35℃～48℃温度段为显热蓄热段；到49℃时为五水硫代硫酸钠的熔点，可储存较多的热量；从50℃～68℃温度段也为显热蓄热段；到69℃时为硬脂酸的熔点，可储存较多的热量。在释放热量时，在49℃～69℃温度段，所释放的较多的热量对于制备温度38℃～50℃的供暖热水十分有利。同时可以解决单一使用潜热蓄热材料在固态-液态相变后承重能力差及蓄热池造价高的问题；由于硬脂酸熔点为69℃，在此温度下，当蓄热量达到设计值或小于设计值时，蓄热温度将等于或小于设计值（如80℃）。即使蓄热量超过设计值，利用硬脂酸的固态-液态相变性能，也可限制蓄热温度过高，也可提高蓄热装置的安全性。

本蓄热材料配方采用具有很强抗压承重能力的戈壁石和砂土作为蓄热材料的主体，且将五水硫代硫酸钠及硬脂酸充填在具有较强抗压能力的容器或壳体中，使复合蓄热材料可达到所要求的抗压承重能力。