專利名稱：一種相變蓄熱材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相變蓄熱材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
蓄熱可解決熱能供需之間在時(shí)間和空間上的不匹配所造成的浪費(fèi)，蓄熱技術(shù)已普遍應(yīng)用于空調(diào)、供熱等領(lǐng)域，隨著研究的深入，蓄熱材料也逐漸進(jìn)入生態(tài)建筑等新興領(lǐng)域。由于相變蓄熱材料同時(shí)利用物質(zhì)固有的熱容和物態(tài)變化的相變熱來蓄存熱能，因此具有較大的蓄熱密度，近年來這方面的研究和應(yīng)用發(fā)展迅猛。目前的相變蓄熱材料研究主要分為兩個(gè)方向有機(jī)相變蓄熱材料和無機(jī)相變蓄熱材料。有機(jī)相變蓄熱材料性能較穩(wěn)定，幾乎無過冷和相分離問題，但其缺點(diǎn)也十分明顯，即相變潛熱較低，且物質(zhì)密度較小，由此造成了有機(jī)相變蓄熱材料單位體積蓄熱量較小，特別是相對(duì)于現(xiàn)在正在發(fā)展的高溫水蓄熱技術(shù)，有機(jī)相變蓄熱材料在單位體積蓄熱量方面優(yōu)勢(shì)已不明顯。無機(jī)相變蓄熱材料具有較高的單位體積蓄熱量和良好的導(dǎo)熱性，其缺點(diǎn)為易產(chǎn)生過冷和相分離，如能通過添加劑解決過冷和相分離問題，則無機(jī)相變蓄熱材料具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，蓄熱相關(guān)產(chǎn)業(yè)也能因此得到發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員在這方面做了一些工作，開發(fā)出了一些相變蓄熱材料，有些已投入實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用，但仍存在很多問題如開發(fā)出的相變蓄熱材料相變溫度不適宜，造成用途過窄；性能不穩(wěn)定，特別是使用一段時(shí)間后出現(xiàn)相分離現(xiàn)象。我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際使用中，相變溫度在50～60℃之間的相變蓄熱材料用途最為廣泛。目前在此溫度范圍內(nèi)的只有馬慈光等人于2000年發(fā)明的一種相變溫度為57±1℃，蓄熱量為242kJ/kg的相變蓄熱材料，該蓄熱材料由主料醋酸鈉和添加劑磷酸鈉、碳酸鈉、活性白土組成。該發(fā)明具有不少可取之處，但也存在一些不足，突出表現(xiàn)在添加劑種類和所含比例偏高，由于添加劑一般不是相變蓄熱材料，或者即使是相變蓄熱材料，其相變溫度與主料的差別一般也較大，因此較高比例的添加劑勢(shì)必對(duì)相變蓄熱材料的蓄熱能力和過冷度產(chǎn)生不利影響。隨著材料科學(xué)的迅速發(fā)展，近幾年出現(xiàn)的新材科對(duì)提高相變蓄熱材料的性能又有了飛躍。在這種情況下，開發(fā)一種相變溫度適宜、相變潛熱大、過冷度小、長(zhǎng)期使用后無相分離現(xiàn)象、添加劑比例小的相變蓄熱材料尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種性能較好、價(jià)格較低、來源廣泛、無毒無危險(xiǎn)的無機(jī)相變蓄熱材料的組份及其制備方法，以提高相變蓄熱能力和解決上面所述的過冷和相分離問題。
本發(fā)明由主料結(jié)晶乙酸鈉，添加劑硼砂和聚丙烯酰胺組成。硼砂主要起防過冷作用，聚丙烯酰胺主要起防相分離作用。其中作為添加劑硼砂的含量百分比為1～3％，作為添加劑聚丙烯酰胺的含量百分比為0.5～2％，其余為主料結(jié)晶乙酸鈉。制備工藝為將上述各組份研磨混合均勻，加熱熔化后灌入容器中進(jìn)行封裝；或先將結(jié)晶乙酸鈉熔化后，再加入硼砂，攪拌均勻，然后加入聚丙烯酰胺，并攪拌均勻，最后灌入容器中進(jìn)行封裝。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是相變潛熱大(大于250kJ/kg)，若將顯熱也考慮在內(nèi)，實(shí)際蓄熱量將大大高于250kJ/kg，過冷度不超過2℃。該相變蓄熱材料在熔化狀態(tài)下呈膠狀液體，不僅可以避免相分離，更可以解決添加劑因密度與主料不同所造成的熔化后易析出分層現(xiàn)象(即相分離)。添加劑種類少，只需兩種添加劑就能使蓄熱材料達(dá)到較優(yōu)的性能，便于生產(chǎn)管理，并盡量避免了添加劑種類過多，使各物質(zhì)相互影響，從而降低了材料的穩(wěn)定性的問題。該相變蓄熱材料相變溫度適宜，因此用途十分廣泛，既可用于電鍋爐蓄熱，也可用于熱泵蓄熱，太陽能蓄熱等。特別是在熱泵及太陽能蓄熱方面，由于兩者溫度匹配情況較好，既能保證使用效果，節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)也得以很好體現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合表1中所示實(shí)施例的配方型號(hào)相變蓄熱材料的制備步驟作進(jìn)一步說明。
表1

上述配方型號(hào)的相變蓄熱材料的制備工藝采用以下兩種方式(1)將各組份研磨混合均勻，放于60～70℃設(shè)備中加熱熔化并攪拌均勻后灌入容器中進(jìn)行封裝；(2)先將結(jié)晶乙酸鈉放于60～70℃設(shè)備中加熱熔化后，再加入硼砂，攪拌均勻，然后加入聚丙烯酰胺，并攪拌均勻，最后灌入容器中進(jìn)行封裝。
制備過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)(1)上述各組份在庫存時(shí)需密封保存，特別是結(jié)晶乙酸鈉長(zhǎng)時(shí)間暴露于空氣中易風(fēng)化，影響使用性能。本發(fā)明所選用的三種材料在出廠時(shí)采用的包裝均能滿足密封要求，因此只要注意在運(yùn)輸過程中不損壞外包裝即可(2)封裝容器可采用塑料或金屬容器，形狀是球形，長(zhǎng)方體或立方體，但不論采用哪種封裝方式，都應(yīng)保證其與外界密封性。(3)若采用第一種生產(chǎn)工藝，溫度至少加熱至高于蓄熱材料的相變溫度5℃，然后才能進(jìn)行灌裝。若采用第二種生產(chǎn)工藝，加入添加劑前，應(yīng)使熔化狀態(tài)的結(jié)晶乙酸鈉的溫度至少高于其相變溫度8℃，因結(jié)晶乙酸鈉相變溫度約為58℃，故至少應(yīng)將結(jié)晶乙酸鈉加熱至66℃再加入添加劑。加入添加劑時(shí)，應(yīng)緩慢添加，并不斷攪拌，忌一次將所需添加劑全部加入。
依照上述兩種配方及工藝制出的相變蓄熱材料固態(tài)時(shí)呈白色，液態(tài)時(shí)呈透明的膠狀物。此材料相變潛熱大(大于250kJ/kg)，相變溫度在54～57℃之間。上述兩種相變蓄熱材料經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，性能穩(wěn)定，過冷度均小于1℃，并且未出現(xiàn)相分離。上述配方中添加劑所占含量百分比小，對(duì)主料蓄熱能力的影響很小，故很好地保持了結(jié)晶乙酸鈉原有的優(yōu)異的相變蓄熱能力。
權(quán)利要求
1.一種相變蓄熱材料，其組成為作為添加劑的硼砂，其在相變蓄熱材料中的含量為1～3％；作為添加劑的聚丙烯酰胺，其在相變蓄熱材料中的含量為0.5～2％；余下的為主料結(jié)晶乙酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種相變蓄熱材料，其特征在于組成相變蓄熱材料的主料結(jié)晶乙酸鈉、添加劑硼砂和聚乙烯酰胺，是通過研磨混合均勻，放入60～70℃設(shè)備中加熱熔化后灌入容器中進(jìn)行封裝；或者先將組成相變蓄熱材料的主料結(jié)晶乙酸鈉放入60～70℃設(shè)備中加熱熔化后，加入添加劑硼砂攪拌均勻，然后再加入添加劑聚丙烯酰胺，并攪拌均勻，最后灌入容器中進(jìn)行封裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種相變蓄熱材料，其特征在于封裝相變蓄熱材料的容器采用塑料或金屬容器，形狀是球形、長(zhǎng)方體或立方體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種相變蓄熱材料的組分及其制備方法。本發(fā)明由主料結(jié)晶乙酸鈉，添加劑硼砂和聚丙烯酰胺組成，其制備工藝為將上述各組分研磨混合均勻，加熱熔化后灌入容器中進(jìn)行封裝，或者先將結(jié)晶乙酸鈉熔化后，再加入硼砂，攪拌均勻，然后加入聚丙烯酰胺，并攪拌均勻，最后灌入容器中進(jìn)行封裝。本發(fā)明提出的相變蓄熱材料具有蓄熱量大，過冷度小，相變溫度適宜，長(zhǎng)期使用后無相分離現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09K5/06GK1944567SQ20061003102
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者章學(xué)來, 葛軼群, 劉劍寧 申請(qǐng)人:上海海事大學(xué)