CN107739595A - 一种用于空调蓄冷的无机相变材料及其制备方法 - Google Patents

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沈尧胤
郑成
王豪
邹超
潘君丽
周全法
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Abstract

一种用于空调蓄冷的无机相变材料，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠75～80份，氯化铵7～10份，硼砂2～4份，亲水性气相白炭黑5～8份，pH调节剂2～4份和导电颗粒0.1～0.5份。其制备方法为(1)在混合器中加入十水硫酸钠和氯化铵，同时开启加热和搅拌，升温加热至40～50℃；(2)加入pH调节剂和硼砂，恒温搅拌，直至硼砂全部溶解；(3)在混合器中加入亲水性气相白炭黑，恒温低速搅拌，接着加入导电颗粒，再高速搅拌，制得相变材料。本发明的用于空调蓄冷的无机相变材料相变温度为7～9℃，相变潜热为135～198J/g，对铝、不锈钢和铜均无明显腐蚀。

Description

一种用于空调蓄冷的无机相变材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体为一种用于空调蓄冷的无机相变材料及其制备方法。
背景技术
蓄冷是指在夜间电网低谷时间，制冷主机开机制冷并由蓄冷设备将冷量储存起来，待白天电网高峰用电时间再将冷量释放出来满足高峰空调负荷的需要。这样，制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低谷期，而白天用电高峰只有辅助设备在运行，从而实现用电负荷“移峰填谷”。空调蓄冷技术能够有效利用电能，产生良好的经济效益和社会效益。
目前，空调蓄冷材料主要有水、冰和相变材料。水蓄冷是利用4～7℃之间的显热进行蓄冷。水蓄冷存在蓄冷密度低、蓄水槽体积大等缺点。冰蓄冷是是利用水的相变凝固潜热来储存冷量的，相变潜热大，但是冰蓄冷相变凝固点低(0℃)，且蓄冷时存在较大的过冷度(4～6℃)，制冷机在制冰充冷时的蒸发温度比常规非蓄冷系统低8～10℃。这不仅限制了蓄冷空调系统可以采用的制冷机种类，而且使制冷机的运行效率降低30％～40％，制冷机组的COP值下降，耗电量增加。利用相变材料蓄冷的空调系统可以克服上述水和冰系统的确定，具有大的储能密度，是同等体积显热蓄冷的3～10倍，并且可以直接利用常规制冷机组进行蓄冷，提高制冷机组的蒸发温度和COP值，从而改善系统的能量利用率。所以开发相变温度在5～10℃的相变蓄冷材料成为人们关注的热点。
相变材料又分为无机材料与有机材料。有机相变材料具有固体成型好、不易发生相分离机过冷现象、腐蚀性较小等优点，但与无机相变材料相比，其导热性较差，单位体积相变潜能较低且易挥发、易燃烧、价格昂贵等缺点。无机相变材料具有高的相变潜热，不易燃，价格低廉且容易获得，但其存在泄漏以及腐蚀问题。
中国专利文献[公告号：CN102405270A]公开了一种相变材料组合物，包含50～90wt％的盐水合物和0～45wt％的炭黑，盐水合物硫代硫酸钠、乙酸钠、磷酸氢二钠或碳酸钠的水合物，但该材料存在腐蚀性以及过冷的问题。中国专利文献[公告号：CN10220259A]公开了一种用于空调蓄冷的有机相变材料，主储能剂采用的的是氨基乙醇和水的混合物，解决了腐蚀和过冷的问题，但对环境有一定影响。
发明内容
为解决现有技术存在的无机相变材料具有高的相变潜热，不易燃，价格低廉且容易获得，但其存在泄漏以及腐蚀问题的缺陷，本发明提供一种用于空调蓄冷的无机相变材料及其制备方法。
一种用于空调蓄冷的无机相变材料，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠75～80份，氯化铵7～10份，硼砂2～4份，亲水性气相白炭黑5～8份，pH调节剂2～4份和导电颗粒0.1～0.5份。
进一步的，所述的pH调节剂为硫酸、硼酸或硫酸和硼酸的混合物。所述的导电颗粒由铜粒、铝粒和钛粉的一种或多种组成。
进一步的，pH调节剂将空调蓄冷的无机相变材料的pH调整至3～7。
进一步的，该相变材料的相变温度为7～9℃，相变潜热为135～198J/g。
一种用于空调蓄冷的无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在混合器中加入十水硫酸钠和氯化铵，同时开启加热和搅拌，升温加热至40～50℃；
(2)加入pH调节剂和硼砂，恒温搅拌，直至硼砂全部溶解；
(3)在混合器中加入亲水性气相白炭黑，恒温低速搅拌，接着加入导电颗粒，再高速搅拌，制得相变材料。
优选的，在步骤(3)中，低速搅拌速率为100～300r/min，高速搅拌速率为600～800r/min。
有益效果：本发明的用于空调蓄冷的无机相变材料相变温度为7～9℃，相变潜热为135～198J/g，对铝、不锈钢和铜均无明显腐蚀。
附图说明
图1：本发明实施例3的步冷曲线；
图2：本发明实施例4的步冷曲线。
具体实施方式
实施例1
一种用于空调蓄冷的无机相变材料，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠75份，氯化铵7份，硼砂2份，亲水性气相白炭黑5份，pH调节剂2份和导电颗粒0.1份。
一种用于空调蓄冷的无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在混合器中加入十水硫酸钠和氯化铵，同时开启加热和搅拌，升温加热至40℃；
(2)加入pH调节剂和硼砂，恒温搅拌，直至硼砂全部溶解；
(3)在混合器中加入亲水性气相白炭黑，100r/min恒温低速搅拌，接着加入导电颗粒，再600r/min高速搅拌，制得相变材料。
优选的，在步骤(3)中，低速搅拌速率为100～300r/min，高速搅拌速率为600～800r/min。
本案例相变材料的相变温度为9℃、相变焓为145.96J/g；过冷度为0.2℃。
本实施例的无机相变材料对常用材料的腐蚀测试实验
实施例2
一种用于空调蓄冷的无机相变材料，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠80份，氯化铵10份，硼砂4份，亲水性气相白炭黑8份，pH调节剂4份和导电颗粒0.5份。
一种用于空调蓄冷的无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在混合器中加入十水硫酸钠和氯化铵，同时开启加热和搅拌，升温加热至50℃；
(2)加入pH调节剂和硼砂，恒温搅拌，直至硼砂全部溶解；
(3)在混合器中加入亲水性气相白炭黑，300r/min恒温低速搅拌，接着加入导电颗粒，再800r/min高速搅拌，制得相变材料。
本案例相变材料的相变温度为8.5℃、相变焓为155.67J/g；过冷度为0.2℃。
本实施例的无机相变材料对常用材料的腐蚀测试实验
实施例3
一种用于空调蓄冷的无机相变材料，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠77％，氯化铵8％，硼砂4％，亲水性气相白炭黑6％，pH调节剂4％以及导电颗粒0.4％。其中，上述的pH调节剂选用硼酸，导电颗粒选用铜粉，pH调节至6.5。
一种用于空调蓄冷的无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在混合器中加入十水硫酸钠和氯化铵，同时开启加热和搅拌，升温加热至40℃；
(2)加入pH调节剂和硼砂，恒温搅拌，直至硼砂全部溶解；
(3)在混合器中加入亲水性气相白炭黑，200r/min恒温低速搅拌，接着加入导电颗粒，再600r/min高速搅拌，制得相变材料。
本案例相变材料的相变温度为8.8℃、相变焓为156.83J/g；过冷度为0.3℃，见图1所示。
本实施例的无机相变材料对常用材料的腐蚀测试实验
实施例4
一种用于空调蓄冷的无机相变材料，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠78％，氯化铵10％，硼砂4％，亲水性气相白炭黑4％，pH调节剂4％以及导电颗粒0.4％。其中，上述的pH调节剂选用硼酸，导电颗粒选用铜粉，pH调节至7。
一种用于空调蓄冷的无机相变材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在混合器中加入十水硫酸钠和氯化铵，同时开启加热和搅拌，升温加热至40℃；
(2)加入pH调节剂和硼砂，恒温搅拌，直至硼砂全部溶解；
(3)在混合器中加入亲水性气相白炭黑，200r/min恒温低速搅拌，接着加入导电颗粒，再700r/min高速搅拌，制得相变材料。
本案例相变材料的相变温度为7.5℃、相变焓为161.36J/g；过冷度为0.2℃，见图2。
本实施例的无机相变材料对常用材料的腐蚀测试实验

Claims (7)

1.一种用于空调蓄冷的无机相变材料，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：十水硫酸钠75～80份，氯化铵7～10份，硼砂2～4份，亲水性气相白炭黑5～8份，pH调节剂2～4份和导电颗粒0.1～0.5份。
2.如权利要求1所述的用于空调蓄冷的无机相变材料，其特征在于，所述的pH调节剂为硫酸、硼酸或硫酸和硼酸的混合物。
3.如权利要求1或2所述的用于空调蓄冷的无机相变材料，其特征在于，所述的导电颗粒由铜粒、铝粒和钛粉的一种或多种组成。
4.如权利要求3所述的用于空调蓄冷的无机相变材料，其特征在于，pH调节剂将空调蓄冷的无机相变材料的pH调整至3～7。
5.如权利要求1所述的用于空调蓄冷的无机相变材料，其特征在于，该相变材料的相变温度为7～9℃，相变潜热为135～198J/g。
6.如权利要求1所述的用于空调蓄冷的无机相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在混合器中加入十水硫酸钠和氯化铵，同时开启加热和搅拌，升温加热至40～50℃；
(2)加入pH调节剂和硼砂，恒温搅拌，直至硼砂全部溶解；
(3)在混合器中加入亲水性气相白炭黑，恒温低速搅拌，接着加入导电颗粒，再高速搅拌，制得相变材料。
7.如权利要求6所述的用于空调蓄冷的无机相变材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，低速搅拌速率为100～300r/min，高速搅拌速率为600～800r/min。
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