CN100595253C - 一种相变蓄热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种相变蓄热材料，还涉及其制备方法。一种相变蓄热材料，由以下重量百分比的组分组成：十二水磷酸氢二钠，85～95wt%，活性氧化铝2～4wt%，羧甲基纤维素钠2～4wt%，水0～7wt%。本发明的相变蓄热材料的相变温度适宜、相变潜热大、过冷度小、长期使用后无相分离现象、添加剂比例小。

Description

一种相变蓄热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种相变蓄热材料，还涉及其制备方法。

背景技术

蓄热可解决热能供需之间在时间和空间上的不匹配所造成的浪费，蓄热技术已普遍应用于空调、供热等领域，随着研究的深入，蓄热材料也逐渐进入太阳能暖房、生态建筑等新兴领域。

由于相变蓄热材料同时利用物质固有的热容和物态变化的相变热来蓄存热能，因此具有较大的蓄热密度，同时还具有蓄热容器体积小、吸热效率高及放热温度恒定等优点，近年来这方面的研究和应用发展迅猛。

目前的相变蓄热材料研究主要分为两个方向：有机相变蓄热材料和无机相变蓄热材料。有机相变蓄热材料性能较稳定，几乎无过冷和相分离问题，但其缺点也十分明显，即相变潜热较低，且物质密度较小，由此造成了有机相变蓄热材料单位体积蓄热量较小，特别是相对于现在正在发展的高温水蓄热技术，有机相变蓄热材料在单位体积蓄热量方面优势已不明显。无机相变蓄热材料具有较高的单位体积蓄热量和良好的导热性，其缺点为易产生过冷和相分离，如能通过添加剂解决过冷和相分离问题，则无机相变蓄热材料具有十分明显的优势，蓄热相关产业也能因此得到发展。

目前，国内外相关研究人员在这方面做了一些工作，开发出了一些相变蓄热材料，有些已投入实际生产和应用，但仍存在很多问题：如开发出的相变蓄热材料相变温度不适宜，造成用途过窄；性能不稳定，特别是使用一段时间后出现相分离现象。而且由于材料科学的迅速发展，近几年出现的新材料对提高相变蓄热材料的性能又有了飞跃。在这种情况下，开发一种相变温度适宜、相变潜热大、过冷度小、长期使用后无相分离现象、添加剂比例小的相变蓄热材料尤为重要。

发明内容

本发明的目的的第一方面是针对现行相变蓄热材料的不足，寻找出一种蓄热性能较好、价格较低、来源广泛、无毒、无腐蚀无危险的无机相变蓄热材料。

本发明是这样实现的：

一种相变蓄热材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：

十二水磷酸氢二钠      85～95wt％，

活性氧化铝            2～4wt％，

羧甲基纤维素钠        2～4wt％，

水                    0～7wt％。

相变蓄热材料主料为十二水磷酸氢二钠、添加剂为活性氧化铝和羧甲基纤维素钠。活性氧化铝主要起防过冷作用，羧甲基纤维素钠主要起防相分离作用。

本发明的目的的第二方面是提出上述相变蓄热材料的制备方法。

一个优选的技术方案为：将十二水磷酸氢二钠、活性氧化铝、羧甲基纤维素钠混合均匀，在密闭容器中加热至41℃以上熔化后灌入容器中进行封装。

另一个优选的技术方案为：先将十二水磷酸氢二钠与水混合，在密闭容器中加热至46℃以上熔化后，再缓慢加入活性氧化铝，同时搅拌均匀；然后缓慢加入羧甲基纤维素钠，同时搅拌均匀；最后灌入容器中进行封装。

本发明的相变蓄热材料的优点是：经过多次的相变蓄热循环过程，其相变温度保持在34～37℃之间，相变性能稳定，相变潜热大(大于200kJ/kg)，若将显热也考虑在内，实际蓄热量将大大高于200kJ/kg，过冷度不超过2℃。该相变蓄热材料在熔化状态下呈凝胶状液体，不仅可以避免相分离，更不会产生添加剂因密度与主料不同所造成的熔化后易析出分层现象。本发明的相变蓄热材料的添加剂种类少，只需两种添加剂就能使相变蓄热材料达到较优的性能，便于生产管理，并尽量避免了添加剂种类过多，使各物质相互影响，从而降低了相变蓄热材料的稳定性的问题。本发明的相变蓄热材料的相变温度较适宜，接近室温，因此用途十分广泛，既可用于空调，也可用于太阳能暖房的供暖。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

一种相变蓄热材料，由以下重量百分比的组分组成：

十二水磷酸氢二钠      85～95wt％，

活性氧化铝            2～4wt％，

羧甲基纤维素钠        2～4wt％，

水                    0～7wt％。

上述配方的生产工艺可采用以下两种方式：(1)将十二水磷酸氢二钠、活性氧化铝、羧甲基纤维素钠研磨混合均匀，在密闭容器中加热熔化并搅拌均匀后灌入容器中进行封装；(2)先将结晶十二水磷酸氢二钠与水混合，在密闭容器中熔化后，再加入氧化铝，搅拌均匀，然后加入羧甲基纤维素钠，并搅拌均匀，最后灌入容器中进行封装。

生产过程中应注意以下事项：(1)上述各组分在库存时需密封保存，特别是十二水磷酸氢二钠若长时间暴露于空气中易风化变质，影响其使用性能。本发明所选用的三种材料在出厂时采用的包装均能满足密封要求，因此只要注意在运输过程中不损坏外包装即可(2)封装容器可采用塑料或金属容器，形状可以是球形，也可以是长方体或立方体，但不论采用哪种封装方式，都应保证其密封性。(3)若采用第一种生产工艺，温度至少加热至高于蓄热材料的相变温度5℃，然后才能进行灌装。若采用第二种生产工艺，加入添加剂前，应使熔化状态的十二水磷酸氢二钠的温度至少高于其相变温度10℃，因十二水磷酸氢二钠相变温度约为36℃，故至少应将十二水磷酸氢二钠加热至46℃再加入添加剂。加入添加剂时，应缓慢添加，并不断搅拌，忌一次将所需添加剂全部加入。

依照上述配方及工艺制出的相变蓄热材料固态时呈乳白色，液态时呈半透明的凝胶状物。此材料相变潜热大(大于200kJ/kg)，相变温度在34-37℃之间。上述相变蓄热材料经反复实验，性能稳定，过冷度均小于1℃，并且未出现相分离。上述配方添加剂所占质量百分比小，对主料蓄热能力的影响很小，故很好地保持了十二水磷酸氢二钠原有的优异的相变蓄热能力。

实施例1

以制备10kg这种配方型号的相变蓄热材料为例，取9.25kg十二水磷酸氢二钠，0.4kg活性氧化铝，羧甲基纤维素钠0.35kg，将各组分研磨混合均匀，在密闭容器中加热至41℃以上熔化后灌入容器中进行封装。

实施例2

以制备10kg这种配方型号的相变蓄热材料为例，取9.25kg十二水磷酸氢二钠，0.35kg活性氧化铝，羧甲基纤维素钠0.4kg，先将十二水磷酸氢二钠在密闭容器中加热至46℃以上熔化后，再缓慢加入活性氧化铝，同时搅拌均匀；然后缓慢加入羧甲基纤维素钠，同时搅拌均匀；最后灌入容器中进行封装。

实施例3

以制备10kg这种配方型号的相变蓄热材料为例，取8.5kg十二水磷酸氢二钠，0.4kg活性氧化铝，羧甲基纤维素钠0.4kg，水0.7kg。先将十二水磷酸氢二钠与水混合，然后在密闭容器中加热至46℃以上熔化后，再缓慢加入活性氧化铝，同时搅拌均匀；然后缓慢加入羧甲基纤维素钠，同时搅拌均匀；最后灌入容器中进行封装。

实施例4

以制备10kg这种配方型号的相变蓄热材料为例，取9.5kg十二水磷酸氢二钠，0.2kg活性氧化铝，羧甲基纤维素钠0.2kg，水0.1kg。先将十二水磷酸氢二钠与水混合，然后在密闭容器中加热至46℃以上熔化后，再缓慢加入活性氧化铝，同时搅拌均匀；然后缓慢加入羧甲基纤维素钠，同时搅拌均匀；最后灌入容器中进行封装。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.一种相变蓄热材料，其特征在于，由以下重量百分比的组分组成：

十二水磷酸氢二钠    85～95wt％，

活性氧化铝          2～4wt％，

羧甲基纤维素钠      2～4wt％，

水                  0～7wt％。

2.一种制备如权利要求1所述的相变蓄热材料的方法，其特征在于：将十二水磷酸氢二钠、活性氧化铝、羧甲基纤维素钠研磨混合均匀，在密闭容器中加热至41℃以上熔化后灌入容器中进行封装。

3.一种制备如权利要求1所述的相变蓄热材料的方法，其特征在于：先将十二水磷酸氢二钠与水混合，在密闭容器中加热至46℃以上熔化后，再缓慢加入活性氧化铝，同时搅拌均匀；然后缓慢加入羧甲基纤维素钠，同时搅拌均匀；最后灌入容器中进行封装。