陶瓷基复合相变储热材料的冷热循环性能研究-论文.pdf

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1、2014年第8期节能(总第383期)ENERGYCoNSERVATION陶瓷基复合相变储热材料的冷热循环性能研究张叶龙，曹惠，姜全武，葛志伟，冷光辉。丁玉龙一(1．南京金合能源材料有限公司，江苏南京210047；2．英国利兹大学，英国利兹，LS29JT；3．中国科学院过程工程研究所，北京100190；4．英国伯明翰大学，英国伯明翰，B152TT)摘要：通过探讨材料烧成温度和无机盐质量分数的影响，发现NaNO3／SiO2和Na2CO3一Li2CO3／MgO的烧成温度分别在330℃和520℃、无机盐质量分数均达到70％时冷热循环性能

2、较好。同时研究了冷热循环测试对这两种储热材料机械性能的影响，探索出在长期使用过程中材料力学性能的变化规律。关键词：储热材料；相变；冷热循环；陶瓷中图分类号：TB3文献标识码：A文章编号：1004—7948(2014)08—0067—04doi：103969／j．issn．1004—7948．2014．08．019本文研究了NaNO3／SiO2和Na2CO3-Li2CO3／引言MgO这两种陶瓷基复合相变储热材料的冷热循环当前，我国工业过程中能源的利用效率比较性能，探索冷热循环过程中材料外观和力学性能等低，大部分以余热形式排放到环境

3、中。工业余热量的变化规律。大，长期排放不仅浪费资源，也对大气环境造成了1实验内容严重的热污染¨_2J。储热技术作为一种有效的能量储存手段，在储能和节能领域均得到了广泛的应1．1实验原料用圳。硝酸钠(工业级，纯度≥98．8)、二氧化硅(工陶瓷基复合相变储热材料因高储能密度、高结业级，纯度I>95)、碳酸钠(工业级，纯度I>98．8)、碳构稳定性等优点，在太阳能热利用和工业余热利用酸锂(工业级，纯度t>95)、氧化镁(工业级，纯度≥中应用前景良好。Terry-6]等制备了Na2CO3一96)和石墨(工业级，纯度I>98．5)；BaC

4、O／MgO复合储热材料，并设计了一套中试装1．2样品制备过程置评价储热材料的储热性能。实验证明NaCO，一2种陶瓷基复合相变储热材料NaNO／SiOBaCO／MgO在间断式窑炉上可节能约45％。和Na2CO3-Li2CO3／MgO的制备方法参照前期Gluck、Tamme等制备出了Na2SO4／SiO2复合的研究成果进行制备，具体方法如下。储热材料，其潜热约为80kJ／kg，储能密度可达1)NaNO／SiO：制备方法。将硝酸钠和二氧200kJ／kg。Tamme通过建立储热系统评价了储热化硅分别按质量比为(5：5，6：4，7：3)混

5、合，外加5g材料的性能，发现含20％无机盐的陶瓷体比相同石墨助剂后球磨30min，然后放入模具中以15—体积的纯陶瓷，其蓄热量可提高2．5倍。25MPa的压力保压lmin，压制成圆柱状成型样品众所周知，材料机械性能、物理化学性能和热(直径5cm，样品高度1．7cm)；将成型样品置于管性能等在反复的冷一热循环过程中往往会发生变式加热炉中，在30mL／min惰性气氛(N)下以化，这种变化与其使用时的冷热环境气氛相关。对5~C／min升温速率分别加热到290oC、310oc、于储热材料，这种变化往往会导致材料性能的下降330℃、350

6、℃并恒温1h，冷却后即得成型的和使用寿命的缩短，因而无法满足实际应用的NaNO3／SiO2。要求。2)Na2CO3一Li2CO3／MgO制备方法。先将碳酸钠和碳酸锂按质量比(1：1)混合研磨后，再与氧基金项目：南京市科技计划项目(项目编号：2013se142066)化镁分别按质量比为(5：5，6：4，7：3)的比例混合。节能2014年第8期ENERGYCONSERVATION一68一(总第383期)外加5g石墨助剂后球磨30min，然后放入模具中2结果与讨论以15—25MPa的压力保压1min，压制成圆柱状成型样品(直径5cm，

7、样品高度2cm)；将成型样品置2．1不同烧成温度对材料冷热循环性能的影响于管式加热炉中，在30mL／min惰性气氛(N)下NaNO3／SiO2和Na2CO3一Li2CO3／MgO这两种以5~C／min升温速率分别加热到480oC、500oC、复合材料的烧成温度对其冷热循环性能的影响如520oC、540oC并恒温1h，冷却后即得成型的图2、图3所示。最高冷热循环周期指的是材料出Na2CO3一Li2CO3／MgO。现影响实际使用的裂纹前进行过的冷热循环次数，1．3材料性能的评价方法是评价储热材料冷热循环性能的重要表征。采用深圳瑞格尔

8、公司生产的材料机械性能测试仪对材料的力学性能进行测试。检测方法如下：开机后把样品放入测试托盘中进行校准，使得初始餐匿酹位移为0；然后进入软件操作界面，测试类型选择赣“压缩测试”，试样形状输入“棒料”，试样断裂判别斗<瑙标准为“载荷下降30％”并运行程序，从而得到