CN103351850B - 一种应用于热泵热水器的相变储热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于热泵热水器的相变储热材料，由如下组分及其重量配比组成：硬脂酸20～30、棕榈酸30～40、月桂酸10～20、石蜡20～30、碳纳米纤维3～5、膨胀石墨及NaCl；其中，膨胀石墨的添加量为石蜡的重量的12%～20%，NaCl的添加量为硬脂酸，棕榈酸，月桂酸和石蜡四种组份总重量的3%～8%。本发明还公开了该相变储热材料的制备方法。与现有技术相比，本发明的优点在于：所得相变材料具有相变潜热值大、相变温度合适、储热密度大、体积膨胀率小、性能稳定无毒无污染、对金属不腐蚀，原料易得制造容易等优点。

Description

一种应用于热泵热水器的相变储热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种相变储热材料，尤其涉及一种应用于热水器的相变储热材料。本发明还涉及该相变储热材料的制备方法。

背景技术

相变材料(PCM)是一种新型的储热介质，在其可逆相变过程中完成能量的储存和释放，并且具有相变潜热大、储热密度高、成本低等优点，能有效解决太阳能利用，热泵热水器及废热回收过程中的能源供求时间和空间不匹配的问题，进而提高能源利用率。已经广泛的应用热水器和空调等技术领域。如申请号为98114695.3的中国发明专利申请公开《利用相变基蓄热材料储热的电热水器及其储热取热方法》(公开号为CN1204033A)，该文献实现了相变材料在热水器上的应用，类似的还可参考中国专利文献CN201285169Y、CN1229594C等。

应用于热水器和空调等技术领域相变材料组分及其配比现有技术中也有公开，见专利号为ZL200610039026.2的中国发明专利《太阳能热水器相变储热材料及其制备方法》(授权公告号：CN100334179C)，该专利中相变材料由如下组分及重量百分配比组成：三水醋酸钠80～90%、八水氢氧化钡1～10%、十水硼酸钠1～5%、醋酸锌1～5%、十二烷基苯磺酸钠1～5%及明胶1～5%组成。又可见申请号为200810219313.0的中国发明专利申请公开《一种蓄热用无机混合相变材料》(授权公告号：CN100334179C)，该文献中相变材料由以下成分按质量比混合而成：三水醋酸钠80～88份，羟甲基纤维素1～10份，十二水磷酸氢二钠0.5～3.5份，羟甲基纤维素钠0.1～2.5份；质量浓度20～30%的氯化钠5～10份及纳米铜粉0～10ppm。

实际应用过程中，现有技术公开的一些相变材料普遍存在多次吸热和放热后容易出现结晶沉积现象造成不稳定等现象，不适宜长久使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种相变潜热值大且无结晶沉积现象的应用于热水器的相变材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种应用于热泵热水器的相变储热材料，由如下组分及其重量配比组成：

硬脂酸20～30；

棕榈酸30～40；

月桂酸10～20；

石蜡20～30；

碳纳米纤维3～5；

膨胀石墨；

NaCl；

其中，膨胀石墨的添加量为石蜡的重量的12%～20%，NaCl的添加量为硬脂酸，棕榈酸，月桂酸和石蜡四种组份总重量的3%～8%。

作为优选，所述的相变储热材料相变温度为48℃～55℃范围内，相变潜热为280～305J/g,导热系数为5.12～5.52W/m.K。

作为最佳，相变储热材料，由如下组分及其重量配比组成：

硬脂酸25；

棕榈酸35；

月桂酸18；

石蜡30；

碳纳米纤维5；

膨胀石墨3.6；

NaCl6.24。

一种应用于热泵热水器的相变储热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

先将石蜡加热至完全熔化状态，按比例与膨胀石墨混合并充分搅拌；同时将硬脂酸、棕榈酸、月桂酸分别加热，待它们完全熔化后，按比例混合形成一种硬脂酸，棕榈酸及月桂酸三种组份的共熔混合物；

再将石蜡膨胀石墨的混合物加热至完全熔化状态，和硬脂酸，棕榈酸和月桂酸三种组份的共熔混合物以及纳米碳纤维充分混合，并加入一定比例的NaCl，形成热泵热水器用的相变储热材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：石墨和碳纳米纤维主要起导热和保持各组分均匀的作用，氯化钠是用于防止结晶，石蜡、硬脂酸、棕榈酸、月桂酸的作用是储存热量，上述物质相互协同作用、特别是将碳纳米纤维作为导热物质加进来使得所得相变材料具有相变潜热值大、相变温度合适、储热密度大、体积膨胀率小、性能稳定无毒无污染、对金属不腐蚀，原料易得制造容易等优点。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：本实施例中的相变储热材料包括如下组分和重量配比的混合物：硬脂酸20份，棕榈酸35份，月桂酸15份，石蜡20份，导热碳纳米纤维4份，膨胀石墨的添加量为石蜡重量的15%，NaCl(氯化钠)的添加量为硬脂酸、棕榈酸、月桂酸和石蜡四种组份总重量的5.5%。采用溶胶-凝胶工艺制备，具体如下：先将石蜡加热，待完全熔化后，加入膨胀石墨，按比例混合形成一种石蜡和膨胀石墨的混合物；同时将硬脂酸，棕榈酸和月桂酸分别融化，按照比例混合形成三种组份的共熔混合物并加热至完全熔化状态，然后与石蜡膨胀石墨混合并加入一定比例导热碳纳米纤维和NaCl，充分混合形成热泵热水器用相变储热材料。碳纳米纤维（Carbon Nanofibers简称CNFs）是由多层膨胀石墨片卷曲而成的纤维状纳米炭材料，它的直径一般在10nm～500nm，长度分布在0.5μm～100μm，是介于纳米碳管和普通碳纤维之间的准一维碳材料，具有较高的结晶取向度、较好的导热性。

实施例2：本实施例中的相变储热材料包括如下组分和重量配比的混合物：硬脂酸25份，棕榈酸30份，月桂酸20份，石蜡25份，导热碳纳米纤维4份，膨胀石墨的添加量为石蜡重量的18%，NaCl的添加量为硬脂酸、棕榈酸、月桂酸和石蜡四种组份总重量的5%。制备方法与实施例1相同。

实施例3：本实施例中的相变储热材料包括如下组分和重量配比的混合物：硬脂酸30份，棕榈酸40份，月桂酸10份，石蜡22份，导热碳纳米纤维5份，膨胀石墨的添加量为石蜡重量的20%，NaCl的添加量为硬脂酸、棕榈酸、月桂酸和石蜡四种组份总重量的6%。制备方法与实施例1相同。

实施例4：本实施例中的相变储热材料包括如下组分和重量配比的混合物：硬脂酸25份，棕榈酸35份，月桂酸18份，石蜡30份，导热碳纳米纤维3份，膨胀石墨的添加量为石蜡重量的12%，NaCl的添加量为硬脂酸、棕榈酸、月桂酸和石蜡四种组份总重量的8%。制备方法与实施例1相同。

对比例1：相变材料包括如下组分和重量配比的混合物：沥青40份，石蜡60份，膨胀石墨6.5份，NaCl的添加量为沥青重量的5.5%。采用溶胶-凝胶工艺制备，具体如下：先将沥青和石蜡分别加热，待各自完全熔化后，按比例混合形成一种沥青和石蜡的共熔混合物；再将沥青和石蜡的共熔混合物加热至完全熔化状态，然后与石墨混合并加入一定比例的NaCl，形成热水器用相变材料。

下表为上述各实施例所得相变材料的物理性能参数：

与现有技术中的对比例1相比，相变潜热高，导热系数大，可以有效的提高储热式热泵热水器的储热量和换热效率，减小了储热装置的体积和成本，同时无毒无污染，对金属物无腐蚀，导热系数高,原料易得制造容易。具有广阔的市场前景。

Claims (4)

1.一种应用于热泵热水器的相变储热材料，由如下组分及其重量配比组成：

硬脂酸 20～30份；

棕榈酸 30～40份；

月桂酸 10～20份；

石蜡 20～30份；

碳纳米纤维 3～5份；

膨胀石墨；

NaCl；

其中，膨胀石墨的添加量为石蜡的重量的12％～20％，NaCl的添加量为硬脂酸，棕榈酸，月桂酸和石蜡四种组份总重量的3％～8％。

2.根据权利要求1所述的应用于热泵热水器的相变储热材料，其特征在于所述的相变储热材料相变温度为48℃～55℃范围内，相变潜热为280～305J/g,导热系数为5.12～5.52W/m.K。

3.根据权利要求1所述的应用于热泵热水器的相变储热材料，其特征在于由如下组分及其重量配比组成：

硬脂酸 25份；

棕榈酸 35份；

月桂酸 18份；

石蜡 30份；

碳纳米纤维 5份；

膨胀石墨 3.6份；

NaCl 6.24份。

4.权利要求1～3中任一一种应用于热泵热水器的相变储热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

先将石蜡加热至完全熔化状态，按比例与膨胀石墨混合并充分搅拌；同时将硬脂酸、棕榈酸、月桂酸分别加热，待它们完全熔化后，按比例混合形成一种硬脂酸，棕榈酸及月桂酸三种组份的共熔混合物；

再将石蜡膨胀石墨的混合物加热至完全熔化状态，和硬脂酸，棕榈酸和月桂酸三种组份的共熔混合物以及纳米碳纤维充分混合，并加入一定比例的NaCl，形成热泵热水器用的相变储热材料。