CN103881661B

CN103881661B - 一种相变储能介质及制备方法

Info

Publication number: CN103881661B
Application number: CN201410097410.2A
Authority: CN
Inventors: 曾德文; 刘瑞; 苏清; 苏一清; 朱文雅; 来梦泽
Original assignee: ZHEJIANG GEBEI ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; Central South University
Current assignee: ZHEJIANG GEBEI ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd; Central South University
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: CN103881661A

Abstract

一种相变储能介质，其特征在于，由重量百分比为2％‑10％硝酸钠，20％‑30％的硝酸钙,30％‑60％硝酸镁和20％‑40%的水所组成。本发明提供一种相变温度在64℃附近，循环稳定性佳，腐蚀性低，过冷度小、成本低廉的无机相变储能介质。

Description

一种相变储能介质及制备方法

技术领域

本发明涉及一种以相变形式储存热能的相变材料以及制备方法。

背景技术

相变储能介质是一种在狭窄的温度区域内发生相变而储存或释放热量的物质。其作用机理是，当热源温度高于材料相变点时，相变储能介质从高温热源中吸收大量热量而熔化，把能量储存起来，当温度低于材料相变点时，已熔化的相变储能介质冷凝成固体而释放出大量的热量。其优点是，该材料能在较小的温差下通过相变储存热能，增大了单位体积的储能密度，降低了热量向环境的损耗量；同时，在有用热需求时，又能向温度更低的介质或环境高效稳定地供热。

太阳能集热器所产生的热或其它工业废热以及利用波谷电所产生的热的供给具有时限性，能量供给与使用需求的时间矛盾可通过相变储能来解决。对于供应洗浴用热水，从传热效率来考虑，迫切需要开发相变温度在60－80℃的相变储能材料来储存热量。

一般地，有机相变储能材料成本较高，导热性较差，单位体积的储能密度较低，用于洗浴热水的热量储存成本会比较高、体积偏大。

无机盐水合物储能材料，具有单位体积的储能密度较高、热导性较好、不易燃等优点，是用作大规模储热的优选材料。然而，目前已开发的相变温度点在60－80℃的无机盐水合物相变材料却非常少。据文献(nachr.chem.tech.lab.45(1997):1077)报道，由硝酸锂和六水硝酸镁按一定比例混合可制成相变温度在72℃的相变储能材料，然而，该材料含有12－15％左右的昂贵的硝酸锂，导致材料的成本较高，使用的经济性收到很大的挑战。一水氢氧化钠相变温度为64.3℃，但腐蚀性强、过冷度大且价格较贵。在储热工程应用中，人们希望开发出相变温度点在60－80℃之间、价格低廉、循环稳定性好、腐蚀性低的相变材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种相变温度在60－80℃之间，循环稳定性佳，腐蚀性低，过冷度小、成本低廉的无机相变储能介质。

按照本发明提供的一种相变储能介质，由重量百分比为2％-10％硝酸钠，20％-30％的硝酸钙,30％-60％硝酸镁和20％-40％的水所组成。

按照本发明提供的一种相变储能介质优选方案为：由重量百分比为5％-8％硝酸钠，24％-27％的硝酸钙,35％-55％硝酸镁和25％-35％的水所组成。

按照本发明提供的一种相变储能介质的制备方法，其特征在于：将硝酸镁水溶液或六水硝酸镁固体或二水硝酸镁固体或无水硝酸镁固体、硝酸钙水溶液或四水硝酸钙固体或无水硝酸钙固体、硝酸钠水溶液或硝酸钠固体、和水按一定比例配置，加热熔化成液体，所述液体由重量百分比为2％-10％硝酸钠，20％-30％的硝酸钙,30％-60％硝酸镁和20％-40％的水所组成。

按照本发明提供的一种相变储能介质与现有技术相比具有如下优点：本发明通过多次实验研究确定了该室温相变储能介质的各组分及相应的含量，该材料具有相变温度点稳定、相变时固相组成与液相组成一致、相变随温度变化敏感、对多种型号的不锈钢和铝等材料无腐蚀等诸多优点。当环境温度高于64℃时，该储能材料通过自身的溶化大量地从环境中吸收热量，当环境温度低于61℃时，储能材料凝固再向环境释放大量的热量，从而维持环境温度的稳定。

附图说明

图1是本发明实施例1的吸放热温度曲线图。

图2是本发明实施例2的吸放热温度曲线图。

图3是本发明实施例3的吸放热温度曲线图。

图4是本发明实施例4的吸放热温度曲线图。

图5是对比实施例1的吸放热温度曲线图。

图6是对比实施例2的吸放热温度曲线图。

具体实施方式

在本发明提供的一种相变储能介质，由重量百分比为2％-10％硝酸钠，20％-30％的硝酸钙,30％-60％硝酸镁和20％-40％的水所组成。优选由重量百分比为5％-8％硝酸钠，24％-27％的硝酸钙,35％-55％硝酸镁和25％-35％的水所组成。

一种相变储能介质的制备方法，将硝酸镁水溶液或六水硝酸镁固体或二水硝酸镁固体或无水硝酸镁固体、硝酸钙水溶液或四水硝酸钙固体或无水硝酸钙固体、硝酸钠水溶液或硝酸钠固体、和水按一定比例配置，加热熔化成液体，所述液体由重量百分比为2％-10％硝酸钠，20％-30％的硝酸钙,30％-60％硝酸镁和20％-40％的水所组成。

通过研究发现，把硝酸钠、硝酸镁、硝酸钙和水按一定的比例混合后，可获得一共晶相变温度在63℃左右的储能介质。

该材料可由硝酸镁水溶液或六水硝酸镁固体或二水硝酸镁固体或无水硝酸镁固体、硝酸钙水溶液或四水硝酸钙固体或无水硝酸钙固体、硝酸钠水溶液或硝酸钠固体混合加热，加水或蒸发一定的水分后，配置而成。所配置成的材料即可当作相变储能材料使用。在温度高于64℃时，它会从环境大量吸收热量而溶化，当温度低于61℃时，该材料由液相凝固成固相，从而释放出大量的热，实现能量的储存与释放。

其作用机理是，在硝酸钠-硝酸镁-硝酸钙-水四元体系中，在2％-10％硝酸钠，20％-30％硝酸钙,30％-60％硝酸镁和20％-40％水的组成区域，存在一个共晶点，该点的共晶温度为63℃左右。

把该储能介质封装于无机或有机材质的保温容器中，可用于储存太阳能集热器吸收的热量或工业余热，在用户需要时，提供温度较稳定的热水。

以下实施例是为了更详细地解释本发明，但不是对本发明的限制，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。

实施例1：

把5克硝酸钠、70克六水硝酸镁和25克无水硝酸钙混合在一起，搅拌加热固体物料，直至全部溶化为液体，该液体中含5％硝酸钠、25％硝酸钙，40.5％硝酸镁和29.5％水。装该液体于密闭容器中，将该容器置于58℃的空气环境中，测定介质温度随时间而变化的关系，如图1实线所示，可见，在62℃左右出现一个明显的温度平台，这是由于介质在这一温度下凝固向环境释放大量的热量，从而维持自身温度的稳定。

再将装有已完全固化的该储能介质的容器置于温度为68℃的环境，介质升温曲线如图1实线所示。可见，在64℃左右有一个明显的温度平台，这是该介质从环境中大量吸收热量的缘故，高于64℃,介质完全溶化，因而升温速度加快。

观察储能介质的结晶行为可见，在65℃时，介质完全为液态，而在58℃时，介质几乎完全转变为固态。

用同样重量的纯水重复上述过程，测得其升降温曲线如图1细实线所示，可见水在很短时间内即达到环境温度,这是由于水在所涉及的温度变化区域,只储存显热,没有相变热,储能容量低的缘故。

比较两者可见，本发明的储能介质能从高于65℃的环境吸收大量的热量，以及向低于60℃环境释放大量的热量，其储能容量要比纯水大很多倍。

实施例2：

把5克硝酸钠、40.5克无水硝酸镁、36克四水硝酸钙和18.5克水混合在一起，加热溶化成液体,该液体含5％硝酸钠、25％硝酸钙，40.5％硝酸镁和29.5％水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图2实线所示。可见该材料在61-65℃之间亦有明显的温度平台。与纯水比较，该储能介质亦显示出很好的储能性能,同样可作为相变储能材料使用。

实施例3：

把7克硝酸钠、60克六水硝酸镁和33克四水硝酸钙混合在一起，加热、搅拌直至全部溶化成成分均匀的液体,该液体含7％硝酸钠、23％硝酸钙，34.7％硝酸镁和35.3％水。装该液体于密闭容器中，分别在56和68℃的环境下进行降温和升温实验，并与纯水进行比较，结果如图3所示。可见，即使在56度的环境下，该材料在61－65℃之间仍有明显的温度平台。与纯水比较，该储能介质仍具有很好的恒温性能，同样可作为相变储能材料使用。

实施例4：

把7克硝酸钠、70克硝酸镁含量为50％的水溶液和23克无水硝酸钙混合在一起，加热搅拌成均匀的溶液,该溶液含7％硝酸钠、23％硝酸钙，35％硝酸镁和35％水。装该液体于密闭容器中，在56度的环境下冷却然后在68度的环境下升温，测得材料温度随时间变化的结果如图4实线所示。可见该材料在61-65℃之间亦有明显的温度平台，这是由于该材料在此温度区域通过相变大量地放热和吸热所致。该配比材料可作为相变储能材料使用。

对比例1

把2克硝酸钠、18克硝酸钙和65克硝酸镁和15克水混合在一起，搅拌加热。然后把该材料放置在58℃至80℃的环境进行升降温实验，并把它与纯水进行比较，结果如图5所示。可见，当所配制的材料中硝酸镁含量高于60％，水含量低于20％时，该材料的储放热行为跟水相似，没有特殊的相变储能能力。

对比例2

把15克硝酸钠、35克硝酸钙和25克硝酸镁和25克水混合在一起，加热至全部溶化并混合均匀。然后把该材料放置在58℃至80℃的环境进行升降温实验，并把它与纯水进行比较，结果如图6所示。可见，当所配制的材料中硝酸钙高于30％、硝酸镁低于30％和硝酸钠含量高于10％时，该材料的储放热行为跟水相似，没有特殊的储能能力。

Claims

1.一种相变储能介质，其特征在于，由重量百分比为2％-10％的硝酸钠，20％-30％的硝酸钙,30％-55％的硝酸镁和20％-40％的水所组成。

2.如权利要求1所述的一种相变储能介质，其特征在于：由重量百分比为5％-8％的硝酸钠，20％-27％的硝酸钙,35％-55％的硝酸镁和20％-35％的水所组成。

3.一种相变储能介质的制备方法，其特征在于：将硝酸镁水溶液或六水硝酸镁固体或二水硝酸镁固体或无水硝酸镁固体、硝酸钙水溶液或四水硝酸钙固体或无水硝酸钙固体、硝酸钠水溶液或硝酸钠固体、和水按一定比例配置，加热熔化成液体，所述液体由重量百分比为2％-10％的硝酸钠，20％-30％的硝酸钙,30％-55％的硝酸镁和20％-40％的水所组成。