CN1944567A - 一种相变蓄热材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变蓄热材料的组分及其制备方法。本发明由主料结晶乙酸钠，添加剂硼砂和聚丙烯酰胺组成，其制备工艺为将上述各组分研磨混合均匀，加热熔化后灌入容器中进行封装，或者先将结晶乙酸钠熔化后，再加入硼砂，搅拌均匀，然后加入聚丙烯酰胺，并搅拌均匀，最后灌入容器中进行封装。本发明提出的相变蓄热材料具有蓄热量大，过冷度小，相变温度适宜，长期使用后无相分离现象等优点。

Description

一种相变蓄热材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种相变蓄热材料及其制备方法。

背景技术

蓄热可解决热能供需之间在时间和空间上的不匹配所造成的浪费，蓄热技术已普遍应用于空调、供热等领域，随着研究的深入，蓄热材料也逐渐进入生态建筑等新兴领域。由于相变蓄热材料同时利用物质固有的热容和物态变化的相变热来蓄存热能，因此具有较大的蓄热密度，近年来这方面的研究和应用发展迅猛。目前的相变蓄热材料研究主要分为两个方向：有机相变蓄热材料和无机相变蓄热材料。有机相变蓄热材料性能较稳定，几乎无过冷和相分离问题，但其缺点也十分明显，即相变潜热较低，且物质密度较小，由此造成了有机相变蓄热材料单位体积蓄热量较小，特别是相对于现在正在发展的高温水蓄热技术，有机相变蓄热材料在单位体积蓄热量方面优势已不明显。无机相变蓄热材料具有较高的单位体积蓄热量和良好的导热性，其缺点为易产生过冷和相分离，如能通过添加剂解决过冷和相分离问题，则无机相变蓄热材料具有十分明显的优势，蓄热相关产业也能因此得到发展。目前，国内外相关研究人员在这方面做了一些工作，开发出了一些相变蓄热材料，有些已投入实际生产和应用，但仍存在很多问题：如开发出的相变蓄热材料相变温度不适宜，造成用途过窄；性能不稳定，特别是使用一段时间后出现相分离现象。我们发现，在实际使用中，相变温度在50～60℃之间的相变蓄热材料用途最为广泛。目前在此温度范围内的只有马慈光等人于2000年发明的一种相变温度为57±1℃，蓄热量为242kJ/kg的相变蓄热材料，该蓄热材料由主料醋酸钠和添加剂磷酸钠、碳酸钠、活性白土组成。该发明具有不少可取之处，但也存在一些不足，突出表现在添加剂种类和所含比例偏高，由于添加剂一般不是相变蓄热材料，或者即使是相变蓄热材料，其相变温度与主料的差别一般也较大，因此较高比例的添加剂势必对相变蓄热材料的蓄热能力和过冷度产生不利影响。随着材料科学的迅速发展，近几年出现的新材科对提高相变蓄热材料的性能又有了飞跃。在这种情况下，开发一种相变温度适宜、相变潜热大、过冷度小、长期使用后无相分离现象、添加剂比例小的相变蓄热材料尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种性能较好、价格较低、来源广泛、无毒无危险的无机相变蓄热材料的组份及其制备方法，以提高相变蓄热能力和解决上面所述的过冷和相分离问题。

本发明由主料结晶乙酸钠，添加剂硼砂和聚丙烯酰胺组成。硼砂主要起防过冷作用，聚丙烯酰胺主要起防相分离作用。其中作为添加剂硼砂的含量百分比为1～3％，作为添加剂聚丙烯酰胺的含量百分比为0.5～2％，其余为主料结晶乙酸钠。制备工艺为将上述各组份研磨混合均匀，加热熔化后灌入容器中进行封装；或先将结晶乙酸钠熔化后，再加入硼砂，搅拌均匀，然后加入聚丙烯酰胺，并搅拌均匀，最后灌入容器中进行封装。

本发明的优点是：相变潜热大(大于250kJ/kg)，若将显热也考虑在内，实际蓄热量将大大高于250kJ/kg，过冷度不超过2℃。该相变蓄热材料在熔化状态下呈胶状液体，不仅可以避免相分离，更可以解决添加剂因密度与主料不同所造成的熔化后易析出分层现象(即相分离)。添加剂种类少，只需两种添加剂就能使蓄热材料达到较优的性能，便于生产管理，并尽量避免了添加剂种类过多，使各物质相互影响，从而降低了材料的稳定性的问题。该相变蓄热材料相变温度适宜，因此用途十分广泛，既可用于电锅炉蓄热，也可用于热泵蓄热，太阳能蓄热等。特别是在热泵及太阳能蓄热方面，由于两者温度匹配情况较好，既能保证使用效果，节能方面的优势也得以很好体现。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合表1中所示实施例的配方型号相变蓄热材料的制备步骤作进一步说明。                  表1

配方型号	相变温度(℃)	配方组成	含量百分比(％)
				FCS-1	55±1℃	结晶乙酸钠	96.5
硼砂	2
		聚丙烯酰胺	1.5
FCS-2	56±1℃					结晶乙酸钠	96.5
		硼砂	2.5
				聚丙烯酰胺	1

上述配方型号的相变蓄热材料的制备工艺采用以下两种方式：

(1)将各组份研磨混合均匀，放于60～70℃设备中加热熔化并搅拌均匀后灌入容器中进行封装；

(2)先将结晶乙酸钠放于60～70℃设备中加热熔化后，再加入硼砂，搅拌均匀，然后加入聚丙烯酰胺，并搅拌均匀，最后灌入容器中进行封装。

制备过程中应注意以下事项：(1)上述各组份在库存时需密封保存，特别是结晶乙酸钠长时间暴露于空气中易风化，影响使用性能。本发明所选用的三种材料在出厂时采用的包装均能满足密封要求，因此只要注意在运输过程中不损坏外包装即可(2)封装容器可采用塑料或金属容器，形状是球形，长方体或立方体，但不论采用哪种封装方式，都应保证其与外界密封性。(3)若采用第一种生产工艺，温度至少加热至高于蓄热材料的相变温度5℃，然后才能进行灌装。若采用第二种生产工艺，加入添加剂前，应使熔化状态的结晶乙酸钠的温度至少高于其相变温度8℃，因结晶乙酸钠相变温度约为58℃，故至少应将结晶乙酸钠加热至66℃再加入添加剂。加入添加剂时，应缓慢添加，并不断搅拌，忌一次将所需添加剂全部加入。

依照上述两种配方及工艺制出的相变蓄热材料固态时呈白色，液态时呈透明的胶状物。此材料相变潜热大(大于250kJ/kg)，相变温度在54～57℃之间。上述两种相变蓄热材料经反复实验，性能稳定，过冷度均小于1℃，并且未出现相分离。上述配方中添加剂所占含量百分比小，对主料蓄热能力的影响很小，故很好地保持了结晶乙酸钠原有的优异的相变蓄热能力。

Claims (3)

1.一种相变蓄热材料，其组成为：

作为添加剂的硼砂，其在相变蓄热材料中的含量为1～3％；

作为添加剂的聚丙烯酰胺，其在相变蓄热材料中的含量为0.5～2％；

余下的为主料结晶乙酸钠。

2.根据权利要求1所述的一种相变蓄热材料，其特征在于：组成相变蓄热材料的主料结晶乙酸钠、添加剂硼砂和聚乙烯酰胺，是通过研磨混合均匀，放入60～70℃设备中加热熔化后灌入容器中进行封装；或者先将组成相变蓄热材料的主料结晶乙酸钠放入60～70℃设备中加热熔化后，加入添加剂硼砂搅拌均匀，然后再加入添加剂聚丙烯酰胺，并搅拌均匀，最后灌入容器中进行封装。

3.根据权利要求1或2所述的一种相变蓄热材料，其特征在于封装相变蓄热材料的容器采用塑料或金属容器，形状是球形、长方体或立方体。