CN105492567A - 溴化锶相变材料 - Google Patents

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科林·普汉姆
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Abstract

本文描述了一种用于储能系统的相变材料(PCM)。更特别地，描述了一种包括溴化锶和金属卤化物的相变材料，其在约76℃至88℃的温度范围内储热最优。

Description

溴化锶相变材料
技术领域
本发明涉及用于储能系统的相变材料(PCM)。更特别地，本申请涉及一种包括溴化锶和金属卤化物的相变材料，其在约76℃至88℃的温度范围内储热最优。
背景技术
在相变材料领域中，要提供在约76℃至88℃的温度范围内相变的相变材料存在问题。这是因为在这个温度范围内,组合物比如溴化镁六水合物，存在轻微不一致熔融。
溴化锶六水合物的共熔点为88℃，之前即使有，也很少被用作PCM。之前仅由该领域的领先专家莱恩(Lane)在文献中提及[LaneG.A.:SolarHeatStorage:LatentHeatMaterial-VolumeI:BackgroundandScientificPrinciples,CRCpress,Florida(1983)]，指出其太昂贵。在US4003426中也引用了溴化锶六水合物，其虽然提及溴化锶六水合物用作相变材料，但是并没有公开其与金属卤化物结合使用。
因此，人们在相变材料领域进行了许多努力，以寻找在约76℃至88℃的温度范围内相变、并能够高效工作的相变材料。这种相变的温度变化对于能够在家用供热市场使用的储能系统极其有用。
本发明至少一方面的目的在于消除或缓解至少一个或多个上述问题。
本发明至少一方面的另一目的在于提供一种相变材料，其在约76℃至88℃的温度范围内相变。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种相变材料(PCM)，其包括：
溴化锶；以及
至少一种金属卤化物；
其中所述PCM在约76℃至88℃温度范围的区域中相变。
总地来说，本发明由此提供了一种在约76℃至88℃区域中相变的PCM。这使得PCM高度适用于比如WO2009/138771和WO2011/058383中描述的储能系统，WO2009/138771和WO2011/058383通过引用并入本文。
由此本发明的PCM基于溴化锶和金属卤化物的混合物，该金属卤化物比如溴化镁或其水合物。溴化镁的替代物可为下列溴化物或其水合物的其中之一或组合：
溴化锌；
溴化钴；
溴化锂；
溴化钠；
溴化钾；
溴化钙；
溴化铁；
溴化铜；以及
溴化铝。
溴化镁的替代物可为任意可混溶的有机化合物。
此外，也可使用氯化锶盐。
特别地，溴化锶和至少一种金属氯化物可为水合物形式。
或者，可使用无水溴化锶(CAS：100476-81-0)和无水溴化镁(CAS:7789-48-2)作为初始成分，而不是六水合物形式。在这种情况，必须添加水以获得最终的PCM。
溴化锶含量的质量百分数为约20-50％(wt.％)，优选为约30-35％。
金属卤化物含量的质量百分数为约50-85％，优选为约65-70％。
例如，一个优选实施方式为约25-35wt.％或优选的32wt.％的MgBr2﹒H2O；约55-75wt.％或优选约65wt.％的SrBr2﹒H2O；以及1-5wt.％或优选3wt.％的水。发现含有32wt.％MgBr2﹒H2O、65wt.％SrBr2﹒H2O和3wt.％水的PCM在约77℃发生相变。
约30-35wt.％溴化镁六水合物和约65-70wt.％溴化锶的组合物在75-80℃相变。这个温度对比如在储能系统中发现的相变材料应用很重要。
发现32wt.％MgBr2﹒H2O、65wt.％SrBr2﹒H2O和3wt.％水的最小熔点为约77℃。
根据本发明的第二方面，提供一种用于形成PCM的工艺，其包括：
提供溴化锶；以及
提供至少一种金属卤化物；
将所述溴化锶和至少一种金属卤化物混合在一起；
其中PCM在约76℃至88℃温度范围的区域相变。
将溴化锶和金属卤化物在混合容器中混合；或者如果PCM直接在最终热电池中制备，将溴化锶和金属卤化物在热电池外壳中混合。
在混合期间，混合容器或热蓄能器壳体的温度可提高至比相变温度高约2-5℃(例如3℃)，保持该温度使材料熔融。
获得的混合物可为搅拌/混合的混合物，直至其为液体并均一。
或者，始于无水物，按照下列工艺：
1)根据需要的相变温度，将适当比例的无水溴化锶和无水金属卤化物(例如无水溴化镁)与可选的另一相变温度降低成分混合；
2)加入适当比例的热水以获得需要的相变材料，该相变材料的温度高于需要的最终相变温度，使得两种组分熔融；或者，加入适当比例的水获得需要的相变材料，该相变材料的温度低于需要的最终相变温度，然后将混合容器或热电池外壳(如果PCM在最终热电池中直接制备)的温度提高至比相变温度高约2℃-5℃(例如3℃)，并保持该温度使材料熔融；
3)搅拌混合物，直至其为液体并均一。
PCM可如第一方面所限定。
附图说明
参考附图，本发明的实施方式现仅作为示例进行描述，其中：
图1展示了溴化锶六水合物的百分比与相变温度之间的关系。
具体实施方式
总的来说，本发明提供了一种相变材料，其在约76℃至88℃的温度范围内储存热量最佳。
本发明的相变材料(PCM)基于溴化锶和金属卤化物比如溴化镁的混合物。溴化镁的替代物可为下列溴化物或其水合物中的任一或组合：
溴化锌；
溴化钴；
溴化锂；
溴化钠；
溴化钾；
溴化钙；
溴化铁；
溴化铜；以及
溴化铝。
此外，也可使用氯化锶盐。
实施例1
下列为制备根据本发明的PCM的非限制性实施例。
a)始于六水合物形式：
1)根据需要的相变温度，混合适当比例的两种组分；
2)提高混合容器或热蓄能器壳体(如果PCM在最终热蓄能器中直接制备)的温度至比相变温度高约2℃-5℃(例如3℃)，并保持该温度使材料熔融；
3)搅拌混合物，直至其为液体并均一。
b)始于无水物：
1)根据需要的相变温度，混合适当比例的无水溴化锶和无水溴化镁(或其他相变温度降低成分)；
2)加入适当比例的热水获得需要的相变材料，该相变材料的温度高于需要的最终相变温度，使得两种组分熔融；或者，加入适当比例的水获得需要的相变材料，该相变材料的温度低于需要的最终相变温度，然后将混合容器或热蓄能器壳体(如果PCM在最终热蓄能器中直接制备)的温度提高至比相变温度高约2℃-5℃(例如3℃)，并保持该温度使材料熔融；
3)搅拌混合物，直至其为液体并均一。
约30-35wt.％溴化镁六水合物和约65-70wt.％溴化锶的组合物在75℃-80℃存在相变。该温度对于相变材料应用很重要。
发现32wt.％MgBr2﹒H2O、65wt.％SrBr2﹒H2O和3wt.％的最小熔点为约77℃。
另外的实施例
下列通过实验结果提供的非限制性实施例为PCM组合物MX·nH2O代表、以及它们的制备工艺，该PCM组合物MX·nH2O具有不同含量的可混溶有机化合物，。
SrBr2﹒6H2O：
实施例2：向溴化锶六水合物中添加丙三醇以降低熔点
制备溴化锶六水合物(Sunamp公司提供)和丙三醇(来自VWR公司，CAS56-81-5)的测试样品，使用下表所列出质量，从100％溴化锶六水合物组合物至1:1摩尔比例。然后将样品加热至95℃，同时搅拌以确保均一混合物。经历冷却和固化，样品仍保持单相。
观察材料的熔融和凝固(在水浴中加热至95℃，使得材料完全熔融，然后在空气中冷却至室温，使用热电偶记录材料的温度)，可见随着丙三醇量的增加，熔点逐渐降低。重复的循环证实了通过添加丙三醇，溴化锶熔点和凝固点降低。与丙三醇摩尔百分数和质量分数对应的降低程度在下文中列出。
实施例3：向溴化锶六水合物添加三羟甲基丙烷(TME)以降低熔点
使用下文中列出的比例，并使用相同于实施例1中所示的方法，制备溴化锶六水合物和TME(来自费舍尔科技有限公司，CAS77-85-0)的测试样品。
使用相同于实施例2中所示的方法，记录材料熔融和凝固期间的温度。如实施例2所示，随着TME含量增加，可观察到熔点和凝固点降低程度提高。
实施例4：向溴化锶六水合物添加乙酰胺以降低熔点
使用下文中列出的比例，并使用相同于实施例2中所示的方法，制备溴化锶和乙酰胺(来自阿法埃莎公司，CAS77-85-0)的测试样品。
虽然本发明的特殊实施方式已经在上文中描述，但与所述实施方式的背离可仍落于本发明的范围内。例如，可使用溴化锶和金属卤化物的任意适合类型混合物，必要时连同额外的组分。每种组分的含量可变化以适应需要的相变温度。

Claims (14)

1.一种相变材料，包括：
溴化锶；以及
至少一种金属卤化物；
其中所述相变材料在约76℃至88℃温度范围的区域内相变。
2.根据权利要求1的相变材料，其特征在于，所述相变材料能够在储能系统中使用。
3.根据权利要求1或2的相变材料，其特征在于，所述金属卤化物为溴化镁或其水合物。
4.根据权利要求1或2的相变材料，其特征在于，所述金属卤化物为下列溴化物或其水合物中的任一或组合：
溴化镁；
溴化锌；
溴化钴；
溴化锂
溴化钠
溴化钾；
溴化钙；
溴化铁；
溴化铜；以及
溴化铝。
5.根据任一前述权利要求的相变材料，其特征在于，所述相变材料还包括氯化锶盐。
6.根据任一前述权利要求的相变材料，其特征在于，所述溴化锶的质量分数为约20-50％或约30-35％。
7.根据任一前述权利要求的相变材料，其特征在于，所述金属卤化物的质量分数为约50-85％或约65-70％。
8.根据任一前述权利要求的相变材料，其特征在于，所述相变材料为质量分数为约25-35％的MgBr2·H2O、约55-75％或约65％的SrBr2·H2O、以及约1-5％或约3％的水。
9.根据任一前述权利要求的相变材料，其特征在于，所述包括质量分数为32％MgBr2·H2O、65％SrBr2·H2O、以及3％水的相变材料在约77℃发生相变。
10.一种形成相变材料的方法，包括：
提供溴化锶；以及
提供至少一种金属卤化物；
混合所述溴化锶和至少一种金属卤化物；
其中所述相变材料在76℃至88℃温度范围的区域中发生相变。
11.根据权利要求10的形成相变材料的方法，其特征在于，所述溴化锶和金属卤化物在混合容器或热蓄能器壳体(如果相变材料直接在最终热蓄能器中制备)中混合。
12.根据权利要求11的形成相变材料的方法，其特征在于，在混合期间，所述混合容器或热蓄能器壳体的温度提高至比相变温度高约2℃-5℃(例如3℃)，保持该温度使材料熔化。
13.根据权利要求12的形成相变材料的方法，其特征在于，获得的混合物为搅拌/混合的混合物，直至其为液体并均一。
14.根据权利要求10至13中任一权利要求的形成相变材料的方法，其特征在于，始于无水物，所述方法包括：
1)根据需要的相变温度，将适当比例的无水溴化锶和无水金属卤化物(例如无水溴化镁)与可供选择的另一相变温度降低成分混合；
2)加入适当比例的热水获得相变材料，所述相变材料的温度高于需要的最终相变温度，使得两种组分熔融；或者，加入适当比例的水获得需要的相变材料，所述相变材料的温度低于需要的最终相变温度，然后将混合容器或热电池外壳(如果PCM在最终热蓄能器中直接制备)的温度提高至比相变温度高约2℃-5℃(例如3℃)，并保持该温度使材料熔融；以及
3)搅拌混合物，直至其为液体并均一。
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