CN107556972B - 常低温相变储能介质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常低温相变储能介质，其包括储能介质本体以及成核剂和增稠剂；储能介质本体由质量百分数为45％～46％的氯化钙、2.3％～3.6％的氯化镁、2.5％～3.75％的氯化铵以及47.6％～50％的水组成；成核剂的质量与储能介质本体的质量之比不低于1％，增稠剂的质量与储能介质本体的质量之比不低于0.5％；水为结晶水或外加水；其中，该常低温相变储能介质的相变温度为24℃～26℃。根据本发明的常低温相变储能介质，其可在室温附近温度进行相变，从而维持环境温度的稳定，且其使用循环性能良好，不会存在几个吸放热循环后物质即失效的不良情况、相变稳定，成本低廉。本发明还公开了上述常低温相变储能介质的制备方法。

Description

常低温相变储能介质及其制备方法

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，具体来讲，涉及一种常低温相变储能介质及其制备方法。

背景技术

一般地，相变温度T_m在-50℃～90℃范围内的介质被划分为常低温相变储热介质，此类介质在建筑和日常生活中的应用较为广泛。相变温度低于15℃的介质主要应用于空调制冷，而相变温度在15℃～90℃之间的介质则广泛应用于太阳能储热和热负载领域。

常低温相变储能介质的作用机理是：当温度略高于相变温度时，常低温相变储能介质从环境中吸收大量热量而熔化，把能量储存起来，当温度低于相变温度时，已熔化的常低温相变储能介质冷凝成固体而向室内环境释放大量的热量，从而维持室温的相对恒定。由此，在日温差或周(每星期)温差很大的地区，常低温相变储能介质具有重要的应用价值，它可在高温时段储存能量，而在夜间或较冷时段给室内供热，从而达到节能的目的。

理想的常低温相变储能介质一般应具有相对恒定的熔点，这样才可能当环境温度高于或低于其相变温度时，尽可能多地从环境吸收或向环境释放能量；由此，这一特征对于常低温相变储能介质从低品位太阳能中吸收能量和维持室温的恒定具有重要意义。

作为常低温相变储能介质的物质可以是无水熔盐，盐水化合物及其混合物、有机物等，而目前用作常低温相变储能介质的有机物具有危险易燃，价格较贵，导热性不好等缺点，无水熔盐仅适用于高温储热，盐水化合物及其混合物适合于储存低温热源，这些介质在太阳能和城市余热利用，电网的削峰填谷等多方面有着广泛的应用；但是，目前仍存在需要开发专门的常低温相变储能介质的必要。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种常低温相变储能介质，其可在室温附近温度进行相变，从而维持环境温度的稳定，且其相变稳定、成本低廉。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种常低温相变储能介质，包括储能介质本体以及成核剂和增稠剂；所述储能介质本体由质量百分数为45％～46％的氯化钙、2.3％～3.6％的氯化镁、2.5％～3.75％的氯化铵以及47.6％～50％的水组成；所述成核剂的质量与所述储能介质本体的质量之比不低于1％，所述增稠剂的质量与所述储能介质本体的质量之比不低于0.5％；所述水为结晶水或外加水；其中，所述常低温相变储能介质的相变温度为24℃～26℃。

进一步地，所述成核剂的质量为所述储能介质本体的质量的1％～2％；所述增稠剂的质量为所述储能介质本体的质量的0.5％～1％。

进一步地，所述成核剂为SrCl₂·6H₂O；所述增稠剂为羟乙基纤维素。

进一步地，所述储能介质本体由质量百分数为90％的CaCl₂·6H₂O、5％～7.5％的MgCl₂·6H₂O以及2.5％～3.75％的NH₄Cl组成。

本发明的另一目的在于提供一种常低温相变储能介质的制备方法，包括下述步骤：

S1、将质量百分数为45％～46％的氯化钙、2.3％～3.6％的氯化镁、2.5％～3.75％的氯化铵以及47.6％～50％的水熔融形成储能介质本体；其中，所述水为结晶水或外加水；

S2、向所述储能介质本体内加入成核剂和增稠剂并搅拌均匀，获得所述常低温相变储能介质；其中，所述成核剂的质量与所述储能介质本体的质量之比不低于1％，所述增稠剂的质量与所述储能介质本体的质量之比不低于0.5％。

进一步地，所述成核剂的质量为所述储能介质本体的质量的1％～2％；所述增稠剂的质量为所述储能介质本体的质量的0.5％～1％。

进一步地，所述成核剂为SrCl₂·6H₂O；所述增稠剂为羟乙基纤维素。

进一步地，在所述步骤S1中，将质量百分数为90％的CaCl₂·6H₂O、5％～7.5％的MgCl₂·6H₂O以及2.5％～3.75％的NH₄Cl熔融形成所述储能介质本体。

本发明通过合理调控储能介质本体内各种成分的用量，从而形成了一种常低温相变储能介质，该常低温相变储能介质具有24℃～26℃的相变温度，并且其在使用时能够吸放热的相变温度保持稳定，而不是出现多个温度平台，即使用循环性能良好，不会存在几个吸放热循环后物质即失效的不良情况。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例1的常低温相变储能介质的吸放热温度曲线图；

图2是根据本发明的实施例2的常低温相变储能介质的吸放热温度曲线图；

图3是根据本发明的对比例1的相变储能介质的吸放热温度曲线图；

图4是根据本发明的对比例2的相变储能介质的吸放热温度曲线图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

实施例1

本实施例提供了一种常低温相变储能介质，其包括由72g的CaCl₂·6H₂O、6g的MgCl₂·6H₂O以及2g的NH₄Cl组成的储能介质本体，以及0.8g～1.2g的成核剂SrCl₂·6H₂O和0.4g的增稠剂HEC(羟乙基纤维素)；该常低温相变储能介质具有25℃左右的相变温度。

以下将对本实施例的常低温相变储能介质的制备方法进行描述。本实施例的常低温相变储能介质参照下述方法进行制备：

步骤S1、将72g的CaCl₂·6H₂O、6g的MgCl₂·6H₂O以及2g的NH₄Cl熔融形成储能介质本体。

步骤S2、向储能介质本体内加入0.8g～1.2g的SrCl₂·6H₂O和0.4g的HEC并搅拌均匀，获得常低温相变储能介质。

具体来讲，SrCl₂·6H₂O作为成核剂，而HEC则作为增稠剂。

值得说明的是，在本实施例中，为了制备方便，原料采用对应水合盐，但显然，本实施例中各原料可以是无水盐，仅需按照上述水合盐中的结晶水对应补充等量的外加水即可。

对本实施例的常低温相变储能介质的相变性能进行了测试。具体来讲，将该常低温相变储能介质均匀填装于密封容器中，并将该密封容器置于10℃的空气环境中，测得温度变化如图1所示。从曲线a可以看出，在24.9℃左右出现一个明显的温度平台，这是由于该常低温相变储能介质在这一温度下凝固向环境释放大量的热量，从而维持自身温度的稳定，即24.9℃处为其在降温过程中的一个相变温度；然后把该密封容器放在35℃的环境中升温，可观察到常低温相变储能介质在24.8℃左右存在一个升温平台，这是常低温相变储能介质从环境中大量吸收热量融化，从而维持环境温度的恒定，当高于26℃以后，该常低温相变储能介质完全融化，升温迅速。

在图1中，曲线c表示环境温度。

从图1中可以看出，本实施例的常低温相变储能介质在降温和升温过程中，相变温度基本保持一致，即相变温度稳定，如此，即不会出现由于出现多个不同温度的平台而造成介质在升温-降温的循环中被破坏、循环性能差的问题。

为进一步说明本实施例的常低温相变储能介质的相变储能性能，采用同样重量的纯水重复上述过程，测得其升降温曲线如图1所示。从曲线b可以看出，水在很短时间内即达到环境温度，恒温能力有限。比较两者可见，本实施例的常低温相变储能介质能从高于26℃的环境吸收大量的热量、以及向低于24℃的环境释放的热量，从而维持该常低温相变储能介质本身以及环境温度的恒定，其温度调控能力要比纯水大很多倍，具有良好的温度调控能力。

实施例2

在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，在实施例2的常低温相变储能介质中，储能介质本体由72g的CaCl₂·6H₂O、4g的MgCl₂·6H₂O以及4g的NH₄Cl组成。

与其组分相对应地，本实施例的常低温相变储能介质的制备方法中，在步骤S1中，将72g的CaCl₂·6H₂O、4g的MgCl₂·6H₂O以及4g的NH₄Cl熔融形成储能介质本体；其余参照实施例1所述，获得本实施例的另一组分的常低温相变储能介质。

采用与实施例1中相同的方法，对本实施例的常低温相变储能介质的相变性能进行了测试，测得温度变化如图2所示。从曲线a可以看出，在24.2℃左右出现一个明显的温度平台，这是由于该常低温相变储能介质在这一温度下凝固向环境释放大量的热量，从而维持自身温度的稳定，即24.2℃处为其在降温过程中的一个相变温度；然后把该密封容器放在35℃的环境中升温，可观察到常低温相变储能介质在24.3℃左右存在一个升温平台，这是常低温相变储能介质从环境中大量吸收热量融化，从而维持环境温度的恒定，当高于26℃以后，该常低温相变储能介质完全融化，升温迅速。

在图2中，曲线c表示环境温度。

从图2中可以看出，本实施例的常低温相变储能介质在降温和升温过程中，相变温度基本保持一致，即相变温度稳定，如此，即不会出现由于出现多个不同温度的平台而造成介质在升温-降温的循环中被破坏、循环性能差的问题。

为进一步说明本实施例的常低温相变储能介质的相变储能性能，采用同样重量的纯水重复上述过程，测得其升降温曲线如图2所示。从曲线b可以看出，水在很短时间内即达到环境温度，恒温能力有限。比较两者可见，本实施例的常低温相变储能介质能从高于26℃的环境吸收大量的热量、以及向低于24℃的环境释放的热量，从而维持该常低温相变储能介质本身以及环境温度的恒定，其温度调控能力要比纯水大很多倍，具有良好的温度调控能力。

为了进一步说明根据本发明的上述各物质比例并非任意选择，进行了以下对比试验。

对比例1

在对比例1的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。对比例1与实施例1的不同之处在于，在对比例1中，将72g的CaCl₂·6H₂O、7.2g的MgCl₂·6H₂O以及0.8g的NH₄Cl熔融形成储能介质本体；其余参照实施例1所述，获得本对比例的另一组分的相变储能介质。

采用如实施例1中同样的方法对本对比例获得的相变储能介质的的相变性能进行了测试，测得温度变化如图3所示。从图3中可以看出，当氯化镁的用量过大超出比例范围时，在降温过程中将出现两个相变温度平台，说明该相变储能介质发生了包晶转变，与实施例1和实施例2中的常低温相变储能介质相比，其维持环境温度恒定的性能大幅变差。

对比例2

在对比例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。对比例1与实施例1的不同之处在于，在对比例1中，将72g的CaCl₂·6H₂O、2.4g的MgCl₂·6H₂O以及5.6g的NH₄Cl熔融形成储能介质本体；其余参照实施例1所述，获得本对比例的另一组分的相变储能介质。

采用如实施例1中同样的方法对本对比例获得的相变储能介质的的相变性能进行了测试，测得温度变化如图4所示。从图4中可以看出，当NH₄Cl的用量过大超出比例范围后，降温过程中相变温度呈缓慢下降趋势，不能在相变过程中维持自身温度的恒定，且最高相变温度为22.5℃左右，与实施例1和实施例2中的常低温相变储能介质相比，其维持环境温度恒定的性能也大幅变差。

通过对比例1和对比例2，可以看出，在制备本发明的常低温相变储能介质时，只有将上述各物质的比例控制在上述特定范围内后，才能使获得的常低温相变储能介质在使用过程中的吸放热仅出现一个温度平台，从而不仅在良好维持环境温度恒定的同时还能保持良好的吸放热循环性能。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (2)

1.一种常低温相变储能介质，其特征在于，包括储能介质本体以及成核剂和增稠剂；所述储能介质本体由质量百分数为90％的CaCl₂·6H₂O、5％～7.5％的MgCl₂·6H₂O以及2.5％～3.75％的NH₄Cl组成；所述成核剂为SrCl₂·6H₂O，所述成核剂的质量为所述储能介质本体的质量的1％～2％；所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述增稠剂的质量为所述储能介质本体的质量的0.5％～1％；其中，所述常低温相变储能材料的相变温度为24℃～26℃。

2.一种常低温相变储能介质的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、将质量百分数为90％的CaCl₂·6H₂O、5％～7.5％的MgCl₂·6H₂O以及2.5％～3.75％的NH₄Cl熔融形成储能介质本体；

S2、向所述储能介质本体内加入成核剂和增稠剂并搅拌均匀，获得所述常低温相变储能材料；其中，所述成核剂为SrCl₂·6H₂O，所述成核剂的质量为所述储能介质本体的质量的1％～2％；所述增稠剂为羟乙基纤维素，所述增稠剂的质量为所述储能介质本体的质量的0.5％～1％。

Images