一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法

xiaoxiao2020-10-23  6

一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及相变储能技术领域,尤其涉及一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法。
【背景技术】
[0002]相变材料在相变过程中伴随着大量的相变潜热,能够吸收或释放大量的能量且相变过程近似等温,这一特性可以通过相变蓄热来实现对物体的温度控制,它在航空航天、太阳能利用、热能回收等领域有广泛的应用前景。目前,研宄和寻找高蓄热密度、性能良好的相变材料是相变蓄热技术的关键。石蜡作为一种有机的相变材料,有相变潜热大、熔点范围大、化学性质稳定、几乎无过冷、无毒无腐蚀性等优点,因此石蜡具有作为相变材料应用存在极大潜力。然而石蜡类相变材料还存在以下不足:导热率低,导热系数在
0.15W.πΓ1.IT1?0.35W.m^1.IT1之间;同时,又由于石蜡固液相密度不同,在相变过程中容易形成空穴,增加热阻、降低导热效率,安全性较低。

【发明内容】

[0003]本发明的目的在于提供一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法,从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0004]为了实现上述目的,本发明所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料,该相变复合材料包括:泡沫碳和填充到所述泡沫碳孔隙中的石蜡,所述泡沫碳与所述石蜡的重量比为1:
1.2?1:3.1 ;所述石蜡中的碳氢化合物所占质量分数大于98%,且所述碳氢化合物常温下为固体。
[0005]优选地,所述常温下为固体的碳氢化合物包括正十八烷、正二十烷、正二十二烷、
正二十四烧。
[0006]优选地,所述泡沫碳的孔隙率为75 %?90 %。
[0007]优选地,所述石蜡在所述泡沫碳孔隙中的填充率是95%?100%。
[0008]本发明所述封装泡沫碳/石蜡类相变复合材料的方法,所述方法按照下述步骤实现:
[0009]SI,将预先定制并用蒸馏水清洗容器、盖板和I重量份的泡沫碳,然后放入恒温烘箱中烘干;
[0010]S2,将泡沫碳平稳的压入容器中,直至泡沫碳的顶面与容器的顶面重合,在容器开口处扣上盖板;
[0011]S3,将盖板固定焊接到容器上;
[0012]S4,在真空的条件下,将1.2?3.1重量份的液体石蜡通过盖板开设的灌装孔填充入泡沫碳中;
[0013]S5,密封灌装口,得到相变蓄热容器粗体,对所述相变蓄热容器粗体精加工得到相变蓄热容器。
[0014]优选地,步骤SI中所述泡沫碳的外形与所述容器的内腔体相同,所述泡沫碳与所述容器过盈配合。
[0015]优选地,步骤S3中,采用电子束焊接方法,将盖板固定焊接到容器上。
[0016]优选地,步骤S5中,采用真空电子束焊接方法密封灌装口。
[0017]优选地,步骤S4中,真空灌装液体石蜡时的真空环境温度高于石蜡相变点温度至少50度。
[0018]优选地,步骤SI中所述泡沫碳的孔隙率为75%?90% ;步骤S5中所述相变蓄热容器中石蜡在泡沫碳孔隙中的填充率是95%?100%。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]本发明所述相变蓄热复合材料是由相变材料和基体材料组成,在使用过程中不仅利用了相变材料的相变潜热,同时还利用了相变材料和基体材料的显热,基体材料的填充提高了相变材料的导热系数,改善了相变材料的传热性能,实现空穴位置分布的控制。
[0021]本发明采用真空电子束封焊灌装口,保证石蜡相变材料在容器腔体内的绝对密封。对采用本发明所述方法制造完成的相变蓄热体模样件进行检测表明:当将模样件置于高于石蜡相变点温度50度的恒温箱内保温足够长时间,在表面均未发现有石蜡相变材料润湿铺展现象;表明相变蓄热容器无渗漏,验证了相变蓄热体的密封性。本发明所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料中石蜡在泡沫碳孔隙中的填充率是95 %?100 %,可以有效控制封装后热膨胀现象,降低容器热应力。
【附图说明】
[0022]图1是所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的封装方法流程图;
[0023]图2是实施例2使用的泡沫碳的扫面电镜图;
[0024]图3是实施例2所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的【具体实施方式】仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0026]实施例1
[0027]参照图1,本实施例所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料,该相变复合材料包括:泡沫碳I和填充到所述泡沫碳I孔隙中的石蜡I,所述泡沫碳I的质量为67g,所述石蜡I的质量为95g ;所述石蜡中的正十八烷所占质量分数大于98%。
[0028]所述泡沫碳I的理化参数为:密度0.43g.cm_3,孔隙率81 %,导热系数133W.πΓ1.K—1,所述石蜡I正十八烷的理化参数为:恪点28.3°C,潜热245kJ/kg,导热系数0.15W.m 1.K ^ 密度 814s g.cm 3,775L g.cm 3。
[0029]所述石蜡I在所述泡沫碳I孔隙中的填充率是97.3%。可以有效控制封装后热膨胀现象,降低容器热应力。
[0030]本实施例中封装所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的方法,按照下述步骤实现:
[0031]SI,将预先定制并用蒸馏水清洗容器、盖板和泡沫碳1,放入恒温烘箱中烘干;然后称量并记录烘干后的容器、盖板和泡沫碳I的质量,使烘干后的泡沫碳I的质量为67g ;步骤SI中预先定制的泡沫碳I的外形与预先定制容器的内腔体相同;
[0032]S2,将泡沫碳平稳的压入容器中,直至泡沫碳的顶面与容器的顶面重合,在容器开口处扣上盖板;
[0033]S3,采用电子束焊接方法,将盖板固定焊接到容器上,得到相变蓄热初体;
[0034]S4,在真空且真空环境温度高于正十八烷相变点温度至少50度的条件下,将95g液体正十八烷通过盖板开设的灌装孔填充入泡沫碳中;称量并记录填充石蜡前、后的相变蓄热初体的总质量;
[0035]S5,采用真空电子束焊接方法密封灌装口,得到相变蓄热容器粗体,根据预定尺寸进行精加工,得到相变蓄热容器。
[0036]在本实施例中,步骤SI之前还存在:选用导热性能好且相容性好的铝合金作为容器材料,根据图纸加工相变蓄热体容器、盖板、泡沫碳,在机械加工泡沫碳时不添加任何冷却剂或污染泡沫碳的其他物质,泡沫碳尺寸保证与容器腔体为过盈配合。
[0037]在本实施例中,步骤S5,采用真空电子束焊接方法密封灌装口,实现相变蓄热体的结构密封;进入真空室装配前,清理相变蓄热体上的残余物和其他污物;合理的选择电子束焊接工艺参数和确定合适的工艺措施,控制相变物质的熔化和浸润溢出,保证石蜡相变材料在容器腔体内的绝对密封。
[0038]实施例2,本实施例与实施例1的区别在于:所述石蜡中的正二十烷所占质量分数大于98% ;,石錯2的质量是99g,泡沫碳2的质量是57g,所述泡沫碳2的理化参数为:密度0.37g.cm 3,孔隙率84%,导热系数IlOW.πΓ1.K—1,所述石蜡I正二十烷的理化参数为:熔点370C,潜热247kJ/kg,导热系数0.15W.m—1.K-1,密度856S_778L g.cm—3,其他与实施例1相同。本实施例中所使用的泡沫碳的扫面电镜图,如图2所示;本实施例中所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的扫描电镜图,如图3所示。
[0039]如本领域技术人员知:高导热泡沫碳材料是一种能够维持其自身结构形状的新型材料,泡沫碳材料的密度可以控制在0.40g.cm_3?0.54g.cm _3之间,其导热系数最低为80W.πΓ1.K—1、最高可以达到160W.πΓ1.K—1以上。将石蜡类相变材料浸入泡沫碳中以提升相变材料的传热性能,所得到的泡沫碳/相变复合材料导热率可以达到100W.πΓ1.K'
[0040]通过采用本发明公开的上述技术方案,得到了如下有益的效果:本发明所述相变蓄热复合材料是由相变材料和基体材料组成,在使用过程中不仅利用了相变材料的相变潜热,同时还利用了相变材料和基体材料的显热,基体材料的填充提高了相变材料的导热系数,改善了相变材料的传热性能,实现空穴位置分布的控制。
[0041]以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料,其特征在于,该相变复合材料包括:泡沫碳和填充到所述泡沫碳孔隙中的石蜡,所述泡沫碳与所述石蜡的重量比为1:1.2?1:3.1 ;所述石蜡中的碳氢化合物所占质量分数大于98%,且所述碳氢化合物常温下为固体。2.根据权利要求1所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料,其特征在于,所述常温下为固体的碳氢化合物包括正十八烧、正二十烧、正二十二烧、正二十四烧。3.根据权利要求1所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料,其特征在于,所述泡沫碳的孔隙率为75%?90%。4.根据权利要求1所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料,其特征在于,所述石蜡在所述泡沫碳孔隙中的填充率是95%?100%。5.一种封装如权利要求1至4任意一项权利要求所述泡沫碳/石蜡类相变复合材料的方法,其特征在于,所述方法按照下述步骤实现: SI,将预先定制并用蒸馏水清洗容器、盖板和I重量份的泡沫碳,然后放入恒温烘箱中烘干; S2,将泡沫碳平稳的压入容器中,直至泡沫碳的顶面与容器的顶面重合,在容器开口处扣上盖板; S3,将盖板固定焊接到容器上; S4,在真空的条件下,将1.2?3.1重量份的液体石蜡通过盖板开设的灌装孔填充入泡沫碳中; S5,密封灌装口,得到相变蓄热容器粗体,对所述相变蓄热容器粗体精加工得到相变蓄热容器。6.根据权利要求5所述封装方法,其特征在于,步骤SI中预先定制的泡沫碳的外形与预先订制的容器的内腔体相同,所述泡沫碳与所述容器过盈配合。7.根据权利要求5所述封装方法,其特征在于,步骤S3中,采用电子束焊接方法,将盖板固定焊接到容器上。8.根据权利要求5所述封装方法,其特征在于,步骤S5中,采用真空电子束焊接方法密封灌装口。9.根据权利要求5所述封装方法,其特征在于,步骤S4中,真空灌装液体石蜡时的真空环境温度高于石蜡相变点温度至少50度。10.根据权利要求5所述封装方法,其特征在于,步骤SI中所述泡沫碳的孔隙率为75%?90% ; 步骤S5中所述相变蓄热容器中石蜡在泡沫碳孔隙中的填充率是95%?100%。
【专利摘要】本发明公开了一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法,涉及相变储能技术领域。该相变复合材料包括:泡沫碳和填充到所述泡沫碳孔隙中的石蜡,所述泡沫碳与所述石蜡的重量比为1:1.2~1:3.1;所述石蜡中的碳氢化合物质量分数大于98%,且所述碳氢化合物常温下为固体。所述封装方法包括:1、清洗容器、盖板和泡沫碳,2、填装泡沫碳,3、焊接盖板,4、灌装液态石蜡,5、密封灌装口,精加工。本发明的相变蓄热复合材料的导热系数高,传热性能好,可实现控制空穴位置的分布;采用真空电子束封焊灌装口,保证石蜡相变材料在容器腔体内的绝对密封。
【IPC分类】C09K5/06, B23K15/06
【公开号】CN104893674
【申请号】CN201510296892
【发明人】盛强, 张靖驰, 任维佳, 童铁峰
【申请人】中国科学院空间应用工程与技术中心
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月3日

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