CN105238362A - 一种无机相变储能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无机相变储能材料及其制备方法,所述储能材料主要包括以下组分:重量比为50:2~50:10的醋酸钠溶液和功能添加液,以及醋酸钠溶液和功能添加液总重量1~3%的成核剂和4%的增稠剂;其中,醋酸钠溶液由醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成;功能添加液由功能添加剂和水按质量比1:1配制成;所述功能添加剂为氯化钾。该储能材料性能稳定、价格低廉、原料丰富、制备方便、相变潜热大、无毒、温度可调,可以广泛应用于太阳能低温蓄热系统、家庭日用保温、家用热水储能系统等多个领域。
Description
技术领域
本发明属于相变储能技术领域,具体地,本发明涉及一种无机相变储能材料及其制备方法。
背景技术
在相变储能技术领域,相变材料是基础,相变材料的种类很多,从相变的方式来看,可分为固-固、固-液、液-气和固-气相变材料四大类,由于固-气和液-气相变材料在相变过程中伴随大量气体的存在,使材料体积变化很大,因此,尽管它们相变潜热较大,但在实际中很少应用。在实际应用中,一般按材料化学组成成分的不同,把相变材料分为有机物类(石蜡、酯酸等)和无机物类(无机水合盐、熔融盐、金属等)。无机水合盐是中、低温相变材料中重要的一类,提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的近70种可供选择的相变材料。
无机水合盐具有使用范围广、价格便宜、导热系数大(与有机物类PCM相比)、单位体积蓄热密度大、一般呈中性等优点。但也存在两方面的不足:过冷和相分离。这两大缺陷直接关系到相变材料的使用寿命,因此较好地解决这两个问题成为相变材料应用研究方面的关键。
三水醋酸钠(CH3COONa·3H2O)因熔点适宜、潜热值较高等优点常作为相变蓄能材料广泛应用于不同领域。然而,纯三水醋酸钠在凝固过程中存在的过冷和相分离问题,且相变温度较难调控,严重影响三水醋酸钠的相变储能材料的大范围使用。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种无机相变储能材料,该储能材料性能稳定、价格低廉、原料丰富、制备方便、相变潜热大、无毒、温度可调,可以广泛应用于太阳能低温蓄热系统、家庭日用保温、家用热水储能系统等多个领域。
为达到上述目的,本发明采用了如下的技术方案:
一种无机相变储能材料,所述储能材料主要包括以下组分:
重量比为50:2~50:10的醋酸钠溶液和功能添加液,以及醋酸钠溶液和功能添加液总重量1~3%的成核剂和4%的增稠剂;
其中,醋酸钠溶液由醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成;
功能添加液由功能添加剂和水按质量比1:1配制成;
所述功能添加剂为氯化钾。
优选地,所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
优选地,所述增稠剂为羟乙基纤维素。
本发明的另一个目的在于,提供一种基于上述技术方案的无机相变储能材料的制备方法,所述方法包括以下步骤:
1)将醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成醋酸钠溶液,密封放置在65-80℃保温环境备用;
2)将功能添加剂和水按质量比1:1配制成功能添加液,密封放置在65-80℃保温环境备用;
3)将醋酸钠溶液和功能添加液按比例混合形成混合溶液,并不断搅拌,使其充分混合均匀;
4)在搅拌状态下加入成核剂和增稠剂使其成流体状,即得无机相变储能材料。
优选地,所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
优选地,所述增稠剂为羟乙基纤维素。
本发明无机相变储能的储能介质主要为三水醋酸钠体系,功能添加剂为氯化钾,通过添加成核剂、增稠剂可以解决无机水合盐相变储能材料的共性问题:过冷度及相分离。通过功能添加剂调整其相变温度的同时,也在一定程度上抑制其过冷现象的发生,在通过成核剂和增稠剂的添加,完全可以消除过冷和相分离现象,重复性好,性能稳定。
与现有技术比较,本发明优点在于:
1)本发明在制备过程中加入功能添加剂来调控体系的相变温度点(50-55℃)的同时,也在一定程度上减小其过冷度,然后在通过成核剂和增稠剂可以完全消除体系的过冷度和相分离,重复性较好,性能稳定,可长期使用,具有广泛的应用前景。
2)本发明功能添加剂种类较少,所含比例较小,避免了添加剂过多互相影响的问题,保证体系的稳定性。
3)本发明所得无机相变储能材料具有50-55℃的相变温度,过冷度小于3℃,并且具有较高的潜热值,可以到230-260J/g,具有优良的温度调节功能,同时具有极高的相变稳定性。
4)本发明原料来源丰富,无毒、无腐蚀、制备方法简单易操作,易于封装。
具体实施方式
下面通过部分实施实例对本发明做进一步阐述,但不能限制本发明的内容。
实施例1
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液;取氯化钾和水按重量比1:1配制成氯化钾功能添加液;
2)取步骤1中配制好的醋酸钠溶液50g,氯化钾功能添加液2g,并不断搅拌,使其充分混合均匀;
3)向步骤2中试样分别加入0.52gNa2B4O7·10H2O,2.08g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其成流体状;
4)将步骤3中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示,此组分的相变温度为54℃,过冷度2.3℃,潜热值236.9KJ/Kg。
实施例2
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液;取氯化钾和水按重量比1:1配制成氯化钾功能添加液;
2)取步骤1中配制好的醋酸钠溶液50g,氯化钾功能添加液4g,并不断搅拌,使其充分混合均匀;
3)向步骤2中试样分别加入1.08gNa2HPO4·12H2O,2.16g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其成流体状;
4)将步骤3中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示,此组分的相变温度为52℃,过冷度1.8℃,潜热值241.4KJ/Kg。
实施例3
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液;取氯化钾和水按重量比1:1配制成氯化钾功能添加液;
2)取步骤1中配制好的醋酸钠溶液50g,氯化钾功能添加液6g,并不断搅拌,使其充分混合均匀;
3)向步骤2中试样分别加入1.12gNa2SiO3·9H2O,2.24g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其成流体状;
4)将步骤3中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示,此组分的相变温度为51℃,过冷度1.2℃,潜热值239.2KJ/Kg。
实施例4
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液;取氯化钾和水按重量比1:1配制成氯化钾功能添加液;
2)取步骤1中配制好的醋酸钠溶液50g,氯化钾功能添加液8g,并不断搅拌,使其充分混合均匀;
3)向步骤2中试样分别加入1.16gNa2B4O7·10H2O,2.32g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其成流体状;
4)将步骤3中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示,此组分的相变温度为51℃,过冷度0.8℃,潜热值238.3KJ/Kg。
实施例5
1)取无水醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解配制成醋酸钠溶液;取氯化钾和水按重量比1:1配制成氯化钾功能添加液;
2)取步骤1中配制好的醋酸钠溶液50g,氯化钾功能添加液10g,并不断搅拌,使其充分混合均匀;
3)向步骤2中试样分别加入1.8gNa2B4O7·10H2O,2.4g羟乙基纤维素(CMC)在70℃不断搅拌使其成流体状;
4)将步骤3中所得相变材料灌入容器中进行封装测试。
测试结果显示,此组分的相变温度为50℃,过冷度1.4℃,潜热值239.6KJ/Kg。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应该理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种无机相变储能材料,其特征在于,所述储能材料主要包括以下组分:
重量比为50:2~50:10的醋酸钠溶液和功能添加液,以及醋酸钠溶液和功能添加液总重量1~3%的成核剂和4%的增稠剂;
其中,醋酸钠溶液由醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成;
功能添加液由功能添加剂和水按质量比1:1配制成;
所述功能添加剂为氯化钾。
2.根据权利要求1所述的无机相变储能材料,其特征在于,所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的无机相变储能材料,其特征在于,所述增稠剂为羟乙基纤维素。
4.权利要求1所述的无机相变储能材料的制备方法,所述方法包括以下步骤:
1)将醋酸钠或其水合物和水按摩尔比1:3溶解制成醋酸钠溶液,密封放置在65-80℃保温环境备用;
2)将功能添加剂和水按质量比1:1配制成功能添加液,密封放置在65-80℃保温环境备用;
3)将醋酸钠溶液和功能添加液按比例混合形成混合溶液,并不断搅拌,使其充分混合均匀;
4)在搅拌状态下加入成核剂和增稠剂使其成流体状,即得无机相变储能材料。
5.根据权利要求4所述的无机相变储能材料的制备方法,其特征在于,所述成核剂为Na2SiO3·9H2O、Na2HPO4·12H2O和Na2B4O7·10H2O中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的无机相变储能材料的制备方法,其特征在于,所述增稠剂为羟乙基纤维素。
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