CN106118605A - 一种提高空气源热泵热水器效率的储能材料 - Google Patents

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杜兔平
李智威
贾蓉蓉
崔宇飞
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    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials

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Abstract

本发明涉及一种提高空气源热泵热水器的储能材料，由五水硫代硫酸钠、上述的复合成核剂、以及定型载体组成。优选由80～85％的五水硫代硫酸钠、3～5％的复合成核剂、7～15％的定型载体组成。其中所述定型载体优选为80～90目的膨胀石墨。其可以解决以五水硫代硫酸钠作为热泵热水器用蓄热材料所存在的过冷度和相分离问题。该储能材料可与太阳能集热装置相结合，将热量进行储存，待热泵系统工作时，再从储能材料中获得热量，提高空气源热泵热水器的工作效率，降低运行成本。

Description

一种提高空气源热泵热水器效率的储能材料
技术领域
本发明涉及相变储能材料技术领域，具体涉及一种提高空气源热泵热水器效率的储能材料。
背景技术
随着经济的发展，人们对生活质量的要求也越来越高，例如洗澡、采暖等方面对舒适性和安全性的要求。空气源热泵热水器具有可实现多功能的用途、能效比高等优点已逐渐被市场所接受。然而，空气源热泵热水器也具备体积大、外界环境温度较低时效率也随之降低等问题。相变材料具备储能密度大、体积小等优点，如果将储热介质由水更换成相变材料，不仅减小了设备的体积，而且可通过与太阳能集热装置相结合，实现白天对相变材料进行蓄热，待热泵系统工作时，可从储能材料中获得热量，提高空气源热泵热水器的工作效率，降低运行成本。
五水硫代硫酸钠相变点为48℃左右，密度为1.72g/mL，无毒、无污染，阻燃性能好，中性等优点。同时，相变点又低于热泵工作的最高温度55℃，可替代水作为介质的热泵热水器。但五水硫代硫酸钠也存在相变材料共有的问题，过冷和相分离。五水硫代硫酸钠在冷却过程中，存在过冷至室温不结晶的现象，且随着循环次数的增多，相分离也特别严重。
目前，针对相分离和过冷度的解决，多以添加高分子类的聚合物和成核剂进行研究。例如：专利CN200410000850.8公布了以五水硫代硫酸钠作为主原料，氯化锌作为成核剂，CMC作为增稠剂，丙三醇和水作为添加剂的一种可逆复合材料。丁益民等(上海大学学报，1998，4，487-490.)报道了以1％的MgCl2·6H2O作为成核剂时，过冷度降低为2.5℃，以4.5％的YDS-1和0.5％的Al2O3·3H2O作交联剂解决了其相分离问题，然而在报道中都提到了通过搅动方式促进的结晶，这对实际应用带来了一定的不便。胡小东(华南理工大学MS，2014.)报道了以氯化锰、酸性焦磷酸钠、二水硫酸钙、萘酚四种材料为成核剂，以CMC，活性白土，水溶性石蜡为增稠剂进行了研究，得到了不同改性后的五水硫代硫酸钠可在高于30℃的条件下结晶放热。从报道中可以看出材料的过冷度仍然较大，对实际应用还是会产生较大的影响。因为48℃材料通过二次换热的热品位已经较低，如果不能够及时放出高品位的热，实际应用将大打折扣。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种提高空气源热泵热水器效率的储能材料，该储能材料可与太阳能集热装置相结合，将热量进行储存，待热泵系统工作时，再从储能材料中获得热量，提高空气源热泵热水器的工作效率，降低运行成本。其可以解决以五水硫代硫酸钠作为热泵热水器用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：
首先提供一种复合成核剂，由氢氧化镁和频哪醇、硬脂酸铝、钨酸钠三种中的任一种混合组成。所述成核剂中优选含氢氧化镁为80～90％，其余为10～20％。此复合成核剂加入五水硫代硫酸钠中，可以使五水硫代硫酸钠的结晶温度都在40℃以上。可以用于制备相变储能材料。
接着提供一种提高空气源热泵热水器的储能材料，由五水硫代硫酸钠、上述的复合成核剂、以及定型载体组成。优选由80～85％的五水硫代硫酸钠、3～5％的复合成核剂、7～15％的定型载体组成。其中所述定型载体优选为80～90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)复合成核剂的加入使得五水硫代硫酸钠的结晶温度都在40℃以上。
(2)随着材料的热循环次数的增多，成核剂的稳定性好，仍然保持较高的结晶温度。
(3)载体的加入不仅抑制了材料的相分离，而且也提高了材料的导热。
(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1的相变材料测试结果图；
图2是本发明实施例2的相变材料测试结果图；
图3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的五水硫代硫酸钠作为主原料，于60℃加热熔融后，加入50g的成核剂(40g的氢氧化镁，10g的频哪醇)，搅拌后加入150g的膨胀石墨，搅拌均匀后，冷却得到相变材料，相变点为45～47℃，其过冷度约为4～5℃(图1)。
实施例2
以850g的五水硫代硫酸钠作为主原料，于60℃加热熔融后，加入30g的成核剂(27g的氢氧化镁，3g的硬脂酸铝)，搅拌后加入120g的膨胀石墨，搅拌均匀后，冷却得到相变材料，相变点为44～46℃，其过冷度为1～3℃(图2)。
实施例3
以820g的五水硫代硫酸钠作为主原料，于60℃加热熔融后，加入40g的成核剂(34g的氢氧化镁，6g的钨酸钠)，搅拌后加入140g的膨胀石墨，搅拌均匀后，冷却得到相变材料为，相变点为44～46℃，其过冷度约为2～3℃(图3)。
从上述实施例的测试结果可知，本发明提供的提高空气源热泵热水器效率的储能材料，可以解决以五水硫代硫酸钠作为热泵热水器用蓄热材料所存在的过冷度和相分离问题。该储能材料可与太阳能集热装置相结合，将热量进行储存，待热泵系统工作时，再从储能材料中获得热量，提高空气源热泵热水器的工作效率，降低运行成本。
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 (6)

1.一种复合成核剂，其特征在于：由氢氧化镁和频哪醇、硬脂酸铝、钨酸钠三种中的任一种混合组成。
2.根据权利要求1所述的复合成核剂，其特征在于：所述成核剂中含氢氧化镁为80～90％，其余为10～20％。
3.权利要求1或2所述的复合成核剂用于相变储能材料制备。
4.一种提高空气源热泵热水器的储能材料，其特征在于：由五水硫代硫酸钠、权利要求1或2所述的复合成核剂、以及定型载体组成。
5.根据权利要求4所述的提高空气源热泵热水器的储能材料，其特征在于：由80～85％的五水硫代硫酸钠、3～5％的复合成核剂、7～15％的定型载体组成。
6.根据权利要求5所述的提高空气源热泵热水器的储能材料，其特征在于：所述定型载体为80～90目的膨胀石墨。
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