CN117264606A - 一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用 - Google Patents
一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117264606A CN117264606A CN202311231964.2A CN202311231964A CN117264606A CN 117264606 A CN117264606 A CN 117264606A CN 202311231964 A CN202311231964 A CN 202311231964A CN 117264606 A CN117264606 A CN 117264606A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat storage
- composite material
- inorganic phase
- sodium acetate
- storage composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 14
- 235000017281 sodium acetate Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 27
- BDKLKNJTMLIAFE-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1,3-oxazole-4-carbaldehyde Chemical compound FC1=CC=CC(C=2OC=C(C=O)N=2)=C1 BDKLKNJTMLIAFE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229940087562 sodium acetate trihydrate Drugs 0.000 claims abstract description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 20
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims abstract description 18
- AYRVGWHSXIMRAB-UHFFFAOYSA-M sodium acetate trihydrate Chemical class O.O.O.[Na+].CC([O-])=O AYRVGWHSXIMRAB-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims abstract description 15
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims abstract description 15
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims abstract description 10
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 claims abstract description 10
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 8
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- DGLRDKLJZLEJCY-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogenphosphate dodecahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O DGLRDKLJZLEJCY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 39
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 24
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical compound [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 20
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000004317 sodium nitrate Substances 0.000 claims description 12
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 3
- -1 salt modified sodium acetate trihydrate Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 3
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 claims description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000003805 vibration mixing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 20
- 239000011232 storage material Substances 0.000 abstract description 8
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 49
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 12
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M Sodium acetate Chemical compound [Na+].CC([O-])=O VMHLLURERBWHNL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 239000001632 sodium acetate Substances 0.000 description 8
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 5
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 5
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L calcium stearate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000013539 calcium stearate Nutrition 0.000 description 1
- 239000008116 calcium stearate Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001938 differential scanning calorimetry curve Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
- C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明属于材料技术领域，涉及一种相变材料，特别涉及一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用，该无机相变蓄热复合材料由以下按质量百分含量计的组分熔融混合制成：改性三水醋酸钠92‑94％，碳酸铵或碳酸氢铵1‑2％，羧甲基纤维素2.5‑3.5％，成核剂焦磷酸钠或者十二水磷酸氢二钠0.3‑0.7％，气相二氧化硅0.6‑1.2％，膨胀石墨0.3‑0.6％，纳米陶瓷粉末0.2‑0.4％。该材料的相变温度为56‑62℃，焓值能达到250J/g‑280J/g，比热容达3.22kJ/kg·K，相比普通的三水醋酸钠具有更高的相变温度和焓值，能够替代当前空气热能泵的有机蓄热材料。
Description
技术领域
本发明属于材料技术领域，涉及一种相变材料，特别涉及一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用。
背景技术
以室外空气为热源(或热汇)的热泵机组，称为空气能热泵机组，而由空气源热泵机组构成的供暖与供冷系统，称为空气源热泵空调系统。其主要特征有：1、空气源热泵系统可视为热能再生系统之一；2、空气源热泵系统的用能遵循了能量的循环利用原则；3、空气源热泵系统以大气环境热为低温热源，其热源在空间上，处处存在，在时间上，时时可得，在数量上，随需而取。目前市面上所用的空气能热泵均采用水作为储热材料，但水的热容较低，使得储热水箱体积较大、储热效率不高和放热缓慢等不足。无机相变储能材料具有单位体积焓值高、导热性能好、性能稳定、价格便宜等优点，取代水作为空气能热泵的储热材料能有效地提高能源利用率和节约能耗。此外，水箱储热时长期不用会导致水箱内沉积水垢，而采用相变储热材料时冷水通过装在材料的管道后直接出热水，长时间不用不会出现水垢沉积现象。
三水醋酸钠是一种比较理想的中低温无机水合盐相变材料，其理论相变温度为58℃，相变潜热值可达到265kJ/kg，但是其缺点也较为明显：一是过冷度比较大，在未加成核的情况下过冷度可以大于30℃，即使冷却至常温也不能使其结晶，这样大的过冷度严重影响了其潜热的释放；二是其分层问题，由于醋酸钠在60℃时在水中的溶解度约为139g，因此三水醋酸钠发生相变时，约有8％左右的醋酸钠不能溶于其结晶水中，此时液相为醋酸钠的饱和溶液，不溶的醋酸钠就会沉降到溶液的底部，试验结果表明，溶液的不均匀性将会导致体系的相变潜热在反复相变过程中急剧衰减，严重影响使用性能。
中国发明专利CN103992772A采用棕榈酸和硬脂酸熔融作为储热材料，并以膨胀石墨作为支撑材料，得到相变温度为52～55℃，相变潜热为160～170J/g，导热系数为2.0～2.6W/m.K，热循环720次后相变焓衰减2.5～3.5％；中国发明专利CN105694822A采用聚乙二醇2000为主材，添加一定的甘油、抗氧化剂KY-500和硬脂酸钙制成相变点为46～48℃的相变储能复合材料，其相变焓值为154～157KJ/Kg，热循环4000次后相变潜热损失小于10％。
家庭用水在40℃到50℃之间，而用于供暖的热水最好要到55℃最佳，这样可以提高供热效率。CN105694822A专利所得材料的相变温度太低，另外这两个专利所用的均为有机高分子材料为主，相比于无机盐相变储能复合材料，一者相变焓值较低，二者长期循环容易老化，三者价格较高，四者导热性能差。
发明内容
针对现有技术中应用于空气能热泵的有机相变材料存在焓值较小、价格比较高、导热性能差且存在分层和过冷度较大的问题，本发明提供一种无机相变蓄热复合材料，该材料由无机盐材料制成，焓值高，相比于有机材料成本减少50％，导热性能更好、过冷度低且在反复相变后不易分层。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无机相变蓄热复合材料，该材料是由以下按质量百分含量计的组分熔融混合制成：
主盐改性三水醋酸钠92-94％，
共溶剂碳酸铵或碳酸氢铵1-2％，
增稠剂羧甲基纤维素2.5-3.5％，
成核剂焦磷酸钠或者十二水磷酸氢二钠0.3-0.7％，
稳定剂气相二氧化硅0.6-1.2％，
增强导热剂膨胀石墨0.3-0.6％，
助剂纳米陶瓷粉末0.2-0.4％。
在该组分中，改性三水醋酸钠作为主盐；羧甲基纤维素作为增稠剂以缓解相变蓄热材料的固液分层问题，碳酸铵或碳酸氢铵在本发明材料中起到了一定的共溶剂作用，使得三水醋酸钠在发生相变时，增大了醋酸钠在其结晶水中的溶解度，从而防止醋酸钠沉降到溶液底部产生分层问题；焦磷酸钠或者十二水磷酸氢二钠作为成核剂降低材料的过冷度，在此基础上，还添加了纳米陶瓷粉末，该粉末在本发明材料中起到了晶核的作用，促进三水醋酸钠由液态转化为固态，从而进一步降低过冷度，同时纳米陶瓷粉末还具有优良的导热能力，其亦增强了本发明材料的导热能力；膨胀石墨作为增强导热剂；气相二氧化硅作为稳定剂。
进一步的，所述改性三水醋酸钠的制备方法包括如下步骤：将三水醋酸钠、碳酸钠和硝酸钠溶于水中，超声振荡混合，真空干燥得到改性三水醋酸钠；所述三水醋酸钠、碳酸钠和硝酸钠按质量百分含量计为：三水醋酸钠95％，碳酸钠2-3％，硝酸钠2-3％。该改性三水醋酸钠相比未改性的三水醋酸钠具有更高的相变温度及焓值。
本发明通过降入碳酸钠和硝酸钠对三水醋酸钠晶体改性，从而提高了三水醋酸钠晶体的相变温度。
进一步的，所述三水醋酸钠、碳酸钠和硝酸钠按质量百分含量计为：三水醋酸钠95％，碳酸钠3％，硝酸钠2％。
进一步的，所述纳米陶瓷粉末表面喷涂有机硅，所述纳米陶瓷粉末选自二氧化硅纳米粉末、氧化锆纳米粉末、碳化硅纳米粉末或氧化镁纳米粉末。
所述纳米陶瓷粉末表面喷涂有机硅的步骤为：将纳米陶瓷粉末表面清洁，去除杂质、油污等污染物；将有机硅溶液喷涂于纳米陶瓷粉末表面；将涂覆有机硅的纳米陶瓷粉末进行干燥和固化处理。表面有机硅处理使得纳米陶瓷粉末能够均匀的分散在本发明的材料中，防止纳米陶瓷粉末聚集，提高了导热效果以及成核效果，所述纳米陶瓷粉末优选为二氧化硅纳米粉末。
进一步的，所述无机相变蓄热复合材料的相变温度为56-62℃，焓值为250J/g-280J/g。
作为一种优选的方案，无机相变蓄热复合材料是由以下按质量百分含量计的组分熔融混合制成：
改性三水醋酸钠94％、碳酸氢铵2％、羧甲基纤维素2.5％、焦磷酸钠0.4％、气相二氧化硅0.6％，膨胀石墨0.3％，纳米陶瓷粉末0.2％。
作为另一种优选的方案，无机相变蓄热复合材料是由以下按质量百分含量计的组分熔融混合制成：
三水醋酸钠93％、碳酸铵2％、羧甲基纤维素3％、十二水磷酸氢二钠0.5％、气相二氧化硅0.8％，膨胀石墨0.4％，纳米陶瓷粉末0.3％。
进一步的，无机相变蓄热复合材料的制备方法包括如下步骤：
S1、将配方量的改性三水醋酸钠、羧甲基纤维素、共溶剂和成核剂充分搅拌均匀后密封；
S2、将密封体系置于65℃-80℃的温度下加热直至完全熔化，熔化过程中需搅拌；
S3、将气相二氧化硅加入S2得到的熔化且搅拌均匀的混合溶液中，置于65℃-80℃的温度下搅拌5-10分钟；
S4、将膨胀石墨、表面喷涂有机硅的纳米陶瓷粉末与S3得到的混合溶液，置于65℃-80℃的温度下搅拌5-10分钟，冷却至室温，得到无机相变蓄热复合材料。
一种如权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料在空气能热泵中的应用，该应用采用所述无机相变蓄热复合材料制成的相变蓄热装置替代空气能热泵内的水箱，利用相变复合材料的潜热，提高蓄热密度，从而降低蓄热箱体积。
本发明无机相变蓄热复合材料的有益效果为：
1、本发明无机相变蓄热复合材料的比热容可达3.22kJ/kg·K，水的比热容4.2kJ/kg·K。按照吸热公式Q＝cm△t，温升40℃计算，以265J/g焓值计算，1Kg的三水醋酸钠无机类相变材料吸热量(显热+潜热)为393.8KJ，1Kg水温升40℃的显热为168KJ，储存同样的热量，需要使用的水的体积大约是无机相变蓄热复合材料的2.3倍，也就是说无机相变蓄热复合材料的蓄热箱相较于蓄水箱的体积更小，可以降低现有蓄水箱的体积，增加空间利用率。
2、本发明采用无机水合盐复合材料作为空气能热泵的蓄热材料，大幅度提高了蓄热能力和导热性能，此外，相比于高分子材料，无机水合盐价格更低，有机类相变材料价格约为10000元/吨，而本发明无机相变蓄热复合材料价格约为5000元/吨，因此成本减少约50％。
3、目前空气能热泵所用的有机材料焓值最大到150J/g，而本发明所述无机相变蓄热复合材料，相变温度56-62℃，焓值能达到250J/g-280J/g，比热容达3.22kJ/kg·K，可见具有更高的相变温度与焓值。
4、本发明无机水合盐复合材料的过冷度小于2℃，且在超过1000次冷热循环后仍然没有明显分层。
附图说明
图1是本发明相变储能复合材料的制备流程；
图2是实施例2制得的无机相变蓄热复合材料充放热循环曲线；
图3是实施例2制得的无机相变蓄热复合材料的DSC测试曲线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
现结合具体实例对本发明作进一步的说明，以下实施例仅是为了解释本发明，但不构成对本发明的限制。在以下实施例中所用到的试验样本及试验过程包括以下内容(如果实施例中未注明的实验具体条件，通常按照常规条件，或按照试剂公司所推荐的条件；下述实施例中所用的试剂、耗材等，如无特殊说明，均可从商业途径得到)。
改性三水醋酸钠的制备：
1)称量95g三水醋酸钠、3g碳酸钠和2g硝酸钠，置于烧杯中搅拌得混合溶液；
2)将混合溶液超声振荡5min，于70℃下真空干燥至晶体表面的水蒸发完全得到改性三水醋酸钠。
以下实施例中，所用纳米陶瓷粉末选用二氧化硅纳米粉末。
实施例1
如图1所示，一种无机相变蓄热复合材料的制备方法，该方法步骤是：
1)称量93g改性三水醋酸钠，置于烧杯A中，在70℃水浴加热至液态；
2)称量3g羧甲基纤维素、2g碳酸铵和0.5g十二水磷酸氢二钠，依次加入到烧杯A中，在70℃水浴中充分混合均匀；
3)称量0.8g气相二氧化硅置于烧杯B中，将烧杯A中的混合溶液倒入烧杯B中，在70℃水浴中充分混合均匀；
4)称量0.4g膨胀石墨和0.3表面喷涂有机硅的纳米陶瓷粉末置于烧杯C中，将烧杯B中的混合溶液倒入烧杯C中，在70℃水浴中充分混合均匀。
5)将烧杯C用保鲜膜密封后置于室温下冷却得到无机相变蓄热复合材料。
6)将制得的无机相变蓄热复合材料进行DSC测试，相变温度为57.8℃，相变焓为266.8J/g。
实施例2
一种无机相变蓄热复合材料的制备方法，该方法步骤是：
1)称量94g改性三水醋酸钠，置于烧杯A中，在70℃水浴加热至液态；
2)称量2g羧甲基纤维素、2g碳酸氢铵和0.4g焦磷酸钠，依次加入到烧杯A中，在70℃水浴中充分混合均匀；
3)称量0.6g气相二氧化硅置于烧杯B中，将烧杯A中的混合溶液倒入烧杯B中，在70℃水浴中充分混合均匀；
4)称量0.3g膨胀石墨和0.2g表面喷涂有机硅的纳米陶瓷粉末置于烧杯C中，将烧杯B中的混合溶液倒入烧杯C中，在70℃水浴中充分混合均匀。
5)将烧杯C用保鲜膜密封后置于室温下冷却得到无机相变蓄热复合材料。
6)将制得的无机相变蓄热复合材料进行DSC测试，相变温度为61℃，相变焓为279J/g，充放热循环曲线见图2，DSC曲线见图3。
对比例1
一种无机相变蓄热复合材料的制备方法，该方法步骤是：
1)称量94g三水醋酸钠，置于烧杯A中，在70℃水浴加热至液态；
2)称量2g羧甲基纤维素、2g碳酸氢铵和0.4g焦磷酸钠，依次加入到烧杯A中，在70℃水浴中充分混合均匀；
3)称量0.6g气相二氧化硅置于烧杯B中，将烧杯A中的混合溶液倒入烧杯B中，在70℃水浴中充分混合均匀；
4)称量0.3g膨胀石墨和0.2g表面喷涂有机硅的纳米陶瓷粉末置于烧杯C中，将烧杯B中的混合溶液倒入烧杯C中，在70℃水浴中充分混合均匀。
5)将烧杯C用保鲜膜密封后置于室温下冷却得到无机相变蓄热复合材料。
6)将制得的无机相变蓄热复合材料进行DSC测试，相变温度为55.4℃，相变焓为265.6J/g。
对比例2
一种无机相变蓄热复合材料的制备方法，该方法步骤是：
1)称量94g改性三水醋酸钠，置于烧杯A中，在70℃水浴加热至液态；
2)称量2g羧甲基纤维素和0.4g焦磷酸钠，依次加入到烧杯A中，在70℃水浴中充分混合均匀；
3)称量0.6g气相二氧化硅置于烧杯B中，将烧杯A中的混合溶液倒入烧杯B中，在70℃水浴中充分混合均匀；
4)称量0.3g膨胀石墨和0.2g表面喷涂有机硅的纳米陶瓷粉末置于烧杯C中，将烧杯B中的混合溶液倒入烧杯C中，在70℃水浴中充分混合均匀。
5)将烧杯C用保鲜膜密封后置于室温下冷却得到无机相变蓄热复合材料。
6)将制得的无机相变蓄热复合材料进行DSC测试，相变温度为60.8℃，相变焓为276J/g。
对比例3
一种无机相变蓄热复合材料的制备方法，该方法步骤是：
1)称量94g改性三水醋酸钠，置于烧杯A中，在70℃水浴加热至液态；
2)称量2g羧甲基纤维素、2g碳酸氢铵和0.4g焦磷酸钠，依次加入到烧杯A中，在70℃水浴中充分混合均匀；
3)称量0.6g气相二氧化硅置于烧杯B中，将烧杯A中的混合溶液倒入烧杯B中，在70℃水浴中充分混合均匀；
4)称量0.3g膨胀石墨置于烧杯C中，将烧杯B中的混合溶液倒入烧杯C中，在70℃水浴中充分混合均匀。
5)将烧杯C用保鲜膜密封后置于室温下冷却得到无机相变蓄热复合材料。
6)将制得的无机相变蓄热复合材料进行DSC测试，相变温度为59.6℃，相变焓为269J/g。
由实施例2和对比例1对比可见，本发明通过对三水醋酸钠改性，极大的提高了三水醋酸钠的相变温度及相变焓。
对实施例1、2及对比例1-3进行冷热循环试验测试，测试温度为50-70℃。实施例1、2及对比例1、3所制备得到的无机相变蓄热复合材料在经过1000次冷热循环试验测试，无明显固液分层现象；对比例2制备得到的无机相变蓄热复合材料在经过500次冷热循环试验测试即出现固液分层现象。可见本发明通过加入碳酸铵或碳酸氢铵能够有效的使之与醋酸钠形成共溶体，增大了醋酸钠在结晶水中的溶解度，从而防止了固液分层的出现。
实施例2所制备得到的无机相变蓄热复合材料的过冷度仅1.5℃，实施例1和对比例1、2所制备得到的无机相变蓄热复合材料的过冷度也小于2℃，而对比例3所制备得到的无机相变蓄热复合材料的过冷度为4℃，证明纳米陶瓷粉末能够有效降低三水醋酸钠的过冷度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种无机相变蓄热复合材料，其特征在于，该材料是由以下按质量百分含量计的组分熔融混合制成：
主盐改性三水醋酸钠92-94％，
共溶剂碳酸铵或碳酸氢铵1-2％，
增稠剂羧甲基纤维素2.5-3.5％，
成核剂焦磷酸钠或者十二水磷酸氢二钠0.3-0.7％，
稳定剂气相二氧化硅0.6-1.2％，
增强导热剂膨胀石墨0.3-0.6％，
助剂纳米陶瓷粉末0.2-0.4％。
2.一种权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性三水醋酸钠的制备方法包括如下步骤：将三水醋酸钠、碳酸钠和硝酸钠溶于水中，超声振荡混合，真空干燥至晶体表面的水蒸发完全得到改性三水醋酸钠；所述三水醋酸钠、碳酸钠和硝酸钠按质量百分含量计为：三水醋酸钠95％，碳酸钠2-3％，硝酸钠2-3％。
3.根据权利要求2所述的无机相变蓄热复合材料，其特征在于：所述三水醋酸钠、碳酸钠和硝酸钠按质量百分含量计为：三水醋酸钠95％，碳酸钠3％，硝酸钠2％。
4.根据权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料，其特征在于：所述纳米陶瓷粉末表面喷涂有机硅，所述纳米陶瓷粉末选自二氧化硅纳米粉末、氧化锆纳米粉末、碳化硅纳米粉末或氧化镁纳米粉末。
5.根据权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料，其特征在于：所述无机相变蓄热复合材料的相变温度为56-62℃，焓值为250J/g-280J/g。
6.根据权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料，其特征在于该材料是由以下按质量百分含量计的组分熔融混合制成：
改性三水醋酸钠94％、碳酸氢铵2％、羧甲基纤维素2.5％、成核剂焦磷酸钠0.4％、气相二氧化硅0.6％，膨胀石墨0.3％，纳米陶瓷粉末0.2％。
7.根据权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料，其特征在于该材料是由以下按质量百分含量计的组分熔融混合制成：
三水醋酸钠93％、碳酸铵2％、羧甲基纤维素3％、成核剂十二水磷酸氢二钠0.5％、气相二氧化硅0.8％，膨胀石墨0.4％，纳米陶瓷粉末0.3％。
8.一种权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
S1、将配方量的改性三水醋酸钠、羧甲基纤维素、共溶剂和成核剂充分搅拌均匀后密封；
S2、将密封体系置于65℃-80℃的温度下加热直至完全熔化，熔化过程中需搅拌；
S3、将气相二氧化硅加入S2得到的熔化且搅拌均匀的混合溶液中，置于65℃-80℃的温度下搅拌5-10分钟；
S4、将膨胀石墨、表面喷涂有机硅的纳米陶瓷粉末与S3得到的混合溶液，置于65℃-80℃的温度下搅拌5-10分钟，冷却至室温，得到无机相变蓄热复合材料。
9.一种权利要求1所述的无机相变蓄热复合材料在空气能热泵中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：采用所述无机相变蓄热复合材料制成的相变蓄热装置替代空气能热泵内的水箱，利用相变复合材料的潜热，提高蓄热密度，从而降低蓄热箱体积。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311231964.2A CN117264606A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311231964.2A CN117264606A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117264606A true CN117264606A (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=89217246
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311231964.2A Pending CN117264606A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117264606A (zh) |
-
2023
- 2023-09-22 CN CN202311231964.2A patent/CN117264606A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Huang et al. | Advances and applications of phase change materials (PCMs) and PCMs-based technologies | |
| Li et al. | Tailored phase change behavior of Na2SO4· 10H2O/expanded graphite composite for thermal energy storage | |
| Dixit et al. | Salt hydrate phase change materials: Current state of art and the road ahead | |
| CN109337653B (zh) | 一种分段储热复合相变材料及其制备方法 | |
| JP3588630B2 (ja) | 蓄熱式加熱体 | |
| Jin et al. | Thermal conductivity enhancement of a sodium acetate trihydrate–potassium chloride–urea/expanded graphite composite phase–change material for latent heat thermal energy storage | |
| CN101982518A (zh) | 纳米复合固液相变蓄能材料 | |
| CN104531077A (zh) | 膨胀石墨基水合盐复合固-固相变储能材料的制备方法 | |
| CN107556972B (zh) | 常低温相变储能介质及其制备方法 | |
| Liu et al. | Experimental investigation on micro-scale phase change material based on sodium acetate trihydrate for thermal storage | |
| CN109609098B (zh) | 一种复合相变储热材料及其制备 | |
| CN112574718B (zh) | 一种中低温用水合盐/改性膨胀石墨定型相变蓄热材料及其制备方法 | |
| CN113214796B (zh) | 一种复合无机盐相变蓄冷剂及其制备方法 | |
| Chen et al. | A review of the application of hydrated salt phase change materials in building temperature control | |
| Man et al. | Review on the thermal property enhancement of inorganic salt hydrate phase change materials | |
| CN112940685A (zh) | 一种相变储能材料及制备方法 | |
| CN110564373A (zh) | 无机水合盐复合相变储热材料及制备使用方法 | |
| CN106893562A (zh) | 一种复合相变储能材料及制备方法 | |
| CN106221675A (zh) | 一种相变储能介质 | |
| CN117264606A (zh) | 一种无机相变蓄热复合材料、制备方法及其在空气能热泵中的应用 | |
| CN114736658A (zh) | 一种基于三水醋酸钠的有机-无机共熔混合物相变蓄热材料及制备方法 | |
| CN104610922A (zh) | 用于蓄冷空调的相变材料及其制作方法 | |
| CN111073601A (zh) | 一种高强导热相变储能材料及其制备方法 | |
| Elakkiyadasan et al. | Experimental investigation of PCM with added E-graphite and analysis of its thermal characteristics | |
| CN111978925A (zh) | 一种清洁供暖用复合相变材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |