一種復合相變儲能材料及其制備方法
【專利摘要】一種復合相變儲能材料及其制備方法，屬于功能材料【技術(shù)領域】。由相變儲能材料和支撐材料復合而成；相變儲能材料由棕櫚酸和硬脂酸經(jīng)熔融混合而成，其中棕櫚酸的質(zhì)量百分比為60～65％；支撐材料為膨脹石墨；相變儲能材料均勻吸附于膨脹石墨的孔隙中。復合相變儲能材料相變溫度為52～55℃，相變潛熱為160～170J/g，導熱系數(shù)為2.0～2.6W/m·K，其中脂肪酸低共熔混合物的質(zhì)量分數(shù)為90～93％。本發(fā)明提供的復合相變儲能材料，具有適宜的相變溫度，蓄熱密度大，導熱系數(shù)高，化學穩(wěn)定性好，應用于空調(diào)冷凝熱回收制備生活熱水系統(tǒng)中，能夠提高能源的利用效率。同時本發(fā)明提供的復合相變儲能材料的制備方法簡單有效、成本低廉。
【專利說明】一種復合相變儲能材料及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料【技術(shù)領域】，涉及復合相變儲能材料，尤其是一種脂肪酸低共熔混合物定形復合相變儲能材料及其制備方法，所述脂肪酸低共熔混合物定形復合相變儲能材料可用于空調(diào)冷凝熱的回收并用于生活熱水的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)能耗處于高速增長時期，另外制備衛(wèi)生熱水的能耗比例越來越大。隨著能源需求不斷增加，我國能源短缺問題日益突出，嚴重影響了我國經(jīng)濟的發(fā)展。目前能量的回收再利用以提高能源利用效率是解決能源短缺問題的有效途徑之一。利用相變蓄熱(儲能)材料的潛熱對空調(diào)冷凝熱進行回收并制取生活熱水是提高能源利用率的一條有效途徑?？照{(diào)冷凝熱回收用相變材料應具備合適的相變溫度、相變潛熱大、導熱性能強和熱穩(wěn)定性好，制備簡單等要求。生活熱水水溫要達到45°C以上，相變材料的相變溫度需在50~60°C范圍內(nèi)，且具有較高的相變潛熱和導熱系數(shù)，良好的熱穩(wěn)定性。脂肪酸類相變材料因其過冷度小、熱容量大、無毒、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點被廣泛應用于熱能儲存領域。然而其導熱系數(shù)較小、熔融態(tài)下容易泄漏的問題影響了其應用效果。膨脹石墨的質(zhì)輕、孔隙率大和導熱系數(shù)高使得其成為改善相變材料導熱性能和泄漏問題的首選定形材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高能源利用效率，回收空調(diào)冷凝熱以制備生活熱水，本發(fā)明提供了一種復合相變儲能材料及其制備方法。該復合相變儲能材料具有合適的相變溫度、蓄熱密度大(相變潛熱大)、導熱系數(shù)高、熱 穩(wěn)定性好，相變過程無泄漏等，且制備方法具有操作簡單、成本低廉。
[0004]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0005]一種復合相變儲能材料，由相變儲能材料和支撐材料復合而成；所述相變儲能材料是由棕櫚酸和硬脂酸經(jīng)熔融混合而成，其中棕櫚酸的質(zhì)量百分比為60~65%，硬脂酸的質(zhì)量百分比為35~40%;所述支撐材料為膨脹石墨；所述相變儲能材料均勻吸附于膨脹石墨的孔隙中。
[0006]進一步的，本發(fā)明提供的復合相變儲能材料中，所述相變儲能材料與膨脹石墨的質(zhì)量比為(9~13):1。
[0007]進一步的，本發(fā)明提供的復合相變儲能材料中，所述相變儲能材料的相變溫度為52~55°C，相變潛熱為175~185J/g ;所述復合相變儲能材料的相變溫度為52~55°C，相變潛熱為160~170J/g。
[0008]一種復合相變儲能材料的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0009]步驟1:按照棕櫚酸與硬脂酸的質(zhì)量比為(60~65): (35~40)的比例，將棕櫚酸與硬脂酸熔融共混，得到相變儲能材料。[0010]步驟2:將步驟I所得相變儲能材料與膨脹石墨以不低于(9~13):1的質(zhì)量比例進行混合，然后置于真空干燥箱中，在不低于所述相變儲能材料的相變溫度環(huán)境下，使得相變儲能材料充分吸附于膨脹石墨的孔隙中，得到初步的復合相變儲能材料；期間為使得相變儲能材料能夠均勻吸附于膨脹石墨的孔隙中，宜對相變儲能材料與膨脹石墨的混合物進行定時攪拌。
[0011]步驟3:將步驟所得初步的復合相變儲能材料靜置于65~70°C的烘箱2~3小時，使得過量吸附于膨脹石墨孔隙中的相變儲能材料從膨脹石墨孔隙中泄漏出來，最后除去泄漏出來的過量相變儲能材料，得到最終的復合相變儲能材料。
[0012]進一步的，步驟3中除去泄漏出來的過量相變儲能材料的具體方式為:采用其他吸附材料吸附從膨脹石墨孔隙中泄漏出來過量相變儲能材料。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明提供的復合相變儲能材料，具有適宜應用于空調(diào)冷凝熱回收制備生活熱水的相變溫度，蓄熱密度大(相變儲能材料的質(zhì)量百分比高達90~93%)，導熱系數(shù)高，化學穩(wěn)定性好。本發(fā)明提供的復合相變儲能材料，應用于空調(diào)冷凝熱回收制備生活熱水系統(tǒng)中，能夠提高能源的利用效率。膨脹石墨一方面提高了相變材料的導熱性能，一方面作為支撐材料起到定形阻止相變材料泄露的作用。同時本發(fā)明提供的復合相變儲能材料的制備方法簡單有效、成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明提供的復合相變儲能材料的制備工藝流程示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明所制備棕櫚酸-硬脂酸質(zhì)量比為62:38的脂肪酸低共熔混合物的差示掃描量熱儀測試曲 線。
[0016]圖3為本發(fā)明實施例3~5和比較例I~7的熱處理前的數(shù)碼照片。
[0017]圖4為本發(fā)明實施例3~5和比較例I~7的熱處理后的數(shù)碼照片。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明專利進一步說明。
[0019]本發(fā)明先以棕櫚酸、硬脂酸為原料，制備脂肪酸低共熔混合物。脂肪酸低共熔混合物是通過熔融共混方法制備的:質(zhì)量分數(shù)為60~65wt%的棕櫚酸與硬脂酸加熱熔化后均勻混合。附圖2為棕櫚酸-硬脂酸質(zhì)量比為62:38的脂肪酸低共熔混合物的差示掃描量熱儀測試曲線。
[0020]以所制備的脂肪酸低共熔混合物和膨脹石墨為原料，利用膨脹石墨吸附作用，通過真空吸附法制備了一系列質(zhì)量比為9:1，10:1，11:1，……，20:1的棕櫚酸-硬脂酸低共熔混合物/膨脹石墨復合材料。具體制備方式如下:
[0021]實施例1~5
[0022]稱取5份0.2g的膨脹石墨分別放置于小燒杯中。分別稱取1.8g，2.0g, 2.2g，2.4g和2.6g脂肪酸低共熔混合物放置于盛有膨脹石墨的小燒杯中。并將小燒杯放置于溫度為70°C左右的真空干燥箱中，真空吸附24h，每8h攪拌一次，以保證棕櫚酸-硬脂酸低共熔混合物在膨脹石墨孔隙中的均勻吸附。吸附完成后自然冷卻至室溫。
[0023]比較例I~7[0024]稱取7份0.2g的膨脹石墨分別放置于小燒杯中。分別稱取2.8g，3.0g, 3.2g，3.4g，
3.6g，3.8g和4.0g脂肪酸低共熔混合物放置于盛有膨脹石墨的小燒杯中。并將小燒杯放置于溫度為70°C左右的真空干燥箱中，真空吸附24h，每8h攪拌一次，以保證棕櫚酸-硬脂酸低共熔混合物在膨脹石墨孔隙中的均勻吸附。吸附完成后自然冷卻至室溫。
[0025]將所制備實施例3，4，5與比較例I~7脂肪酸低共熔混合物復合材料按照表1所示質(zhì)量和附圖3所示放置于劃分有網(wǎng)格的定性濾紙上，并進行熱處理:將置有實施例3，4，5和比較例I~7的濾紙放置于溫度為65~70°C的烘箱中靜置2~3小時，使得濾紙將從膨脹石墨中泄漏的多余相變材料充分吸附。熱處理后濾紙上棕櫚酸-硬脂酸低共熔混合的泄漏情況如附圖4所示，表1給出了實施例3，4，5和比較例I~7經(jīng)過熱處理后的剩余質(zhì)量及損失百分比。
[0026]綜合附圖2和表1可以發(fā)現(xiàn)當實施例3，4，5 (棕櫚酸-硬脂酸低共熔混合物與膨脹石墨的質(zhì)量比小于等于13:1)在經(jīng)過熱處理后并沒有在濾紙上形成油印，說明沒有熔融態(tài)脂肪酸低共熔混合物發(fā)生泄漏，說明具有良好的定形效果。而比較例I~7(棕櫚酸-硬脂酸低共熔混合物與膨脹石墨的質(zhì)量比大于13:1)在經(jīng)過熱處理后，熔融態(tài)脂肪酸低共熔混合物會發(fā)生泄漏而在濾紙上形成油印，且油印大小和損失百分比隨著脂肪酸低共熔混合物的質(zhì)量比的增加而增大，說明當脂肪酸低共熔混合物的含量大于93%時，定形效果不佳。
[0027]通過熱處理及定性濾紙吸附法，確定了脂肪酸低共熔混合物定形復合相變材料中具有潛熱儲存能力的脂肪酸低共熔混合物的含量高達90~93wt %。用差示掃描量熱儀測量脂肪酸低共熔混合物定形復合相變材料的相變溫度為:52~55°C，相變潛熱為160~170J/g。以瞬時法測得脂肪酸低共熔混合物定形復合相變材料的導熱系數(shù)為2.0~2.6W/m.K(棕櫚酸-硬脂酸低共熔混合物的為0.26ff/m.K)。通過加速冷熱循環(huán)法對脂肪酸低共熔混合物定形復合相變材料進行了 720次熱循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)其相變溫度僅降低0.10~
0.15°C，相變潛熱降低2.50~3.50%，對其應用沒有顯著影響。
[0028]表1實施例3~5和比較例I~7熱處理前后質(zhì)量及損失百分比
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種復合相變儲能材料，由相變儲能材料和支撐材料復合而成；所述相變儲能材料由棕櫚酸和硬脂酸經(jīng)熔融混合而成，其中棕櫚酸的質(zhì)量百分比為60~65%，硬脂酸的質(zhì)量百分比為35~40%;所述支撐材料為膨脹石墨；所述相變儲能材料均勻吸附于膨脹石墨的孔隙中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述復合相變儲能材料，其特征在于，所述相變儲能材料與膨脹石墨的質(zhì)量比為(9~13):1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述復合相變儲能材料，其特征在于，所述相變儲能材料的相變溫度為52~55°C，相變潛熱為175~185J/g ;所述復合相變儲能材料的相變溫度為52~55°C，相變潛熱為160~170J/g。
4.一種復合相變儲能材料的制備方法，包括以下步驟: 步驟1:按照棕櫚酸與硬脂酸的質(zhì)量比為(60~65): (35~40)的比例,將棕櫚酸與硬脂酸熔融共混，得到相變儲能材料； 步驟2:將步驟I所得相變儲能材料與膨脹石墨以不低于(9~13):1的質(zhì)量比例進行混合，然后置于真空干燥箱中，在不低于所述相變儲能材料的相變溫度環(huán)境下，使得相變儲能材料充分吸附于膨脹石墨的孔隙中，得到初步的復合相變儲能材料； 步驟3:將步驟所得初步的復合相變儲能材料靜置于65~70°C的烘箱2~3小時，使得過量吸附于膨脹石墨孔隙中的相變儲能材料從膨脹石墨孔隙中泄漏出來，最后除去泄漏出來的過量相變儲能材 料，得到最終的復合相變儲能材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復合相變儲能材料的制備方法，其特征在于，步驟2處理過程中為使得相變儲能材料能夠均勻吸附于膨脹石墨的孔隙中，對相變儲能材料與膨脹石墨的混合物進行定時攪拌。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復合相變儲能材料的制備方法，其特征在于，步驟3中除去泄漏出來的過量相變儲能材料的具體方式為:采用其他吸附材料吸附從膨脹石墨孔隙中泄漏出來過量相變儲能材料。
【文檔編號】C09K5/06GK103992772SQ201410220101
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】袁艷平, 張楠, 袁亞光, 曹曉玲, 余南陽 申請人:西南交通大學