[发明专利]一种高温用熔盐/陶瓷复合蓄热体及其制备方法

说明书

本发明提供一种高温(700～850℃)用熔盐/陶瓷复合蓄热体及其制备方法，包括选材、配料和制备方法。该复合蓄热体主要由两部分组成，它包括蓄热体主体及包覆所述蓄热体主体外表面的包覆层。蓄热体主体由蓄热介质构成，所述包覆层由无机包覆材料构成，其中蓄热介质由熔融盐和导热增强材料组成，导热增强材料为碳化硅、膨胀石墨或石墨烯，而无机包覆材料由碳酸钠、碳酸钙、氧化锌、氧化硼、氧化铝和氧化硅配成。其制备过程为：先将蓄热介质和包覆层材料按一定的比例分别进行混合，然后成型，最后根据一定的煅烧工艺进行烧结即可。本发明选材合理，制备工艺简单可行，适用性广，蓄热和换热效率高，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及到蓄能材料领域，特别涉及一种高温用熔盐/陶瓷复合蓄热体及其制备方法。

背景技术

目前人类社会发展和生活所使用的能源主要来自于煤炭、石油、天然气等不可再生矿物能源，在使用的过程中带来大气、水、空气等环境污染，给人类社会发展和生活带来极大的压力。目前由于技术限制，构建稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系面临着重大挑战。针对越来越急迫的能源危机，提高能源利用效率，可以减少对化石等一次能源的消耗，因而具有重大的意义。提高能源利用效率，储能技术是其中的一个可行方式，对热能的储存和有效利用同样具有重要的意义。蓄热材料的性能对储能技术具有重要的作用，蓄热材料的性能决定了热能利用效率的高低。目前实际应用的蓄热材料要求具有较高的能量密度；蓄热材料与热交换介质之间应有良好的热传导；较好的化学相容性；性能稳定性；低成本。

目前研究的蓄热材料主要分为低温、中温和高温用。高温蓄热材料目前主要为熔融盐和合金，但熔融盐有一个明显的缺陷，就是其具有较强的腐蚀能力，在使用过程中，对热交换管道和附属设备有极大的腐蚀性，由此增加了电厂的运营和维护成本，也降低了蓄热系统的安全性和稳定性。而合金由于价格较高，在高温时易氧化，易分层，限制了其应用范围。熔融盐由于成本较低，应用研究较多，针对其缺陷，目前通常研究在熔盐外面包裹一层其他耐腐蚀材料以提高耐腐蚀能力，降低对设备的腐蚀，目前该材料主要为不锈钢，但是其存在生产成本高，加工要求复杂，在高温条件下易受熔融盐腐蚀，对蓄热材料要求苛刻，限制其应用。

针对蓄热材料高温应用时的问题，目前国内外学者对其进行了一定的研究。文献1(张兴雪,MgO陶瓷基高温复合相变蓄热材料的制备和性能研究[D],昆明:昆明理工大学,2007年.)研究了以MgO陶瓷作为基体，通过混合烧结法和熔渗法将Na₂CO₃和K₂CO₃复合到MgO陶瓷中。其存在蓄热过程中环境温度过高导致碳酸盐易分解、蓄热密度低、蓄热材料相变时易泄露问题。文献2(吴建锋,李剑,徐晓虹,等.NaCl/SiC泡沫陶瓷高温复合相变蓄热材料[J].武汉理工大学学报,2009,31(17):70-73.)研究了NaCl/SiC泡沫陶瓷高温复合相变蓄热材料，其制备工艺为先在高温下制备SiC泡沫陶瓷，然后通过吸附作用吸附NaCl制备NaCl/SiC高温复合蓄热材料。但存在制备工艺复杂，蓄热密度低等不足。文献3(王长宝,硝酸盐高温蓄热热物性的计算方法研究[D],北京:北京工业大学,2013年.)研究了高温硝酸盐在蓄热材料中的应用，但存在硝酸盐应用温度较低，在高温由于挥发剧烈导致限制其应用温度的问题。

目前所申请的高温蓄热方面的专利主要为蓄热系统或蓄热装置，如文献4(张忠，高温蓄热气化炉窑，申请号：CN201210420689.4)和文献5(章代红，多能源高温蓄热节能装置的蓄热箱，申请号：CN201320312040.0)分别公布了高温蓄热炉窑和蓄热箱。高温蓄热窑炉为立式结构，每个高温蓄热气化窑炉的中部是蓄热隔离还原反应室，底部为混凝土基座，上部为混凝土浇筑顶盖。该发明存在结构复杂，主要应用于黄磷的生产，存在结构复杂和应用范围窄等不足。而蓄热箱主要结构为箱体，箱体内设有矩形阵列排布的高温固体蓄热砖或相变熔融盐球体，该发明内置高温固体蓄热砖或相变熔融盐球体，蓄热能力是100℃水的30倍以上，而熔融盐在350℃时相变比热为85kJ/kg，其存在应用温度低，蓄热密度小等不足。