CN108645260B - 一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构及制备该结构的方法 - Google Patents
一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构及制备该结构的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108645260B CN108645260B CN201810456269.9A CN201810456269A CN108645260B CN 108645260 B CN108645260 B CN 108645260B CN 201810456269 A CN201810456269 A CN 201810456269A CN 108645260 B CN108645260 B CN 108645260B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- change material
- phase
- phase change
- layer
- supercooling degree
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000008859 change Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 239000011232 storage material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 69
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 10
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 5
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims description 2
- 230000018199 S phase Effects 0.000 claims 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims 1
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 abstract description 11
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000003094 microcapsule Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 5
- 239000006261 foam material Substances 0.000 description 4
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 3
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006910 ice nucleation Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 201000009240 nasopharyngitis Diseases 0.000 description 1
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D2020/0065—Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本发明提供了一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构，包括骨架主体，所述骨架主体含有多个用于容纳相变材料的孔洞；所述孔洞内设有可诱导所述相变材料成核的覆盖层。本发明还提供了以容纳结构为基础的储能结构和降低相变材料过冷度的方法。本发明的有益效果主要有：1、在骨架主体内开设孔洞，孔洞内有覆盖层，结构简单，可使置于其中的相变材料的过冷度大幅下降；2、骨架主体、覆盖层、防腐蚀层、相变材料在选材上，可有多种搭配，应用范围广且制造成本低；3、避免了成核剂沉降所带来的过冷性质不均匀，泡沫骨架保证了传热性质均匀，极大地提升了换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及相变材料储热、蓄冷的技术领域，尤其是一种相变材料的容纳结构、储能结构和制备该结构的方法。
背景技术
能源问题是21世纪人类生存的突出问题。世界的人口急剧膨胀，能源需求迅速旺盛起来。面对有限的资源以及为了长久地生存，人们必须对能源进行节约以及有效存储利用。相变储能是人们在利用能源过程中对能源进行节约以及有效存储的一种方式。其技术是解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾。尤其在电力***调峰、载人航天与深空探测、太阳能利用、余热回收、采暖空调及家电工业能领域，可以得到广泛利用。
优良的相变储能材料，应该具有相变潜热大、过冷度低、热导率高、相变蓄冷温度点适宜等优点。储能材料包括：有机相变材料、无机相变材料、有机与无机材料混合材料。
所有材料在凝结过程中都有过冷度现象，包括从气态转变为液态、液态转变为固态。从熔融的金属冷却成固态金属，到结晶水合盐冷却凝固为固态结晶物都会出现过冷度现象。一般来说过冷度可以看成相变材料开始凝结的温度与融化点的差值(融化点几乎或者等于两相共存点)。相变材料开始凝结的温度点需要区别于两相共存点。过冷度现象是物质相变的滞后现象。
在相变储能材料的应用研发与应用过程中，过冷度的大小会制约材料被应用的可行性。材料过冷度高意味着和材料不能在两相平衡点附近放出潜热，从而使得材料丧失适宜相变温度优势。另外也会为给材料制冷的设备带来更大的设计技术难度，也不利于节能。
例如，对于生活温度区的蓄冷工程来说(要求相变平衡点在-30至10摄氏度)，过冷度高意味着对设备的制冷能力要求更高，从而导致用于制冷的能量消耗更大。拥有适宜的相变平衡点的材料中，冰蓄冷材料应用非常广泛，不仅其相变平衡温度适宜，且其相变潜热在所有应用的相变材料中，非常高，尤其是纯水的潜热最高。其常用于生活保鲜、食物与药物远途冷藏运输、大规模结冰蓄冷空调等。但含水的冰蓄冷材料往往过冷度大，尤其纯水过冷度，可高达39摄氏度(零下39摄氏度才结冰形核)，常见的蓄冷凝胶过冷度往往也非常大(十几度)。如果不想方设法降低过冷度，制冷设备必须具有强大的低温制冷能力以及保温性能。如此一来，制冷***的设计与制造成本会增加。此外，制冷***由于长时间工作于低温状态，漏热现象无法避免，***消耗能源的功率会加大，从而更多且大量的能量被消耗。不利于节能。因此，降低过冷度，有益于降低设备设计与制造成本，也有利于能源节约。
目前降低过冷度的方法有：超声波法、弹性势能法、搅拌法、参杂、添加成核剂、微胶囊法。超声波、弹性势能、搅拌法都属于需要动态干扰帮助形核的方法，需要有运动结构或者额外添加设备单元从而增加技术复杂度与控制复杂度，不够简单。参杂、添加成核剂往往出现杂质以及成核剂沉淀、相变凝固界面排挤颗粒从而造成团聚等现象，不利于颗粒在相变材料中分散(此处相变材料主要指液体等流体)，从而保证相变基体低过冷的均匀与稳定性。经过统一的测量实验手段进行的验证以及通过研究报道可以知道，如今普遍研究的添加种种外来杂质颗粒(有新型的材料如碳纳米管、纳米CuO、纳米Al2O3等)的降低效果普遍在零下十几至二十摄氏度，而且降低效果并不十分稳定。微胶囊储能技术是将固体、液体或气体物料包埋在以微米级的微型胶囊中，在一定的条件下控制被包埋的物料在预期内释放出所需热量或者冷量。微胶囊法储能技术虽然能够降低过冷度，但胶囊的制备过程繁琐复杂，针对不同相变材料，往往制备方法不一，通用性差，对于含水相变材料的研究只出现在少数几种结晶水合盐上。但这些微胶囊封装的结晶水和盐过冷度依然很大(可达三十多摄氏度)。与纯水相比，结晶水合盐本身的相变潜热明显更小，加之微胶囊之间的孔隙缘故，更进一步造成了同体积下，储能材料宏观整体的储能密度下降明显。
总而言之，现有技术有多种降低相变材料过冷度的结构或者方法，然而这些结构或方法是复杂的，且应用成本较高、储能效果不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构以及制备该结构的方法，主要是为了解决目前存在的、降低相变材料过冷度的结构和方法上过于复杂、且储能效果不佳的问题，也能解决使用一般的颗粒形成核剂所带来的沉降、过冷性质不均匀稳定的缺陷。
本发明提供了一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构，包括骨架主体，所述骨架主体含有多个用于容纳相变材料的孔洞；所述孔洞内设有可诱导所述相变材料成核的覆盖层。
优选地，所述孔洞相互连通。
优选地，所述孔洞的PPI值为5以上。
优选地，所述孔洞的孔隙率在70％至95％之间。
优选地，所述孔洞内壁面与所述覆盖层间设有防腐蚀层。
优选地，所述防腐蚀层包括第一防护层以及第二防护层。
本发明还提供了一种具有低过冷度的储能结构，包括所述容纳结构，以及填充于所述孔洞内的相变材料。
优选地，所述骨架主体为泡沫金属，所述相变材料为水基相变材料。
本发明还提供了一种用于制备所述容纳结构的方法，包括以下步骤：清洗所述骨架主体，所述骨架主体含有多个用于容纳所述相变材料的孔洞；在所述骨架主体的孔洞内表面进行化学浸镀或者电镀，以形成防腐蚀的镀层；在所述镀层表面制备出所述覆盖层。
本发明还提供了一种用于制备所述储能结构的方法，包括以下步骤：以泡沫金属作为所述骨架主体；对所述泡沫金属进行表面清洗；对所述泡沫金属的孔洞内表面进行化学浸镀或者电镀形成防腐蚀的镀层；在所述镀层表面制备出所述覆盖层；将所述相变材料填充进具有所述覆盖层的骨架主体内。
本发明的有益效果主要有：
1、在骨架主体内开设孔洞，孔洞内有覆盖层，结构简单，可使置于其中的相变材料的过冷度大幅下降；
2、骨架主体、覆盖层、防腐蚀层、相变材料在选材上，可有多种搭配，应用范围广且制造成本低；
3、避免了成核剂沉降所带来的过冷性质不均匀，泡沫骨架保证了传热性质均匀，极大地提升了换热效率。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为一个实施例中，储能结构的结构示意简图；
图2为图1中的孔洞结构细节示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1、图2所示，一种相变材料3的容纳结构，包括骨架主体1，所述骨架主体1含有多个用于容纳相变材料3的孔洞；所述孔洞内具有可诱导所述相变材料成核的覆盖层2。
骨架主体1的主要作用之一是为相变材料3提供容纳的空间(即孔洞)，因此一般情况下，骨架主体1可以是单一物质组成的固体，例如金属铜、铝或者碳基材料，它们可以是实心的也可以是空心的；当然，也不排除骨架主体1是由不同的物质组成，一些情况下，骨架主体1也可以具有可拆卸的结构。现有技术中，泡沫材料(如开孔型的泡沫金属、泡沫塑料、泡沫碳)特别适合作为骨架主体1，原因在于这些材料可以直接在市场上获得，另外它们被制造出来后具有的泡孔可以直接作为孔洞来使用。
孔洞的大小、形状可以是多样的，它们可以相互连通，也可以是部分连通，在一些特殊的情况下，它们也可以是不连通的。当然，连通是最好的，这样更便于填充、放置相变材料在其中。孔洞的内表面可以是经过防腐蚀处理的，也可以是未经过防腐蚀处理的。
为了使至于其中的相变材料的过冷度有更显著的下降，孔洞的PPI(又称“PoresPer Linear Inch”，中文意思为“空隙密度单位”)值以及孔隙率在取值上是有讲究的。一般来说，所述孔洞的PPI值为5以上，所述孔洞的孔隙率在70％至95％之间，效果会比较好。当采用孔隙率为85％～95％的泡沫材料时，可以充分留有填充相变材料空间，保证填充相变材料后的复合材料整体具有接近同体积下的相变材料本身具有的潜热量。
至于相变材料3，它可以是各种类型或者相态的。它可以是混合物，也可以是纯净物。可以是固体材料，也可以是液体材料或气体材料。甚至可以是是固液材料、固气材料、液气材料、固液气材料。在一些情况下，相变材料具体可以是水蒸气(气体)、添加有分散纳米颗粒的水溶液(固液)、融化状态的石蜡(液体)或充有气泡的水(气液)等。
容纳结构特别适用容纳那些凝结时会出现显著过冷度的材料。例如无机材料中，含水凝胶、结晶水合盐、纯水等材料的凝结过冷度大。例如有机材料中，醇类，酯类，糖类以及羧酸类等具有-OH，-COOH吸水性的官能基团的材料过冷度较大。这些材料都适宜放到容纳结构中。
覆盖层2采用了成核材料(成核剂)，用于诱导相变材料3成核，所以在使用所述容纳结构时，覆盖层2是相变材料3是直接接触的。使用成核剂来诱导相变材料成核，其理论和做法是成熟的。
覆盖层2可以为具有微纳尺寸形貌的粗糙结构物质，也可以是与相变材料凝结后的晶体具有形同晶体结构的与近似晶格常数的固态物质。也可以是不但具有微纳形貌，也有与相变材料凝结后的晶体具有形同晶体结构的与近似晶格常数的固态物质。
现有技术中，诱导成核一般的方式是，将成核剂添加到相变材料中(如将成核剂添加到水中)；而将成核材料作为相变材料3的包裹物(即覆盖层2)，可在降低相变材料3的过冷度方面，起到意想不到的、更好的效果；同时也避免了在相变材料中直接添加成核剂造成的颗粒沉降的问题的发生。
大多数情况下，覆盖层2和骨架主体1的材料是不相同的，但不排除一些情况下，它们是一体成型并具有相同材质的。
在一些情况下，覆盖层2的存在，可将相变材料3与孔洞内壁完全隔离；但另一些情况下，覆盖层2也可以是不完全覆盖孔洞内壁的。
覆盖层2的常见制作方式是涂覆或者化学浸镀，当然本领域技术人员也可根据实际需要而采用其他的现有技术。
一些情况下，孔洞内壁与覆盖层2直接衔接；一些情况下，所述孔洞内壁面与所述覆盖层2间设有防腐蚀层，其主要目的是为了防止覆盖层2/相变材料3和骨架主体1直接接触而发生腐蚀。
防腐蚀性手段可以是镀覆单层防腐蚀性物质，如金、钨、钼、铂等等耐腐蚀金属。也可以是镀覆具有多层结构的防护层。在一些情况下，所述防腐蚀层包括第一防护层以及第二防护层，此时，孔洞内壁和第一防护层相接，第一防护层和第二防护层相接，第二防护层和覆盖层2相接。例如对于泡沫金铜表面需要在镀金之前，在泡沫铜表面镀覆一层镍，之后再镀金。这样，镍层与金层共同组成了防腐蚀性层。
当然，防腐蚀层也可以具有更多层的结构，在此不作详述。
基于前述的容纳结构，当其内部填充了相变材料后，便是一种具有低过冷度的储能结构。
为使本领域技术人员更进一步地理解前述技术方案和技术效果，下面列举两个更具体的例子，用以说明储能结构的制备，以及带来的技术效果。
实施例1
实施步骤如下：
(1)选择PPI为100，孔隙率为90％的开孔泡沫铜，将其进行清洗以及表面活化工作，除油→水洗→除氧化膜→水洗→酸洗→水洗。
(2)对清洗后的泡沫铜化学镀镍，厚度控制在数百纳米至1微米之间即可，清洗，并镀金,镀金厚度控制在100纳米即可，随后清洗并保存镀件。此时得到的是泡沫金属材料(即骨架主体1)，而这样的泡沫材料是经防腐蚀处理的。
(3)此处在防腐蚀处理后的泡沫金属材料表面制备诱导相变材料凝结成核的覆盖层2，即对孔洞表面化学镀银。镀银厚度以镀层近乎或完全显现为纯银色为准。一般厚度掌控在100纳米或以上即可。之后洗净、烘干。再于光线昏暗场所浸入碘的无水乙醇溶液浸泡2h。取出，用无水乙醇清洗至少3遍，并浸泡10min以上。最后取出晾干。即得到了覆盖有诱导纯水结冰成核覆盖层2的容纳结构。
(4)由于所制得的覆盖有诱导纯水结冰成核覆盖层2的多孔材料(即容纳结构)已经超亲水，因而将所制得的覆盖有诱导纯水结冰成核覆盖层2的多孔材料直接浸入纯水中即可填满水。这样便得到了能够实现低过冷度结冰的复合相变蓄冷材料(即得到储能结构)。
本实施例中，运用DSC测量手段，发现镀覆了诱导纯水结冰成核覆盖层2的容纳结构能够使得纯水的过冷度降低至2摄氏度。此结果表明，过冷度改善效果在该领域内表现优异。与该研究领域里其他冰蓄冷材料相比，不但该复合材料过冷度很低，而且拥有其他材料无法比拟的高热导率、高潜热。该复合材料也维持了相变过程的低过热度(融化点几乎不变)。不存在添加颗粒带来的沉降问题(会导致储能性质不均匀且不稳定)。该结果也要大大优于单纯使用泡沫铜来降低过冷度的效果。
实施例2
对蓄冷材料，要求质量轻的情况下，实施步骤可以如下：
(1)选择PPI为100，孔隙率为90％的开孔泡沫铝。对其进行清洗以及表面活化。除油→水洗→除氧化膜→水洗→酸洗→水洗。
(2)对清洗后的泡沫铝进行防腐蚀处理，可以选择镀铂等金属，但相对来说，镀金成本较低。具体的流程为：镀锌→清洗→镀镍→清洗→化学浸镀金→清洗。镀锌厚度在数十纳米以及以上即可(第一防护层)，镀镍(第二防护层)厚度在数百纳米至1微米之间，镀金(第三防护层)厚度100纳米即可。
(3)镀银→清洗→烘干。之后浸泡于碘的无水乙醇溶液中2h。浸泡过程需要在昏暗或者暗室场所进行。镀银(覆盖层2)厚度以镀层近乎或完全显现为纯银色为准。一般100纳米或以上即可。
(4)从碘的无水乙醇中取出泡沫件。于昏暗场所，用无水乙醇冲洗3遍，并浸泡10min，最后晾干，由此得到容纳结构。
(5)将容纳结构与4％酒精混合。得到了过冷度低、质量轻、热导率高，相变潜热高且维持了低过热度的复合相变材料(即储能结构)。
采用DSC测量手段检测，过冷度约可降至0.4摄氏度。此结果与该领域内的其他研究成果相比表现优异。同时无过热度。且该结构也能够兼顾重量轻、储能密度大的优点。
综上两个实施例可以看出，储能结构不仅适用于纯水结冰，也能够适用于如酒精等相变材料。在各种相变材料中(有机或者无机)，水的过冷度是非常大的，如果本储能结构能够显著降低水结冰的过冷度，只要能够保证相变材料不与诱导相变材料的凝结成核的覆盖层以及泡沫材料发生化学反应，那么同理也能够降低其他任何相变材料的过冷度。且降低过冷度效果要明显优于单独添加诱导相变材料凝结成核的覆盖物颗粒作为成核剂的效果，也要明显优于直接采用原始泡沫材料与相变材料混合的效果。
总结性地，本发明披露了一种用于制备所述容纳结构的方法，包括以下步骤：清洗所述骨架主体，所述骨架主体含有多个用于容纳所述相变材料的孔洞；在所述骨架主体的孔洞内表面进行化学浸镀或者电镀，以形成防腐蚀的镀层；在所述镀层表面制备出所述覆盖层。
总结性地，本发明披露了一种用于制备所述储能结构的方法，包括以下步骤：以泡沫金属作为所述骨架主体；对所述泡沫金属进行表面清洗；对所述泡沫金属的孔洞内表面进行化学浸镀或者电镀形成防腐蚀的镀层；在所述镀层表面制备出所述覆盖层；将所述相变材料填充进具有所述覆盖层的骨架主体内。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构，包括骨架主体，其特征在于：所述骨架主体含有多个用于容纳相变材料的孔洞；
所述容纳结构适用容纳那些凝结时会出现显著过冷度的无机材料或有机材料；所述无机材料选自凝结过冷度大的含水凝胶、结晶水合盐、纯水材料；所述有机材料选自过冷度较大的醇类，酯类，糖类以及羧酸类具有-OH，-COOH吸水性的官能基团的材料；
所述孔洞内设有可诱导所述相变材料成核的覆盖层；所述覆盖层为具有微纳尺寸形貌的粗糙结构物质，或是与相变材料凝结后的晶体具有形同晶体结构与近似晶格常数的固态物质，或者所述覆盖层为不但具有微纳形貌，也有与相变材料凝结后的晶体具有形同晶体结构与近似晶格常数的固态物质；
所述骨架主体为泡沫金属，所述孔洞相互连通；所述孔洞内壁面与所述覆盖层间设有防腐蚀层；所述防腐蚀层包括第一防护层以及第二防护层；孔洞内壁和第一防护层相接，第一防护层和第二防护层相接，第二防护层和覆盖层相接。
2.根据权利要求1所述的容纳结构，其特征在于：所述孔洞的PPI值为5以上。
3.根据权利要求1所述的容纳结构，其特征在于：所述孔洞的孔隙率在70％至95％之间。
4.权利要求1-3中任一项所述的容纳结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
清洗所述骨架主体，所述骨架主体含有多个用于容纳所述相变材料的孔洞；在所述骨架主体的孔洞内表面进行化学浸镀或者电镀，以形成防腐蚀的镀层；
在所述镀层表面制备出所述覆盖层。
5.一种具有低过冷度的储能结构，其特征在于：包括权利要求4所述的容纳结构的制备方法制得的容纳结构，以及填充于所述孔洞内的相变材料。
6.一种用于制备权利要求5所述的具有低过冷度的储能结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：
以泡沫金属作为所述骨架主体；
对所述泡沫金属进行表面清洗；
对所述泡沫金属的孔洞内表面进行化学浸镀或电镀并形成防腐蚀的镀层；
在所述镀层表面制备出所述覆盖层；
将所述相变材料填充进具有所述覆盖层的骨架主体内。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810456269.9A CN108645260B (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构及制备该结构的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810456269.9A CN108645260B (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构及制备该结构的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108645260A CN108645260A (zh) | 2018-10-12 |
| CN108645260B true CN108645260B (zh) | 2020-08-11 |
Family
ID=63755165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810456269.9A Expired - Fee Related CN108645260B (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构及制备该结构的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108645260B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109631646A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-16 | 安徽智磁新材料科技有限公司 | 利用多孔碳和铁磁流体的蓄热装置和方法 |
| CN109631647A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-16 | 安徽智磁新材料科技有限公司 | 利用泡沫铜和铁磁流体的蓄热方法和装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102585776A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-07-18 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 三维石墨烯/相变储能复合材料及其制备方法 |
| CN103436240A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-12-11 | 北京航空航天大学 | 一种泡沫金属复合相变材料及其制备方法 |
| CN104140786A (zh) * | 2013-05-09 | 2014-11-12 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种复合相变储热材料 |
| CN104745149A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-07-01 | 北京科技大学 | 一种含碳材料金属有机骨架基复合相变材料的制备方法 |
| CN204757778U (zh) * | 2015-03-17 | 2015-11-11 | 东南大学 | 一种泡沫金属换热结构 |
| CN106497522A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-15 | 中南大学 | 一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料及制备方法 |
| CN107794003A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 湖北赛默新能源科技有限公司 | 钙基金属有机骨架封装六水氯化钙的复合相变材料 |
| CN107936777A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-04-20 | 梧州三和新材料科技有限公司 | 一种三维网络多孔导热散热器件及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6988304B2 (en) * | 2001-06-14 | 2006-01-24 | Aircraft Braking Systems Corporation | Method of containing a phase change material in a porous carbon material and articles produced thereby |
| US9410747B2 (en) * | 2011-12-06 | 2016-08-09 | Korea Institute Of Construction Technology | Porous material having micropores capable of storing and releasing heat by phase change and preparation method thereof |
| GB201411286D0 (en) * | 2014-06-25 | 2014-08-06 | Universit� De Mons And Universit� Libre De Bruxelles | Hygroscopic composite material |
| JP6705365B2 (ja) * | 2016-11-03 | 2020-06-03 | 株式会社デンソー | 潜熱蓄熱体の製造方法 |
-
2018
- 2018-05-14 CN CN201810456269.9A patent/CN108645260B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102585776A (zh) * | 2012-01-20 | 2012-07-18 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 三维石墨烯/相变储能复合材料及其制备方法 |
| CN104140786A (zh) * | 2013-05-09 | 2014-11-12 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种复合相变储热材料 |
| CN103436240A (zh) * | 2013-07-30 | 2013-12-11 | 北京航空航天大学 | 一种泡沫金属复合相变材料及其制备方法 |
| CN104745149A (zh) * | 2015-03-05 | 2015-07-01 | 北京科技大学 | 一种含碳材料金属有机骨架基复合相变材料的制备方法 |
| CN204757778U (zh) * | 2015-03-17 | 2015-11-11 | 东南大学 | 一种泡沫金属换热结构 |
| CN107794003A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 湖北赛默新能源科技有限公司 | 钙基金属有机骨架封装六水氯化钙的复合相变材料 |
| CN106497522A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-15 | 中南大学 | 一种泡沫金刚石增强石蜡相变储能材料及制备方法 |
| CN107936777A (zh) * | 2018-01-03 | 2018-04-20 | 梧州三和新材料科技有限公司 | 一种三维网络多孔导热散热器件及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108645260A (zh) | 2018-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Purohit et al. | Inorganic salt hydrate for thermal energy storage application: A review | |
| Li et al. | Review of cold storage materials for subzero applications | |
| Ghosh et al. | Strategies for phase change material application in latent heat thermal energy storage enhancement: Status and prospect | |
| Nie et al. | Review on phase change materials for cold thermal energy storage applications | |
| Li et al. | Review on tailored phase change behavior of hydrated salt as phase change materials for energy storage | |
| Vasu et al. | Corrosion effect of phase change materials in solar thermal energy storage application | |
| Li et al. | Review of cold storage materials for air conditioning application | |
| Dixit et al. | Salt hydrate phase change materials: Current state of art and the road ahead | |
| CN101171318B (zh) | 蓄热性物质、蓄热剂、蓄热材料、传热介质、保冷剂、保冷材料、蓄热剂用熔点调节剂、蓄热剂用过冷却防止剂、以及蓄热剂、传热介质和保冷剂中任意一种的主剂的制造方法 | |
| CN108645260B (zh) | 一种实现低过冷度的相变储能材料的容纳结构及制备该结构的方法 | |
| CN201589481U (zh) | 利用海水制取流化冰的*** | |
| Anand et al. | Cycle test stability and corrosion evaluation of phase change materials used in thermal energy storage systems | |
| JP3324392B2 (ja) | 蓄熱材 | |
| CN104745149A (zh) | 一种含碳材料金属有机骨架基复合相变材料的制备方法 | |
| Kang et al. | Research status of ice-storage air-conditioning system | |
| CA1327697C (en) | Phase change thermal energy storage material | |
| Chen et al. | A review of the application of hydrated salt phase change materials in building temperature control | |
| Man et al. | Review on the thermal property enhancement of inorganic salt hydrate phase change materials | |
| Bukhalkin et al. | Phase change materials in energy: current state of research and potential applications | |
| JPH08504872A (ja) | 新規なクラスレート生成媒体及び熱エネルギー貯蔵装置内でのその利用並びに熱エネルギーの貯蔵及び転移の方法 | |
| Hirano | Thermal Energy Storage and Transport | |
| CN205048615U (zh) | 一种冷水机组自然冷源热管式蓄冷*** | |
| Dehghan et al. | Latent thermal energy storage | |
| KR20070020712A (ko) | 중 냉식 축냉열 시스템 | |
| CN201277771Y (zh) | 一种利用热泵节能真空制取二元冰*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200811 |