CN104610922A - 用于蓄冷空调的相变材料及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于相变材料技术领域，涉及一种用于蓄冷空调的相变材料及其制作方法。解决了现有技术含有氯化物的共晶盐类相变材料的腐蚀和过冷的技术问题。相变材料由以下质量份数的组分组成：十水硫酸钠80份；硫酸铵10份；氯化钠5份；五水偏硅酸钠3份；抗缓蚀剂3份。制作方法包括在混合器中加入十水硫酸钠、硫酸铵和氯化钠，同时开启加热和搅拌，升温加热，加入五水偏硅酸钠，恒温搅拌；在混合器中再加入抗缓蚀剂，恒温5低速搅拌，再高速搅，制得相变材料。本发明的相变材料直接接触金属材料(铜、不锈钢、铝)不腐蚀，相变焓大，克服了过冷现象，生产工艺简单，可操作性强，易于生产。

Description

用于蓄冷空调的相变材料及其制作方法
技术领域
本发明属于相变材料技术领域，涉及一种用于蓄冷空调的相变材料及其制作方法。
背景技术
蓄冷是指在夜间电网低谷时间，制冷主机开机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来，待白天电网高峰用电时间再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要。这样，制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期，而白天用电高峰只有辅助设备在运行，从而实现用电负荷“移峰填谷”。空调蓄冷技术能够有效利用电能，产生良好的经济效益和社会效益。
目前，空调蓄冷材料主要有水、冰和相变材料。水蓄冷是利用4-7℃之间的显热进行蓄冷。水蓄冷存在蓄冷密度低、蓄水槽体积大等缺点。冰蓄冷是是利用水的相变凝固潜热来储存冷量的，相变潜热大，但是冰蓄冷相变凝固点低(0℃)，且蓄冷时存在较大的过冷度(4-6℃)，制冷机在制冰充冷时的蒸发温度比常规非蓄冷系统低8-10℃。这不仅限制了蓄冷空调系统可以采用的制冷机种类，而且使制冷机的运行效率降低30％-40％，制冷机组的COP值下降，耗电量增加。利用相变材料蓄冷的空调系统可以克服上述水和冰系统的确定，具有大的储能密度，是同等体积显热蓄冷的3-10倍，并且可以直接利用常规制冷机组进行蓄冷，提高制冷机组的蒸发温度和COP值，从而改善系统的能量利用率。所以开发相变温度在5-10℃的相变蓄冷材料成为人们关注的热点。
相变材料可以分为有机相变材料和无机相变材料。有机相变材料具有固体成型好、不易发生相分离机过冷现象、腐蚀性较小等优点，但与无机相变材料相比，其导热性较差，单位体积相变潜能较低且易挥发、易燃烧、价格昂贵等缺点。无机相变材料具有高的相变潜热，不易燃，价格低廉且容易获得。所以工业应用储能器常常优选无机相变材料，然而无机相变材料，尤其是含有氯化物(如氯化钠、氯化钾等)的共晶盐类相变材料，普遍对金属材料具有腐蚀性和过冷现象，储能器中热交换器材料一般选用导热性好的金属材料(如铜、铝、不锈钢等)，如果不解决共晶盐相变材料对热交换器的腐蚀问题，则严重影响储能器的使用寿命。目前解决相变材料的腐蚀性办法主要有塑料封装、通过载体固化、金属容器涂层等，然而这些办法都有缺陷：塑料封装降低了热传导率，增大了热交换时间。载体固化降低了相变热焓值，金属容器涂层成本较高，不利于储能器的推广应用。
同时，目前生产相变材料时主要依靠导热油(燃油)或者电加热，油是石化燃料，易污染环境，不是清洁生产，单纯用电易造成费用高，增加企业的费用。如何寻找一种新的热源，既降低企业的能源费用，又不会对环境造成不良影响的相变材料是目前亟待解决的技术问题。
中国专利文献公开了一种相变材料组合物[公告号：CN102405270A]，包含50-90wt％的盐水合物和0-45wt％的炭黑。盐水合物硫代硫酸钠、乙酸钠、磷酸氢二钠或碳酸钠的水合物。该相变材料组合物没有添加抗缓蚀剂，对金属材料容易产生腐蚀。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于蓄冷空调的相变材料，解决了现有技术含有氯化物的共晶盐类相变材料的腐蚀和过冷的技术问题。
本发明的另一目的是提供一种工艺简单的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种用于蓄冷空调的相变材料，所述的相变材料由以下质量份数的组分组成：
在述的用于蓄冷空调的相变材料中，所述的抗缓蚀剂由以下质量份数的组分组成：
三乙醇胺       2份；
苯骈三氮唑     0.7份；
癸二酸         0.3份。
一种用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，包括以下步骤：
A、在混合器中加入十水硫酸钠、硫酸铵和氯化钠，同时开启加热和搅拌，至升温50-55℃时，停止加热，加入五水偏硅酸钠，恒温50-51℃搅拌30分钟；
B、在步骤A的混合器中再加入抗缓蚀剂，恒温50-51℃低速搅拌10-30分钟，再高速搅拌10-30分钟，制得相变材料。
在上述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法中，在步骤A中，所述的十水硫酸钠、硫酸铵、氯化钠和五水偏硅酸钠的质量份数分别为80份、10份、5份和3份，在步骤B中，所述的抗缓蚀剂的质量份数为3份。
在上述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法中，在步骤B中，所述的抗缓蚀剂由以下质量份数的组分组成：
三乙醇胺       2份；
苯骈三氮唑     0.7份；
癸二酸         0.3份。
在上述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法中，在步骤B中，在另一混合器中加入三乙醇胺，搅拌下依次加入苯骈三氮唑和癸二酸，搅拌至透明停止，再将搅拌后的混合物加入到步骤A的混合器中，恒温50-51℃低速搅拌10-30分钟，再高速搅拌10-30分钟，制得本产品。
在上述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法中，所述的低速搅拌速率为100-300RPM，所述的高速搅拌速率为500-1000RPM。
在上述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法中，在步骤A中，所述的混合器连接太阳能储能器，太阳能储能器包括一个储存太阳热量的储热器，储热器连接太阳能平板集热器，储热器通过管路把热量通入混合器中的热交换管中。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、在含有氯化物的共晶盐类相变材料配方中引入抗缓蚀剂，达到了相变材料直接接触金属材料(铜、不锈钢、铝)不腐蚀，腐蚀率满足标准SH/T0085-91(发动机冷却液腐蚀测定法)的要求。
2、相变焓大，克服了过冷现象，长期稳定性良好，能够工业应用。
3、生产工艺简单，可操作性强，易于生产，原料成本低，易于工业应用。
4、引进太阳能储能器作为生产热源，既做到清洁生产，又能降低企业的能源费用，具有明显的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明制作方法所用的设备的结构示意图；
图2是本发明的相变材料经过1000次循环后的相变温度曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种用于蓄冷空调的相变材料，所述的相变材料由以下质量份数的组分组成：
本实施例还提供了一种用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，包括以下步骤：
1、在混合器中按上述的质量份数加入十水硫酸钠、硫酸铵和氯化钠，同时开启加热和搅拌，至升温50-55℃时，停止加热，加入五水偏硅酸钠，恒温50-51℃搅拌30分钟，得到组分A；
2、在另一混合器中按上述的质量份数加入三乙醇胺，搅拌下依次加入苯骈三氮唑(BTA)和癸二酸，搅拌至透明停止，得到组分B；
3、将组分B加入到组分A所在的混合器中，恒温50-51℃100-300RPM低速搅拌10-30分钟，再500-1000RPM高速搅拌10-30分钟，制得相变材料。
如图1所示，混合器10连接太阳能储能器20，混合器10内设有搅拌装置13和热交换管11，太阳能储能器20包括一个储存太阳热量的储热器21，除热器21内设有相变材料储热板23，储热器21连接太阳能平板集热器22，储热器21通过管路把热量通入混合器10中的热交换管11中。
太阳能储能器20连接太阳能平板集热器22，晴天时通过管路把平板集热器22的热量储存在太阳能储能器20中，生产相变材料时，通过管路把热量通入混合器10中的热交换管11中，加热相变材料。通过温度判断自动开启或关闭阀门，如果连续阴雨天储能器能量不足时，可以辅助电加热设备30，辅助电加热设备30包括导热油加热器31以及设置在混合器10外壁上的导热油夹套12，使生产正常运行。这样能大幅度的降低企业的用电量，同时不会像燃油一样向空气中排放碳化合物和氮化合物等污染物，利于保护环境。
对本发明所提供的相变材料按照步冷曲线法进行了相变温度、过冷度测试，并用T-history法(相变材料通用试验方法，即温度随时间的变化曲线)计算相变焓值，按照标准SH/T0085-91(发动机冷却液腐蚀测定法)测试了铝、不锈钢和铜在相变材料中的腐蚀率(温度选为71±2℃)。同时在高低温循环箱内冷热相变循环(-5-20℃)1000次后再次检测，检测产品长期稳定性情况。
产品检测结果如表1、表2、表3和图2所示，其中附表1为产品检测结果，附表2为产品对金属腐蚀率实际值与标准值的比较，附表3为1000次相变循环后产品对金属腐蚀率实际值与标准值的比较，图2为相变材料经过1000次循环后的相变温度曲线图。
附表1
附表2
附表3：
由上表1-3和图2可以得出，经过1000次高低温相变循环后，产品相变温度平均升高了0.6℃，仍符合5-7℃的范围，相变焓降低微小，大于200KJ/Kg，消除了过冷和分层现象，金属腐蚀率复合SH/T0085-91的要求。综上，本发明产品经过1000次相变循环后，产品稳定性良好，能够满足蓄冷空调的应用。
实施例2
1、组分A制备：在500L卧式混合器中，开始加热，同时加入十水硫酸钠240千克、硫酸铵30千克、氯化钠15千克，开启搅拌至原料升温到51℃时停止加热，加入五水偏硅酸钠9千克。恒温50.5℃下搅拌30分钟，备用。
2、组分B制备：在15L立式混合器中加入三乙醇胺6千克，搅拌下加入苯骈三氮唑(BTA)2.1公斤、癸二酸0.9公斤，搅拌至透明停止。
3、将组分B加入到组分A中，恒温51℃下200RPM搅拌25分钟，然后750RPM搅拌25分钟，制得相变材料。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种用于蓄冷空调的相变材料，其特征在于，所述的相变材料由以下质量份数的组分组成：
2.根据权利要求1所述的用于蓄冷空调的相变材料，其特征在于，所述的抗缓蚀剂由以下质量份数的组分组成：
三乙醇胺   2份；
苯骈三氮唑 0.7份；
癸二酸     0.3份。
3.根据权利要求1或2所述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在混合器中加入十水硫酸钠、硫酸铵和氯化钠，同时开启加热和搅拌，至升温50-55℃时，停止加热，加入五水偏硅酸钠，恒温50-51℃搅拌30分钟；
B、在步骤A的混合器中再加入抗缓蚀剂，恒温50-51℃低速搅拌10-30分钟，再高速搅拌10-30分钟，制得相变材料。
4.根据权利要求3所述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，其特征在于，在步骤A中，所述的十水硫酸钠、硫酸铵、氯化钠和五水偏硅酸钠的质量份数分别为80份、10份、5份和3份，在步骤B中，所述的抗缓蚀剂的质量份数为3份。
5.根据权利要求4所述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，其特征在于，在步骤B中，所述的抗缓蚀剂由以下质量份数的组分组成：
三乙醇胺   2份；
苯骈三氮唑 0.7份；
癸二酸     0.3份。
6.根据权利要求5所述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，其特征在于，在步骤B中，在另一混合器中加入三乙醇胺，搅拌下依次加入苯骈三氮唑和癸二酸，搅拌至透明停止，再将搅拌后的混合物加入到步骤A的混合器中，恒温50-51℃低速搅拌10-30分钟，再高速搅拌10-30分钟，制得本产品。
7.根据权利要求3所述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，其特征在于，所述的低速搅拌速率为100-300RPM，所述的高速搅拌速率为500-1000RPM。
8.根据权利要求3所述的用于蓄冷空调的相变材料的制作方法，其特征在于，在步骤A中，所述的混合器连接太阳能储能器，太阳能储能器包括一个储存太阳热量的储热器，储热器连接太阳能平板集热器，储热器通过管路把热量通入混合器中的热交换管中。
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Patentee before: Research Institute for Automation of Light Industry

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Address after: 310015 No. 66 East Zhoushan Road, Zhejiang, Hangzhou

Patentee after: China Building Materials Intelligent Automation Research Institute Co.,Ltd.

Address before: 310015 No. 66 East Zhoushan Road, Zhejiang, Hangzhou

Patentee before: (CNBM) RESEARCH INSTITUTE FOR AUTOMATION OF LIGHT INDUSTRY Co.,Ltd.

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Denomination of invention: Phase change material for cold storage air conditioning and its manufacturing method

Effective date of registration: 20210922

Granted publication date: 20170915

Pledgee: Hangzhou branch of Zhejiang Tailong Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: China Building Materials Intelligent Automation Research Institute Co.,Ltd.

Registration number: Y2021330001546

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