CN109054762A - 一种太阳能相变储热材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储热材料制备技术领域，具体涉及一种太阳能相变储热材料。其原料组分按质量百分数计为：98%石蜡、2%膨胀石墨。本发明以石蜡和膨胀石墨复合制得储热材料，其热稳定性好，储热能力强，相变潜热较高，制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明属于储热材料制备技术领域，具体涉及一种太阳能相变储热材料。
背景技术
太阳能作为最清洁的可再生能源，在所有的可再生能源中，分布最广且易得，受到全世界的关注。然而，太阳能存在明显间歇性和能量密度低的缺点。太阳能储热材料通过将太阳热能储存起来，可解决能量供求在时空上不匹配的矛盾，实现能量供应的可连续性和高效利用。目前太阳能储热材料在太阳能光热领域，如太阳能热发电、建筑节能以及无水箱太阳能热水系统中具有巨大应用潜力。
石蜡作为相变材料，其相变潜热大，等体积下熔解热比率为1.76；相变温度合适:58-60℃；与无机类材料相比，无过冷现象发生；与混合类材料相比，无相分离现象，并且对容器无腐蚀，但是纯石蜡作为相变材料最大的缺点是其导热系数偏低；而常见的三水醋酸钠作为相变材料在冷却过程中存在较大过冷现象，约14℃（52 ℃-38 ℃）过冷度，意味着水系统需将相变材料冷却到38℃以下，相变材料才能继续提供潜热，这将严重制约其在实际热水系统中的应用。
常见的另外一种有机类材料为硬脂酸，其密度小，等体积下熔解热比率为1.16，意味着初始制作的热水系统体积大；而且价格较高，约为石蜡的2~2.5倍，成本偏高，因此在实际热水系统中的应用很难推广。而本发明是针对太阳能中央热水系统而设计，旨在解决其相变材料相变过程温度不稳定的问题，有储热能力强、熔化温度适宜、熔化潜热大、无过冷、化学性质稳定、无毒、无腐蚀性以及成本低廉等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能相变储热材料。本发明以石蜡和膨胀石墨复合制得储热材料，其化学稳定性好，储热能力强，相变潜热较高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
所述一种太阳能相变储热材料，其原料组分按质量百分数计为：98%石蜡、2%膨胀石墨。
所述一种太阳能相变储热材料的制备方法，其具体步骤包括：(1)将膨胀石墨粉用容器盛装，置于60℃真空干燥箱中干燥10h；（2）将干燥好的膨胀石墨粉用不锈钢容器盛装，置于高温炉中加热至800℃膨胀60s，得到膨胀石墨；（3）把石蜡与膨胀石墨按98:2的质量比混合置于恒温水浴锅中加热至80℃共混，在搅拌下吸附1h，制得相变储热材料。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明以石蜡和膨胀石墨复合制得储热材料，其热稳定性好，储热能力强，相变潜热较高，制备工艺简单。
（2）本发明相变储热材料填充在相变换热装置内部，可以利用相变材料较高的相变储热能力提高系统储热密度，可以提高热泵运行效率以及加快水箱热水加热速度。
（3）本发明相变材料具有相变过程温度恒定的特点，实际应用时可以使得整个水系统保持相对稳定的温度，从而提高用水舒适性。
附图说明
图1为膨胀石墨质量百分比对石蜡-膨胀石墨复合材料导热系数的影响。
图2为相变换热装置。
图3为加热过程—放热过程中相变储热装置内部温度变化曲线。
图4为石蜡/膨胀石墨复合材料（98%石蜡、2%膨胀石墨）的DSC图。
图5为纯石蜡的DSC图。
图6为石蜡/膨胀石墨复合材料（99.5%石蜡、0.5%膨胀石墨）的DSC图。
图7为石蜡/膨胀石墨复合材料（99%石蜡、1%膨胀石墨）的DSC图。
图8为石蜡/膨胀石墨复合材料（97.5%石蜡、2.5%膨胀石墨）的DSC图。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
所述一种太阳能相变储热材料，其原料组分按质量百分数计为：98%石蜡、2%膨胀石墨。
所述一种太阳能相变储热材料的制备方法，其具体步骤包括：(1)将膨胀石墨粉用容器盛装，置于60℃真空干燥箱中干燥10h；（2）将干燥好的膨胀石墨粉用不锈钢容器盛装，置于高温炉中加热至800℃膨胀60s，得到膨胀石墨；（3）把石蜡与膨胀石墨按98:2的质量比混合置于恒温水浴锅中加热至80℃共混，在搅拌下吸附1h左右，制得相变储热材料。
对比例1
所述一种太阳能相变储热材料，其原料为纯石蜡。
对比例2
所述一种太阳能相变储热材料，其原料组分按质量百分数计为：99.5%石蜡、0.5%膨胀石墨。
制备方法同实施例1。
对比例3
所述一种太阳能相变储热材料，其原料组分按质量百分数计为：99%石蜡、1.0%膨胀石墨。
对比例4
所述一种太阳能相变储热材料，其原料组分按质量百分数计为：97.5%石蜡、2.5%膨胀石墨。
制备方法同实施例1。
从图1中可知，膨胀石墨不同质量分数下，石蜡的导热系数的变化，而选择2%质量分数的膨胀石墨添加剂，可以显著提高导热系数。
将本发明实施例1的样品作为相变储热材料应用在储热式太阳能中央热水系统中，其中该系统设置有相变换热装置（图2），该装置外部粘贴保温材料，内部由一套取热换热器和一套储热换热器组成，换热器外部填满了相变材料。图3为加热过程—放热过程中相变储热装置内部温度变化曲线，从中可以看出由于相变材料的加入，温度不再呈现均匀线性的变化形态，特别是在相变温度附近，由于相变材料吸收—释放相变潜热时温度保持恒定的特性，使得系统在加热过程中需要更多的时间来吸收更多的太阳能；在放热过程中，系统能够在相变温度区域，保持更长时间温度恒定，用以充分释放相变潜热。从图3还可以看出，圆圈处为加热过程与放热过程，相变材料温度的不同表现形态，相比加热阶段而言，放热阶段相变时间更长。这是由于相变材料在融化和凝结过程中不同的换热机理所导致的，这种特性也有利于实际热水系统的应用，储热时，可以用较短的时间将系统温度加热到预定温度，而用热时，系统能够更长时间保持在一定温度上，系统温度稳定性更高。
从图4可以看出，对实施例1制备的相变储热材料融化和凝固相变温度分别为52.69℃、58.01℃，融化和凝固相变潜热分别为200.98J/g、202.99J/g；从图5可以看出，对比例1的石蜡融化和凝固相变温度分别为54.35℃、58.04℃，融化和凝固相变潜热分别为205.30J/g、207.64J/g；从图6可以看出，对比例2制备的相变储热材料融化和凝固相变温度分别为54.31℃、57.94℃，融化和凝固相变潜热分别为204.00J/g、206.28J/g； 从图7可以看出，对比例3制备的相变储热材料融化和凝固相变温度分别为54.06℃、57.88℃，融化和凝固相变潜热分别为203.32J/g、205.56J/g；从图8可以看出，对比例4制备的相变储热材料融化和凝固相变温度分别为50.90℃、54.09℃，融化和凝固相变潜热分别为186.37J/g、189.34J/g；对比图4~8的数据表明，膨胀石墨不同质量分数下，相变储热材料的相变潜热随着质量分数的提高而减少，超过2%时减少尤为严重，而选择2%质量分数的膨胀石墨添加剂相变潜热仍能维持较大水平在200J/g以上，且相变温度合适。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种太阳能相变储热材料，其特征在于：其原料组分按质量百分数计为：98%石蜡、2%膨胀石墨。
2.一种制备如权利要求1所述的一种太阳能相变储热材料的方法，其特征在于：具体步骤包括：
(1)将膨胀石墨粉用容器盛装，置于60℃真空干燥箱中干燥10h；
（2）将干燥好的膨胀石墨粉用不锈钢容器盛装，置于高温炉中加热至800℃膨胀60s，得到膨胀石墨；
（3）把石蜡与膨胀石墨按98:2的质量比混合置于恒温热水浴锅中加热至80℃共混，在搅拌下吸附1h，制得相变储热材料。
Priority Applications (1)
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2018
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