[发明专利]一种蓄热热芯及其制备方法、蓄热模组和蓄热系统

说明书

本发明提供了一种蓄热热芯及其制备方法、蓄热模组和蓄热系统，属于相变材料技术领域，克服现有技术中蓄热材料牺牲较多潜热，结构不稳定等缺陷。本发明蓄热热芯，包括外壳、核心相变区和设置在外壳与核心相变区之间的混溶层；所述外壳由骨架材料构成，所述核心相变区由核心材料构成，所述骨架材料的相变温度大于所述核心材料的相变温度；所述混溶层为包括骨架材料和核心材料的复合材料，所述混溶层中核心材料的含量由外壳至核心相变区的方向逐渐升高。

技术领域

本发明属于相变材料技术领域，具体涉及一种蓄热热芯及其制备方法、蓄热模组和蓄热系统。

背景技术

相变材料在太阳能光热发电、工业余热回收以及电制热清洁供暖领域发挥了巨大作用，Solar Salt和Hitec这类高温无机熔盐类相变材料已被广泛应用于传热和蓄热，投入商业运营，另外，基于有机物的相变流体、相变乳液也被开发并用于大功率、高功耗器件的冷却和均温。但是由于这类材料本身的导热系数很低，因此在需要快速吸放热的应用场景，需要采用高导热系数物质，比如金属、石墨、陶瓷等进行掺杂，形成复合材料，这就牺牲了部分潜热，且此类相变材料易潮解，使用温度范围较窄，高温热稳定性差。

相比于熔融盐，金属或者合金作为相变储热材料热导率高、热稳定性好，熔化温度和储热密度高、金属单位体积潜热高。但采用金属材料在相变过程中有液相产生，具有流动性和腐蚀性。现有技术为了克服上述问题，公开了一种Al/Al₂O₃蓄热材料，先将金属铝液化再雾化成细小的金属铝液滴，在氧化性气氛下冷却并将外层金属铝氧化，形成以金属铝为“核”，氧化铝为“外壳”的Al/Al₂O₃相变蓄热材料，再压制后在空气气氛中烧结获得成品。但上述方法制得的成品中，每个小颗粒均为核-壳结构，牺牲较多潜热；且随着吸放热时体积上的变化，核-壳易分离，造成结构不稳定；同时存在制备工艺复杂、生产成本高的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中蓄热材料牺牲较多潜热，结构不稳定等缺陷，从而提供一种蓄热热芯及其制备方法、蓄热模组和蓄热系统。

为此，本发明提供了以下技术方案。

一种蓄热热芯，包括外壳、核心相变区和设置在外壳与核心相变区之间的混溶层；

所述外壳由骨架材料构成，所述核心相变区由核心材料构成，所述骨架材料的相变温度大于所述核心材料的相变温度；

所述混溶层为包括骨架材料和核心材料的复合材料，所述混溶层中核心材料的含量由外壳至核心相变区的方向逐渐升高。

进一步的，所述核心材料为金属单质或合金；所述骨架材料为无机单质、合金或化合物；

所述骨架材料的相变温度高于所述核心材料的相变温度100℃以上；

所述骨架材料与核心材料的莫氏硬度差值≤4。

进一步的，所述核心材料为铝、锌、锡、铝锌合金、铝镁合金或铝镁锌合金；和/或

所述骨架材料为硅、铜、铝硅合金，硅镁合金、铝硅镁合金、镁硅锌合金、鳞片状石墨、膨胀石墨、石墨烯、氧化镁或氧化铝；和/或

所述核心材料的平均粒径为5～200μm；和/或

所述骨架材料的平均粒径为5～200μm。

进一步的，核心材料为锡，骨架材料为石墨，所述锡的平均粒径为10～50μm，所述石墨的平均粒径为20～80μm，所述复合材料中，所述锡和石墨的质量比为(2～8)：1；或

核心材料为锡，骨架材料为铝，所述锡的平均粒径为10～50μm，所述铝的平均粒径为50～150μm，所述复合材料中，所述锡和铝的质量比为(4～16)：1；或