CN110527497A - 一种复合相变储能材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合相变储能材料及其制备方法，其中，复合相变储能材料，按照重量百分比计，包括50％至95％的三水醋酸钠、4％至50％的调节剂，0.1％至5％的增稠剂以及0.1％至5％的成核剂，上述各组分均为固态材料。该复合相变储能材料能够减弱过冷现象，避免相分离的产生，提高循环使用次数，延长使用寿命，同时可以调节相变点，扩大应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及相变储能技术领域，具体地说，是涉及一种复合相变储能材料及其制备方法。
背景技术
相变材料是一种具有特定功能的物质。它能在特定温度(相变温度)下发生物相变化，并且伴随着相变过程吸收或放出大量的热量。这种存储方式不仅能量密度较高，而且性能稳定，成本较低。因此，储存相同的能量，潜热储存设备所需要的容积比显热储存设备要小得多。在许多限制尺寸及质量的场合(如在建筑物中安装储热设备)，就可以优先考虑这种存储方式。
随着世界能源和我国能源的日趋紧张，相变材料以自身具有的特殊功能，将在太阳能利用、工业废热利用、节能、工程保温材料、医疗保健等领域得到广泛的应用。
三水醋酸钠(CH3COONa·3H2O)作为典型的无机相变材料，具有价格便宜、质量储热密度大(270kJ/kg)、导热系数高、一般呈中性等优点。缺点是有严重的过冷现象(过冷度30℃以上)和较差的成核特性，熔化后易析出分离。降温时结晶困难，无法放出潜热，相变温度较难调控，应用场合十分有限。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种能够减弱过冷现象，避免相分离的产生，提高循环使用次数，延长使用寿命，同时可以调节相变点，扩大应用范围的复合相变储能材料。
本发明的另一目的是提供一种上述复合相变储能材料的制备方法。
本发明的再一目的是提供另一种上述复合相变储能材料的制备方法。
为实现上述主要目的，本发明提供的一种复合相变储能材料，按照重量百分比计，包括50％至95％的三水醋酸钠、4％至50％的调节剂，0.1％至5％的增稠剂以及0.1％至5％的成核剂，上述各组分均为固态材料。
一个优选的方案是，三水醋酸钠的含量为80％至95％，调节剂的含量为4％至15％，增稠剂的含量为1％至5％，成核剂的含量为0.1％至2％。
进一步的方案是，三水醋酸钠的含量为80％至85％，调节剂的含量为11％至15％。
进一步的方案是，三水醋酸钠的含量为85％至92％，调节剂的含量为4％至12％。
一个优选的方案是，三水醋酸钠的含量为70％至80％，调节剂的含量为15％至28％，增稠剂的含量为0.5％至4％，成核剂的含量为0.1％至2％。
再进一步的方案是，三水醋酸钠的含量为70％至75％，调节剂的含量为22％至28％。
一个优选的方案是，三水醋酸钠的含量为50％至70％，调节剂的含量为28％至45％，增稠剂的含量为0.5％至4％，成核剂的含量为0.1％至2％。
一个优选的方案是，相变点调节剂为氯化钾。
一个优选的方案是，成核剂为十二水磷酸氢二钠。
一个优选的方案是，增稠剂为羧甲基纤维素。
为实现上述另一目的，本发明提供一种上述复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：将固态的三水醋酸钠加热熔化；在预设温度的恒温环境中搅拌并加入调节剂、增稠剂和成核剂；搅拌均匀后，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
为实现上述再一目的，本发明提供另一种上述复合相变储能材料的制备方法，包括如下步骤：将三水醋酸钠和调节剂、增稠剂和成核剂混合；在预设温度的恒温环境中加热熔化并搅拌；搅拌均匀后，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本发明的有益效果是，该复合储能材料具有相变潜热值高、相变温度大范围可调、应用范围广、储热密度大、体积膨胀率小、性能稳定、寿命长、无毒无污染、对金属无腐蚀、原料价格低廉、制备方便、来源广等优点。
具体实施方式
本发明提供复合相变储能材料，按照重量百分比计，包括50％至95％的三水醋酸钠、4％至50％的调节剂、0.1％至5％的增稠剂以及0.1％至5％的成核剂，优选的，上述的调节剂为氯化钾，增稠剂为羧甲基纤维素，成核剂为十二水磷酸氢二钠，且上述各组分均为固态材料。下面结合多个实施例对本发明的复合相变储能材料进行说明。
实施例一
称取22g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.7g羧甲基纤维素粉末、0.2g十二水磷酸氢二钠粉末、1g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。其中三水醋酸钠为主体材料，氯化钾作为调节剂，十二水磷酸氢二钠作为成核剂，羧甲基纤维素作为增稠剂。三水醋酸钠的相变温度为58℃，恒温环境的温度高于三水醋酸钠的相变温度，以保证三水醋酸钠熔化同时又不会脱水。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为92.1％，氯化钾的含量为4.2％，羧甲基纤维素的含量为2.9％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.8％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
采用差示扫描量热仪对本实施例的复合相变储能材料的相变性能进行测试，测试结果显示，此组分的复合相变储能材料的相变温度为56℃，过冷度1℃，潜热值265kJ/kg。
制作方法步骤中，也可以先将三水醋酸钠粉末和羧甲基纤维素粉末、十二水磷酸氢二钠粉末和氯化钾粉末混合，再在70℃的恒温环境中加热熔化并进行搅拌，搅拌均匀后，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
此外，也可以先将三水醋酸钠粉末、羧甲基纤维素粉末、十二水磷酸氢二钠粉末、氯化钾粉末分别加热熔化后再混合各种组分的液态材料，再进行搅拌，搅拌均匀后，静置冷却，也可以得到混合均匀的相变储能材料。
实施例二
称取21g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.7g羧甲基纤维素粉末、0.2g十二水磷酸氢二钠粉末、2g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为87.9％，氯化钾的含量为8.4％，羧甲基纤维素的含量为2.9％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.8％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为54℃，过冷度3℃，潜热值260kJ/kg。
实施例三
称取22g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.7g羧甲基纤维素粉末、0.2g十二水磷酸氢二钠粉末、3g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为84.9％，氯化钾的含量为11.6％，羧甲基纤维素的含量为2.7％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.8％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为51℃，过冷度2℃，潜热值255kJ/kg。
实施例四
称取20g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.6g羧甲基纤维素粉末、0.1g十二水磷酸氢二钠粉末、3g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为84.4％，氯化钾的含量为12.7％，羧甲基纤维素的含量为2.5％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.4％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为49℃，过冷度2℃，潜热值250kJ/kg。
实施例五
称取18g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.4g羧甲基纤维素粉末、0.08g十二水磷酸氢二钠粉末、3g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为83.8％，氯化钾的含量为14.0％，羧甲基纤维素的含量为1.8％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.4％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为46℃，过冷度3℃，潜热值240kJ/kg。
实施例六
称取20g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.6g羧甲基纤维素粉末、0.08g十二水磷酸氢二钠粉末和6g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为75.0％，氯化钾的含量为22.5％，羧甲基纤维素的含量为2.2％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.3％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为45℃，过冷度3℃，潜热值200kJ/kg。
实施例七
称取18g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.5g羧甲基纤维素粉末、0.08g十二水磷酸氢二钠粉末、6g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为73.3％，氯化钾的含量为24.4％，羧甲基纤维素的含量为2.0％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.3％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为43℃，过冷度1℃，潜热值220kJ/kg。
实施例八
称取15g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.5g羧甲基纤维素粉末、0.06g十二水磷酸氢二钠粉末和6g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为69.5％，氯化钾的含量为27.8％，羧甲基纤维素的含量为2.3％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.4％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为44℃，过冷度2℃，潜热值190kJ/kg。
实施例九
称取15g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.5g羧甲基纤维素粉末、0.08g十二水磷酸氢二钠粉末和7.5g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为65.0％，氯化钾的含量为32.5％，羧甲基纤维素的含量为2.2％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.3％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为43℃，过冷度1℃，潜热值175kJ/kg。
实施例十
称取12g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.4g羧甲基纤维素粉末、0.06g十二水磷酸氢二钠粉末和8g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为58.6％，氯化钾的含量为39.1％，羧甲基纤维素的含量为2.0％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.3％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为41℃，过冷度3℃，潜热值160kJ/kg。
实施例十一
称取12g三水醋酸钠粉末加热熔化，然后一边在70℃的恒温环境中搅拌，一边加入0.35g羧甲基纤维素粉末、0.05g十二水磷酸氢二钠粉末和10g氯化钾粉末，搅拌均匀后取出，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
本实施例中，按照重量百分比计，三水醋酸钠的含量为53.6％，氯化钾的含量为44.6％，羧甲基纤维素的含量为1.6％，十二水磷酸氢二钠的含量为0.2％，且上述各组分均为固态材料，可以为粉末或者颗粒状物质。
经测试，此组分的复合相变储能材料的相变温度为40℃，过冷度3℃，潜热值140kJ/kg。
以上各实施例中对羧甲基纤维素粉末、十二水磷酸氢二钠粉末和氯化钾粉末加入的顺序不做限定，无论是各组分依次加入熔化的三水醋酸钠中或者将这三种组分预混合后再加入熔化的三水醋酸钠中均可获得本发明的复合相变储能材料。
由上可见，本发明的复合相变储能材料通过氯化钾作为调节剂对相变温度进行调节，成核剂十二水磷酸氢二钠和增稠剂羧甲基纤维素配合可减弱过冷现象，避免相分离的产生，同时可提高循环使用次数，延长使用寿命。本发明的复合相变储能材料的相变温度在40℃至60℃范围内，过冷度在1℃至3℃范围内，潜热值在140kJ/kg至265kJ/kg范围内，相变潜热值高、相变温度大范围可调、应用范围广、储热密度大、体积膨胀率小、性能稳定、寿命长、无毒无污染、原料价格低廉、制备方便、来源广等优点。调节剂采用氯化钾，其对金属材料基本无腐蚀性，且不会和体系内其他材料反应，性能稳定。另外，本发明的复合相变储能材料的各组分均为固态材料，与现有技术中采用溶液混合的形式制成的复合相变储能材料相比，由于溶液中含水量较高，且水相对化学材料更易挥发，复合相变储能材料在不断地吸热放热的物相变化过程中，水分会大量流失，因此各组分的重量比会发生变化，即水分流失会影响材料性能，同时液态的复合相变储能材料所需要的密封条件的要求也更高，会增加成本。
最后需要强调的是，以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种复合相变储能材料，其特征在于，按照重量百分比计，包括50％至95％的三水醋酸钠、4％至50％的调节剂，0.1％至5％的增稠剂以及0.1％至5％的成核剂，上述各组分均为固态材料。
2.根据权利要求1所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述三水醋酸钠的含量为80％至95％，所述调节剂的含量为4％至15％，所述增稠剂的含量为1％至5％，所述成核剂的含量为0.1％至2％。
3.根据权利要求2所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述三水醋酸钠的含量为80％至85％，所述调节剂的含量为11％至15％。
4.根据权利要求2所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述三水醋酸钠的含量为85％至92％，所述调节剂的含量为4％至12％。
5.根据权利要求1所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述三水醋酸钠的含量为70％至80％，所述调节剂的含量为15％至28％，所述增稠剂的含量为0.5％至4％，所述成核剂的含量为0.1％至2％。
6.根据权利要求5所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述三水醋酸钠的含量为70％至75％，所述调节剂的含量为22％至28％。
7.根据权利要求1所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述三水醋酸钠的含量为50％至70％，所述调节剂的含量为28％至45％，所述增稠剂的含量为0.5％至4％，所述成核剂的含量为0.1％至2％。
8.根据权利要求1至7任一项所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述相变点调节剂为氯化钾。
9.根据权利要求1至7任一项所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述成核剂为十二水磷酸氢二钠。
10.根据权利要求1至7任一项所述的复合相变储能材料，其特征在于：
所述增稠剂为羧甲基纤维素。
11.复合相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述复合相变储能材料如权利要求1至10任一项所述的复合相变储能材料，所述制备方法包括如下步骤：
将固态的三水醋酸钠加热熔化；
在预设温度的恒温环境中搅拌并加入调节剂、增稠剂和成核剂；
搅拌均匀后，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
12.复合相变储能材料的制备方法，其特征在于，所述复合相变储能材料如权利要求1至10任一项所述的复合相变储能材料，所述制备方法包括如下步骤：
将三水醋酸钠和调节剂、增稠剂和成核剂混合；
在预设温度的恒温环境中加热熔化并搅拌；
搅拌均匀后，静置冷却，得到混合均匀的相变储能材料。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191203 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |