CN109870061A - 一种相变储能装置及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相变储能装置及其制备方法，包括外壳、储能球，所述外壳设为筒状结构，外壳内填充储能球，所述储能球包括球壳、相变储能材料，所述相变储能材料放在球壳内，所述相变储能材料采用石蜡或者其石墨烯复合相变材料。本发明能够将有机相变材料浸润到石墨烯气凝胶中，制备成石墨烯复合相变材料，而且将石墨烯复合相变材料制备成球形，放入到金属的球形壳内形成储能球，并将储能球封装在筒状的外壳内，方便使用，储能球与经过储能装置的导热工质接触面积大，有利于热传导的顺利进行，储能球内的石墨烯气凝胶也能够增加石蜡的导热能力，便于石蜡内的热量传导。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种相变储能装置及其制备方法。
背景技术
蓄能作为热力***的重要环节，受到越来越多的研究学者和公司的重视。按照主流的分类，蓄能技术可分为：显热蓄能、潜热蓄能和热化学蓄能。
国内外对蓄能的研究主要集中在两个领域：首先是太阳能集热电，探宄蓄能装置在太阳能集热***中的性能与作用；其次为蓄能技术在建筑节能领域的应用，多关注蓄能技术在民用或商用建筑的空调、制冷、采暖及热水供应***中的应用。其中，太阳能热发电领域多采用中高温蓄能技术，而在建筑节能领域，主要是开发中低温蓄热装置进行供暖、通风及空调。
蓄能材料按照组成可分为无机蓄冷材料和有机蓄冷材料，结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金均属于无机蓄能材料，结晶水合盐是利用脱出和吸收结晶水使盐溶解吸热或放热来达到储能的目的，其熔点范围从几摄氏度到一百多摄氏度，是中低温储能相变材料的中药一类，它们的特点是导热系数较大、储能密度大、熔解热高、价格便宜、用途广泛。通常用得较多的是磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、碱金属和碱土金属的卤化盐等。有机相变材料主要有石蜡类、脂肪酸类、醇类等。石蜡类相变蓄冷材料已经被广泛采用。石蜡是一种混合物，主要由直链烷烃混合而成，CnH2n+2。作为相变储能材料，石蜡具有很多优点，发生相变时蒸汽压低、无过冷现象、化学性质稳定、熔解热高、结晶时无析出自成核、无毒无刺激性气味、价格低等。石蜡的熔点和熔解热能够随着碳链的增长而增大，从而能够得到一系列不同相变温度的储能材料，并在碳链增长到一定程度，熔点的增加值变小，最终趋于一定值。但是石蜡也有他不足的地方，如导热性能差等问题，非石蜡类有机相变材料包括脂肪酸、醋、醇和某些聚合物等。它们的优点很多，熔点范围为之间，熔化热为，过冷及腐蚀性较小、不易发生相分离、固体成型好，同样地，缺点也是导热性较差。所以解决有机相变储能材料的导热性问题，和增加其储能装置的导热面积，是缩短其储能时间的关键。
发明内容
为克服所述不足，本发明的目的在于提供一种相变储能装置及其制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种相变储能装置，包括外壳、储能球，所述外壳设为筒状结构，外壳内填充储能球，所述储能球包括球壳、相变储能材料，所述相变储能材料放在球壳内。
具体地，所述外壳包括内层和外层，内层和外层中间填充保温材料，所述保温层材料选用聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
具体地，所述外壳的一端设为蒸发段，另一端设为冷凝段。
具体地，所述球壳采用铁、铜制成。
具体地，所述相变储能材料采用石蜡或者其石墨烯复合相变材料。
一种相变储能装置的制备方法，包括以下步骤：
D1制备石墨烯复合相变材料
首先，制备石墨烯气凝胶
向去离子水中加入大尺寸氧化石墨烯，超声分散1h制备浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，再加入碳纳米管，超声分散30min，氧化石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1，得到混合液，向混合液中滴入两滴氨水，搅拌30min，得混合分散液，将混合分散液放入球形模具内，将其转移到管式炉中，在水合肼氛围下，加热至80-90℃，保持24h，进行水热反应，得到球形水凝胶，用20％水醇溶液透析6h，冰箱冷冻后，再用冻干机冷冻干燥，得到石墨烯气凝胶，冷冻干燥时，冻干机保持10Pa以下的真空度，冷冻干燥处理24-48h；
其次，制备石墨烯复合相变材料
将石墨烯气凝胶置于管式炉中退火，以抽真空-注水氮气的方式进行气体置换3次，在氮气气氛下以5℃/min的速度升温至800-900℃，并保持5h后，再以5℃/min的速度降至室温，得到退火后的石墨烯气凝胶，将经过退火后的石墨烯气凝胶浸渍于溶解有石蜡的二氯甲烷中，充分吸收后，取出，在常压室温下，放置12-24h，待二氯甲烷挥发后，再将其置于30℃的真空烘箱中干燥24h,得到球形石墨烯复合相变材料；
D2制备储能球
将制备的球形复合相变材料放入到球壳内，并密封；
D3将储能球放入外壳内，制成相变储能装置。
本发明具有以下有益效果：将有机相变材料浸润到石墨烯气凝胶中，制备成石墨烯复合相变材料，而且将石墨烯复合相变材料制备成球形，放入到金属的球形壳内形成储能球，并将储能球封装在筒状的外壳内，方便使用，储能球与经过储能装置的导热工质接触面积大，有利于热传导的顺利进行，储能球内的石墨烯气凝胶也能够增加石蜡的导热能力，便于石蜡内的热量传导。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的储能球结构示意图。
图中1外壳，11蒸发段，12冷凝段，2储能球，21球壳，22石墨烯气凝胶，23相变储能材料。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
根据图1、图2所示的一种相变储能装置，包括外壳、储能球，所述外壳设为筒状结构，外壳内填充储能球，所述储能球包括球壳、相变储能材料，所述相变储能材料放在球壳内。
具体地，所述外壳包括内层和外层，内层和外层中间填充保温材料，所述保温层材料选用聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
具体地，所述外壳的一端设为蒸发段，另一端设为冷凝段。
具体地，所述球壳采用铁、铜制成。
具体地，所述相变储能材料采用石蜡或者其石墨烯复合相变材料。
一种相变储能装置的制备方法，包括以下步骤：
D1制备石墨烯复合相变材料
首先，制备石墨烯气凝胶
向去离子水中加入大尺寸氧化石墨烯，超声分散1h制备浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，再加入碳纳米管，超声分散30min，氧化石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1，得到混合液，向混合液中滴入两滴氨水，搅拌30min，得混合分散液，将混合分散液放入球形模具内，将其转移到管式炉中，在水合肼氛围下，加热至80℃，保持24h，进行水热反应，得到球形水凝胶，用20％水醇溶液透析6h，冰箱冷冻后，再用冻干机冷冻干燥，得到石墨烯气凝胶，冷冻干燥时，冻干机保持10Pa以下的真空度，冷冻干燥处理24-48h；
其次，制备石墨烯复合相变材料
将石墨烯气凝胶置于管式炉中退火，以抽真空-注水氮气的方式进行气体置换3次，在氮气气氛下以5℃/min的速度升温至800℃，并保持5h后，再以5℃/min的速度降至室温，得到退火后的石墨烯气凝胶，将经过退火后的石墨烯气凝胶浸渍于溶解有石蜡的二氯甲烷中，充分吸收后，取出，在常压室温下，放置12h，待二氯甲烷挥发后，再将其置于30℃的真空烘箱中干燥24h,得到球形石墨烯复合相变材料；
D2制备储能球
将制备的球形复合相变材料放入到球壳内，并密封；
D3将储能球放入外壳内，制成相变储能装置。
实施例二
一种相变储能装置，包括外壳、储能球，所述外壳设为筒状结构，外壳内填充储能球，所述储能球包括球壳、相变储能材料，所述相变储能材料放在球壳内。
具体地，所述外壳包括内层和外层，内层和外层中间填充保温材料，所述保温层材料选用聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
具体地，所述外壳的一端设为蒸发段，另一端设为冷凝段。
具体地，所述球壳采用铁、铜制成。
具体地，所述相变储能材料采用石蜡或者其石墨烯复合相变材料。
一种相变储能装置的制备方法，包括以下步骤：
D1制备石墨烯复合相变材料
首先，制备石墨烯气凝胶
向去离子水中加入大尺寸氧化石墨烯，超声分散1h制备浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，再加入碳纳米管，超声分散30min，氧化石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1，得到混合液，向混合液中滴入两滴氨水，搅拌30min，得混合分散液，将混合分散液放入球形模具内，将其转移到管式炉中，在水合肼氛围下，加热至85℃，保持24h，进行水热反应，得到球形水凝胶，用20％水醇溶液透析6h，冰箱冷冻后，再用冻干机冷冻干燥，得到石墨烯气凝胶，冷冻干燥时，冻干机保持10Pa以下的真空度，冷冻干燥处理30h；
其次，制备石墨烯复合相变材料
将石墨烯气凝胶置于管式炉中退火，以抽真空-注水氮气的方式进行气体置换3次，在氮气气氛下以5℃/min的速度升温至840℃，并保持5h后，再以5℃/min的速度降至室温，得到退火后的石墨烯气凝胶，将经过退火后的石墨烯气凝胶浸渍于溶解有石蜡的二氯甲烷中，充分吸收后，取出，在常压室温下，放置18h，待二氯甲烷挥发后，再将其置于30℃的真空烘箱中干燥24h,得到球形石墨烯复合相变材料；
D2制备储能球
将制备的球形复合相变材料放入到球壳内，并密封；
D3将储能球放入外壳内，制成相变储能装置。
实施例三
一种相变储能装置，包括外壳、储能球，所述外壳设为筒状结构，外壳内填充储能球，所述储能球包括球壳、相变储能材料，所述相变储能材料放在球壳内。
具体地，所述外壳包括内层和外层，内层和外层中间填充保温材料，所述保温层材料选用聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
具体地，所述外壳的一端设为蒸发段，另一端设为冷凝段。
具体地，所述球壳采用铁、铜制成。
具体地，所述相变储能材料采用石蜡或者其石墨烯复合相变材料。
一种相变储能装置的制备方法，包括以下步骤：
D1制备石墨烯复合相变材料
首先，制备石墨烯气凝胶
向去离子水中加入大尺寸氧化石墨烯，超声分散1h制备浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，再加入碳纳米管，超声分散30min，氧化石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1，得到混合液，向混合液中滴入两滴氨水，搅拌30min，得混合分散液，将混合分散液放入球形模具内，将其转移到管式炉中，在水合肼氛围下，加热至88℃，保持24h，进行水热反应，得到球形水凝胶，用20％水醇溶液透析6h，冰箱冷冻后，再用冻干机冷冻干燥，得到石墨烯气凝胶，冷冻干燥时，冻干机保持10Pa以下的真空度，冷冻干燥处理40h；
其次，制备石墨烯复合相变材料
将石墨烯气凝胶置于管式炉中退火，以抽真空-注水氮气的方式进行气体置换3次，在氮气气氛下以5℃/min的速度升温至860℃，并保持5h后，再以5℃/min的速度降至室温，得到退火后的石墨烯气凝胶，将经过退火后的石墨烯气凝胶浸渍于溶解有石蜡的二氯甲烷中，充分吸收后，取出，在常压室温下，放置20h，待二氯甲烷挥发后，再将其置于30℃的真空烘箱中干燥24h,得到球形石墨烯复合相变材料；
D2制备储能球
将制备的球形复合相变材料放入到球壳内，并密封；
D3将储能球放入外壳内，制成相变储能装置。
实施例四
一种相变储能装置，包括外壳、储能球，所述外壳设为筒状结构，外壳内填充储能球，所述储能球包括球壳、相变储能材料，所述相变储能材料放在球壳内。
具体地，所述外壳包括内层和外层，内层和外层中间填充保温材料，所述保温层材料选用聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
具体地，所述外壳的一端设为蒸发段，另一端设为冷凝段。
具体地，所述球壳采用铁、铜制成。
具体地，所述相变储能材料采用石蜡或者其石墨烯复合相变材料。
一种相变储能装置的制备方法，包括以下步骤：
D1制备石墨烯复合相变材料
首先，制备石墨烯气凝胶
向去离子水中加入大尺寸氧化石墨烯，超声分散1h制备浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，再加入碳纳米管，超声分散30min，氧化石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1，得到混合液，向混合液中滴入两滴氨水，搅拌30min，得混合分散液，将混合分散液放入球形模具内，将其转移到管式炉中，在水合肼氛围下，加热至90℃，保持24h，进行水热反应，得到球形水凝胶，用20％水醇溶液透析6h，冰箱冷冻后，再用冻干机冷冻干燥，得到石墨烯气凝胶，冷冻干燥时，冻干机保持10Pa以下的真空度，冷冻干燥处理48h；
其次，制备石墨烯复合相变材料
将石墨烯气凝胶置于管式炉中退火，以抽真空-注水氮气的方式进行气体置换3次，在氮气气氛下以5℃/min的速度升温至900℃，并保持5h后，再以5℃/min的速度降至室温，得到退火后的石墨烯气凝胶，将经过退火后的石墨烯气凝胶浸渍于溶解有石蜡的二氯甲烷中，充分吸收后，取出，在常压室温下，放置24h，待二氯甲烷挥发后，再将其置于30℃的真空烘箱中干燥24h,得到球形石墨烯复合相变材料；
D2制备储能球
将制备的球形复合相变材料放入到球壳内，并密封；
D3将储能球放入外壳内，制成相变储能装置。
本发明不局限于所述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种相变储能装置，其特征在于：包括外壳、储能球，所述外壳设为筒状结构，外壳内填充储能球，所述储能球包括球壳、相变储能材料，所述相变储能材料放在球壳内。
2.根据权利要求1所述的一种相变储能装置，其特征在于：所述外壳包括内层和外层，内层和外层中间填充保温材料，所述保温层材料选用聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。
3.根据权利要求1所述的一种相变储能装置，其特征在于：所述外壳的一端设为蒸发段，另一端设为冷凝段。
4.根据权利要求1所述的一种相变储能装置，其特征在于：所述球壳采用铁、铜制成。
5.根据权利要求1所述的一种相变储能装置，其特征在于：所述相变储能材料采用石蜡或者其石墨烯复合相变材料。
6.一种相变储能装置的制备方法，包括以下步骤：
D1制备石墨烯复合相变材料
首先，制备石墨烯气凝胶；
其次，制备石墨烯复合相变材料；
D2制备储能球
将制备的球形复合相变材料放入到球壳内，并密封；
D3将储能球放入外壳内，制成相变储能装置。
7.根据权利要求6所述的一种相变储能装置的制备方法，其特征在于：所述制备石墨烯气凝胶的步骤为：制备石墨烯复合相变材料向去离子水中加入大尺寸氧化石墨烯，超声分散1h制备浓度为5mg/mL的氧化石墨烯水溶液，再加入碳纳米管，超声分散30min，氧化石墨烯与碳纳米管的质量比为1:1，得到混合液，向混合液中滴入两滴氨水，搅拌30min，得混合分散液，将混合分散液放入球形模具内，将其转移到管式炉中，在水合肼氛围下，加热至80-90℃，保持24h，进行水热反应，得到球形水凝胶，用20％水醇溶液透析6h，冰箱冷冻后，再用冻干机冷冻干燥，得到石墨烯气凝胶，冷冻干燥时，冻干机保持10Pa以下的真空度，冷冻干燥处理24-48h。
8.根据权利要求6所述的一种相变储能装置的制备方法，其特征在于：所述制备石墨烯复合相变材料的步骤为：将石墨烯气凝胶置于管式炉中退火，以抽真空-注水氮气的方式进行气体置换3次，在氮气气氛下以5℃/min的速度升温至800-900℃，并保持5h后，再以5℃/min的速度降至室温，得到退火后的石墨烯气凝胶，将经过退火后的石墨烯气凝胶浸渍于溶解有石蜡的二氯甲烷中，充分吸收后，取出，在常压室温下，放置12-24h，待二氯甲烷挥发后，再将其置于30℃的真空烘箱中干燥24h,得到球形石墨烯复合相变材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190611 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |