一种泡沫碳/石蜡类相变复合材料及其封装方法技术

本发明专利技术公开了一种泡沫碳/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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相变储能
，尤其涉及。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术所述泡沫碳/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。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。优选地，所述泡沫碳的孔隙率为75 %?90 %。优选地，所述石蜡在所述泡沫碳孔隙中的填充率是95%?100%。本专利技术所述封装泡沫碳/石蜡类相变复合材料的方法，所述方法按照下述步骤实现: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。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。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。优选地，步骤S5中，采用真空电子束焊接方法密封灌装口。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。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%。本专利技术的有益效果是:本专利技术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。本专利技术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。对采用本专利技术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。本专利技术所述泡沫碳/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】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；图2是实施例2使用的泡沫碳的扫面电镜图；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】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术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】仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1参照图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%。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。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。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: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；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，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；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；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。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。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。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。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'通过采用本专利技术公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果:本专利技术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。以上所述仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：盛强，张靖驰，任维佳，童铁峰，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：北京;11