CN105238363B - 一种相变储能介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室温相变储能介质，所述相变储能介质为由水、磷酸氢二钠、硅酸钠和醋酸钠组成的共晶混合物。所述相变储能介质的制备方法为：将上述成分按配比混合加热全部熔化，搅拌均匀，该液相即可作为相变储能介质使用。本发明的相变储能介质具有相变温度在室温附近，材料环保和成本低等特点。

Description

一种相变储能介质

技术领域

本发明涉及节能环保领域，具体涉及一种以相变形式储存热能的相变储能介质。

背景技术

一般的，把相变温度Tm在-50-90℃范围内的材料划为常低温相变储热材料，此类材料在建筑和日常生活中的应用较为广泛。相变温度低于15℃的材料主要应用于空调制冷，而相变温度在15-90℃之间的材料则广泛应用于太阳能储热和热负载领域。

常低温相变储能材料的作用机理是：当温度略高于相变温度时，相变储能介质从环境中吸收大量热量而熔化，把能量储存起来，当温度低于相变温度时，已熔化的室温相变储能介质冷凝成固体而向室内环境释放大量的热量，从而维持室温的相对恒定。在日温差或周(每星期)温差很大的地区，室温相变储能介质具有重要的应用价值，它可在高温时段储存能量，而在夜间或较冷时段给室内供热，从而达到节能的目的。

理想的相变储能材料一般应具有相对恒定的熔点,这样才可能当环境温度高于或低于相变温度时,储能材料尽可能多地从环境吸收或向环境释放能量。这一特征对于储能材料从低品位太阳能中吸收能量和维持室温的恒定具有重要意义。

作为相变储能介质的物质可以是无水盐、盐水化合物及其混合物、有机物等。而目前用作室温相变储能材料的有机物具有危险易燃，价格较贵，导热性不好等缺点；无水熔盐适用于高温储热；盐水化合物及其混合物适合于储存低温热源，这些材料在太阳能和城市余热利用，电网的削峰填谷等多方面有着广泛的应用。目前仍存在需要开发专门针对室温储能材料的必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型相变储能介质，该相变储能介质应当具备相变温度较适中和成本低廉的特点。

本发明提供的相变储能介质为由水、磷酸氢二钠、硅酸钠和醋酸钠组成的共晶混合物。

优选的，所述的储能介质的组成相当于由87.5-90wt.％十二水磷酸氢二钠，5-10wt.％硅酸钠和1-5wt.％醋酸钠所形成混合物的组成。此处制备储能介质的原料可以是磷酸氢二钠、硅酸钠、醋酸钠和水；也可以是含有结晶水的磷酸氢二钠、含有结晶水的硅酸钠和含有结晶水的醋酸钠；也可以是部分组分是含有结晶水的化合物，其余部分为相应的不含水的化合物；只要其原料的组成相当于由87.5-90wt.％十二水磷酸氢二钠，5-10wt.％硅酸钠和1-5wt.％醋酸钠所形成混合物，其就可以形成本发明的共晶混合物。

优选的，所述的储能介质的原料由磷酸氢二钠、硅酸钠、醋酸钠和水组成，或相应的物质的水合物和/或水组成。

优选的，所述共晶混合物的共晶相变温度为31-32摄氏度左右。

上述材料组成的十二水磷酸氢二钠+硅酸钠+醋酸钠体系中存在一个组成点，该点的相变温度为31－32℃左右。

将该储能介质封装于由各种材料制成的密闭容器中，置于建筑物室内或墙体中，用于调节室内温度，可使其保持在一个舒适的温度范围。

本发明的室温相变储能介质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等诸多优点。当环境温度高于32℃时，该储能材料通过自身的融化大量地从环境中吸收热量，当环境温度低于31℃时，储能材料由液相缓慢结晶成固相，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、实施例1的储能材料吸放热温度曲线图。

图2、储能材料1吸放热温度曲线图。

图3、储能材料2吸放热温度曲线图。

图4、储能材料3吸放热温度曲线图。

具体实施方式

如下为本发明的实施例，其仅用作对本发明的解释而并非限制。

实施例1：

把70克十二水磷酸氢二钠和8克硅酸钠和2醋酸钠混合加热融化得到80克混合溶液，把该液体装于密闭容器中，将该容器置于15℃的空气环境中，测得介质温度变化如图1粗线所示，可见，体系在温度降至29.7℃时候，开始发生相变，在32℃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。然后把装有储能介质的容器放在50℃的环境中升温，可观察到介质在32℃时存在一个升温平台，这是介质从环境中大量吸收热量融化，从而维持环境温度的恒定。高于32℃以后，介质完全融化，升温迅速。

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细线所示，可见水在很短时间内即达到环境温度，恒温能力有限。

比较两者可见，本发明的储能介质能从高于32℃的环境吸收大量的热量，以及向低于32℃环境释放的热量，从而维持介质本身以及环境温度的恒定，其温度调控能力要比纯水大很多倍。

对比例1

把80克十二水磷酸氢二钠样品加热至50-60℃，发现样品变成液体。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粗线所示。可见介质在25.5℃时候，开始发生相变相变温度为36.2℃，与纯水重复上述过程测得的升降温曲线图2细线所示，与图1相比过冷度增大，相变温度高出4℃左右。

对比例2

把72克十二水磷酸氢二钠、2克硅酸钠和8克醋酸钠混合在一起，其组成如图1中的c点所示。把该样品加热至50-600C左右，并保持一段时间，发现仍有10％左右的固体未完全熔化成液体。装该样品于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图3实线所示。可见介质在降温至26.1℃左右开始升温至32℃附近，又开始缓慢降温至环境温度，期间没有平台出现，这是由于介质不是在一个温度下凝固向环境释放热量，不能够维持自身温度恒定；同样升温过程中，可观察到介质缓慢升温至环境温度，这是由于介质不是在一个温度下吸收环境的热量，不能够保持环境温度的恒定。与纯水重复上述实验图3虚线相比储能效果要好一些，与图1组成点的储能效果差很多。

对比例3

把72克十二水磷酸氢二钠、8克硅酸钠混合在一起，加热至50-60℃并保持一段时间，装该样品于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图4实线所示。介质在升温降温过程中没有明显的相变平台，储放热能力有限与纯水重复上述实验图4虚线相比储能效果要好一些，与图1组成点的储能效果差很多。

参见下表，发明人还针对储能材料中各组分的含量进行了变更，得到了具有不同组成的储能材料。

	十二水磷酸氢二钠	硅酸钠	醋酸钠
				实施例2	87.5	7.5	5
实施例3	90	5	5
				实施例4	90	8	2

实施例5	88	9.5	2.5
				实施例6	89	10	1

Claims (3)

1.一种相变储能介质，其特征在于，所述相变储能介质的组成相当于由87.5-90wt.％十二水磷酸氢二钠，5-10wt.％硅酸钠和1-5wt.％醋酸钠形成的混合物组成。

2.根据权利要求1所述相变储能介质，其特征在于，所述的储能介质的原料由磷酸氢二钠、硅酸钠、醋酸钠和水组成，或相应的物质的水合物和水组成。

3.根据权利要求1所述相变储能介质，其特征在于，所述相变储能介质的共晶相变温度为31-32摄氏度。