专利名称：一种高温储热材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及储热材料领域，特别涉及一种太阳能高温蒸汽发电用储热材料的制备方法。
背景技术：
储热方案设计是太阳能蒸汽发电中的重要技术，储热材料的性能及成本是决定大型太阳能电厂的建设费用及运行成本的主要因素之一。用于太阳能发电中的储热材料应满足如下要求储热材料应有高的能量密度；储热材料与热交换液体应有良好的热传导；储热材料应有良好的化学和力学稳定性；储热材料与热交换器及热交换液体之间有良好的化学相容性；在储热及放热循环过程中应完全可逆；低成本。工作温度的高低直接决定了系统的热效率，提高储热材料的工作温度具有重要的意义。
目前用作太阳能蒸汽发电中的储热材料主要有熔盐(KNO3、NaNO3或两者的混合物)，铁矿石。但熔盐存在着一个非常明显的缺陷是其较强的腐蚀性，对热交换管道及其它附属设施具有非常强的腐蚀行为，由此增加了电厂的运行成本，亦降低了系统安全稳定性能。铁矿石则由于呈松散堆积状态，不利于储热和放热过程，影响系统的效率。混凝土储热材料由于具有性能稳定、成本低、储热能力强等诸多优点，是用于太阳能蒸汽发电的理想候选储热材料之一。文献(1)报道了日本学者的美国专利，其中以硫酸钠，氯化铵，溴化钠以及硫酸铵为主要原料组成的储热材料。文献(2)的专利则报道了用于太阳能储热材料，主要的成分是氯化钠。文献(3-5)报道了低温度下，在建筑房屋使用的脂肪酸类相变储热材料。文献(6-7)则报道了以石蜡和膨胀石墨组成的相变储热材料。但以上文献中报道的储热材料，要么是成本太高，要么只能在低温度下使用，而作为太阳能用的储热材料，必须要在低成本的前提下，考虑其使用的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高温储热材料的制备方法，该方法实用性强，其生产出的新型高温低水泥混凝土储热材料，具有低成本和优异的综合性能，因而能够满足作为太阳能高温蒸汽发电能用的储热材料的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括选材、配料和制备步骤，其以玄武岩、铝矾土为骨料，添加硅微粉、铝酸盐水泥和纳米尺度蓝晶石、天然石墨微粉为原料，制备作为太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
(1)原料组成及成分范围原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料25～50％，粒度10～30mm；铝矾土骨料25～38％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥3～10％；500目蓝晶石5～20％；500目硅微粉1～5％；800目天然石墨1～5％；高效复合减水剂0.2～1％。
(2)制备将上述原料经干混均匀后，加4～6％的水，再混合均匀置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下置于水中养护72小时，然后在100～120℃温度下烘烤24小时即可。
本发明的创新之处在于采用充分利用微粉技术，同时采用高效减水剂及低掺量铝酸盐水泥作为胶结剂，不仅大幅降低储热材料中水泥的用量(就降低了原料的生产能耗)和拌和用水量，还能大幅提高储热材料在工作温度下(700～1300℃)的稳定性及使用寿命；更为重要的是，选用500目细度，纯度大于95％的硅微粉细粉，在水化合成中，同活性氧化铝粉生成莫来石，使储热材料能够在具有高温工作温度，同时添加的蓝晶石粉在高温时，可以转变成莫来石，使试样内部产生一定的膨胀抵消了试样的收缩，进一步提高了材料的强度。此外，添加的石墨具有优异吸热、储热等性能，进一步提高储热材料的储热、放热效率。
具体实施例方式
本发明是一种以玄武岩为粗骨料、铝矾土熟料为细骨料；以铝酸盐水泥为胶结剂；添加硅微粉、活性氧化铝粉、天然石墨粉、蓝晶石等微粉，外加高效复合减水剂0.2～1％，制备高温储热材料的方法。硅微粉选用500目细度，纯度大于95％的细粉；在水化合成中，同活性氧化铝粉生成莫来石，使储热材料能够在具有高温工作温度。高效复合减水剂采用新型的改性萘系减水剂和高效分散剂，不仅起到减水增强的作用，同时使合成料的流动性得到了明显的改善。本发明制备的储热材料的工作温度可高达1300℃。具体如下1.原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料25～50％，粒度10～30mm；铝矾土骨料25～38％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥3～10％；500目蓝晶石5～20％；活性氧化铝粉1～8％；500目硅微粉1～5％；800目天然石墨1～5％；高效复合减水剂0.2～1％。
2.制备将上述原料经干混均匀后，加4～6％的水，再混合均匀置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下置于水中养护72小时，然后在100～120℃温度下烘烤24小时即可。
下面举出几个实例对本发明作进一步说明，而不是限定本发明。
实施例1原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料37％，粒度10～30mm；铝矾土骨料33％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥8％；500目活性氧化铝粉5％；500目蓝晶石7％；500目硅微粉5％；800目天然石墨5％；外加高效复合减水剂0.3％。
上述原料经干混均匀后，加5％的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下水中养护72小时后，在100～120℃温度下烘烤24小时。储热材料的密度为2.88g/cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥60MPa，抗折强度≥10MPa，综合热分析仪上测得体积热容125kWh/m3，导热仪测得热导率1.88W/mK，耐火度1590℃。本例所得到的储热材料能够用作太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
实施例2原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料35％，粒度10～30mm；铝矾土骨料35％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥6％；500目活性氧化铝粉4％；500目蓝晶石11％；500目硅微粉5％；800目天然石墨4％；外加高效复合减水剂0.5％。
原料经配料干混均匀后，加5.5％的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下水中养护72小时后，在100～120℃温度下烘烤24小时。储热材料的密度为2.86g/cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥70MPa，抗折强度σb≥11MPa，体积热容128kWh/m3，热导率1.82W/mK，耐火度1590℃。本例所得到的储热材料能够用作太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
实施例3原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料30％，粒度10～30mm；铝矾土骨料40％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥5％；500目活性氧化铝粉8％；500目蓝晶石9％；500目硅微粉3％；800目天然石墨5％；外加高效复合减水剂0.4％。
上述原料经干混均匀后，加5％的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下水中养护72小时后，在100～120℃温度下烘烤24小时。储热材料的密度为2.94g/cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥55MPa，抗折强度≥10MPa，综合热分析仪上测得体积热容130kWh/m3，导热仪测得热导率1.98W/mK，耐火度1590℃。本例所得到的储热材料能够用作太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
实施例4原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料40％，粒度10～30mm；铝矾土骨料30％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥4％；500目活性氧化铝粉6％；500目蓝晶石11％；500目硅微粉4％；800目天然石墨5％；外加高效复合减水剂0.6％。
上述原料经干混均匀后，加5.3％的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下水中养护72小时后，在100～120℃温度下烘烤24小时。储热材料的密度为2.92g/cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥60MPa，抗折强度≥10MPa，综合热分析仪上测得体积热容132kWh/m3，导热仪测得热导率2.05W/mK，耐火度1590℃。本例所得到的储热材料能够用作太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
实施例5原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料45％，粒度10～30mm；铝矾土骨料30％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥3.5％；500目活性氧化铝粉6％；500目蓝晶石6％；500目硅微粉4.5％；800目天然石墨5％；外加高效复合减水剂0.8％。
上述原料经干混均匀后，加5.3％的水，混合均匀后置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下水中养护72小时后，在100～120℃温度下烘烤24小时。储热材料的密度为2.96g/cm3，在INSTRON-1195万能力学实验机上测得，材料的抗压强度≥60MPa，抗折强度≥10MPa，综合热分析仪上测得体积热容135kWh/m3，导热仪测得热导率2.20W/mK，耐火度1590℃。本例所得到的储热材料能够用作太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
参考资料[1]Kakiuchi；Hiroyuki；Oka；Masahiro，US patent(No.5567346)[2]Ross；Randy，US patent(No.5685151)[3]Kadir Tuncbilek，Ahmet Sari，Sefa Tarhan et al.Lauric and palmitic acidseutectic mixture as latent heat storage material for low temperature heatingapplications Energy，2005，30(5)677-692[4]Ahmet Sar1.Eutectic mixtures of some fatty acids for latent heat storageThermal properties and thermal reliability with respect to thermal cycling，EnergyConversion and Management，2006，47(9-10)1207-1221[5]Atul Sharma，Lee Dong Won，D Buddhi and Jun Un Park.Numerical heat transferstudies of the fatty acids for different heat exchanger materials on the performanceof a latent heat storage system Renewable Energy，2005，30(14)2179-2187[6]Zhengguo Zhang and Xiaoming Fang.Study on paraffin/expanded graphitecomposite phase change thermal energy storage material Energy Conversion andManagement，2006，47(3)303-310[7]V.Shatikian，G.Ziskind and R.Letan.Numerical investigation of a PCM-basedheat sink with internal fins.International Journal of Heat and Mass Transfer，2005，48(17)3689-370权利要求
1.一种高温储热材料的制备方法，包括选材、配料和制备步骤，其特征在于以玄武岩为粗骨料、铝矾土熟料为细骨料；以铝酸盐水泥为胶结剂；添加硅微粉、活性氧化铝粉、天然石墨粉、蓝晶石微粉制备储热材料，(1)原料组成及成分范围原料组成的重量比和粒度为玄武岩骨料25～50％，粒度10～30mm；铝矾土骨料25～38％，粒度1～10mm；500目铝酸盐水泥3～10％；500目蓝晶石5～20％；活性氧化铝粉1～8％；500目硅微粉1～5％；800目天然石墨1～5％；外加高效复合减水剂0.2～1％。(2)制备将上述原料经干混均匀后，加4～6％的水，再混合均匀置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下置于水中养护72小时，然后在100～120℃温度下烘烤24小时即可。
2.根据权利要求1所述的高温储热材料的制备方法，其特征在于原料组成的重量比为玄武岩骨料37％，铝矾土骨料33％，铝酸盐水泥8％，活性氧化铝粉5％，硅微粉5％；蓝晶石7％；天然石墨5％；高效复合减水剂0.3％。
3.根据权利要求1所述的高温储热材料的制备方法，其特征在于原料组成的重量比为玄武岩骨料35％，铝矾土骨料35％，铝酸盐水泥6％，活性氧化铝粉4％，硅微粉5％；蓝晶石11％；天然石墨4％；高效复合减水剂0.5％。
4.根据权利要求1或2或3所述的高温储热材料的制备方法，其特征在于硅微粉选用500目细度，纯度大于95％的细粉；在水化合成中，同活性氧化铝粉生成耐高温的莫来石。
5.根据权利要求1所述的高温储热材料的制备方法，其特征在于高效复合减水剂采用新型的改性萘系减水剂和高效分散剂。
6.一种将权利要求1至3所述的高温储热材料作为太阳能高温蒸汽发电的储热材料。
全文摘要
本发明一种高温储热材料的制备方法，包括选材、配料和制备步骤，其以玄武岩为粗骨料、铝矾土熟料为细骨料；以铝酸盐水泥为胶结剂；添加硅微粉、活性氧化铝粉、天然石墨粉、蓝晶石微粉制备储热材料；将上述原料经干混均匀后，加4～6％的水，再混合均匀置于钢模模具中，24小时后脱模，在20～25℃温度下置于水中养护72小时，然后在100～120℃温度下烘烤24小时，即得到能够作为太阳能高温蒸汽发电的储热材料。本发明选材合理，制备工艺先进，从而能够低成本地生产出一种新型太阳能高温蒸汽发电用的储热材料，该材料不仅包括储热、放热效率等在内的综合性能得到大幅度提高，同时解决了工业废渣的环境污染。
文档编号F03G7/00GK1869146SQ200610019479
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月27日 优先权日2006年6月27日
发明者朱教群, 周卫兵, 吴少鹏, 李波, 王金山, 张炳, 汤凯, 周明杰 申请人:武汉理工大学