CN106753254A - 一种无机水合盐复合相变储热材料及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种储热材料、该材料的制备、封装以及应用，具体涉及一种无机水合盐复合相变储热材料、该材料的制备、封装以及应用。首先由主料、辅料和去离子水按比例混合均匀加热使其融化，然后将加热融化后无机水合盐复合相变储热材料压实封装；冷却后即可获得无机水合盐复合相变储热材料。本发明制得的相变储热材料的相变温度为5～35℃，相变潜热≥150J/g，适合应用于温室调节温度范围1～6℃。本发明的封装方法既可以解决相变储热材料难封装的问题，同时其制备、封装成本低，效果好，广泛应用于储热材料封装技术中。
Description
技术领域
本发明涉及一种储热材料、该材料的制备、封装以及应用，具体涉及一种无机水合盐复合相变储热材料、该材料的制备、封装以及应用。
背景技术
相变储热材料就是化学物质在相变时应用其储存潜热的一系列材料。具体说就是化合物发生汽、液、固相变化时，伴随着吸热或放热的过程。相变储热材料蓄热密度高、蓄热装置结构紧凑，且吸、放热过程近似等温、易运行控制和管理，因而较受关注。根据化学组成相变材料可分为无机、有机、复合和金属四大类，无机结晶水合盐通式为AB·nH2O，熔点固定，有较大的相变热、导热系数和体积储热密度。而且成本低、制备简单，有良好的应用前景。该类物质升温时结晶水脱出，无机盐熔解而吸热；降温时发生逆过程，吸收结晶水而放热。但上述无机盐相变储热材料在应用中易出现过冷和相分离现象，导致材料析出，降低循环寿命，严重制约实际应用。产生过冷现象是由于结晶水合盐的结晶成核性能较差，因此现有技术中在应用过程中需添加防过冷剂和防相分离剂，防过冷剂主要起成核剂和增稠剂的作用，主要包括硼砂、硫酸钙和活性白土等，防相分离剂主要有高分子吸水树脂、羧甲基纤维素和表面活性剂材料等。实际生产中通常还会添加过量的水，以减少无水盐的形成，防止流化床堵塞，但该方法也导致储热系统需在较大的温度区间内工作。一种无机水合盐相变储能微胶囊及其制备方法(申请号：201210136116)记载了一种微胶囊法来解决相变材料易过冷、易分离进而导致材料泄露的问题，但是该方法存在制备过程繁琐，耗时长、制备成本较高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明以无机盐为主料，添加防过冷和防分离作用的辅料和余量去离子水，通过水浴加热法制备无机水合复合盐相变储热材料，应用封装机对相变储热材料进行封装。装有相变储热材料的塑料袋在加热压实封装时，表面积的增加可使相变储热材料速率成核，从而降低其过冷度，另一方面，塑料袋压实封装可防止相变储热材料发生分离而泄露，克服相分离和泄漏现象的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无机水合盐复合相变储热材料。
本发明的目的在于提供一种无机水合盐复合相变储热材料的制备方法。
本发明的目的在于提供一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法。
一种无机水合盐复合相变储热材料，由主料、辅料和去离子水组成，其中，主料为SrCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O、NaAc·3H2O、Na2HPO4·12H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Mg(NO3)2·6H2O、MgSO4·7H2O、KAl(SO4)2·12H2O、Ba(OH)2·8H2O、MgCl2·6H2O和Na2CO3·10H2O的一种或几种；辅料为硼砂、碳酸锶、白炭黑、氯化钠、氯化钾、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、碳粉、氯化铵、硼酸、六偏磷酸钠和硫酸钾的一种或几种。这些些相变储能材料的组合，可以解决易出现过冷和相分离的现象，降低其相变温度点，适合应用于温室调节温度，温室调节温度范围为1～6℃。
一种无机水合盐复合相变储热材料的制备方法，重量百分比75～95％的主料，重量百分比1～20％的辅料以及重量百分比4～24％的去离子水混合均匀加热至20～100℃使其融化。
一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，其步骤包括：
(1)加热融化无机水合盐复合相变储热材料并保温；
(2)融化的相变储能材料分装至封装袋内；
(3)将步骤(2)所得的封装袋加热，达到相变储热材料的相变温度5～35℃，相变潜热≥150J/g；加热的同时进行压实封装，装有相变储热材料的塑料袋在加热压实封装时，表面积的增加可使相变储热材料速率成核，从而降低其过冷度，另一方面，塑料袋压实封装可防止相变储热材料发生分离而泄露，克服相分离和泄漏现象的发生；
(4)冷却，即得含结晶水的无机水和盐复合相变储热材料。
一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，步骤(2)所述的封装袋材料为PP、PE、PVC、PET、PEP、PPR一种或几种的复合塑料膜。
一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，步骤(2)所述的封装袋的大小根据相变储能材料的装入量而定，封装相变储热材料为5～100g。
一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，步骤(3)所述的加热温度为20～100℃。
本发明的优点是：
本发明一种无机水合盐复合相变储热材料的制备和封装方法。本发明制得的相变储热材料的相变温度为5～35℃，相变潜热≥150J/g，适合应用于温室调节温度，温室调节温度范围1～6℃。本发明采用的封装方法既可以解决无机水合盐相变储热材料难封装的问题，同时其制备、封装成本低，效果好，可广泛应用于储热材料封装技术中。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
(1)取4.75g Na2SO4·10H2O，0.05g硼砂，0.2g去离子水，通过混料机混合均匀，20℃下加热融化并混合均匀，将大颗粒的粉体搅拌成小颗粒，即可得到5g无机水合盐复合相变储热材料；(2)将(1)制得的无机水合盐复合相变储热材料放置于封装机内材料为PP，大小3×3cm的塑料袋内；(3)对塑料袋内的材料加热的同时进行压实封装，加热温度为20℃，所得无机水合盐复合相变储热材料的相变温度为5℃，相变潜热150J/g，可提高单位面积温室温度1℃。
实施例2
(1)取10gSrCl2·6H2O、16.25gNa2SO4·10H2O、5g硼砂、1.5g白炭黑、0.5g氯化钠、1.75g去离子水，通过混料机混合均匀，30℃下加热融化并混合均匀，将大颗粒的粉体搅拌成小颗粒，即可得到35g无机水合盐复合相变储热材料；(2)将(1)制得的无机水合盐复合相变储热材料放置于封装机内材料为PE和PVC复合塑料膜，大小6×6cm的塑料袋内；(3)对塑料袋内的材料加热的同时进行压实封装，加热温度为30℃，所得无机水合盐复合相变储热材料的相变温度为25℃，相变潜热152J/g，可降低单位面积温室温度2℃。
实施例3
(1)取25gCaCl2·6H2O、20gNaAc·3H2O、23gNa2HPO4·12H2O、3.8g碳酸锶、2.5g氯化钾、1.5g羟乙基纤维素、0.6g氯化铵、3.6g去离子水，通过混料机混合均匀，80℃下加热融化并混合均匀，将大颗粒的粉体搅拌成小颗粒，即可得到80g无机水合盐复合相变储热材料；(2)将(1)制得的无机水合盐复合相变储热材料放置于封装机内材料为PET、PEP和PPR复合塑料膜，大小8×8cm的塑料袋内；(3)对塑料袋内的材料加热的同时进行压实封装，加热温度为80℃，所得无机水合盐复合相变储热材料的相变温度为32℃，相变潜热158J/g，可降低单位面积温室温度3℃。
实施例4
(1)取2g SrCl2·6H2O、5g CaCl2·6H2O、5g NaAc·3H2O、4g Ca(NO3)2·4H2O、1.5g聚丙烯酰胺、1.5g羧甲基纤维素钠、1g去离子水，通过混料机混合均匀，40℃下加热融化并混合均匀，将大颗粒的粉体搅拌成小颗粒，即可得到20g无机水合盐复合相变储热材料；(2)将(1)制得的无机水合盐复合相变储热材料放置于封装机内材料为PEP，大小4.5×4.5cm的塑料袋内；(3)对塑料袋内的材料加热的同时进行压实封装，加热温度为40℃，所得无机水合盐复合相变储热材料的相变温度为10℃，相变潜热151J/g，可降低单位面积温室温度4℃。
实施例5
(1)取5g SrCl2·6H2O、15g Ca(NO3)2·4H2O、4g Mg(NO3)2·6H2O、8g MgSO4·7H2O、4g Ba(OH)2·8H2O、0.2g氯化钠、0.2g氯化钾、1g羟乙基纤维素、1.3g硼酸、0.5g硫酸钾、0.8g去离子水，通过混料机混合均匀，60℃下加热融化并混合均匀，将大颗粒的粉体搅拌成小颗粒，即可得到40g无机水合盐复合相变储热材料；(2)将(1)制得的无机水合盐复合相变储热材料放置于封装机内材料为PPR，大小5.5×5.5cm的塑料袋内；(3)对塑料袋内的材料加热的同时进行压实封装，加热温度为60℃，所得无机水合盐复合相变储热材料的相变温度为28℃，相变潜热154J/g，可降低单位面积温室温度5℃。
实施例6
(1)取10g SrCl2·6H2O、15g CaCl2·6H2O、5g NaAc·3H2O、5g KAl(SO4)2·12H2O、20g Ba(OH)2·8H2O、10g MgCl2·6H2O、13g Na2CO3·10H2O、5g聚丙烯酰胺、8g碳粉、5g六偏磷酸钠、4g去离子水，通过混料机混合均匀，100℃下加热融化并混合均匀，将大颗粒的粉体搅拌成小颗粒，即可得到100g无机水合盐复合相变储热材料；(2)将(1)制得的无机水合盐复合相变储热材料放置于封装机内材料为PET、PP和PE复合塑料膜，大小12×12cm的塑料袋内；(3)对塑料袋内的材料加热的同时进行压实封装，加热温度为100℃，所得无机水合盐复合相变储热材料的相变温度为35℃，相变潜热160J/g，可提高单位面积温室温度6℃。
以上仅列举了主料为1、2、3、4、5、6种和辅料为1、2、3、4、5种的组合无机水合盐复合相变储热材料的实施例，实际以上发明内容中列举的主料和辅料任意组合比均能实现本发明，并能取得相应的效果。
无机水合盐复合相变储热材料评价
1、评价内容
参考实施例1的方法制得的无机水和盐复合相变储能材料2批次作为标准品，标记为A1和A2。参考实施例2制得的无机水和盐复合相变储能材料2批次，样品标记为B1和B2。参考实施例3制得的无机水和盐复合相变储能材料2批次，样品标记为C1和C2。参考实施例4制得的无机水和盐复合相变储能材料2批次，样品标记为D1和D2。参考实施例5制得的无机水和盐复合相变储能材料2批次，样品标记为E1和E2。参考实施例6制得的无机水和盐复合相变储能材料2批次，样品标记为F1和F2。对比文件：(201210136116)一种无机水合盐相变储能微胶囊及其制备方法制得的无机盐水合盐相变储能材料2批次，样品标记为G1和G2。主要从热力学标准、动力学标准、化学标准、经济标准和封装工艺四个方面进行评价。样品顺序随机处理。区别检验时，尽量保证样品的视觉外观和温度一致。
2、评价原则
(1)热力学标准：单位质量潜热高，便于以较少的质量即能储存相当量的热能；高密度，盛装容器体积更小；高比热，可提供额外的显热效果；高热导率，以便储、放热时储热材料内的温度梯度小；协调熔解，材料应完全熔化，以使液相和固相在组成上完全相同，否则因液体与固体密度差异发生分离，材料的化学组成改变；相变过程的体积变化小，可使盛装容器形状简单。
(2)动力学标准：凝固时无过冷现象或过冷程度很小，熔体应在其热力学凝固点结晶，这可通过高晶体成核速度及生长速率实现，有时也可加入成核剂或“冷指”来抑制过冷现象。
(3)化学标准：化学稳定性好，不发生分解，使用寿命长；对构件材料无腐蚀作用；无毒性、不易燃烧、无爆炸性。
(4)经济标准：价格低廉，储量丰富，易大规模制备，这些因素对相变储热材料在热能储存中的推广应用非常重要。
评分标准见表1。
表1各指标评价评分标准
3、评价结果
评价结果件表2。
表2各指标评价结果
4、评价结论：
结论：对无机水和盐复合相变储热材料的测试样品进行盲标编号与标准品进行评估产品差别度测试，结果表明，在热力学标准、动力学标准和化学标准方面差距较小，而在经济标准和封装工艺方面差异较大。从数据上显示，通过本发明方法制备的无机水合盐复合相变储热材料，在热力、动力、化学、经济标准上满足了对相变储热材料本身的品质的要求。
Claims (10)
1.一种无机水合盐复合相变储热材料，由主料、辅料和去离子水组成，其特征在于：主料为SrCl2·6H2O、Na2SO4·10H2O、CaCl2·6H2O、NaAc·3H2O、Na2HPO4·12H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Mg(NO3)2·6H2O、MgSO4·7H2O、KAl(SO4)2·12H2O、Ba(OH)2·8H2O、MgCl2·6H2O和Na2CO3·10H2O的一种或几种；辅料为硼砂、碳酸锶、白炭黑、氯化钠、氯化钾、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、碳粉、氯化铵、硼酸、六偏磷酸钠和硫酸钾的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种无机水合盐复合相变储热材料的制备方法，其特征在于：将重量百分比75～95％的主料，重量百分比1～20％的辅料，重量百分比4～24％的去离子水混合均匀加热融化。
3.根据权利要求2所述的一种无机水合盐复合相变储热材料的制备方法，其特征在于：所述的加热温度为20～100℃。
4.根据权利要求1所述的一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，其步骤包括：
(1)加热融化无机水合盐复合相变储热材料并保温；
(2)融化的相变储能材料分装至封装袋内；
(3)将步骤(2)所得的封装袋加热，达到相变储热材料的相变温度；加热的同时进行压实；
(4)冷却，即得无机水和盐复合相变储热材料。
5.根据权利要求4所述的一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，其特征在于：步骤(2)所述的封装袋材料为PP、PE、PVC、PET、PEP、PPR一种或几种的复合塑料膜。
6.根据权利要求4所述的一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，其特征在于：步骤(2)所述的封装袋的大小根据相变储能材料的装入量而定，封装相变储热材料为5～100g。
7.根据权利要求4所述的一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，其特征在于：步骤(3)所述的加热温度为20～100℃。
8.根据权利要求4所述的一种无机水合盐复合相变储热材料的封装方法，其特征在于：步骤(3)所述的相变储能材料的相变温度为5～35℃，相变潜热≥150J/g。
9.一种无机水合盐复合相变储热材料的应用，其特征在于：将无机水合盐复合相变储热材料应用于温室温度的调节。
10.根据权利要求9所述的一种无机水合盐复合相变储热材料，其特征在于：所述温度调节范围为1～6℃。
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