CN1958712A - 一种低温相变蓄热材料及其制备方法 - Google Patents

一种低温相变蓄热材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低温相变蓄热材料的组份及其制备方法。本发明低温相变蓄热材料由主料硫酸铝铵，添加剂氟化钙、碳和去离子水组成，其制备工艺为先将硫酸铝铵加热熔融，待完全熔化后加入常温下混合均匀的添加剂氟化钙和碳粉，并搅拌均匀，然后加入添加剂去离子水继续均匀搅拌，在搅拌过程中再将混合物重新加热升温，使其充分混合均匀成流体状，最后灌入容器中进行封袋。本发明提供的低温相变蓄热材料具有相变潜热大，相变温度在93～95℃之间，经反复试验证明其性能稳定，过冷度均小于4℃，不会出现相分离等优点。

Description

一种低温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。具体的说是一种低温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、建筑等领域。相变蓄热材料利用物质固有的热容和物态变化的相变热来蓄存热能，与显热蓄热材料相比，具有蓄热密度大、蓄热容积小、放热温度稳定等优点。
相变蓄热材料主要分为有机相变蓄热材料和无机相变蓄热材料。前者性能稳定，相变温度范围广，放热过程几乎无过冷和相分离现象，但其相变潜热较低，密度较小，因此单位体积蓄热量较小，其应用前景未被看好。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，如能采用合适方法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。
目前，对于低温范围内的温度较高的无机相变蓄热材料研究较少。已发现的无机材料硫酸铝铵NH4Al(SO4)2·12H2O具有较高的相变潜热269kJ/kg，较高的熔点93.7℃，其放热过程一般不存在相分离，但会出现很严重的过冷，过冷度可达20℃，严重影响了其应用效果。在原有技术中有人提出了用硫酸铝铵NH4Al(SO4)2·12H2O与适当比例的添加剂氟化钙CaF2和碳粉，经混合加热熔融后制成蓄热材料，在保留放热过程中无相变分离优点外，其过冷度将低至7℃。经实验验证，该蓄热材料在经过反复的热循环后，过冷度有增大的趋势，且重复性不高，因此需要更进一步的改进和提高蓄热材料的技术性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种热循环性能稳定、过冷度小、重复性高的以NH4Al(SO4)2·12H2O为主料的相变蓄热材料及其制备方法，以进一步降低过冷度，提高相变蓄热材料的技术性能。
本发明由主料硫酸铝铵，添加剂氟化钙、碳和去离子水组成。氟化钙和碳粉主要起防过冷和提高相变温度的作用，去离子水补充相变蓄热材料在加热循环过程中可能损失的结晶水，防止生成其他复杂的水合物，影响蓄热材料的性能稳定性。其中作为添加剂氟化钙的含量百分比为1.5～2％，碳的含量百分比为0.3～0.5％，去离子水的含量百分比为6～12％，其余为主料硫酸铝铵。
制备方法为将硫酸铝铵在90～100℃下加热熔融，完全熔化后加入常温下混合均匀的氟化钙和碳粉，搅拌均匀，然后加入去离子水继续均匀搅拌。考虑到添加剂加入过程中有部分冷却凝固，将混合物再重新加热混合成流体状，最后灌入容器中进行封装。
本发明的优点是：
1、相变潜热大(250kJ/kg以上)，熔点较高(94℃左右)，结晶温度为70℃左右，是该温度范围内的性能良好的蓄热材料，具有广阔的应用前景。
2、放热过程稳定，过冷度控制在4℃内，无相分离现象，重复性好，性能稳定，可长期使用。
3、添加剂种类少，所占含量比例小，避免了添加剂过多而相互影响的问题，保证了相变蓄热材料具有较好的稳定性。
4、该材料无毒、无腐蚀、制备方法简单、生产便利，该相变蓄热材料在熔融后成均匀的液体状态，易于封装。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合表1中所示实施例型号相变蓄热材料地制备步骤作进一步说明。                                  表1
  材料型号   相变温度(℃)   配方组成   含量百分比(％)
LZY-1 94±1℃   硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2·12H2O] 91
  氟化钙[CaF2]   1.6
  碳[C]   0.4
  去离子水[H2O]   7
  LZY-2 94±1℃   硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2·12H2O]   89.9
  氟化钙[CaF2]   1.7
  碳[C]   0.4
  去离子水[H2O]   8
上述配方的制备方法如下：
按配料组份，先将主料硫酸铝铵放于90～100℃设备中加热熔融，待完全熔化后加入常温下混合均匀的添加剂氟化钙和碳粉，并搅拌均匀，然后加入添加剂去离子水继续均匀搅拌，在搅拌过程中再将上述混合物重新加热升温使其充分混合均匀成流体状，最后灌入容器中进行封装。
生产过程中应注意以下事项：(1)上述各化学组分在库存时需密封保存，特别是硫酸铝铵常温下暴露于空气中易与二氧化碳发生化学反应，影响使用性能。本发明所选用的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，形状选择是球形、长方体或立方体，但不论采用哪种封装方式，都应保证其与外界的密封性。(3)加入添加剂前，应使硫酸铝铵充分熔化，可将硫酸铝铵加热至稍高于相变温度再加入添加剂。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
依照上述配方及工艺制出的相变蓄热材料呈黑色。此材料相变潜热大(大于250kJ/kg)，相变温度在93-95℃之间。上述相变蓄热材料经反复试验，性能稳定，过冷度均小于4℃，并且未出现相分离。上述配方添加剂所占质量百分比小，对主料蓄热能力的影响很小，所以很好地保持了硫酸铝铵原有的相变蓄热能力。

Claims (2)

1.一种低温相变蓄热材料，其组成为：
作为添加剂的氟化钙，其在相变蓄热材料中的含量为1.5～9％；
作为添加剂的碳，其在相变蓄热材料中的含量为0.3～0.5％；
作为添加剂的去离子水，其在相变蓄热材料中的含量为6～12％；
余下的为主料硫酸铝铵。
2.根据权利要求1所述的一种低温蓄热材料，其特征在于组成低温相变蓄热材料的主料硫酸铝铵，添加剂氟化钙、碳、去离子水的制备方法是：按配料组份，先将主料硫酸铝铵放于90～100℃设备中加热熔融，待完全熔化后加入常温下混合均匀的添加剂氟化钙和碳粉，并搅拌均匀，然后加入添加剂去离子水继续均匀搅拌，在均匀搅拌中再将上述混合物重新加热升温，使其充分混合均匀成流体状，最后灌入容器中进行封袋。
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