CN109370537A - 基于三水醋酸钠的相变储热材料、制备方法及保温材料 - Google Patents

基于三水醋酸钠的相变储热材料、制备方法及保温材料 Download PDF

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章学来
张永川
张永一川
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周孙希
王迎辉
刘璐
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Abstract

本发明公开了一种基于三水醋酸钠的相变储热材料、制备方法及保温材料，所述方法包括：将三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合；将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成透明液体；将所述透明液体在磁力恒温搅拌器条件下搅拌；将搅拌好的透明液体在恒温条件下冷却，用金属丝触发相变，使其结晶放热，得到复合相变储能材料。应用本发明实施例，有效增加三水醋酸钠的相变潜热值，并提高材料导热性能，缓解了相分离现象。而且反应条件可控，设备要求简单，易于实现批量生产，有利于稳定地储存热能，提高热能利用率和保护环境。

Description

基于三水醋酸钠的相变储热材料、制备方法及保温材料
技术领域
本发明涉及相变储能技术领域，尤其涉及一种基于三水醋酸钠的相变储热材料、制备方法及保温材料。
背景技术
现今发达国家的能源利用率为43％，相对我国要高10％，其中很大部分的热能损失是在用热低谷时未能有效地储存，或在储存的过程中发生的。通常热量的储存是将热量储存于用绝热材料封装的介质中，但是绝对绝热是不可能实现的，尤其是在热能的运输和存储过程中，一旦外界温度低于储存温度就会发生具有持续性的热能流失，严重降低了能源的利用率，造成极大的浪费。而相变储能材料在热能的储存方面具有极大的优势，只有当环境温度对于其相变温度时，才会进行相变放热。如果相变材料的过冷度足够大，热能就可以在任意温度环境中储存，并且可以对封装材料没有绝热能力的要求，极大的降低了热能储存的成本和技术要求。并且相变储能材料具有优良的能量存储性、较强的可循环性和稳定的恒温放热性等特点，对能量的储存性和利用效率有着极大的提升，节能潜力巨大。在相变储能材料当中，三水醋酸钠(CH3COONa·3H2O，SAT)作为一种无机水合盐相变储能材料，由于其适宜的相变温度(58℃)、较高的相变潜热(254J/g)、无毒、对环境友好、价格便宜等优点越来越受到人们的关注。然而，三水醋酸钠的过冷度不稳定性、低热导性等缺点，限制了三水醋酸钠作为相变储热材料的应用。因此如何使三水醋酸钠稳定过冷，提高热导率成为三水醋酸钠材料的研究热点。目前还没有具有较大过冷度(-10℃不会发生相变)的中高温相变材料的相关报道。目前已有关于三水醋酸钠稳定过冷的论文，但是都会降低其相变温度和相变潜热值，降低材料的主要热性能参数。
因此开发一种操作简单、低成本、高产量、高性能的基于三水醋酸钠的稳定过冷相变储热材料的制备方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三水醋酸钠的相变储热材料、制备方法及保温材料，以解决现有的问题，同时有效增加三水醋酸钠的相变潜热值，并提高材料导热性能，缓解了相分离现象。设备要求简单，易于实现批量生产，有利于稳定地储存热能，提高热能利用率和保护环境。
为实现上述目的，本发明提供一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，所述方法包括：
将三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合；
将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成透明液体；
将所述透明液体在磁力恒温搅拌器条件下搅拌；
将搅拌好的透明液体在恒温条件下冷却，用金属丝触发相变，使其结晶放热，得到复合相变储能材料。
优选的，将三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合的步骤：将质量比为：99.8:0.1～99.8:0.5的三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合。
优选的，将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成所述透明液体的步骤，包括：
将搅拌均匀的混合粉末在75℃-85℃的恒温条件下加热1～2小时，直至融化成透明液体。
优选的，将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成透明液体的步骤，包括：
将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下水浴加热，直至融化成透明液体，其中，热水浴液面高于混合粉末的顶面。
优选的，将透明液体在磁力恒温搅拌器条件下搅拌的步骤，包括：
将透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃-85℃恒温条件下，搅拌2～5分钟。
优选的，将透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃-85℃恒温条件下，搅拌2～5分钟的步骤，包括：
将透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃-85℃恒温条件下，搅拌转速为200～250转/分钟，搅拌2～5分钟。
优选的，将搅拌好的透明液体在恒温条件下冷却，用金属丝触发相变，使其结晶放热，得到复合相变储能材料的步骤，包括：
将搅拌好的透明液体置于15℃-25℃的恒温槽中冷却4-6分钟，用金属丝触发相变，使其结晶放热，持续在15℃-25℃低温恒温槽冷却55-65分钟后，得到复合相变储能材料。
一种基于三水醋酸钠的相变储热材料，包括：三水醋酸钠和尿素，其中，所述三水醋酸钠与所述尿素的质量比为99.8:0.1～99.8:0.5。
一种保温材料，包含任一项基于三水醋酸钠的复合相变储热材料的制备方法所形成的复合相变储热材料。
本发明提供的一种基于三水醋酸钠的相变储热材料、制备方法及保温材料，有效增加三水醋酸钠的相变潜热值，并提高材料导热性能，缓解了相分离现象。而且反应条件可控，设备要求简单，易于实现批量生产，有利于稳定地储存热能，提高热能利用率和保护环境。
附图说明
图1是本发明提供的基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法的流程示意图。
图2是本发明提供的基于三水醋酸钠的相变储热材料的差示扫描量热图。
图3是本发明提供的基于三水醋酸钠的相变储热材料的曲线图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1-3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
具体的，如图1所示，本发明提供了一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，所述方法包括：
S101，将三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合；
S102，将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成透明液体；
S103，将所述透明液体在磁力恒温搅拌器条件下搅拌；
S104，将搅拌好的透明液体在恒温条件下冷却，用金属丝触发相变，使其结晶放热，得到复合相变储能材料。
针对本发明图1的实施例，在一种实施例中，
将质量比为：99.8:0.1的三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合；
将搅拌均匀的混合粉末在75℃的恒温条件下加热1小时，直至融化成透明液体，热水浴液面高于混合粉末的顶面；
将透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃恒温条件下，搅拌2分钟；
将搅拌好的透明液体置于15℃的恒温槽中冷却4分钟，用金属丝触发相变，使其结晶放热，持续在15℃低温恒温槽冷却55分钟后，得到复合相变储能材料。
应用本发明实施例有效增加三水醋酸钠的相变潜热值，并提高材料导热性能，缓解了相分离现象。而且反应条件可控，设备要求简单，易于实现批量生产，有利于稳定地储存热能，提高热能利用率和保护环境。
具体的，将透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃恒温条件下，搅拌转速为200转/分钟，搅拌2分钟。
另一种实施例中：
将质量比为：99.8:0.8的三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合；
将搅拌均匀的混合粉末在85℃的恒温条件下加热1.5小时，直至融化成透明液体，热水浴液面高于混合粉末的顶面；
将透明液体经磁力恒温搅拌器在80℃恒温条件下，搅拌4分钟；
将搅拌好的透明液体置于20℃的恒温槽中冷却5分钟，用金属丝触发相变，使其结晶放热，持续在20℃低温恒温槽冷却60分钟后，得到复合相变储能材料。
具体的，将透明液体经磁力恒温搅拌器在80℃恒温条件下，搅拌转速为220转/分钟，搅拌4分钟。
再一种实施例中：
将质量比为：99.8:0.5的三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合；
将搅拌均匀的混合粉末在85℃的恒温条件下加热2小时，直至融化成透明液体，热水浴液面高于混合粉末的顶面；
将透明液体经磁力恒温搅拌器在85℃恒温条件下，搅拌5分钟；
将搅拌好的透明液体置于25℃的恒温槽中冷却6分钟，用金属丝触发相变，使其结晶放热，持续在25℃低温恒温槽冷却65分钟后，得到复合相变储能材料。
具体的，将透明液体经磁力恒温搅拌器在85℃恒温条件下，搅拌转速为250转/分钟，搅拌5分钟。
示例性的，称量三水醋酸钠49.9g，尿素0.1g；然后将两种物质一起置于烧杯中，搅拌均匀，得到混合粉末；
将盛有混合粉末的烧杯放入恒温加热槽在80℃恒温条件下加热1～2小时，融化至透明液体；
将盛有所述混合粉末的烧杯经磁力恒温搅拌器在80℃恒温条件下搅拌2～5分钟；
将搅拌好的混合粉末经低温恒温槽20℃恒温条件下冷却5分钟后，用金属丝触发相变，使其结晶放热，持续在20℃低温恒温槽冷却1小时后，得到三水醋酸钠的相变储热材料。
应用本发明制备的相变储热材料的熔化温度为56～70℃；熔化焓值为267～296J/g；过冷度为68℃；导热系数为1.565～1.670W/(m·K)。
应用本发明制备的相变储热材料的相变温度与三水醋酸钠相变有些许的波动，但相变储能能力提高16.5％；过冷度增加到68℃，提高290％，可以稳定地在-10℃的环境中储存；导热系数为1.565～1.670W/(m·K)，提高19.8％。
应用本发明制备的的相变储热材料，极大地增加了过冷度，可以稳定地在零度以下的低温环境中储存热量，并且提高了三水醋酸钠的相变储热性能，且工艺方法简单，方便实用。
应用本发明制备的基于三水醋酸钠的相变储热材料的熔化温度为56～70℃，如图2和图3所示，比原材料58℃的相变位点高10℃左右；熔化焓值为267～296J/g，最多比原材料的相变焓值(三水醋酸钠254J/g，尿素137.4J/g)高42J/g，提高16.5％；过冷度为68℃，最多比原材料20～30℃的过冷度高38～58℃，提高290％；导热系数为1.565～1.670W/(m·K)，最多比原材料1.212～1.485W/(m·K)的导热系数高19.8％。应用本发明实施例相分离现象有所缓解。反应条件方便温和可控，需要的设备比较简单，易于实现低成本大批量生产。环境污染少，制备过程全程绿色环保，尿素溶于水分子中分布均匀，相变储热性能优良。
表1
在一种实施例中：
一种基于三水醋酸钠的相变储热材料，包括：三水醋酸钠和尿素，其中，所述三水醋酸钠与所述尿素的质量比为99.8:0.1。
另一种实施例中：
一种基于三水醋酸钠的相变储热材料，包括：三水醋酸钠和尿素，其中，所述三水醋酸钠与所述尿素的质量比为99.8:0.8。
再一种实现方式中：
一种基于三水醋酸钠的相变储热材料，包括：三水醋酸钠和尿素，其中，所述三水醋酸钠与所述尿素的质量比为99.8:0.5。
一种保温材料，包含所述基于三水醋酸钠的复合相变储热材料的制备方法所形成的复合相变储热材料。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合；
将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成透明液体；
将所述透明液体在磁力恒温搅拌器条件下搅拌；
将搅拌好的透明液体在恒温条件下冷却，用金属丝触发相变，使其结晶放热，得到复合相变储能材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述将三水醋酸钠和尿素的粉末均匀混合的步骤，包括：
将质量比为：99.8:0.1～99.8:0.5的所述三水醋酸钠和所述尿素的粉末均匀混合。
3.根据权利要求1所述的一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成透明液体的步骤，包括：
将搅拌均匀的所述混合粉末在75℃-85℃的恒温条件下加热1～2小时，直至融化成所述透明液体。
4.根据权利要求1所述的一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述将搅拌均匀的混合粉末在恒温条件下加热，直至融化成透明液体的步骤，包括：
将搅拌均匀的所述混合粉末在恒温条件下水浴加热，直至融化成所述透明液体，其中，热水浴液面高于所述混合粉末的顶面。
5.根据权利要求1所述的一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述将透明液体在磁力恒温搅拌器条件下搅拌的步骤，包括：
将所述透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃-85℃恒温条件下，搅拌2～5分钟。
6.根据权利要求5所述的一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述将透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃-85℃恒温条件下，搅拌2～5分钟的步骤，包括：
将所述透明液体经磁力恒温搅拌器在75℃-85℃恒温条件下，搅拌转速为200～250转/分钟，搅拌2～5分钟。
7.根据权利要求1所述的一种基于三水醋酸钠的相变储热材料的制备方法，其特征在于，所述将搅拌好的透明液体在恒温条件下冷却，用金属丝触发相变，使其结晶放热，得到复合相变储能材料的步骤，包括：
将搅拌好的所述透明液体置于15℃-25℃的恒温槽中冷却4-6分钟，用金属丝触发相变，使其结晶放热，持续在15℃-25℃低温恒温槽冷却55-65分钟后，得到复合相变储能材料。
8.一种基于三水醋酸钠的相变储热材料，其特征在于，包括：三水醋酸钠和尿素，其中，所述三水醋酸钠与所述尿素的质量比为99.8:0.1～99.8:0.5。
9.一种保温材料，其特征在于，包含由权利要求1-6任一项所述基于三水醋酸钠的复合相变储热材料的制备方法所形成的复合相变储热材料。
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