CN105950120B - 一种用于太阳能蓄热的相变储能材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于太阳能蓄热的相变储能材料，由80～85％的三水醋酸钠，5～8％的成核剂，7～15％的定型载体组成，其中所述成核剂为乙醇和氟酸钾盐的混合物，所述定型载体为膨胀石墨。其可以解决以三水醋酸钠作为太阳能蓄热材料所存在的过冷度和相分离问题。本发明的相变材料不仅利用氟酸钾盐进行晶型成核，同时也利用乙醇与相变材料接触时所形成的相界面的表面张力进行快速的成核。这两种成核方式的结合，起到了相互诱导的作用，避免在实际使用中由于瞬时温度过高所导致的单一成核方式的失效。

Description

一种用于太阳能蓄热的相变储能材料
技术领域
本发明涉及相变储能材料技术领域，具体涉及一种用于太阳能蓄热的相变储能材料。
背景技术
太阳能技术的应用已经非常成熟，各国都在为太阳能的有效利用以及应用领域的拓宽做更多的研究。在日常生活中，多采用真空集热管将热量储存在水箱中，以便白天或晚上使用。然而，这种真空管式的太阳能热水器具有结垢，出水温度不恒定，顶水换热水质不新鲜等缺点。而相变储能材料的应用正好能够填补传统太阳能热水器的弊端，不但能够抑制温度过高所带来的结垢，而且具有储热密度大，二次换热，出水恒温等优点。
三水醋酸钠由于具备合适的温度点(58℃)，且热焓值高、阻燃性好、无毒无腐蚀、廉价易得等优点被大量的研究报道。然而，三水醋酸钠本身也存在相分离、过冷度大、寿命衰减，实际应用导热差等问题。
对于过冷度的解决，多选择加入成核剂进行解决。例如：美国专利US440287中公布了以三水醋酸钠作为主原料，以无水醋酸钠和磷酸三钠，磷酸氢二钠，磷酸二氢钠，硼砂，草酸钠、脂肪酸钠盐中的一种进行混合后作为成核剂。专利CN200610039026公布了以八水合氢氧化钡、醋酸锌、硼砂的混合物作为三水醋酸钠的成核剂。专利CN201210037753公布了一种无机相变储能材料，其中有以三水醋酸钠作为基材，成核剂为碳酸钙、碳酸锶、碳酸镁、碳酸钡等碳酸盐中的一种或几种的混合。李晶等(工程热物理学报，2006,27,817-819.)报道了利用十水碳酸钠、十二水磷酸三钠，焦磷酸钠，十二水磷酸氢二钠，十水硫酸钠，硫酸钾，硅酸钠，无水硫代硫酸钠作为成核剂的筛选材料。
成核剂的选择不仅要关注其成核能力的问题，而且也要关注成核剂本身在实际应用体系中的失效问题。例如：王智平等(材料导报，2010,24,60-64.)提到了焦磷酸钠的上限加热温度如果超过75℃，将会导致成核剂失效。徐建霞(广东工业大学MS，2008)报道了在80℃的上限加热温度，200次循环后，焦磷酸钠、硫酸锶溴化钠，无水碳酸钠，无水硫酸钠失去成核作用。在实际结合太阳能的储热过程中，难以避免温度短暂的过高，这就需要成核剂不仅具备良好的成核能力，还要具有耐高温的特性，以便能够进行实际应用。
对于相分离的解决多采取添加天然高分子和合成高分子聚合物材料为增稠剂。例如：阮德水等人(华中师范大学学报，1987,21,393-396.)采用CMC，海藻酸钠，凹凸棒土，聚丙烯酰胺，聚丙烯酸钠，聚丙烯酸铵作为三水醋酸钠的增稠剂进行了筛选。徐建霞(广东工业大学MS，2008)报道了用聚乙烯醇、蔗糖、聚丙烯酰胺、阿拉伯树胶、丙酮、液体石蜡、水玻璃、十二烷基苯磺酸钠，明胶，CMC作为增稠剂进行了研究。
增稠剂的加入不仅降低了体系的传热和焓值，而且随着循环次数的增加，也会导致体系逐渐的恶化，储热能力迅速下降。例如：Takahiro Wada等(Solar Energy,1984,33,373-375.)报道了聚乙烯醇作为增稠剂时，体系的首次热焓值为254J/g，在30次循环后200J/g，400次后为160J/g。Luisa F.Cabeza等(Appllied Thermal Engineering,2003,23,1697-1704.)报道了以CMC为增稠剂时，如果加热温度高于65℃，则体系也会出现相分离。同时，由于增稠剂的加入，体系的焓值下降了20～30％。如何能够寻找出克服相分离，又能提高导热的方法是很重要的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种适用于太阳能蓄能材料的相变储能材料，其可以解决以三水醋酸钠作为太阳能蓄热材料所存在的过冷度和相分离问题。
本发明的技术方案为：
一种用于太阳能蓄热的相变储能材料，由80～85％的三水醋酸钠，5～8％的成核剂，7～15％的定型载体组成，其中所述成核剂为乙醇和氟酸钾盐的混合物，所述定型载体为膨胀石墨。
所述成核剂中乙醇为80～90％，氟酸钾盐为10～20％。
所述氟酸钾盐包括氟硼酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钾。
所述定型载体优选为100～300目的膨胀石墨。
本发明中，除另有说明的以外，所有百分比均为质量比。
本发明的优点和取得的技术效果是：
(1)不仅利用氟酸钾盐进行晶型成核，同时也利用乙醇与相变材料接触时所形成的相界面的表面张力进行快速的成核。这两种成核方式的结合，起到了相互诱导的作用，避免在实际使用中由于瞬时温度过高所导致的单一成核方式的失效。
(2)载体的加入首要目标是抑制相分离的作用，由于加入后的体系粘度非常大，使得在溶解或结晶过程中由于密度差做造成的晶体沉积现象完全消除。
(3)载体选择了具备良好导热性能的膨胀石墨，所以正好提高了热传导性，降低了应用设计中换热管道的数量。区别于多数报道中，加入少量导热材料，而忽略了导热的提高需要导热材料形成接触连续性的要求。
(4)不添加额外的高分子类增稠剂，其总体热焓值变化小，热稳定性强。
附图说明
图1是本发明实施例中空白测试的结果图；
图2是本发明实施例1的相变材料测试结果图；
图3是本发明实施例2的相变材料测试结果图；
图4是本发明实施例3的相变材料测试结果图。
具体实施方式
为进一步说明本发明，结合以下实施例具体说明：
实施例1
以800g的三水醋酸钠作为主原料，于70℃加热熔融后，加入80g的成核剂(64g的乙醇，16g的氟硼酸钾)，搅拌后加入200g的300目的膨胀石墨，搅拌均匀后，冷却得到相变材料为58.6℃，经过5000次循环后，热焓值为258.1J/g(见图2)与空白测试结果264J/g(图1)相比较，衰减2.2％。
实施例2
以850g的三水醋酸钠作为主原料，于70℃加热熔融后，加入50g的成核剂(45g的乙醇，5g的氟硅酸钾)，搅拌后加入70g的100目的膨胀石墨，搅拌均匀后，冷却得到相变材料为58.6℃，经过5000次循环后，热焓值为253.2J/g(见图3)，与空白测试结果264J/g(图1)相比较，衰减4％。
实施例3
以820g的三水醋酸钠作为主原料，于70℃加热熔融后，加入60g的成核剂(51g的乙醇，9g的氟铝酸钾)，搅拌后加入120g的200目的膨胀石墨，搅拌均匀后，冷却得到相变材料为58.63℃，经过5000次循环后，热焓值为248.4J/g(见图4)。与空白测试结果264J/g(图1)相比较，衰减5.9％。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种用于太阳能蓄热的相变储能材料，其特征在于：由80～85重量％的三水醋酸钠、5～8重量％的成核剂、7～15重量％的定型载体组成；所述成核剂为乙醇和氟酸钾盐的混合物，所述氟酸钾盐为氟硼酸钾、氟硅酸钾、氟铝酸钾，所述定型载体为膨胀石墨。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能蓄热的相变储能材料，其特征在于：所述成核剂中乙醇为80～90重量％，氟酸钾盐为10～20重量％。
3.根据权利要求1或2所述的用于太阳能蓄热的相变储能材料，其特征在于：所述定型载体为100～300目的膨胀石墨。
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