CN112625656A - 一种新型复合相变储热介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型复合相变储热介质，涉及新型储热材料技术领域。该新型复合相变储热介质，包括相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水，所述复合相变储热介质各成分所占的质量份数分别为：相变储能材料70～75份、导热增强材料2～8份、水体密封材料5～10份、改性材料5～10份、凝胶材料1～10份、去离子水4～10份。通过将相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水等原料，在特定的温度条件下以特定的顺序加入可以制成复合相变储热介质，其具有热稳定性好，无过冷和相分离现象，储热密度大，导热性强，各组分材料不易挥发的优点，值得大力推广。
Description
技术领域
本发明涉及新型储热材料技术领域，具体为一种新型复合相变储热介质。
背景技术
能源不仅在我国国民经济中扮演着重要支柱的地位，而且全人类社会赖以生存与进步的基础都依赖于能源的利用，在陆地原油开采过程中，受环境和原油品质影响，井场常见到因原油粘稠引发的采油和输油效率低下的问题，而常规使用煤炭燃烧给原油加热不仅产生大量废气，也消耗着宝贵的煤炭资源。蓄热技术可以将井口处新开采出的原油进行持续加热，减少稠油运输效率低的问题，有效地提高能源利用率，缓解供需矛盾。
蓄热常见方式有显热蓄热、潜热蓄热和热化学反应蓄热，利用物质的显热来进行热量存储，称为显热蓄热；利用物质的相变过程进行蓄热，称为相变蓄热；利用物质的化学反应过程进行热量的存储，称为热化学蓄热（吸附蓄热）。显热蓄热能量密度低，非常占用建筑面积；热化学蓄热虽然能量密度大，但是化学反应过程剧烈以致不可控，无法将热量稳定而连续的输出，尚未到成熟应用的地步；潜热蓄热由于储放热过程中温度几乎不变，且蓄热密度大，采用的蓄热介质易得，具备大规模的应用前景。
潜热蓄热基于蓄热材料发生相变过程进行放热和储热，其按照相变材料发生相变温度高低可分为低温、中温、高温相变蓄热，其按照相变过程又可分为固液相变、固固相变、气固相变、气液相变，目前来说，固液相变蓄热是发展良好的一种蓄热方式，实际应用中要充分考虑工作实际环境选择合理的蓄热方式，同时要考虑材料的稳定性、腐蚀性、黏度等因素。
潜热蓄热所采用的蓄热介质，学术上称之为相变材料，可以分为有机和无机相变材料，有机相变材料具有易燃烧，某些带有剧毒，蓄热密度低的特点，而无机蓄热材料储热密度大，来源广泛，价格相对有机物而言低廉，但是，单一的无机蓄热材料在使用过程中会出现过冷、相分离和热波动的问题，这限制了无机材料的大规模应用。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型复合相变储热介质，解决了单一的无机蓄热材料在使用过程中会出现过冷、相分离和热波动的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种新型复合相变储热介质，包括相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水，所述复合相变储热介质各成分所占的质量份数分别为：相变储能材料70～75份、导热增强材料2～8份、水体密封材料5～10份、改性材料5～10份、凝胶材料1～10份、去离子水4～10份。
优选的，所述相变储能材料为八水氢氧化锶、十水焦磷酸钠、十二水硫酸铝铵中的一种或者几种。
优选的，所述导热增强材料为膨胀石墨、纳米铜中的一种或几种。
优选的，所述改性材料为碳酸钠、碳酸钾、硝酸钾、硝酸锶、羟乙基甲基纤维素、羧甲基酸钠中的一种或几种。
优选的，所述水体密封材料为石蜡、乙二醇中的一种或者几种。
优选的，所述凝胶材料为聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、明胶中的一种或几种。
优选的，所述复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将去离子水加入试管中，然后将试管置于水浴槽中进行加热，将试管中材料加热到95℃后，再将相变储能材料加入到试管中，维持20min，然后将导热增强材料和改性材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持10min，然后将凝胶材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在97℃，继续维持30min，然后将水体密封材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在98℃，继续维持10min，即可得到复合相变储热介质。
优选的，所述复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将相变储能材料加入试管中，然后将试管置于水浴槽中进行加热，将试管中材料加热到95℃后，维持20min，再加入去离子水，然后将凝胶材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持15min，然后将改性材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持15min，然后将导热增强材料和水体密封材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在97℃，继续维持30min，即可得到复合相变储热介质。
优选的，所述复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将水体密封材料加入试管中，然后将试管置于油浴槽中进行加热，将试管中材料加热到105℃后，维持40min，再加入凝胶材料，然后将相变储能材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在100℃，继续维持10min，然后将试管从油浴槽中取出，并降低油浴槽的温度为95℃，待试管中材料温度降为95℃后，将试管再次放入油浴槽中，然后将导热增强材料和去离子水加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在95℃，继续维持20min，然后将改性材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在95℃，继续维持30min，即可得到复合相变储热介质。
（三）有益效果
本发明提供了一种新型复合相变储热介质。具备以下有益效果：
本发明通过将相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水等原料，在特定的温度条件下以特定的顺序加入可以制成复合相变储热介质，其具有热稳定性好，无过冷和相分离现象，储热密度大，导热性强，各组分材料不易挥发的优点，值得大力推广。
附图说明
图1为本发明实施例一的相变蓄热介质循环1500次后的加热曲线；
图2为本发明实施例二的相变蓄热介质循环1500次后的加热曲线；
图3为本发明实施例三的相变蓄热介质循环1500次后的加热曲线;
图4为本发明实施例一、二、三的相变蓄热介质50℃时的导热系数。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例一的相变蓄热介质循环1500次后的加热曲线如图1所示，其固液相变点仍维持90℃；实施例二的相变蓄热介质循环1500次后的加热曲线如图2所示，其固液相变点仍维持92℃；实施例三的相变蓄热介质循环1500次后的加热曲线如图2所示，其固液相变点仍维持88℃；根据图4可知，实施例一、二、三的相变储热介质在50℃下的导热系数差不多，都在3W/(m·K)左右，实例三的导热系数更高一些。
实施例一：
本发明实施例提供一种新型复合相变储热介质，包括相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水，复合相变储热介质各成分所占的质量份数分别为：相变储能材料70g、导热增强材料6g、水体密封材料10g、改性材料5g、凝胶材料5g、去离子水4g，通过将相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水等原料，在特定的温度条件下以特定的顺序加入可以制成复合相变储热介质，其具有热稳定性好，无过冷和相分离现象，储热密度大，导热性强，各组分材料不易挥发的优点，而且各组成材料来源易得，制备方法方便，蓄热量大，能有效解决过冷度等问题，并且价格低廉，具有很强的成本优势。
相变储能材料为八水氢氧化锶和十水焦磷酸钠的混合物，导热增强材料为膨胀石墨，改性材料为碳酸钠，水体密封材料为石蜡，凝胶材料为聚丙烯酰胺和明胶的混合物。
复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将去离子水加入试管中，然后将试管置于水浴槽中进行加热，将试管中材料加热到95℃后，再将相变储能材料加入到试管中，维持20min，然后将导热增强材料和改性材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持10min，然后将凝胶材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在97℃，继续维持30min，然后将水体密封材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在98℃，继续维持10min，即可得到复合相变储热介质。
实施例二：
本发明实施例提供一种新型复合相变储热介质，包括相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水，复合相变储热介质各成分所占的质量份数分别为：相变储能材料72g、导热增强材料2g、水体密封材料10g、改性材料10g、凝胶材料2g、去离子水4g，通过将相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水等原料，在特定的温度条件下以特定的顺序加入可以制成复合相变储热介质，其具有热稳定性好，无过冷和相分离现象，储热密度大，导热性强，各组分材料不易挥发的优点，而且各组成材料来源易得，制备方法方便，蓄热量大，能有效解决过冷度等问题，并且价格低廉，具有很强的成本优势。
相变储能材料为八水氢氧化锶和十二水硫酸铝铵的混合物，导热增强材料为纳米铜，改性材料为碳酸钾和硝酸锶的混合物，水体密封材料为石蜡和乙二醇的混合物，凝胶材料为聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素的混合物。
复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将相变储能材料加入试管中，然后将试管置于水浴槽中进行加热，将试管中材料加热到95℃后，维持20min，再加入去离子水，然后将凝胶材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持15min，然后将改性材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持15min，然后将导热增强材料和水体密封材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在97℃，继续维持30min，即可得到复合相变储热介质。
实施例三：
本发明实施例提供一种新型复合相变储热介质，包括相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水，复合相变储热介质各成分所占的质量份数分别为：相变储能材料75g、导热增强材料3g、水体密封材料5g、改性材料8g、凝胶材料2g、去离子水7g，通过将相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水等原料，在特定的温度条件下以特定的顺序加入可以制成复合相变储热介质，其具有热稳定性好，无过冷和相分离现象，储热密度大，导热性强，各组分材料不易挥发的优点，而且各组成材料来源易得，制备方法方便，蓄热量大，能有效解决过冷度等问题，并且价格低廉，具有很强的成本优势。
相变储能材料为十水焦磷酸钠和十二水硫酸铝铵的混合物，导热增强材料为纳米铜，改性材料为硝酸锶和羧甲基酸钠的混合物，水体密封材料为石蜡和乙二醇的混合物，凝胶材料为聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素的混合物。
复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将水体密封材料加入试管中，然后将试管置于油浴槽中进行加热，将试管中材料加热到105℃后，维持40min，再加入凝胶材料，然后将相变储能材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在100℃，继续维持10min，然后将试管从油浴槽中取出，并降低油浴槽的温度为95℃，待试管中材料温度降为95℃后，将试管再次放入油浴槽中，然后将导热增强材料和去离子水加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在95℃，继续维持20min，然后将改性材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在95℃，继续维持30min，即可得到复合相变储热介质。
根据图4可知，实施例一、二、三的相变储热介质在50℃下的导热系数差不多，都在3W/(m.K)左右，实例三的导热系数更高一些。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种新型复合相变储热介质，包括相变储能材料、导热增强材料、水体密封材料、改性材料、凝胶材料和去离子水，其特征在于：所述复合相变储热介质各成分所占的质量份数分别为：相变储能材料70～75份、导热增强材料2～8份、水体密封材料5～10份、改性材料5～10份、凝胶材料1～10份、去离子水4～10份。
2.根据权利要求1所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述相变储能材料为八水氢氧化锶、十水焦磷酸钠、十二水硫酸铝铵中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述导热增强材料为膨胀石墨、纳米铜中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述改性材料为碳酸钠、碳酸钾、硝酸钾、硝酸锶、羟乙基甲基纤维素、羧甲基酸钠中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述水体密封材料为石蜡、乙二醇中的一种或者几种。
6.根据权利要求1所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述凝胶材料为聚丙烯酰胺、羟乙基纤维素、明胶中的一种或几种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将去离子水加入试管中，然后将试管置于水浴槽中进行加热，将试管中材料加热到95℃后，再将相变储能材料加入到试管中，维持20min，然后将导热增强材料和改性材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持10min，然后将凝胶材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在97℃，继续维持30min，然后将水体密封材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在98℃，继续维持10min，即可得到复合相变储热介质。
8.根据权利要求1-6任一项所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将相变储能材料加入试管中，然后将试管置于水浴槽中进行加热，将试管中材料加热到95℃后，维持20min，再加入去离子水，然后将凝胶材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持15min，然后将改性材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在96℃，继续维持15min，然后将导热增强材料和水体密封材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在97℃，继续维持30min，即可得到复合相变储热介质。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种新型复合相变储热介质，其特征在于：所述复合相变储热介质的一种生产方法为：在常压条件下，先将水体密封材料加入试管中，然后将试管置于油浴槽中进行加热，将试管中材料加热到105℃后，维持40min，再加入凝胶材料，然后将相变储能材料加入试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在100℃，继续维持10min，然后将试管从油浴槽中取出，并降低油浴槽的温度为95℃，待试管中材料温度降为95℃后，将试管再次放入油浴槽中，然后将导热增强材料和去离子水加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在95℃，继续维持20min，然后将改性材料加入到试管中，维持常压条件，并将试管中材料温度维持在95℃，继续维持30min，即可得到复合相变储热介质。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210409 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |