一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及節(jié)能環(huán)保材料領域，尤其指一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]相變材料是一種具有較高的相變潛熱和較長的充放熱循環(huán)壽命的材料。利用相變材料在相變過程吸收或釋放大量熱量的特性，可以實現(xiàn)控溫和儲能目的。這在航天設備控溫、余熱回收、建筑物調溫等領域有重要應用。特別是隨著能源的來源和應用方式越來越具有分布式的特征，相變材料對解決能量供需在空間和時間上的不匹配上的作用越來越引起人們的重視。
[0003]在中低溫控溫領域，無機水合鹽相變材料是一種備受關注的相變材料。相比于有機相變材料，它們具有導熱系數(shù)(約0.5ff/m*°C )高、體積儲能密度(約450kJ/L)大、無毒、不易燃等優(yōu)點。且其成本低廉、制備簡單。它們在太陽能利用、余熱回收及建筑物、電子設備和人體等的降溫和控溫等領域具有應用潛力。然而，由于其相變過冷度往往較大(如十水硫酸鈉的過冷度為約10°C )，單純的無機水合鹽相變材料的控溫效果具有極大滯后性，難以滿足大多數(shù)場合的實際需求。同時，在無機水合鹽融化變成無機鹽的水溶液的過程中，由于無機鹽不能完全溶解于其結晶水中而沉降至容器底部，導致在結晶過程中部分無機鹽不能與水結合形成水合鹽。這種相變過程的不可逆性導致了這些材料有效成分隨著相變循環(huán)次數(shù)增加而不斷減少，因而材料實際性能和壽命均較低。
[0004]通常，人們通過引入成核劑來降低無機水合鹽的結晶反應活化能，從而降低其過冷度。同時，進一步利用增稠劑增加體系融化后的粘度以保證不能溶解的固體顆粒(如硫酸鈉等)具有良好分散性。這些增稠劑主要為可通過凝膠反應形成空間網(wǎng)絡結構的有機物，如羧甲基纖維素鈉、淀粉等。然而，由于涉及到微觀層面的化學反應，這種空間網(wǎng)絡結構的穩(wěn)定性和這些增稠劑的實際效果嚴重依賴于對增稠劑濃度、體系溫度和PH等的精確調控，其作用具有不易重復性，工藝過程具有一定的復雜性。
[0005]本發(fā)明公布了一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲能材料。通過選擇合適的成核劑，這種材料的過冷度小于0.5°C。同時，開發(fā)了新穎的防相分離方法，通過采用穩(wěn)定的低密度多孔材料作為防相分離劑，大大提高了體系的循環(huán)壽命。該方法穩(wěn)定可靠，工藝簡單，適合大規(guī)模生產。所開發(fā)的相變材料的相變溫度為20_30°C，適用于建筑物控溫、余熱回收、人體降溫和電子設備降溫等領域。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種相變溫度為20-30°C，適用于建筑物控溫、余熱回收、人體降溫和電子設備降溫等領域的穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料，其特征在于，包括以下質量百分比的組成:
[0008]無機儲能材料 80-95% ；
[0009]成核劑0.25-10%;
[0010]物理防相分離劑1_10%。
[0011]所述的無機儲能材料為十水硫酸鈉、六水氯化鈣、十水碳酸鈉和十二水磷酸二氫鈉的一種或共晶鹽。
[0012]所述的成核劑為六偏磷酸鈉、十水硅酸鈉、焦磷酸鈉和硼砂中的至少一種或其組合物。
[0013]所述的物理防相分離劑為具有開孔結構的低密度多孔材料或絮狀材料。
[0014]所述的物理防相分離劑包括石棉、陶瓷棉、玻璃棉、礦渣棉、巖棉、無紡布、棉花、多孔石墨、蠶絲棉、海綿中的一種或幾種。
[0015]上述穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:將無機儲能材料、成核劑按比例加入水中，并在40-60°C水浴環(huán)境中攪拌，直至形成均勻透明溶液；再將防相分離劑加入此溶液中，攪拌均勻即可。
[0016]在本發(fā)明中，成核劑可以降低無機鹽和水的結晶反應活化能，從而可將相變材料的過冷度降到0.50C以下。具有開孔結構的物理防相分離劑可以在水中形成穩(wěn)定、開放的空間多孔結構，有效阻止了相變材料熔融后未溶解的固體顆粒(如硫酸鈉)的沉降、聚集和長大，保證了材料相變的可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性。且該多孔結構為防相分離劑的固有結構，它對體系的pH、溫度和濃度等條件不敏感，無需精確控制工藝條件，因此，其適應性廣，也方便用于大規(guī)模生產。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0018](I)本發(fā)明提供的相變儲能材料相變溫度為20-30°C，過冷度小于0.50C，相變潛熱達150kJ/kg，充放熱循環(huán)500次以上幾乎無熱性能衰減。
[0019](2)本發(fā)明提供的物理防相分離劑穩(wěn)定可靠，使用簡單，適應性廣泛，適合大規(guī)模生產。
[0020](3)本發(fā)明提供的相變材料無毒、不易燃，適用于人體降溫用冰袋、建筑物加熱或控溫、電子設備降溫等領域。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023]實施例1
[0024]將15g的十水硫酸鈉和0.812g的硼砂混合后水浴加熱至40°C，得到熔融混合物；將此混合物攪拌均勻，再向其中加入0.855g的破碎好的滌綸無紡布，使混合物充分浸漬到滌綸中，并持續(xù)劇烈攪拌至混合物無明顯分層現(xiàn)象，即得到了產品。該產品相變溫度為30°C，潛熱為190kJ/Kg，已循環(huán)500次無性能衰減，預期循環(huán)壽命可達數(shù)千次。
[0025]實施例2
[0026]將15g的六水氯化鈣和0.812g的六偏磷酸鈉混合后水浴加熱至40°C，得到熔融混合物；將此混合物攪拌均勻，再向其中加入0.855g的破碎好的巖棉，使混合物充分浸漬到巖棉中，并持續(xù)劇烈攪拌至混合物無明顯分層現(xiàn)象，即得到了產品。該產品相變溫度為25°C，潛熱為150kJ/Kg，已循環(huán)500次無性能衰減，預期循環(huán)壽命可達數(shù)千次。
[0027]實施例3
[0028]如圖1所示，將無機儲能材料即無機水合鹽十水硫酸鈉80mg、成核劑六偏磷酸鈉1mg按比例加入水中，并在40-60°C水浴環(huán)境中攪拌，直至形成均勻熔融混合物；再將防相分離劑巖棉1mg加入此溶液中，攪拌均勻即得相變材料。該產品相變溫度為200C，過冷度小于0.5°C，潛熱為160kJ/Kg，已循環(huán)500次無性能衰減，預期循環(huán)壽命可達數(shù)千次。
[0029]實施例4
[0030]將無機儲能材料即無機水合鹽十水碳酸鈉95mg、成核劑焦磷酸鈉0.25mg按比例加入水中，并在40-60°C水浴環(huán)境中攪拌，直至形成均勻熔融混合物；再將防相分離劑巖棉4.75mg加入此溶液中，攪拌均勻即得相變材料。該產品相變溫度為23°C，過冷度小于0.5°C，潛熱為170kJ/Kg，已循環(huán)500次無性能衰減，預期循環(huán)壽命可達數(shù)千次。
[0031]實施例5
[0032]將無機儲能材料即無機水合鹽六水氯化|丐89mg、成核劑十水娃酸鈉1mg按比例加入水中，并在40_60°C水浴環(huán)境中攪拌，直至形成均勻熔融混合物；再將防相分離劑巖棉Img加入此溶液中，攪拌均勻即得相變材料。該產品相變溫度為280C，過冷度小于0.5°C，潛熱為150kJ/Kg，已循環(huán)500次無性能衰減，預期循環(huán)壽命可達數(shù)千次。
[0033]相對于其他純化學相變材料而言，在本發(fā)明中，最主要的特點是采用物理防相分離劑，具有開孔結構的物理防相分離劑可以在水中形成穩(wěn)定、開放的空間多孔結構，有效阻止了相變材料熔融后未溶解的固體顆粒(如硫酸鈉)的沉降、聚集和長大，保證了材料相變的可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性。且該多孔結構為防相分離劑的固有結構，它對體系的pH、溫度和濃度等條件不敏感，無需精確控制工藝條件，因此，其適應性廣，也方便用于大規(guī)模生產。
[0034]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料，其特征在于，包括以下質量百分比的組成: 無機儲能材料 80-95% ; 成核劑0.25-10%; 物理防相分離劑1_10%。2.根據(jù)權利要求1所述的一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料，其特征在于，所述的無機儲能材料為十水硫酸鈉、六水氯化鈣、十水碳酸鈉和十二水磷酸二氫鈉的一種或共晶鹽。3.根據(jù)權利要求1所述的一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料，其特征在于，所述的成核劑為六偏磷酸鈉、十水硅酸鈉、焦磷酸鈉和硼砂中的至少一種或其組合物。4.根據(jù)權利要求1所述的一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料，其特征在于，所述的物理防相分離劑為具有開孔結構的低密度多孔材料或絮狀材料。5.根據(jù)權利要求4所述的一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料，其特征在于，所述的物理防相分離劑包括石棉、陶瓷棉、玻璃棉、礦渣棉、巖棉、無紡布、棉花、多孔石墨、蠶絲棉、海綿中的一種或幾種。6.一種根據(jù)權利要求1所述的穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:將無機儲能材料、成核劑按比例加入水中，并在40-60°C水浴環(huán)境中攪拌，直至形成均勻透明溶液；再將防相分離劑加入此溶液中，攪拌均勻即可。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種穩(wěn)定的無機水合鹽基相變儲熱材料及其制備方法，包括以下質量百分比的組成：無機儲能材料80-95％；成核劑0.25-10％；物理防相分離劑1-10％。將無機儲能材料、成核劑按比例加入水中，并在40-60℃水浴環(huán)境中攪拌，直至形成均勻透明溶液；再將防相分離劑加入此溶液中，攪拌均勻即可。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過采用新型的物理防相分離劑改善無機水合鹽相變材料體系的循環(huán)穩(wěn)定性，材料經(jīng)過充放熱循環(huán)500次以上幾乎無熱性能衰減。該類防相分離劑使用簡單、適用性廣，適合用于大規(guī)模生產。
【IPC分類】C09K5/06
【公開號】CN105131910
【申請?zhí)枴緾N201510465227
【發(fā)明人】劉碩, 曹志華, 鄭輝, 王鋐
【申請人】江蘇啟能新能源材料有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月31日