CN106753258A - 一种相变温度为‑32～‑35℃的低温相变材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及相变储能领域，尤其涉及了一种相变温度为‑32～‑35℃的低温相变材料。包括下述重量比的原料制得：主储能剂70～88份、降温剂10～20份、成核剂1～5份、增稠剂1～5份。所述主储能剂为氯化镁，质量分数为10～25％的溶液。降温剂的使用可使得相变材料的相变温度在‑32～‑35℃可调，其保冷时间长，循环寿命长，可在食品或药品的冷链运输中推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及相变储能领域，尤其涉及了一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料。
背景技术
相变储能材料是近年来国内外在能源利用和材料科学方面开发研究的热点之一。相变储能又称为潜热式储能，其原理是利用相变材料发生相态的变化时吸收/释放能量而进行储/放热。相变储能材料很大程度上解决了能量在时间和空间上的不匹配问题。
随着人们环保意识的增加，能源的紧张和能源使用过程中环境污染的问题导致人们迫切开发使用新型能源，如太阳能、风能等间歇性清洁能源。并且，我国为了克服电力负荷峰谷差的严重现象，实施了电价政策以鼓励民众和工业使用低谷电力最终达到“移峰填谷”的目的。相变蓄冷材料作为能量的贮存体，能在电力负荷的低谷把能量储存起来，再在电力负荷的高峰缓慢地释放出能量等，在使用间歇性清洁能源和节能方面具有重要意义。
现有技术存在的缺陷：产品运输需要维持在一个极低的温度环境中，但目前使用的相变材料，其相变温度大多为中低温，且无法使温度波动在一个较小的范围内，稳定性较差，单一的无机水合盐相变材料存在普遍过冷和相分离现象，单一的有机类相变材料虽没有过冷和相分离现象，但相变潜热小。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，包括下述重量比的原料制得：主储能剂70～88份、降温剂10～20份、成核剂1～5份、增稠剂1～5份。
所述主储能剂为无机盐为氯化镁10～25％的溶液。
所述降温剂为氯化钙、硝酸铝、硝酸镁中的一种或多种，需要特别说明的是，因硝酸盐需远离热源操作，故当降温剂中含有硝酸铝或硝酸镁时，增稠剂只能在常温下加入。
所述成核剂为四硼酸钠、硅藻土、氟化钡中的一种或多种。
所述增稠剂为气相法白炭黑、瓜尔胶、黄原胶中的一种或多种。
所述的一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料的制备方法，方法步骤如下：步骤1：主储能剂的制备：将将氯化物加入去离子水中配制得到相应浓度的主储能剂，在常温下搅拌均匀，得到澄清溶液；步骤2：相变材料的制备：将降温剂、成核剂加入主储能剂中，常温下搅拌均匀后，在室温～75℃下边搅拌边缓慢加入增稠剂，均匀混合，冷却后得到相变材料。需要特别说明的是，因硝酸盐需远离热源操作，故当降温剂中含有硝酸铝或硝酸镁时，增稠剂只能在常温下加入。
作用原理：本发明所述的相变材料包含主储能剂、降温剂、成核剂和增稠剂。其中，通过主储能剂在固态(或液态)转化为液态(或固态、气态)的过程中吸收或释放大量的潜热起到相变储能或释能的作用；降温剂的加入是为了使主储能剂的相变温度降低，以得到本发明所想得到的目标相变温度范围；由非均匀成核机理，在无机盐类相变材料中添加成核剂能有效降较低其过冷度；在相变材料中加入适当的增稠剂，它们能增强溶液的黏性，使液体中的固体颗粒较均匀地分布在溶液中而不沉积到底部，能有效地改善相变材料的相分离问题。过冷和相分离现象是影响无机盐相变材料寿命的关键问题，改善这两种现象能增加无机盐相变材料的热稳定性，从而提高无机盐相变材料的循环寿命
本发明与现有技术相比较，具有的有点：
本发明原料来源广泛，成本低，无毒无味，安全可靠，制备工艺简单，降温剂的使用可使得相变材料的相变温度在-32～-35℃可调，其保冷时间长，循环寿命长，可在食品或药品的冷链运输中推广使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
本发明的试剂来源：以下实例所涉及各原料和试剂均为市售通用商品，为国药集团化学试剂有限公司或阿拉丁试剂有限公司生产，所涉及各试验设备和试验方法均属领域常规。
实施例1
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，包括下述重量比的原料制得：主储能剂83份、降温剂10份、成核剂4份、增稠剂2份。
主储能剂为无机盐为氯化镁15％的溶液。
降温剂为氯化钙。
成核剂为四硼酸钠。
增稠剂为气相法白炭黑。
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料的制备方法，方法步骤如下：步骤1：主储能剂的制备：将将氯化物加入去离子水中配制得到相应浓度的主储能剂，在常温下搅拌均匀，得到澄清溶液；步骤2：相变材料的制备：将降温剂、成核剂加入主储能剂中，常温下搅拌均匀后，在50℃下边搅拌边缓慢加入增稠剂，均匀混合，冷却后得到相变材料。
若采用上述制备方法，则
将7.47g氯化镁加入42.33g去离子水中得到浓度为15％的主储能剂，分别加入6.0g氯化钙和2.4g四硼酸钠，并在常温下搅拌均匀。得到澄清溶液后，放入温度为50℃的水浴锅中，边搅拌边缓慢加入1.2g气相法白炭黑，均匀混合，冷却后得到所述相变材料。
所得相变材料的相变温度为-32.3℃，相变潜热为168.4J/g。
在内尺寸为152×152×78mm，厚为30mm的EPS保温箱中，侧摆的4个120gPE瓶装所述相变材料对25mL无水乙醇模拟液预冷温度为-32～-35℃的保冷时间为900min；循环次数500次时，相变材料的衰变率为0.403，通过寿命预测，循环寿命可达850次。
实施例2
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，包括下述重量比的原料制得：主储能剂75份、降温剂14份、成核剂3份、增稠剂3份。
主储能剂为无机盐为氯化镁15％的溶液。
降温剂为硝酸镁。
成核剂为四硼酸钠。
增稠剂为瓜尔胶。
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料的制备方法，方法步骤如下：步骤1：主储能剂的制备：将将氯化物加入去离子水中配制得到相应浓度的主储能剂，在常温下搅拌均匀，得到澄清溶液；步骤2：相变材料的制备：将降温剂、成核剂加入主储能剂中，常温下搅拌均匀后，边搅拌边缓慢加入增稠剂，均匀混合，冷却后得到相变材料。
当降温剂为硝酸镁时，增稠剂只能在常温下加入。
采用上述制备方法，则
将6.75g氯化镁加入38.25g去离子水中得到浓度为15％的主储能剂，分别加入8.4g硝酸镁和1.8g四硼酸钠，并在常温下搅拌均匀。得到澄清溶液后，置于常温下边搅拌边缓慢加入1.8g瓜尔胶，均匀混合，冷却后得到所述相变材料。
所得相变材料的相变温度为-33.1℃，相变潜热为153.2J/g。
在内尺寸为152×152×78mm，厚为30mm的EPS保温箱中，侧摆的4个120gPE瓶装所述相变材料对25mL无水乙醇模拟液预冷温度为-32～-35℃的保冷时间为850min；循环次数500次时，相变材料的衰变率为0.569，通过寿命预测，循环寿命可达750次。
实施例3
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，包括下述重量比的原料制得：主储能剂70份、降温剂10份、成核剂1份、增稠剂1份。
主储能剂为无机盐为氯化镁10％的溶液。
降温剂为氯化钙。
成核剂为四硼酸钠。
增稠剂为气相法白炭黑。
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料的制备方法，方法步骤如下：步骤1：主储能剂的制备：将将氯化物加入去离子水中配制得到相应浓度的主储能剂，在常温下搅拌均匀，得到澄清溶液；步骤2：相变材料的制备：将降温剂、成核剂加入主储能剂中，常温下搅拌均匀后，在75℃下边搅拌边缓慢加入增稠剂，均匀混合，冷却后得到相变材料。
采用上述制备方法，则
将4.2g氯化镁加入37.8g去离子水中得到浓度为10％的主储能剂，分别加入6.0g氯化钙和0.6g四硼酸钠，并在常温下搅拌均匀。得到澄清溶液后，置于75℃下边搅拌边缓慢加入0.6g气相法白炭黑，均匀混合，冷却后得到所述相变材料。
所得相变材料的相变温度为-32.0℃，相变潜热为170.3J/g。
在内尺寸为152×152×78mm，厚为30mm的EPS保温箱中，侧摆的4个120gPE瓶装所述相变材料对25mL无水乙醇模拟液预冷温度为-32～-35℃的保冷时间为915min；循环次数500次时，相变材料的衰变率为0.397，通过寿命预测，循环寿命可达870次。
实施例4
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，包括下述重量比的原料制得：主储能剂88份、降温剂20份、成核剂5份、增稠剂5份。
主储能剂为无机盐为氯化镁25％的溶液。
降温剂为硝酸镁。
成核剂为氟化钡。
增稠剂为黄原胶。
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料的制备方法，方法步骤如下：步骤1：主储能剂的制备：将将氯化物加入去离子水中配制得到相应浓度的主储能剂，在常温下搅拌均匀，得到澄清溶液；步骤2：相变材料的制备：将降温剂、成核剂加入主储能剂中，常温下搅拌均匀后，边搅拌边缓慢加入增稠剂，均匀混合，冷却后得到相变材料。
当降温剂为硝酸镁时，增稠剂只能在常温下加入。
采用上述制备方法，则
将13.2g氯化镁加入39.6g去离子水中得到浓度为25％的主储能剂，分别加入12.0g硝酸镁和3.0g氟化钡，并在常温下搅拌均匀。得到澄清溶液后，置于常温下边搅拌边缓慢加入3.0g黄原胶，均匀混合，冷却后得到所述相变材料。
所得相变材料的相变温度为-34.9℃，相变潜热为140.8J/g。
在内尺寸为152×152×78mm，厚为30mm的EPS保温箱中，侧摆的4个120gPE瓶装所述相变材料对25mL无水乙醇模拟液预冷温度为-32～-35℃的保冷时间为810min；循环次数500次时，相变材料的衰变率为0.678，通过寿命预测，循环寿命可达680次。
实施例5
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，包括下述重量比的原料制得：主储能剂79份、降温剂15份、成核剂3.5份、增稠剂2.5份。
主储能剂为无机盐为氯化镁21.5％的溶液。
降温剂为氯化钙2g、硝酸铝9.5g、硝酸镁3.5g。
成核剂为四硼酸钠1.5g、硅藻土0.8g、氟化钡1.2g。
增稠剂为气相法白炭黑0.3g、瓜尔胶1.6g、黄原胶0.6g。
一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料的制备方法，方法步骤如下：步骤1：主储能剂的制备：将将氯化物加入去离子水中配制得到相应浓度的主储能剂，在常温下搅拌均匀，得到澄清溶液；步骤2：相变材料的制备：将降温剂、成核剂加入主储能剂中，常温下搅拌均匀后，在常温下边搅拌边缓慢加入增稠剂，均匀混合，冷却后得到相变材料。
当降温剂为硝酸铝和硝酸镁时，增稠剂只能在常温下加入。
采用上述制备方法，则
将17.0g氯化镁加入62.0g去离子水中得到浓度为21.5％的主储能剂，分别加入2g氯化钙、9.5g硝酸铝、3.5g硝酸镁和1.5g四硼酸钠、0.8g硅藻土、1.2g氟化钡，并在常温下搅拌均匀。得到澄清溶液后，置于常温下边搅拌边缓慢加入0.3g气相法白炭黑、1.6g瓜尔胶、0.6g黄原胶，均匀混合，冷却后得到所述相变材料。
所得相变材料的相变温度为-33.8℃，相变潜热为146.7J/g。
在内尺寸为152×152×78mm，厚为30mm的EPS保温箱中，侧摆的4个120gPE瓶装所述相变材料对25mL无水乙醇模拟液预冷温度为-32～-35℃的保冷时间为835min；循环次数500次时，相变材料的衰变率只为0.621，通过寿命预测，循环寿命可达710次。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，其特征在于：包括下述重量比的原料制得：主储能剂70～88份、降温剂10～20份、成核剂1～5份、增稠剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，其特征在于：所述主储能剂为无机盐为氯化镁，质量分数为10～25％的溶液。
3.根据权利要求1所述的一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，其特征在于：所述降温剂为氯化钙、硝酸铝、硝酸镁中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，其特征在于：所述成核剂为四硼酸钠、硅藻土、氟化钡中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料，其特征在于：所述增稠剂为气相法白炭黑、瓜尔胶、黄原胶中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的一种相变温度为-32～-35℃的低温相变材料的制备方法，其特征在于：方法步骤如下：步骤1：主储能剂的制备：将氯化镁加入去离子水中配制得到相应浓度的主储能剂，在常温下搅拌均匀，得到澄清溶液；步骤2：相变材料的制备：将降温剂、成核剂加入主储能剂中，常温下搅拌均匀后，在室温～75℃，下边搅拌边缓慢加入增稠剂，均匀混合，冷却后得到相变材料。
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