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CN106440905A - 一种相变储能装置用石墨毡相变复合体及其制作方法 - Google Patents

一种相变储能装置用石墨毡相变复合体及其制作方法 Download PDF

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CN106440905A
CN106440905A CN201611025703.5A CN201611025703A CN106440905A CN 106440905 A CN106440905 A CN 106440905A CN 201611025703 A CN201611025703 A CN 201611025703A CN 106440905 A CN106440905 A CN 106440905A
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CN
China
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graphite felt
phase change
energy storage
phase
storage device
Prior art date
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Pending
Application number
CN201611025703.5A
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English (en)
Inventor
史景利
马昌
李晓杰
王亚丽
郑亮
武立强
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Tiangong University
Original Assignee
Tianjin Polytechnic University
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Publication date
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Publication of CN106440905A publication Critical patent/CN106440905A/zh
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    • 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
    • F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/023—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material being enclosed in granular particles or dispersed in a porous, fibrous or cellular structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • 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
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

一种相变储能装置用石墨毡相变复合体及其制作方法，该相变储能复合体是以石墨毡为传热、通电加热介质，相变材料为储能介质。该复合体采用石墨毡作为发热介质和热扩散网络骨架，使相变储能装置可以快速、均匀的储存和释放热量。

Description

一种相变储能装置用石墨毡相变复合体及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于相变储能装置的石墨毡复合体，该复合体是由石墨毡和相变材料组成，其中以石墨毡为传热、通电加热介质，相变材料为储能介质。确切的说，本发明的所涉及的相变储能装置是采用石墨毡作为发热介质和热扩散骨架，使用该复合体的相变储能装置可以快速、均匀的储存和释放热量。
技术背景
电力是生活中必不可少的能源，而电力供应存在着高峰不足而低谷过剩的矛盾，各大电网的峰谷差均已超过最大负荷的30％，个别甚至达到50％，给电网的安全性和经济性带来很大的影响，提高电力低谷利用率具有现实和经济意义。采用相变储能装置将低谷时期的电力储存而在用电高峰时释放是一个有效的解决办法。
相变储能装置包括相变物质和热输入及输出系统，优良的储能装置应该具有单位质量或体积储存热量高、加热和散热快等优点。
相变材料主要包括结晶水合盐类无机相变材料，以及石蜡、羧酸、酯、多元醇和高分子聚合物等有机相变材料，也可以采用一些低熔点金属合金材料。这些材料普遍存在着导热性差的缺点。实际应用中常常采用导热性好的材料，如铜、铝等作为框架材料，制成储能的相变复合体。为了提高相变材料内部吸放热速度，常常将框架材料做成三维网状结构，如金属泡沫等。
石墨晶体是由碳六元环组成的平面结构平行排列的层状结构，这种特殊结构使得石墨在层面方向具有很高的导热系数，完美的石墨晶体层面导热系数在2000W/m.K以上，远高于常规金属铜的导热系数(400W/m.K)。常规人造石墨的石墨晶体尺寸有限，结晶度距完美石墨晶体有一定差距，所以人造石墨类材料的导热系数一般在100W/m.K以内。而中间相沥青碳纤维石墨化后，其沿轴向导热系数可高达1000W/m.K。
以石墨纤维制成毡是一种性能优于金属泡沫的框架材料，而且石墨纤维的电阻率适中，可通过自身直接通电加热，简化了装置的结构。石墨材料化学惰性好，相变材料对其无腐蚀，使用寿命长。
发明内容
碳纤维是一种含碳量90％以上的纤维材料，碳纤维经2200℃处理后成为石墨化纤维，即石墨纤维。石墨纤维中石墨晶体沿纤维轴高度取向，所以沿轴向的导热效果很好。特别是以中间相沥青为原料的碳纤维，石墨化后的导热系数最高。本发明采用以中间相沥青为原料制成的石墨毡为三维网络结构，利用石墨纤维高导热系数的优点，使相变材料内外均匀吸放热，克服由于相变材料本身导热性差所导致的局部吸、放热滞后的缺点。石墨的密度是2.1g/cm3，比铜、铝等材料的密度低很多，使得储能装置的单位质量储能密度较高，所制得的装置较为轻便。
利用电力低谷给储能装置加热，往往需要额外增加发热介质，不但增加了装置的成本，而且还要考虑相变材料的腐蚀性等。石墨的电阻率比一般金属高2-3个数量级，常常作为发热体使用，所以在本发明的储能装置中可以以石墨毡作为电加热介质。石墨的化学惰性很高，与作为相变材料的无机或有机材料很少发生反应，所以耐用性很好。
本发明所涉及的石墨毡复合体制作方法如下：
根据相变储能装置的结构，选取石墨毡形状，加树脂定型后放入装置中。将相变材料熔化后灌入石墨毡中，封装后加电加热构件和保温材料即成为储能装置主体。其基本结构如附图所示。
上述装置中，石墨毡的密度在0.1-0.6g/cm3，用于定型的树脂是热固性树脂，如酚醛树脂，也可以是多环芳烃类树脂，如COPNA树脂，是以萘为原料，与对苯二甲醇聚合而成的一种热固性树脂。(阮湘泉等，COPNA树脂-一种新型功能树脂，《化工新型材料》，1997，第8期，7-10.)。
上述装置中，相变材料是无机类或者有机类，如水合无机盐、熔融盐、低熔点金属合金等其它无机物，或者石蜡、脂肪酸等其它有机物。
上述装置中，电加热的电压可以根据复合体形状设计加热部位，加热电压一般小于30伏。
本发明的优点：
本发明以石墨毡为热传导网络，具有吸放热速度快的优点；同时石墨毡作为电加热的发热元件，可制成结构简单、性能好的相变储能装置。
附图说明：
附图所示为由石墨毡和相变材料复合体制成电加热相变储能装置简单示意图。
图中标号如下：
1-石墨毡(纤维) 2-相变材料 3-保温层 4-加热电源线路
具体实施方式：
实施例1
以密度0.1g/cm3石墨毡，用酚醛树脂浸渍后固化定型；将石蜡熔化后灌入石墨毡中，封装后即成为附图所示相变储能装置主体结构。
实施例2
以密度0.2g/cm3石墨毡，用酚醛树脂浸渍后固化定型；将十水碳酸钠相变材料熔化后灌入石墨毡中，封装后即成为示图所示相变储能装置主体结构。
实施例3
以密度0.6g/cm3石墨毡，用COPNA树脂浸渍后固化定型；将硬脂酸熔化后灌入石墨毡中，封装后即成为示图所示相变储能装置主体结构。

Claims (5)

1.一种相变储能装置用石墨毡相变复合体及其制作方法，是以石墨毡为传热、通电加热介质，相变材料为储能介质的复合体。
2.权利要求1所述的石墨毡相变复合体，其基本制备过程为：根据相变储能装置的结构，选取石墨毡形状，加树脂定型后放入装置中；将相变材料灌入石墨毡中，封装后加电加热构件和保温材料即成为储能装置主体。
3.权利要求1所述的石墨毡相变复合体，所使用的石墨毡是以中间相沥青为原料生产的，其密度在0.1-0.6g/cm3。
4.权利要求2所述的石墨毡相变复合体制备过程中，用于定型的树脂是热固性树脂，如酚醛树脂，也可以是多环芳烃类树脂，如COPNA树脂。
5.权利要求2所述的石墨毡相变复合体制备过程中，相变材料是无机类或者有机类，如水合无机盐、熔融盐、低熔点金属合金或其它无机物，或者石蜡、脂肪酸等其它有机物。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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