專利名稱：蓄熱復合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄熱復合材料，制造其的方法以及蓄熱裝置。
背景技術(shù)：
為了及時地將熱量的有用消耗與產(chǎn)生熱相脫離，首先需要有效地蓄熱。為此需要 使用具有較高熱容量或蓄熱能力的存儲介質(zhì)。然而，迄今公知的蓄熱裝置和蓄熱材料的蓄 熱能力通常不足。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有高熱容量或高蓄熱能力的蓄熱材料、其制 造方法以及蓄熱裝置。通過權(quán)利要求1、12、20、沈和34的特征實現(xiàn)上述目的。在本發(fā)明的第一實施方式中，提供一種蓄熱復合材料，其包含大量碳顆粒；以及導熱材料。碳顆?？梢苑植荚趯岵牧现小４罅刻碱w?？梢韵薅w粒之間的空間，而導熱材 料可以占據(jù)至少部分所述空間，或者占據(jù)全部空間。本發(fā)明的蓄熱復合材料可以包括碳顆 粒位于其中的導熱材料。碳顆?；旧暇鶆虻胤植荚趯岵牧现小τ诖藢嵤┓绞?，以下選擇可以單獨或任意組合地實現(xiàn)。碳顆粒的碳純度可以至少約為99重量百分比或至少約為99. 9重量百分比。碳可 以石墨的形式存在。碳顆粒的平均顆粒直徑可以小于約2mm或小于約Imm或小于約500、200或 100 μ m。碳顆粒可以具有寬的顆粒尺寸分布。碳顆粒的重量平均顆粒尺寸(與其數(shù)目平均 顆粒尺寸相除)可以大于約3或大于約5或大于約10。碳顆?？梢曰旧蠟榍蛐蔚摹Ｐ顭釓秃喜牧峡梢园ㄖ辽偌s50容積百分比或者至少約60、70或80容積百分比 的碳顆粒。導熱材料的導熱性可以為在300K下至少約為3W/cm K。導熱材料可以為金屬或金 屬合金。導熱材料例如可以是銅、銀或銅銀合金?；旧纤锌臻g都可以被導熱材料占據(jù)。在一種實施方式中，提供一種蓄熱復合材料，其包括大量碳顆粒；以及導熱材料，其中，碳顆粒分布在導熱材料中。在另一種實施方式中提供一種蓄熱復合材料，其包括大量基本上為球形的碳顆粒，其平均直徑約小于2mm ；以及導熱材料，
其中，碳顆粒分布在導熱材料中。在又一種實施方式中，提供一種蓄熱復合材料，其包括大量基本上為球形的碳顆粒，其平均直徑約小于2mm ；以及金屬或金屬合金，其導熱性在300k時至少約為3W/cm K，其中，碳顆粒分布在導熱材料中。在又一種實施方式中，提供一種蓄熱復合材料，其包括大量基本上為球形的碳顆粒，其平均直徑約小于2mm ；以及金屬或金屬合金，其導熱性在300k時至少約為3W/cm K，其中，碳顆粒分布在導熱材料中，并且其中蓄熱復合材料包括至少約70容積百分 比的碳。在本發(fā)明的第二種實施方式中，提供一種蓄熱塊，其包括第一種實施方式中的蓄 熱復合材料。對于此實施方式，以下選擇可以單獨或任意組合地實現(xiàn)。蓄熱塊可以包括由散熱率極小的物質(zhì)構(gòu)成的外層?？梢詫⒃撋崧蕵O小的物質(zhì)高 度極化。在蓄熱塊的工作溫度下，該極小的散熱率可以小于約0.05。散熱率極小的物質(zhì)可 以與導熱材料相同。蓄熱塊可以具有矩形平行六面體的形狀，例如正六面體。蓄熱塊可以包括用于容置要由該蓄熱塊加熱的物質(zhì)的加熱室。加熱室構(gòu)造成使物 質(zhì)可以穿過加熱塊并由此將物質(zhì)加熱。蓄熱塊還可以包括用于加熱蓄熱復合材料的加熱裝置組件。該加熱裝置組件可以 包括電子元件、用于熱交換液體的管道或其他加熱裝置組件。在一種實施方式中，提供一種蓄熱塊，其包括第一種實施方式中的蓄熱復合材料， 其中蓄熱塊包括由散熱率極小、高度極化的物質(zhì)構(gòu)成的外層。在另一種實施方式中，提供一種蓄熱塊，其包括第一種實施方式中的蓄熱復合材 料，其中，蓄熱塊包括由導熱材料構(gòu)成的外層，在此，導熱材料高度極化并且散熱率極小。在又一種實施方式中，提供一種矩形平行六面體形狀的蓄熱塊，其包括加熱室，該 加熱室構(gòu)造成使物質(zhì)可以穿過加熱塊并由此將物質(zhì)加熱，其中蓄熱塊包括第一種實施方式 中的蓄熱復合材料和由導熱材料構(gòu)成的外層，在此該導熱材料高度極化并且散熱率極小。在另一種實施方式中，提供一種蓄熱塊，其包括第一種實施方式中的蓄熱復合材 料和用于加熱蓄熱塊的加熱裝置組件，其中蓄熱塊包括由導熱材料構(gòu)成的外層，該導熱材 料高度極化并且散熱率極小。在又一種實施方式中，提供一種矩形平行六面體形狀的蓄熱塊，其包括加熱室，該 加熱室構(gòu)造成使物質(zhì)可以穿過加熱塊并由此將物質(zhì)加熱，其中蓄熱塊基本上由第一種實施 方式中的蓄熱復合材料構(gòu)成并具有由導熱材料構(gòu)成的外層，其中導熱材料高度極化并且散 熱率極小。在本發(fā)明的第三種實施方式中，提供一種蓄熱裝置，包括根據(jù)第二種實施方式的蓄熱塊，安裝在低壓區(qū)域中；以及用于加熱蓄熱塊的加熱裝置。對于此實施方式，以下選擇可以單獨或任意組合地實現(xiàn)。
低壓可以小于0. 01大氣壓。蓄熱塊可以借助隔熱件安裝在低壓區(qū)域中。隔熱件的導熱率可以為在371時小 于約0. 5W/cm K。隔熱件可以包括電熔剛玉(Elektrokorund)或定向石墨或者同時包括兩
者ο加熱裝置可以包括電加熱裝置、基于熱交換液體的加熱裝置、感應加熱裝置、渦流 加熱裝置或其他加熱裝置。在一種實施方式中，提供一種蓄熱裝置，包括根據(jù)第二種實施方式的蓄熱塊，安裝在小于約0. 01大氣壓的區(qū)域中；以及
用于加熱蓄熱塊的加熱裝置。在另一種實施方式中，提供一種蓄熱裝置，包括根據(jù)第二種實施方式的蓄熱塊，借助隔熱件安裝在小于約0. 01大氣壓的低壓區(qū) 域中，該隔熱件的導熱率在371時小于約0. 5ff/cm K ；以及用于加熱蓄熱塊的加熱裝置。在又一種實施方式中，提供一種蓄熱裝置，包括根據(jù)第二種實施方式的蓄熱塊，借助隔熱件安裝在小于約0. 01大氣壓的低壓區(qū) 域中，該隔熱件的導熱率在371時小于約0. 5ff/cm K ；以及用于加熱蓄熱塊的渦流加熱裝置。在本發(fā)明的第四種實施方式中，提供一種用于制造蓄熱復合材料的方法，包括將大量碳顆粒與導熱材料進行組合以形成混合物；以及在局部真空下將該混合物加熱到導熱材料熔點之上的溫度。在導熱材料被加熱到其熔點之上的溫度之前，可以對混合物施加局部真空?；旌?物可以是基本上均勻的。在加熱步驟之前，導熱材料可以為顆粒狀的。導熱材料顆粒的平 均直徑可以小于約20 μ m。蓄熱復合材料可以是根據(jù)本發(fā)明的第一種實施方式的蓄熱復合 材料。以上對于第一種實施方式描述的選擇如果適合的話同樣可以用于第四種實施方式。本發(fā)明還提供一種蓄熱復合材料，其根據(jù)第四種實施方式的方法制造。在本發(fā)明的第五種實施方式中提供一種用于制造蓄熱塊的方法，包括根據(jù)第四種實施方式的方法制造蓄熱復合材料；將蓄熱復合材料構(gòu)造成期望的形狀。蓄熱塊可以是根據(jù)本發(fā)明的第二種實施方式的蓄熱塊。以上對于第二種實施方式 描述的選擇如果適合的話同樣可以用于第四種實施方式。對于此實施方式，以下選擇可以單獨或任意組合地實現(xiàn)。該方法可以還包括將散熱率極小的物質(zhì)涂覆在所述形狀的外表面上的步驟。該步 驟可以包括將物質(zhì)的膜噴涂在外表面上。該方法還可以包括將在外表面上的散熱率極小的 物質(zhì)極化的步驟。期望的形狀可以為矩形平行六面體，例如正六面體。期望的形狀可以包括用于容置要被蓄熱塊加熱的物質(zhì)的加熱室。加熱室可以包括 基本上豎直穿過蓄熱塊的錐體或圓柱體。所述方法可以包括將加熱裝置組件插入蓄熱塊的步驟。在一種實施方式中，提供一種用于制造蓄熱塊的方法，包括
根據(jù)第四種實施例的方法制造蓄熱復合材料；將蓄熱復合材料構(gòu)造成期望的形狀；以及將散熱率極小的物質(zhì)涂布在該形狀的外表面上。在另一種實施方式中，提供一種用于制造蓄熱塊的方法，包括根據(jù)第四種實施例的方法制造蓄熱復合材料；將蓄熱復合材料構(gòu)造成矩形平行六面體，其包括基本上豎直穿過該矩形平行六面 體的錐體或圓柱體；以及將散熱率極小的物質(zhì)涂布在該矩形平行六面體的外表面上。在另一種實施方式中，提供一種用于制造蓄熱塊的方法，包括根據(jù)第四種實施例的方法制造蓄熱復合材料；將蓄熱復合材料構(gòu)造成期望的形狀；將加熱裝置組件插入蓄熱塊；以及將散熱率極小的物質(zhì)涂布在該形狀的外表面上。本發(fā)明同樣還提供一種蓄熱塊，其根據(jù)第五實施方式的方法制造。在本發(fā)明的第六種實施方式中，提供一種用于制造蓄熱裝置的方法，包括提供根據(jù)本發(fā)明的蓄熱塊；提供用于加熱蓄熱塊的加熱裝置；將蓄熱塊安裝在室的內(nèi)部以及將室內(nèi)部的至少部分氣體排除，以得到包圍蓄熱塊的低壓區(qū)域。對于此實施方式，以下選擇可以單獨或任意組合地實現(xiàn)。安裝可以包括提供由隔熱件制成的固定件。提供蓄熱塊的步驟可以包括在使用第五種實施方式的方法的情況下制造蓄熱塊。在一種實施方式中，提供一種用于制造蓄熱裝置的方法，包括使用第五種實施方式的方法制造蓄熱塊；提供用于加熱蓄熱塊的加熱裝置；將蓄熱塊安裝在室的內(nèi)部以及將室內(nèi)部的至少部分氣體排除，以得到包圍蓄熱塊的低壓區(qū)域。本發(fā)明還提供一種根據(jù)第六種實施方式的方法制造的蓄熱裝置。在本發(fā)明的第七種實施方式中提供一種用于加熱物質(zhì)的方法，包括提供根據(jù)本發(fā)明的蓄熱裝置，其中，該裝置的蓄熱塊的溫度高于物質(zhì)的溫度；以及將該物質(zhì)暴露在蓄熱塊中，以加熱該物質(zhì)。對于此實施方式，以下選擇可以單獨或任意組合地實現(xiàn)。步驟a)可以包括使用加熱裝置將蓄熱塊加熱到所述溫度。步驟b)可以包括使物質(zhì)穿過蓄熱塊中的加熱室，其中所述室構(gòu)造成使物質(zhì)能夠 穿過該蓄熱塊。在一種實施方式中，提供一種用于加熱物質(zhì)的方法，包括將根據(jù)本發(fā)明的蓄熱裝置加熱到高于物質(zhì)溫度的溫度；以及b)使所述物質(zhì)穿過蓄熱塊中的加熱室，該室構(gòu)造成使物質(zhì)能夠穿過蓄熱塊。本發(fā)明還提供一種經(jīng)加熱的物質(zhì)，其根據(jù)第七種實施方式的方法被加熱。為了加
8熱物質(zhì)，還使用根據(jù)本發(fā)明的蓄熱裝置或根據(jù)本發(fā)明的蓄熱塊或根據(jù)本發(fā)明的蓄熱復合材 料。


現(xiàn)在僅示例性地參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行說明。在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明制造蓄熱復合材料、蓄熱塊以及蓄熱裝置的示意圖；以及圖2示出了用于加熱物質(zhì)的圖1的蓄熱裝置的使用。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種蓄熱復合材料，其包含導熱材料和大量碳顆粒，導熱材料與碳顆 粒不同。在此說明書中的上下文中，復合材料可以視為一種由不同組分組成的結(jié)構(gòu)或單元。 復合材料也可以是一種混合物，其在室溫下可以是固體，在其最大工作溫度下可以是固體。導熱材料可以表現(xiàn)為連續(xù)相。導熱材料可以具有分散在其中(例如埋設(shè)在其中) 的碳顆粒。碳顆?？梢曰旧暇鶆虻胤植蓟蚵裨O(shè)在導熱材料中。導熱材料可以構(gòu)成穿過蓄 熱復合材料的用于導熱的連續(xù)路徑。碳顆?？梢员憩F(xiàn)為在導熱材料的連續(xù)相中的不連續(xù) 相。由此，本發(fā)明的蓄熱復合材料可以包括碳顆粒(通常均勻地)分布在其中的導熱材料。 在本發(fā)明的蓄熱復合材料中，碳顆粒用作蓄熱區(qū)域，當對蓄熱復合材料進行加熱時導熱材 料用于將熱傳導給碳顆粒，當使用蓄熱復合材料來加熱物質(zhì)時將熱量從碳顆粒傳導至應加 熱的物質(zhì)。本發(fā)明的優(yōu)點在于，使用高純度的碳。碳的不純會降低蓄熱塊的熱容量，并且其在 使用蓄熱復合材料時可達到的高溫下會分解，從而影響復合材料的完整性和/或產(chǎn)生不期 望的(例如有害的)產(chǎn)品。碳顆粒的碳的純度至少可以約為99重量百分比，或者至少約為 99. 5,99. 9,99. 95 或 99. 99%重量百分比，例如約為 99,99. 1,99. 2,99. 3,99. 4,99. 5,99. 6、 99. 7,99. 8,99. 9,99. 91,99. 92,99. 93,99. 94,99. 95,99. 96,99. 97,99. 98,99. 99 或者大于 99.99%。其可以為石墨的形式或其他形式的碳，例如高純度的白煙煤。這例如可以通過專 利文獻W003/074639的方法來實現(xiàn)，其內(nèi)容通過交叉引用包括在本申請中。碳顆粒優(yōu)選是很小的顆粒。顆粒越小，在特定容積的蓄熱復合材料中的顆粒的表 面積就越大，由此在碳顆粒與導熱材料之間的熱傳導也就越好。碳顆粒的平均直徑(重量 平均或數(shù)目平均)可以小于約2mm，或者小于約1mm，或者小于約500、200、100、50、20或 10 μ m,或者由約 1 μ m 至約 2mm，或者由約 10 μ m 至 2mm、50 μ m 至 2mm、100 μ m 至 2mm、500 μ m 至 2mm、1 至 2mm、10 μ m 至 1mm、10 至 500 μ m、10 至 100 μ m、10 至 50 μ m、10 μ m 至 1mm、10 至 500 μ m、10 至 200 μ m、10 至 100 μ m、100 至 500μπι、50 至 50 μ m 或 50 至 200 μ m，例如約為 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、 500、550、600、650、700、750、800、850、900 或 950 μ m，或者約為 1,1. 1、1. 2,1. 3,1. 4,1. 5、 1.6、1.7、1.8、1.9或2mm。在本上下文中，非球形顆粒的顆粒直徑視為顆粒的平均直徑。碳 顆粒的顆粒尺寸分布范圍可以很寬。這可以簡化顆粒的包裝，因為較小的顆?？梢源┻^較 大的顆粒之間的空間。這又使得在蓄熱復合材料中可以有更高含量的碳顆粒，由此可以實 現(xiàn)復合材料的更大的熱容量。由于碳的密度相對于大部分適合的導熱材料(其中包括許多 金屬)較小(即比重較小)，在重量方面具有特別大的優(yōu)點。由此，本發(fā)明可以提供一種重量更小卻能提供與現(xiàn)有技術(shù)中的材料相當?shù)倪m當?shù)男顭嵝阅芎蛯嵝阅艿膹秃喜牧?，其?夠提供性能的組合。顆粒尺寸分布的度量是碳顆粒的重量平均顆粒尺寸與其數(shù)目平均顆粒 尺寸相除。對于本發(fā)明的復合材料，該值可以大于約3，或者大于4、5、6、7、8、9或10，或可以 約為 3 至 20、5 至 20,10 至 20、3 至 10、3 至 5 或 5 至 10，例如約為 3、4、5、6、7、8、9、10、11、 12、13、14、15、16、17、18、19或20。為了簡化碳顆粒的包裝，顆粒應該具有合適的形狀。碳 顆粒可以基本上為球形的，或者可以為蛋形、多面體(具有6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、 16、17、18、19、20或多于20個面)，可選地為均勻的多面形。在本文中描述的概念基本上為 球形表示沒有鋒銳邊棱的物體以及至少約為0. 96,0. 97,0. 98或0. 99，或者約為0. 95至1、 0. 96 至 1,0. 97 至 1,0. 98 至 1,0. 99 至 1，例如約為 0. 95,0. 96,0. 97,0. 98,0. 99 或 1 的球 形結(jié)構(gòu)。替代地，顆?？梢跃哂兄辽偌s為0. 95，或者至少約為0. 96,0. 97,0. 98或0. 99，或 者約 0. 95 至 1,0. 96 至 1,0. 97 至 1,0. 98 至 1,0. 99 至 1，例如約為 0. 95,0. 96,0. 97,0. 98、 0. 99或1的球形結(jié)構(gòu)，如果它們至少具有一條尖銳棱邊的話。在根據(jù)本發(fā)明的蓄熱復合材料中，碳顆粒用于實現(xiàn)高熱容量。在顆粒間的導熱材 料可以具有較低的熱容量，然而其有利于穿過蓄熱復合材料的優(yōu)良的導熱性，并且在一些 實施方式中，其還用于在復合材料的外側(cè)實現(xiàn)散熱率極小的鍍層。因此，具有優(yōu)點的是，提 高蓄熱復合材料中碳的比例。蓄熱復合材料可以具有至少約50容積百分比的碳，或者至少 約60、70、80或90容積百分比的碳，或者約50至95 %，或者約50至90、50至80、50至70、70 至 95,80 至 95 或 70 至 90%，例如約 50、55、60、65、70、75、80、85、90 或 95%。還優(yōu)選的是， 使蓄熱復合材料中氣體(例如空氣)的量最小，因為氣體具有相對較小的導熱性和相對較 小的熱容量。因此，期望的是，基本上所有空間都被導熱材料占據(jù)。空間容積的至少約80% 被導熱材料占據(jù)，或者空間容積的至少約85、90、95、96、97、98、99、99. 5或99. 9%被導熱材 料占據(jù)?？臻g容積的約80 %可以被導熱材料占據(jù)，或者空間容積的約85、90、91、92、93、94、 95,95.5,96,96.5,97,97. 5,98,98. 5,99,99. 1,99. 2,99. 3,99. 4,99. 5,99. 6,99. 7,99. 8 或 99. 9%被導熱材料占據(jù)。碳顆粒可以均勻地分布在整個導熱材料中。導熱材料的導熱性可以在300K或在復合材料的工作溫度時最小約為3W/cm K，或 者最小為3. 5、4oder 4. 5ff/cm K，或者約為3至5左右，或者約為3. 5至5，4至5、4. 5至5、
3.5 至 4. 5，或者為 4 至 4. 5，例如約為 3,3. 1,3. 2,3. 3,3. 4,3. 5,3. 6,3. 7,3. 8,3. 9、4、4· 1、
4.2、4. 3、4. 4、4. 5、4. 6、4. 7、4. 8、4. 9或5W/cm K。導熱材料可以為熔點小于碳(例如小于 約3500°C)的金屬或金屬合金。導熱材料例如可以為銅、銀或銅銀合金。導熱材料的純度 可以至少約為99重量百分比，或者至少約為99. 5,99. 9,99. 95或99. 99重量百分比，例如 約為 99,99. 1,99. 2,99. 3,99. 4,99. 5,99. 6,99. 7,99. 8,99. 9,99. 91,99. 92,99. 93,99. 94、 99. 95,99. 96,99. 97,99. 98,99. 99或大于99. 99%。導熱材料的純度能夠足以使得當金屬 被加熱到蓄熱復合材料的工作溫度時不會有揮發(fā)物質(zhì)從該導熱材料中釋放出。蓄熱復合材料的熱容量可以隨溫度升高。在1000°C下的熱容量可以最小為1. 5J/ g K，或者最小約為1.6、1.7、1.8、1.9或21^ K，或者其可以處于約1. 5至約4J/g K的范圍 內(nèi)，或者為1.5至3、1.5至2、2至4、3至4、2至3或2至2.5，例如約為1. 5、1. 6、1. 7、1. 8、 1 · 9> 2> 2· 1、2· 2>2· 3、2· 4、2· 5、2· 6>2· 7、2· 8、2· 9>3>3· 1、3· 2、3· 3、3· 4、3· 5、3· 6>3· 7、3· 8、 3. 9或4，或者可以大于4J/g K。一塊1公制噸(即1噸)的蓄熱復合材料能夠存蓄至少 約 500kWh 的熱能，或者至少約 550、600、650、700、750、800、850、900、950 或 IOOOkWh,或者約500 至約 IOOOkffh 或約 500 至 900,500 至 800,500 至 700,600 至 1000,700 至 1000,800 至 1000,600 至 900 或 600 至 800kWh，例如約為 500、550、600、650、700、750、800、850、900、950 或 IOOOkWh。導熱材料的熔點應該在碳顆粒的熔點之下。碳的熔點約為3500°C。導熱材料的熔 點同樣可以高于導熱材料的使用溫度。使用溫度通常至少約為500°C，但可以高于約600、 700、800、900 或 1000°C，或者為約 500 至約 1000、或約 500 至 900,500 至 800,500 至 700、 500 至 600、700 至 1000 或600 至 900°C，例如約為 500、550、600、650、700、750、800、850、900、 950或1000°C。可行的使用溫度與導熱材料的熔點有關(guān)。蓄熱復合材料的密度與在蓄熱復合材料中導熱材料的類型和比例有關(guān)，可以為約 2 至 10g/cm3，或者約為 2 至 8、2 至 6、2 至 4、2 至 3、2 至 2. 5、2. 5 至 3、2. 5 至 3. 5、4 至 10、 6 至 10、4 至 8 或 4 至 6g/cm3，例如約為 2,2. 1,2. 2,2. 3,2. 4,2. 5,2. 6,2. 7,2. 8,2. 9、3、3· 1、 3. 2,3. 3,3. 4,3. 5、4、4· 5、5、5· 5、6、6· 5、7、7· 5、8、8. 5、9、9· 5 或 10g/cm3。該密度可以在各 種適當?shù)臏囟认逻M行測量，例如在室溫或蓄熱復合材料的工作溫度(如前所述可以約為 1000°C或其他適當?shù)墓ぷ鳒囟?下。本發(fā)明還提供一種蓄熱塊，其包括根據(jù)本發(fā)明的蓄熱復合材料。在一些實施方式 中，該蓄熱塊主要由蓄熱復合材料組成，即不存在其他有意添加的材料。蓄熱塊可以具有 由散熱率極小的物質(zhì)構(gòu)成的外層。在一些實施方式中，整個外層都由散熱率極小的物質(zhì)構(gòu) 成。塊的外表面可以高度極化，以降低其散熱能力。當整個外層都由散熱率極小的物質(zhì)構(gòu)成 時，可以將這種散熱率極小的物質(zhì)高度極化。該極小的散熱率在塊的工作溫度下可以小于 約 0. 05，或者小于約 0. 045,0. 04,0. 035,0. 03,0. 025 或 0. 02，或者約為 0. 02 至 0. 05,0. 03 至 0. 05,0. 04 至 0. 05,0. 02 至 0. 04,0. 02 至 0. 03 或 0. 03 至 0. 04，例如約為 0. 02,0. 025、 0. 03,0. 035,0. 04,0. 045或0. 05。散熱率極小的物質(zhì)可以與導熱材料相同，或者也可以與 導熱材料不同。在一些實施方式中，對散熱率極小的物質(zhì)可以為了更小的散熱率而進行優(yōu) 化，對導熱材料可以為了更高的導熱率而進行優(yōu)化。散熱率極小的物質(zhì)可以在蓄熱塊的外 側(cè)構(gòu)成層。該層的厚度可以約為0. 1至10mm，或者為約0. 1至5、0. 1至2、0. 1至1、0. 1至 0. 5,0. 5至IOU至10、2至10、5至10,0. 5至5,0. 5至2或者為1至5mm，例如約為0. 1、
0.2,0. 3,0. 4,0. 5,0. 6,0. 7,0. 8,0. 9、1、2、3、4、5、6、7、8、9 或 10mm。該層的厚度可以是可變 的或恒定的。在本說明書的語境中，術(shù)語“塊”表示實有的復合材料。塊可以具有平面的側(cè)面，或 者可以具有曲面的側(cè)面，或者可以具有若干平面、若干曲面的側(cè)面。蓄熱塊可以具有任意適 合的形狀。其可以具有矩形平行六面體、球形，也可以具有蛋形、旋轉(zhuǎn)體、錐體、多面體(具 有6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或多于20個面)的形狀，也可以為規(guī)則 的多面體、圓柱體(端部為平面的或曲面的)、截頂錐體或其他適合的形狀。其可以為細長 的具有多邊形的截面，在此多邊形(或規(guī)則多邊形)可以具有4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、 14、15、16、17、18、19、20或多于20個面。塊的尺寸與其應用領(lǐng)域有關(guān)。塊的最大、中等及最 小的直徑可以分別在IOcm至約an或大于an的范圍內(nèi)，或者在約IOcm至lm、IOcm至50cm、 IOcm 至 20cm、20cm 至 an、50cm 至 an、1 至 ^ik20cm 至 lm、50cm 至 Im 或 20 至 50cm，例如約 為 10、20、30、40、50、60、70、80 或 90cm,或者約為 1,1. 1、1. 2,1. 3,1. 4,1. 5,1. 6,1. 7,1. 8、
1.9或2m，當然前提是最大直徑大于或等于最小直徑，中等直徑不大于最大直徑且不小于最小直徑。當塊具有分離的側(cè)面時，每個側(cè)面的直徑可以為如前所述的一樣，或者在特定的 情況下更小，例如約為 0. 5、1、1· 5、2、2· 5、3、3· 5、4、4· 5、5、6、7、8 或 9cm。塊可以包括大量碳顆粒。通常來說，根據(jù)顆粒的尺寸、尺寸分布、塊的尺寸及形狀 以及顆粒的包裝密度，塊可以具有至少約IO5個碳顆粒，然而也可以具有多達約IO"5個碳顆 ?；蚨嘤贗O16個碳顆粒。在塊中也可以具有約IO5至IO15UO5至IO12UO5至IOiciUO5至108、 IO6 至 IO16UO8 至 IO16UO10 至 IO16UO12 至 IO16UO7 至 IO12UO10 至 IO14UO8 至 IO12 或 IO8 至 IO10,例如約為 105、IO6、107、IO8、ΙΟ9、1010、IOiiUO12UO13, 1014、IO15 或 IO16 個碳顆粒。蓄熱塊可以具有用于容置要由蓄熱塊進行加熱的物質(zhì)的加熱室。該加熱室可以具 有在塊中或在塊的上部的凹部的形狀，或者具有在塊中的凹槽的形狀(例如V形或半圓形 凹槽)。加熱室可以穿過塊延伸。加熱室可以水平地穿過。加熱室可以以介于水平與垂直 之間的夾角穿過(例如相對于水平10、20、30、45、50、60、70或80度)。加熱室可以具有穿 過塊的通道的形式。通道可以為筆直的。通道也可以為彎曲的。通道可以為穿過塊的卷曲 狀或螺旋狀的通道。通道可以具有圓形截面、多邊形截面、星形截面、橢圓形截面、矩形截面 或其他類型的截面。通道可以具有圓柱、縫的形狀或其他形狀。加熱室的平均直徑與要加熱 物質(zhì)穿過所述室所需的流速有關(guān)，并且與物質(zhì)的種類(材料的狀態(tài)、粘度)有關(guān)。平均直徑 可以在約1至約50mm的范圍內(nèi)，或者約1至20、1至10、1至5、5至50、10至50、20至50、5 至 20 或 10 至 20mm，例如約為 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45 或 50mm，盡管 如此，其在特定的實施方式中可以大于50mm或者小于1mm。加熱室的表面可以具有散熱率 極小的物質(zhì)的層，或者不具有這樣的層。表面可以是導熱率較大的材料的層(例如在300K 時大于約100W/m K，或者大于約110或120W/m K，或者約100至約150W/m K，或者約100至 130,120 至 150,110 至 130 或 115 至 115ff/m K，例如約為 100、105、110、115、120、125、130、 135、140、145或150W/m K)。其可以例如是由碳化硅構(gòu)成的層。層可以與之前對于在塊的 外表面上的層所述的相同。其尺寸也可以與之前對于在塊的外側(cè)上的層所述的相同。層應 該由對于在工作溫度下于蓄熱塊中應被加熱的物質(zhì)具有抗性(即不分解、熔化、汽化或在 其他方面被影響)的物質(zhì)構(gòu)成。在一些實施方式中，蓄熱塊可以具有多個加熱室(例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、 20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90或100個)。如前所述，它們可以分別為單獨的室。
當設(shè)有多個室時，它們可以是獨立的(即彼此不連接)或者它們可以交聯(lián)(即可以彼此連 接)，或者可以是一部分是交聯(lián)的而另一部分是獨立的。在一些實施方式中，這些室具有彼 此連接的帶孔網(wǎng)絡(luò)的形式?？椎钠骄睆娇梢匀缟蠈τ谑业闹睆剿枋龅囊粯?。相對于僅 具有單一加熱室的導熱塊，提供多個加熱室(特別是以穿過蓄熱塊的通道的形式的)可以 增加加熱室的組合的表面區(qū)域。這可實現(xiàn)向要由塊加熱的物質(zhì)的高效熱傳導。然而，多個 加熱室的各自的直徑可以分別小于具有較大直徑的單一加熱室的直徑。這會導致對待加熱 物質(zhì)穿過加熱室的流動阻抗，并且在一些情況下會導致阻塞。加熱室的結(jié)構(gòu)和數(shù)目可以由 要由塊加熱的物質(zhì)的類型決定。因此，當要加熱氣體時具有優(yōu)點的是，具有大量穿過塊的用 作加熱室的細長通道，而當要加熱粉狀物或粘性液體時具有優(yōu)點的是，具有較大直徑的單 一通道(或少量通道)用作加熱室。加熱室可以構(gòu)造成，使得物質(zhì)可以穿過加熱塊，從而對物質(zhì)加熱。該物質(zhì)可以是固 體。該物質(zhì)可以是粉狀物。該物質(zhì)可以是液體。該物質(zhì)可以是氣體。該物質(zhì)可以是兩種或
12多種上述物質(zhì)的組合。因此，該物質(zhì)可以是噴霧、氣霧(Aerosol)、氣體懸浮物、乳狀液、泡沫 等。該物質(zhì)在塊的工作溫度下可以是液體而在室溫下是固體。蓄熱塊還可以包括用于加熱蓄熱元件的加熱裝置組件。加熱裝置組件可以包括電 子元件、用于熱交換液體的管道或其他加熱裝置組件。加熱裝置組件可以與能源連接。由 此，電子元件可以例如與電源連接，從而可以在使用時通過將電流導引通過電子元件而對 蓄熱塊加熱，由此可實現(xiàn)元件對加熱裝置組件的加熱。替代地，管道還可以與熱的熱交換液 體源連接(例如熱的氣體或熱的液體)，從而使得來自源的熱的熱交換液體的穿行以及穿 過管道實現(xiàn)了對蓄熱塊的加熱。在本發(fā)明的一些實施方式(隨后將在本說明書中進行說 明)中，蓄熱塊沒有加熱裝置組件。熱塊可以通過在塊中和/或在塊上不包括加熱裝置組 件的裝置來加熱。蓄熱塊可以通過感應anduktion)被加熱。本發(fā)明還提供一種蓄熱裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明的蓄熱塊，其中該塊安裝在低壓 區(qū)域中；以及包括用于對蓄熱塊進行加熱的加熱裝置。蓄熱裝置可以用于通過將熱能從裝置的蓄熱塊傳遞到物質(zhì)而對物質(zhì)進行加熱。期 望的是，除了與對物質(zhì)進行加熱之外，蓄熱塊的能量損耗要盡可能地小。通常而言，熱損耗 可能由于輻射損耗、對流損耗或傳導損耗而發(fā)生。本發(fā)明的加熱裝置塊通常具有散熱率很 小的外表面。這用于使輻射損耗保持在很小。優(yōu)選的是，這樣實施加熱裝置塊的裝配，使 得固定件是高度隔離的并且與加熱裝置塊的接觸區(qū)域盡可能地小，從而使傳遞損耗保持在 很小。在蓄熱裝置中，蓄熱塊位于低壓區(qū)域中，由此可以降低對流損耗。在該區(qū)域中的壓 力越小，對流損耗也就越小。這種較低的壓力例如可以小于約0.01個大氣壓，或者小于約 0. 005,0. 001,0. 0005或0. 0001個大氣壓，或者約0. 01至0. 0001個大氣壓，或者約0. 01至 0. 001,0. 01 至 0. 005,0. 001 至 0. 0001 或 0. 01 至 0. 0005 個大氣壓，例如約為 0. 01,0. 005、 0. 001,0. 0005 或 0. 0001 個大氣壓。如上所述，蓄熱塊可以借助隔熱件來安裝。隔熱件的導熱率在371時可以小于約 0. 5ff/cm K，或者小于約 0. 4,0. 3,0. 2,0. 1、0. 5 或 0. 0Iff/cm K，或者約為 0. 5 至約 0. 01,0. 2 至 0. 01,0. 1 至 0. 01,0. 05 至 0. 01,0. 5 至 0. 1、0. 5 至 0. 2,0. 2 至 0. 05 或 0. 1 至 0. 05，例如 約為 0. 01,0. 02,0. 03,0. 04,0. 05,0. 06,0. 07,0. 08,0. 09,0. 1,0. 15,0. 2,0. 25,0. 3,0. 35、
0.4、0.45或0. 5W/cmK。隔熱件可以包括電熔剛玉或定向石墨或者同時包括兩者，或者包括 其它隔離件或隔離件的混合。如上所述，隔熱件與蓄熱塊的接觸區(qū)域應該最小化。蓄熱塊和低壓區(qū)域可以設(shè)置在室的內(nèi)部。室可以由任意適當?shù)淖銐蚶喂痰?、耐?壓的材料制造。適當?shù)牟牧蠎撌欠嵌嗫椎?，由此可以保持真?或局部真空)。室可以由 陶瓷材料或由鋼或者由其它適當?shù)牟牧现圃?。蓄熱塊至室的內(nèi)壁的最小間距應該足以能夠 容納在工作時的較小的輻射熱損耗。該間距可以在約1至約50cm的范圍內(nèi)，或者約2至5、 5 至 50、10 至 50、20 至 50、1 至 20、1 至 10、1 至 5、5 至 10、5 至 30、10 至 30 或 10 至 20cm 的 范圍內(nèi)，例如約為1、2、3、4、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50cm，或者可以大于50cm。該 間距可以與塊的尺寸有關(guān)。室可以封閉或可連接至真空源，例如真空泵。真空泵可以包括 電動泵、擴散泵、活塞泵或者其他形式的真空泵，并且可以包括多個上述泵。室可以包括隔熱件，以減少室的熱損耗。隔熱件可以設(shè)置在室的外側(cè)。隔熱件可 以是公知的隔熱件，只要其是牢固的并且就是在使用時出現(xiàn)的溫度達到使用溫度時也不會 熔化。隔離件可以是牢固的并且直至蓄熱復合材料的導熱材料的熔點也不會熔化。
加熱裝置可以包括電加熱裝置、基于熱交換流體的加熱裝置、感應加熱裝置、渦流 加熱裝置或其他加熱裝置。加熱裝置可以包括加熱裝置元件，該加熱裝置元件位于蓄熱塊 中、或位于蓄熱塊之外但與蓄熱塊相接觸或者不與蓄熱塊相接觸。因此，在一些實施方式中 加熱裝置不需要在蓄熱塊內(nèi)部的加熱裝置組件或與蓄熱塊相接觸。例如，在蓄熱塊內(nèi)部的 流的感應可以借助加熱裝置實現(xiàn)通過蓄熱塊的加熱，所述加熱裝置位于塊設(shè)置在其中的室 中或者室的壁上。本發(fā)明的蓄熱復合材料可以通過將大量碳顆粒與導熱材料組合并將得到的混合 物在局部真空的條件下加熱到導熱材料的熔點之上的溫度而制成。在此處優(yōu)選的是，導熱 材料與碳顆粒的混合物在加熱前是相對均勻的。這可以通過搖晃或攪拌或者以其它方式的 晃動混合物來實現(xiàn)。替代地或額外的，一旦導熱材料熔化就晃動所得到的熔化的混合物，從 而提高其均勻性。在形成混合物之前，導熱材料可以以顆粒形式存在。導熱材料的顆粒可以為球形 的或基本上為球形的或為其它形狀的。顆?？梢跃哂幸?guī)則的形狀或不規(guī)則的形狀。顆?？?以具有細長的形狀。碳顆粒的重量平均的顆粒尺寸與其數(shù)量平均的顆粒尺寸相除的商可 以小于約 2，或者小于約 1. 8,1. 6,1. 4,1. 2 或 1. 1，例如約為 1、1. 1、1. 2,1. 3,1. 4,1. 5,1. 6、 1. 7,1. 8、1. 9或2，盡管它們在一些情況下也可以大于2 (例如為2至3)。導熱材料的平均 顆粒直徑(數(shù)量平均或重量平均)可以小于約20 μ m,或者小于約10、5或2 μ m，或者可以在 約0. 5至約20μ m的范圍內(nèi)，或者約0. 5至10、0. 5至5、0. 5至2、0. 5至1、1至20、5至20、 10 至 20、1 至 10、5 至 10 或 1 至 5μπι，例如約為 0. 5、1、1· 5、2、2· 5、3、3· 5、4、4· 5、5、6、7、8、 9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20 μ m。導熱材料的顆?？梢栽诩s1至約20 μ m的 范圍內(nèi)，或者約1至10、1至5、2至20、5至20、10至20、2至10、2至5或5至ΙΟμπι，例如 約為 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19 或 20μπι。導熱材料的顆粒可 以小于碳顆粒的平均顆粒尺寸。當導熱材料是兩種或更多金屬的合金時，可以將這些金屬 作為單獨的材料或者作為合金混合。當金屬單獨混合時，每種金屬可以如上所述一樣。在 加熱由金屬和碳顆粒構(gòu)成的混合物時，金屬熔化并自身連接，從而在碳顆粒之間形成合金。 因此，當蓄熱復合材料的導熱材料是銅銀合金時，通過使碳顆粒、銅顆粒和銀顆粒組合并在 局部真空的條件下將所得到的混合物加熱到大于為了形成熔化的銅銀合金所需的溫度，來 制造蓄熱復合材料。替代地，可以通過將碳顆粒與銅銀合金的顆粒組合并在局部真空的條 件下將所得到的混合物加熱到大于合金熔點的溫度，來制造蓄熱復合材料。在本文的語境 中應該注意的是，當使用合金時，在合金中金屬的比例可以為能夠形成合金的任意比例。這 些比例是冶金行業(yè)公知的。應該注意的是，對于銅銀合金(或混合物)的示例，實際的工作 溫度要不高于780V，因為在此溫度之上至少會有部分合金成為液體。然而在制造復合材料 時優(yōu)選的是，將碳顆粒與合金(或單獨的金屬顆粒)的混合物加熱到合金的液相溫度或加 熱到該溫度之上，該液相溫度也就是合金完全熔化時的溫度。液相溫度隨著銅與銀在合金 中的比例而變化，并且對于約72%的銀和約的銅的情況至少為780V。類似的考慮對 于可以用在本發(fā)明的導熱材料中的其他合金也適用。在導熱材料被加熱到其熔點之上的溫度之前，可以對混合物施加局部真空。應該 理解的是，局部真空可以具有極低的絕對壓力，但是實際上不可能實現(xiàn)完全真空(即不存 在各種氣態(tài)物質(zhì))。局部真空的絕對壓力可以小于0. 01個大氣壓或者小于約0. 005,0. 001、
140. 0005或0. 0001個大氣壓，或者為約0. 01至0. 0001個大氣壓，或者約0. 01至0. 001、 0. 01 至 0. 005,0. 001 至 0. 0001 或 0. 01 至 0. 0005 個大氣壓，例如約為 0. 01,0. 005,0. 001、 0. 0005或0. 0001個大氣壓。提供低壓可以確保熔化的導熱材料能夠基本上填滿碳顆粒之 間的空間。在導熱材料熔化之前應該將低壓施加到混合物上，但是在特定的情況下在導熱 材料熔化之后施加低壓也是足夠的。然而，在該方法中的特定階段需要使熔化的導熱材料 與碳顆粒在上述低壓的條件下共存。這種狀態(tài)應該保持足夠的時間，以使熔化的材料進入 碳顆粒之間的空間并基本上填滿該空間。該時間可以與熔化的材料的粘性有關(guān)，而粘性又 與溫度有關(guān)。如前所述，溫度應該足以使得導熱材料熔化。適當?shù)膶岵牧系娜埸c例如為 1084 0C (銅)和962°C (銀)。因此，例如可以在約1000°C至約1500°C的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn) 加熱，或者在約 1000 至 1400、1000 至 1300、1000 至 1200、1100 至 1500、1200 至 1500、1300 至 1500、1200 至 1400 或 1200 至 1300°C 的范圍內(nèi)，例如在約為 1000、1050、1100、1150、1200、 1250、1300、1350、1400、1450 或 1500 °C。該方法同樣也可以包括冷卻蓄熱復合材料，由此使蓄熱復合材料固化。冷卻可以 在足以使復合材料固化的低溫下進行。該溫度可以是導熱材料的熔點或固相溫度。通過如前所述地制造蓄熱復合材料以及將該蓄熱復合材料構(gòu)型為期望的外形來 制造本發(fā)明的蓄熱塊。優(yōu)選在使導熱材料固化之前實現(xiàn)構(gòu)型。因此，該方法包括將大量碳 顆粒與導熱材料組合，在局部真空的條件下將所得到的混合物加熱到導熱材料的熔點之上 并將所得到的蓄熱復合材料構(gòu)型為期望的形狀，優(yōu)選是在使導熱材料固化之前。構(gòu)型可以 包括以具有期望外形的形式執(zhí)行所述方法，使得蓄熱復合材料在冷卻時可以具有這種外形 的形式。因此，如以上所描述的，該形狀可以是將蓄熱塊構(gòu)成為期望的形狀的合適的形狀。該方法還包括將散熱率極小的物質(zhì)噴涂在形狀的外表面上的步驟。該步驟可以包 括將這種物質(zhì)的層噴涂在外表面上。該方法還可以包括將散熱率極小的物質(zhì)極化在外表面 上。該方法還包括將散熱率極小的物質(zhì)涂覆在加熱室的表面上的步驟。該步驟可以包括將 這種物質(zhì)層噴覆在表面上。該方法還包括在外表面上拋光散熱率極小的物質(zhì)的步驟。如前所述，蓄熱塊可以包括用于容置要由蓄熱塊加熱的物質(zhì)的加熱室。當蓄熱塊 通過應用具有適當外形的形狀來構(gòu)型時，該加熱室可以構(gòu)造在蓄熱塊中。可選地，可以構(gòu)成 蓄熱塊之后構(gòu)造加熱室。這可以通過借助鉆孔或切割等在加熱塊中構(gòu)造具有期望外形和尺 寸的加熱室來實現(xiàn)。因此，例如可以通過穿過蓄熱塊鉆出圓柱形空腔來構(gòu)造穿過蓄熱塊中 心的圓柱形加熱室。該方法可以包括將加熱裝置組件插入蓄熱塊中。在這種情況下，在導熱材料熔化 之前或之后，加熱裝置組件均可設(shè)置在碳顆粒與導熱材料的混合物中。應當在導熱材料能 夠冷卻之前將加熱裝置組件插入混合物中，從而構(gòu)成蓄熱復合材料。為了制造蓄熱裝置，將蓄熱塊(如前所述)安裝在室的內(nèi)部，提供用于加熱蓄熱塊 的加熱裝置，并且至少部分排除掉室內(nèi)的氣體，從而得到包圍蓄熱塊的低壓區(qū)域。加熱裝置 可以設(shè)置成，其能夠加熱蓄熱塊。由此，當蓄熱塊包括加熱裝置元件時，加熱裝置可以包括 用于加熱裝置元件的連接的連接件。這樣，加熱裝置本身可以位于室內(nèi)、室上或室外。連接 件和加熱裝置的類型可以與加熱裝置元件的類型有關(guān)。當加熱裝置元件例如為電子元件 時，連接件可以包括電纜，并且加熱裝置可以包括電源，例如變壓器、發(fā)電機等。如果加熱裝 置元件是用于容置經(jīng)加熱的流體的管道，則連接件可以包括能夠與加熱裝置元件接合的軟管或管道，從而構(gòu)成連續(xù)的加熱管道，并且加熱裝置可以包括用于加熱流體的流體加熱裝 置，以加熱蓄熱塊。固定可以包括提供由隔熱件構(gòu)成的固定裝置。這種固定件已經(jīng)在前描述過。方法 可以包括將蓄熱塊設(shè)置在固定裝置上。固定件可以構(gòu)造成，使固定裝置與蓄熱塊之間的接 觸區(qū)域最小，以使因固定裝置產(chǎn)生的熱損失最小。制造蓄熱裝置的方法可以包括對于在室的內(nèi)壁與蓄熱塊之間的在室內(nèi)部的空間 施加真空或局部真空。所期望的真空以及用于施加真空的適當?shù)谋迷谥耙呀?jīng)描述過。蓄熱裝置可以用于加熱物質(zhì)。為了實現(xiàn)此目的，蓄熱裝置的蓄熱塊的溫度應該在 加熱之前高于物質(zhì)的溫度。然后可以將物質(zhì)充分暴露在蓄熱塊中(例如與蓄熱塊接觸或者 緊密地通過蓄熱塊)，由此熱能被從蓄熱塊傳遞到物質(zhì)上。物質(zhì)可以沿蓄熱塊中的凹槽或管 道或凹部被導弓I。他們可以被導引穿過蓄熱塊中的加熱室。蓄熱塊與加熱之前的物質(zhì)之間的溫差可以處于約10至約1000K或更大的范圍內(nèi)， 或者在約 10 至 500、10 至 200、10 至 100、10 至 50、10 至 20、20 至 1000、50 至 1000、100 至 1000,200 至 1000、500 至 1000、50 至 500、50 至 200、50 至 100、100 至 500 或 100 至 300K 的范圍內(nèi)，例如約為 10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、250、300、350、400、450、 500、550、600、650、700、750、800、850、900、950 或 IOOOKo 物質(zhì)可以被加熱至約 100 至約 1000°C 的范圍內(nèi)，或者約 100至 500、100至200、200 至 1000、500 至 1000、200 至 500或300 至 700°C 的范圍內(nèi)，例如為約 100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、 750、800、850、900、950或1000°C。物質(zhì)經(jīng)過蓄熱塊或穿過蓄熱塊的通行速度以及蓄熱塊與 加熱之前的物質(zhì)之間的溫差能夠足以使得物質(zhì)被加熱到期望的溫度，如前所述。用于加熱物質(zhì)的方法可以包括將蓄熱塊加熱到適當?shù)墓ぷ鳒囟?，為此在物質(zhì)暴露 在蓄熱塊中之前使用加熱裝置。使用加熱裝置和/或加熱元件來進行加熱。蓄熱塊可以 被加熱到高于物質(zhì)在加熱之前的溫度的適當溫度。蓄熱塊可以被加熱到高于物質(zhì)在加熱 之后的溫度的適當溫度。其例如可以處于約100至約1000°C的溫度范圍內(nèi)，或者約100至 500、100至200,200至1000,500至1000,200至500或300至700°C的范圍內(nèi)，例如可以約 為 100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950 或 1000°C。根據(jù)導熱材料的熔解溫度其也可以為高于1000°C的溫度。物質(zhì)的溫度的升高可以與多種因素有關(guān)1)加熱室的表面區(qū)域-較大的表面區(qū)域有利于更大幅度地升高溫度；2)加熱室的長度-較長的加熱室會有利于更大幅度地升高溫度；3)物質(zhì)穿過加熱室通行的速度-較慢的通行有利于更大幅度地升高溫度；4)物質(zhì)的熱容量-熱容量較大的物質(zhì)會使溫度升高的幅度較?。?)蓄熱塊的溫度-溫度較高的蓄熱塊會有利于更大幅度地升高溫度；6)物質(zhì)的初始溫度-溫度較高的物質(zhì)會使溫度升高的幅度較小。應該了解的是，因素2和3共同起作用，以確定物質(zhì)在加熱室中的停留時間。較長 的停留時間通常會有利于更大幅度地升高溫度。因素5和6也共同起作用，以確定加熱之 前的物質(zhì)與蓄熱塊之間的溫差。較大的溫差通常有利于更大幅度地升高溫度，然而，如果通 過降低物質(zhì)的輸出溫度來代替升高蓄熱塊的溫度來實現(xiàn)此溫差，則當物質(zhì)離開裝置時即使 溫度升高的幅度較大物質(zhì)的最終溫度也會較低。
在使用根據(jù)本發(fā)明的蓄熱裝置的其它模式中，可以通過使經(jīng)加熱的熱物質(zhì)(通常 為經(jīng)加熱的氣體或經(jīng)加熱的液體，然而也可以使用經(jīng)加熱的粉狀物、經(jīng)加熱的泡沫、經(jīng)加熱 的乳狀液、經(jīng)加熱的氣霧等)穿過蓄熱塊的加熱室從而使蓄熱塊的溫度升高到期望的溫度 來加熱蓄熱塊。一旦達到期望的溫度，就可以使蓄熱塊的熱能流向待加熱的物質(zhì)(如前所 述)，其中，使物質(zhì)經(jīng)過加熱室或進入加熱室或者穿過加熱室，象如前所述的那樣。圖1示出了流程示意圖，其描述了根據(jù)本發(fā)明的蓄熱裝置的制造。因此，將碳顆粒 10與銅顆粒20進行組合以構(gòu)成混合物30。可以晃動該混合物，以實現(xiàn)顆粒的合適的分布。 碳顆粒10通常為顆粒直徑約為100至500 μ m的球形石墨顆粒，并且其顆粒尺寸分布較廣。 這使得較小的顆?？梢云ヅ湓谳^大顆粒之間的空間中。銅顆粒20通常較小，例如約為1至 5μπι，這使得其可以匹配在碳顆粒10之間的空間中。隨后，在模中(圖1未示出)將混合 物30加熱到高于銅的熔點(1084°C )的溫度，在約0. 01大氣壓的真空下例如約為1200°C。 這樣，銅顆粒20熔化并填充碳顆粒10之間的空間。在此階段可以晃動混合物，例如攪拌， 以提高均勻性或保持均勻性。在使銅在混合物中固化之前，值得期待的是，將壓力升高到接 近大氣壓的壓力，以減小混合物中的空室(Leerr如me)或使其最小化。在冷卻時由蓄熱復 合材料構(gòu)成固體的塊40。隨后可以將其從模中取出。然后將銅制的薄層50構(gòu)造在塊的外 表面上，為此用熔化的銅噴涂塊，從而使塊40包括帶有銅層50的蓄熱復合材料60 (包括由 碳顆粒10制成的凝聚體和在碳顆粒10之間的空間中的銅)。在層50冷卻并固化之后，將 層50極化，以在塊40的表面上形成散熱率極小的層。隨后在塊40中構(gòu)成加熱室70。這可 以通過將室70以錐形空腔的形式鉆孔穿過塊40來實現(xiàn)。在此階段，塊40包括具有作為其 外表面的層50和錐形加熱室70豎直穿過其的塊40。室70在其上端部具有室入口 80并且 在其下端部具有室出口 90。這樣，可以將加熱塊40組合在蓄熱裝置100中。由此，可以將蓄熱塊40這樣安裝 在室110內(nèi)，使得室入口 80位于塊40上方而室出口 90位于塊40下方。塊40隨后安裝在 安裝塊120上，該安裝塊120由隔離件(例如電熔剛玉)制成。通常設(shè)有三個安裝塊120， 從而使塊40與安裝塊120之間的接觸區(qū)域最小。塊40與室110之間的距離優(yōu)選在5至 IOcm的范圍內(nèi)，由此安裝塊120通常約為5至IOcm高。因此，塊40和室110限定在它們 之間的空間125。安裝室110通常包括圍繞外側(cè)的隔離件130，從而進一步使裝置100的熱 損失最小化。室入口 80與入口管道140連接，從而使得待加熱物質(zhì)可以進入加熱室70，而 室出口 90與出口管道150連接，由此使經(jīng)加熱的物質(zhì)離開裝置100。入口管道140和出口 管道150優(yōu)選由導熱性較小的材料制成，從而減小了裝置100的熱損失，因為兩個管道都在 室110中導引。室110同樣具有真空連接件160，由此在塊40與室110之間的空間125可 以至少部分地為真空。真空連接件160可以同樣包括閥165，當該閥打開時可以使空間125 為真空，當該閥關(guān)閉時可以使空間125封閉，由此保持空間125中的真空。明確期望的是， 室入口 80與入口管道140之間的連接以及室出口 90與出口管道150之間的連接要盡可能 地氣密，以保持空間125中的真空。以相似的方式，管道140和150穿過其中的室110同樣 應該盡可能地氣密。室110同樣具有渦流加熱裝置170。如圖1所示，加熱裝置170僅位 于室110的一側(cè)，然而在室110的每一側(cè)都可以設(shè)有單獨的加熱裝置170，或者一個單獨的 加熱裝置170可以完全包圍室110。渦流加熱裝置170能夠在塊40內(nèi)部產(chǎn)生渦流，從而將 蓄熱塊40加熱到期望的溫度。如前所述，也可以使用其它加熱方法。加熱裝置元件例如可以設(shè)置在塊40中并且與室110中的電源或室110外的電源連接，或者加熱裝置流體管道可 以埋設(shè)在塊40中并且與室110中的或室110外的經(jīng)加熱的流體源連接。塊40可以同樣構(gòu) 造有溫度傳感器180 (如圖所示地埋設(shè)在塊40中或者設(shè)置在塊40的表面上)，以確定塊40 的溫度。合適的溫度傳感器例如可以是熱電偶。 圖2示出了圖1的蓄熱裝置100的應用。因此，在使用裝置100時，對真空連接件 160施加真空，在此閥165是打開的，例如借助適當?shù)恼婵毡?，直至空間125中的壓力為約 0.01大氣壓以下。這可以例如借助位于空間125中的壓力傳感器(未示出)來測量。在裝 置100的整個工作期間可以對空間125進一步施加真空，或者可以將閥165關(guān)閉，從而保持 空間125中的真空。隨后，電流被導引通過渦流加熱裝置170，從而在塊40內(nèi)部感應電流并 由此實現(xiàn)升高塊40的溫度。使用熱電偶180以監(jiān)測塊40的溫度，并且繼續(xù)加熱直至塊40 的溫度到達期望的溫度(應低于銅的熔點)，例如950°C。要通過系統(tǒng)100加熱的物質(zhì)借助 入口管道140被帶入加熱室70中，該入口管道140由圖2上方的箭頭示出。當物質(zhì)穿過室 70行進時，在物質(zhì)與壁接觸時，室壁的熱通過管道、同樣可能借助流體(氣體或液體)在室 中的對流傳遞到物質(zhì)。在一些情況下，物質(zhì)可以是流體(氣體或液體)或包括流體。在物 質(zhì)穿過室70之后，物質(zhì)通過出口管道150離開裝置100，如圖2中下方的箭頭所示。當熱能 傳遞給物質(zhì)時，塊40的溫度會下降。這可以通過熱電偶180來確定，該熱電偶180隨后向 加熱該塊的加熱裝置170發(fā)送信號，直至該塊又達到期望的溫度。由此，系統(tǒng)100可以具有 反饋環(huán)路(RUckkopplimgsschleife)或恒溫器，以使塊40保持在期望的工作溫度或者保持 在期望的工作溫度范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種蓄熱復合材料，包含 大量碳顆粒；以及導熱材料，該材料與所述碳顆粒不同。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述碳顆粒基本上均勻地分布在 所述導熱材料中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述碳的純度至少約為99重量百分比。
4.如前述權(quán)利要求1至3中任一項所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述碳以石墨的 形式存在。
5.如前述權(quán)利要求1至4中任一項所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述碳顆粒的平 均顆粒直徑小于約2mm。
6.如前述權(quán)利要求1至5中任一項所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述碳顆粒具有 較寬的顆粒尺寸分布。
7.如前述權(quán)利要求1至6中任一項所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述碳顆粒基本 上為球形的。
8.如前述權(quán)利要求1至7中任一項所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述復合材料包 括至少約50容積百分比的碳顆粒。
9.如前述權(quán)利要求1至8中任一項所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述導熱材料為金屬或合金。
10.如前述權(quán)利要求9所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述導熱材料是銅、銀或銅銀合金。
11.如前述權(quán)利要求1至10中任一項所述的蓄熱復合材料，其特征在于，所述大量碳顆 粒限定顆粒之間的空間，并且基本上所有的空間都被所述導熱材料占據(jù)。
12.一種蓄熱塊，包括前述權(quán)利要求1-11中任一項所述的蓄熱復合材料。
13.如權(quán)利要求12所述的蓄熱塊，包括由散熱率極小的物質(zhì)構(gòu)成的外層。
14.如權(quán)利要求13所述的蓄熱塊，其特征在于，將所述散熱率極小的物質(zhì)高度極化。
15.如前述權(quán)利要求12至14中任一項所述的蓄熱塊，其特征在于，所述散熱率極小的 物質(zhì)與所述導熱材料相同。
16.如前述權(quán)利要求12至15中任一項所述的蓄熱塊，具有矩形平行六面體的形狀。
17.如前述權(quán)利要求12至16中任一項所述的蓄熱塊，包括用于容置要由該蓄熱塊加熱 的物質(zhì)的加熱室。
18.如權(quán)利要求17所述的蓄熱塊，其特征在于，所述加熱室構(gòu)造成，所述物質(zhì)能夠穿過 加熱塊。
19.如前述權(quán)利要求12至18中任一項所述的蓄熱塊，還包括用于加熱所述蓄熱復合材 料的加熱裝置組件。
20.一種蓄熱裝置，包括如前述權(quán)利要求12至19中任一項所述的蓄熱塊，安裝在低壓區(qū)域中；以及 用于加熱所述蓄熱塊的加熱裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的蓄熱裝置，其特征在于，所述蓄熱塊借助隔熱件安裝在所述低壓區(qū)域。
22.如權(quán)利要求21所述的蓄熱裝置，其特征在于，所述隔熱件包括電熔剛玉或定向石 墨或者同時包括兩者。
23.一種用于制造蓄熱復合材料的方法，包括 將大量碳顆粒與導熱材料進行組合以形成混合物；在局部真空下的條件下將所述混合物加熱到所述導熱材料熔點之上的溫度。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，在所述導熱材料被加熱到其熔點之上的 溫度之前，對所述混合物施加局部真空。
25.一種蓄熱復合材料，利用如權(quán)利要求23或權(quán)利要求M所述的方法來制造。
26.一種用于制造蓄熱塊的方法，包括利用根據(jù)如權(quán)利要求23或權(quán)利要求M所述的方法制造蓄熱復合材料；以及 將所述蓄熱復合材料構(gòu)造成期望的形狀。
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，還包括將散熱率極小的物質(zhì)涂覆在所述形狀的外表面 上的步驟。
28.如權(quán)利要求沈或27所述的方法，還包括將在上表面上的所述散熱率極小的物質(zhì)極 化的步驟。
29.如前述權(quán)利要求沈至觀中任一項所述的方法，其特征在于，所述期望的形狀為矩 形平行六面體。
30.如前述權(quán)利要求沈至四中任一項所述的方法，其特征在于，所述期望的形狀包括 用于容置要由所述蓄熱塊加熱的物質(zhì)的加熱室。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述加熱室包括基本上豎直穿過所述蓄 熱塊的錐體或圓柱體。
32.如前述權(quán)利要求沈至31中任一項所述的方法，包括將加熱裝置組件插入所述蓄熱塊。
33.一種蓄熱塊，利用根據(jù)如前述權(quán)利要求沈至32中任一項所述的方法制造。
34.一種用于制造蓄熱裝置的方法，包括提供如前述權(quán)利要求12至19中任一項或權(quán)利要求33所述的蓄熱塊； 提供用于加熱所述蓄熱塊的加熱裝置； 將所述蓄熱塊安裝在室的內(nèi)部以及將所述室內(nèi)部的至少部分氣體排除，以得到包圍所述蓄熱塊的低壓區(qū)域。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述提供蓄熱塊的步驟包括使用如權(quán)利 要求沈至32中任一項所述的方法來制造所述蓄熱塊。
36.一種蓄熱裝置，根據(jù)如權(quán)利要求34或權(quán)利要求35所述的方法來制造。
37.一種用于加熱物質(zhì)的方法，包括a)提供如前述權(quán)利要求20至22中任一項或權(quán)利要求36所述的蓄熱裝置，其特征在 于，該裝置的蓄熱塊的溫度高于所述物質(zhì)的溫度；以及b)將所述物質(zhì)暴露在所述蓄熱塊中，以加熱該物質(zhì)。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述步驟a)包括使用所述加熱裝置將所 述蓄熱塊加熱到所述溫度。
39.如權(quán)利要求37或權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于，所述步驟b)包括使所述物 質(zhì)穿過所述蓄熱塊中的加熱室，其中所述室構(gòu)造成使所述物質(zhì)能夠穿過所述蓄熱塊。
40.一種根據(jù)如前述權(quán)利要求37至39中任一項所述的方法加熱的物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蓄熱復合材料，其制造方法以及一種蓄熱裝置。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有較高熱容量或蓄熱能力的蓄熱復合材料，其制造方法以及蓄熱裝置。為了實現(xiàn)此目的，提供一種蓄熱復合材料，其包含大量碳顆粒和導熱材料，其中導熱材料與碳顆粒不同。為了制造根據(jù)本發(fā)明的蓄熱復合材料，將大量碳顆粒與導熱材料進行組合以形成混合物并在局部真空下的條件下將該混合物加熱到導熱材料熔點之上的溫度。
文檔編號F28D20/00GK102089611SQ200980114501
公開日2011年6月8日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者羅伯特·勞埃德 申請人:艾索爾企業(yè)有限公司