CN113214796B - 一种复合无机盐相变蓄冷剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合无机盐相变蓄冷剂及其制备方法,所述相变蓄冷剂的组分质量分数为:十水硫酸钠31%‑33%、十二水磷酸氢钠47%‑49%、氯化铵15%‑17%、成核剂1.6%‑2.4%、增稠剂0.8%‑2.4%,以及纳米二氧化钛0.8%。以十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠为主要的能量存储剂,氯化铵为调整相变点的主要化学成分,成核剂降低蓄冷剂的过冷度,增稠剂避免蓄冷剂发生相分离,纳米二氧化钛增强蓄冷剂导热性能。所述相变蓄冷剂的相变温度为5.5‑6.3℃,过冷度为0.3‑1.2℃。相变潜热约为140kJ/kg,过冷度低,无相分离现象,导热性好,使用寿命长,制备过程简单,适用于建筑中央空调蓄冷领域。
Description
技术领域
本发明涉及复合无机盐制备技术领域,尤其是一种复合无机盐相变蓄冷剂及其制备方法。
背景技术
我国峰谷用电量比高于发达国家,威胁电网的安全和稳定。供暖、通风和空调系统将占建筑物能源消耗的65%以上,夏季高峰期空调制冷能耗甚至占建筑总能耗的85%。夏季空调负荷主要集中于白天,夜间制冷需求量较低,利用相变材料蓄冷技术,在夜间负荷低谷点利用谷电价制冷并储存,在白天负荷高峰时段将储存的冷量释放出来,能够克服能源需求与供应之间的不匹配,节约空调运行费用,降低空调设备安装容量,促进电力负荷削峰填谷,是缓解能源供需矛盾的有效途径。
无机盐是常见的蓄冷材料之一,被广泛应用于建筑节能、食品储存、温室节能、太阳能储存等领域。相对于常规的水蓄冷、冰蓄冷等方式,无机盐相变材料具有一些自身性质上的优势,比如工作温度可选择范围宽泛、相变过程体积波动相对较小,以及较高的储能密度等。然而,大多数无机盐蓄冷材料存在过冷现象和相分离现象,导热率相对于蓄冷设备其他部分较低,以及由于多次热循环导致的相变材料热稳定性等问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷,本发明提供了复合无机盐相变蓄冷剂及其制备方法,以解决无机盐蓄冷剂过冷度大、相分离严重的技术问题。
本发明采用的技术方案如下:
一种复合无机盐相变蓄冷剂,包括以下质量分数的组分:
十水硫酸钠,31%-33%;
十二水磷酸氢钠,47%-49%;
氯化铵,15%-17%;
成核剂,1.6%-2.4%;
增稠剂,0.8%-2.4%;
纳米二氧化钛,0.8%。
其进一步技术方案为:
所述成核剂为硼砂或氧化铝。
所述增稠剂为羧甲基纤维素或聚丙烯酰胺。
所述相变蓄冷剂的相变温度为5.5-6.3℃,过冷度为0.3-1.2℃,相变潜热约为140kJ/kg。
一种复合无机盐相变蓄冷剂的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:按照组分质量分数将十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、成核剂、纳米二氧化钛混合,放置在40℃热水中水浴加热至融化,并搅拌均匀;
步骤二:称量增稠剂加入步骤一中搅拌均匀的混合物中,充分搅拌使增稠剂溶胀,得到复合无机盐相变蓄冷剂,将蓄冷剂放入2℃的低温水浴中,逐渐冷却降温至凝固。
本发明的有益效果如下:
本发明的蓄冷剂过冷度较低,液态时呈凝胶状,无相分离现象,导热性能优于普通无机盐蓄冷剂,多次循环后热稳定性良好,使用寿命较长。本发明蓄冷剂具有制备方法简单、价格低廉的优点,其相变温度5.5-6.3℃,过冷度0.3-1.2℃,相变潜热约为140kJ/kg,适用于建筑空调蓄冷领域。
附图说明
图1是本发明复合无机盐相变蓄冷剂的DSC曲线图。
图2是本发明复合无机盐相变蓄冷剂循环第1次及第50次的步冷曲线图。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例的一种复合无机盐相变蓄冷剂,包括以下组分:十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、成核剂、增稠剂,以及纳米二氧化钛,上述组分质量分数为:
十水硫酸钠,31%-33%;
十二水磷酸氢钠,47%-49%;
氯化铵,15%-17%;
成核剂,1.6%-2.4%;
增稠剂,0.8%-2.4%;
纳米二氧化钛,0.8%。
上述实施例中,十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠为主要的能量存储剂,氯化铵为调整相变点的主要化学成分,成核剂用于降低蓄冷剂的过冷度,增稠剂避免蓄冷剂发生相分离,纳米二氧化钛用于增强蓄冷剂导热性能。
上述实施例中,蓄冷剂的相变温度在5-7℃,用于配合空调主机制冷时供回水温度,提高蓄冷时主机运行效率,降低蓄冷运营成本。
上述实施例中,蓄冷剂的过冷度为0.3-1.2℃,相变潜热约为140kJ/kg。
如图1所示,将样品从-20℃升温至40℃得到样品的DSC曲线,从而测得样品的相变温度6.3℃及相变潜热139J/g。
如图2所示,利用本实施例的蓄冷剂进行蓄冷释冷循环试验,第一次循环和第五十次试验过程中相变温度能够基本保持在6℃左右,符合本文对相变温度的区间要求,过冷度无明显增加,说明其热稳定性好,多次工作循环后依然保持较高性能。
具体实施例一
复合无机盐相变蓄冷剂蓄冷剂包括以下组分:十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、成核剂、增稠剂,以及纳米二氧化钛,其中,成核剂为硼砂,增稠剂为羧甲基纤维素;上述各组分的质量百分比为:十水硫酸钠32%;十二水磷酸氢钠48%;氯化铵16%;硼砂1.6%;羧甲基纤维素1.6%;纳米二氧化钛0.8%。
具体制备工艺方法如下:
1)按照组分配比将十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、硼砂、纳米二氧化钛混合,放置在40℃热水中水浴加热至融化,并搅拌均匀;
2)称量羧甲基纤维素加入步骤1)中搅拌均匀的混合物中,充分搅拌,使羧甲基纤维素溶胀,得到复合无机盐相变蓄冷剂,将蓄冷剂放入2℃的低温水浴中,逐渐冷却降温至凝固;
制备所得蓄冷剂呈凝胶状,相变温度6.3℃,过冷度约为0.5℃。
具体实施例二
所述蓄冷剂包括以下组分:十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、成核剂、增稠剂,以及纳米二氧化钛,其中,成核剂为氧化铝,增稠剂为羧甲基纤维素,上述各组分的质量百分比为:十水硫酸钠31.5%;十二水磷酸氢钠47.2%;氯化铵15.7%;氧化铝2.4%;羧甲基纤维素2.4%;纳米二氧化钛0.8%。
具体制备工艺方法如下:
1)按照组分配比将十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、氧化铝、纳米二氧化钛混合,放置在40℃热水中水浴加热至融化,并搅拌均匀;
2)称量羧甲基纤维素加入步骤1)中搅拌均匀的混合物中,充分搅拌使羧甲基纤维素溶胀,得到复合无机盐相变蓄冷剂,将蓄冷剂放入2℃的低温水浴中,逐渐冷却降温至凝固;
制备所得蓄冷剂呈凝胶状,相变温度5.8℃,过冷度约为1.2℃。
具体实施例三
所述蓄冷剂包括以下组分:十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、成核剂、增稠剂,以及纳米二氧化钛,其中,成核剂为硼砂,增稠剂为聚丙烯酰胺,上述各组分的质量百分比为:十水硫酸钠32.3%;十二水磷酸氢钠48.4%;氯化铵16.1%;硼砂1.6%;聚丙烯酰胺0.8%;纳米二氧化钛0.8%。
具体制备工艺方法如下:
1)按照组分配比将十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、硼砂、纳米二氧化钛混合,放置在40℃热水中水浴加热至融化,并搅拌均匀;
2)称量聚丙烯酰胺加入步骤1)中搅拌均匀的混合物中,充分搅拌使聚丙烯酰胺溶胀,得到复合无机盐相变蓄冷剂,将蓄冷剂放入2℃的低温水浴中,逐渐冷却降温至凝固;
制备所得蓄冷剂呈凝胶状,相变温度6.0℃,过冷度约为0.3℃。
具体实施例四
所述蓄冷剂包括以下组分:十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、成核剂、增稠剂,以及纳米二氧化钛,其中,成核剂为氧化铝,增稠剂为聚丙烯酰胺,上述各组分的质量百分比为:十水硫酸钠31.7%;十二水磷酸氢钠47.6%;氯化铵15.9%;氧化铝2.4%;聚丙烯酰胺1.6%;纳米二氧化钛0.8%。
具体制备工艺方法如下:
1)按照组分配比将十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、氧化铝、纳米二氧化钛混合,放置在40℃热水中水浴加热至融化,并搅拌均匀;
2)称量聚丙烯酰胺加入步骤1)中搅拌均匀的混合物中,充分搅拌使聚丙烯酰胺溶胀,得到复合无机盐相变蓄冷剂,将蓄冷剂放入2℃的低温水浴中,逐渐冷却降温至凝固;
制备所得蓄冷剂呈凝胶状,相变温度5.5℃,过冷度约为0.9℃。
本实施例的所制备的蓄冷剂过冷度低,无相分离现象,导热性好,使用寿命长,制备过程简单,适用于建筑中央空调蓄冷领域。
Claims (4)
1.一种复合无机盐相变蓄冷剂,其特征在于,包括以下质量分数的组分:
十水硫酸钠,31%-33%;
十二水磷酸氢钠,47%-49%;
氯化铵,15%-17%;
成核剂,1.6%-2.4%;
增稠剂,0.8%-2.4%;
纳米二氧化钛,0.8%;
所述相变蓄冷剂的相变温度为5.5-6.3℃,过冷度为0.3-1.2℃,相变潜热为140kJ/kg。
2.根据权利要求1所述的复合无机盐相变蓄冷剂,其特征在于,所述成核剂为硼砂或氧化铝。
3.根据权利要求1所述的复合无机盐相变蓄冷剂,其特征在于,所述增稠剂为羧甲基纤维素或聚丙烯酰胺。
4.一种如权利要求1-3任一所述的复合无机盐相变蓄冷剂的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
步骤一:按照组分质量分数将十水硫酸钠、十二水磷酸氢钠、氯化铵、成核剂、纳米二氧化钛混合,放置在40℃热水中水浴加热至融化,并搅拌均匀;
步骤二:称量增稠剂加入步骤一中搅拌均匀的混合物中,充分搅拌使增稠剂溶胀,得到复合无机盐相变蓄冷剂,将蓄冷剂放入2℃的低温水浴中,逐渐冷却降温至凝固。
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