專利名稱：一種三水醋酸鈉相變蓄能材料組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相變蓄能材料組合物，具有56 58°C的相變溫度，過冷度小于 3°C，該相變蓄能材料的相變潛熱值可以達(dá)到220kJ/kg以上，同一般有機(jī)相變材料相比，儲(chǔ)熱密度較高，具有極佳的溫度調(diào)節(jié)能力。通過配方優(yōu)化，使得該組合物具有極高的相變穩(wěn)定性，冷熱循環(huán)試驗(yàn)超過3000次。按照本發(fā)明所得到的相變蓄能材料組合物，可以用于太陽能蓄熱、余熱回收、特定環(huán)境溫度調(diào)節(jié)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在能量轉(zhuǎn)換和利用的過程中，常常存在供求之間在時(shí)間和空間上不能有效匹配的矛盾，如電力負(fù)荷因用電造成的峰谷差，太陽能、風(fēng)能和海洋能供應(yīng)的間歇性等。相變蓄能材料本身不產(chǎn)生能量，但作為能量的優(yōu)良載體，通過特定條件下的能量釋放和轉(zhuǎn)存，從而能夠有效緩解能量供求上的矛盾。相變材料的蓄能作用機(jī)理是在物質(zhì)發(fā)生相轉(zhuǎn)變時(shí)，伴隨著能量的吸收或釋放，因此可在一定溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)周圍環(huán)境溫度，起到溫度“緩沖器”的作用。相變蓄能材料按照主要相變物質(zhì)的組成，相變蓄能材料可分為有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料兩大類。通常情況下，大多數(shù)相變物質(zhì)都會(huì)存在過冷度，即溫度達(dá)到相變溫度時(shí)不發(fā)生結(jié)晶，實(shí)際結(jié)晶溫度與相變溫度存在差值。從結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的角度來看，過冷度是相變物質(zhì)發(fā)生結(jié)晶的必要條件， 但從實(shí)際應(yīng)用的角度，過冷度過大會(huì)造成相變潛熱不能及時(shí)有效的發(fā)揮作用；因此過冷度是衡量相變材料質(zhì)量的重要指標(biāo)。三水醋酸鈉是一種比較理想的中低溫?zé)o機(jī)水合鹽相變材料，其理論相變溫度為 58°C，相變潛熱值可達(dá)到^^J/kg，但是其缺點(diǎn)也較為明顯一是過冷度比較大，在未加成核的情況下過冷度可以大于30°C，即使冷卻至常溫也不能使其結(jié)晶，這樣大的過冷度嚴(yán)重影響了其潛熱的釋放；二是其分層問題，由于醋酸鈉在60°C時(shí)在水中的溶解度約為139g，因此三水醋酸鈉發(fā)生相變時(shí)，約有8%左右的醋酸鈉不能溶于其結(jié)晶水中，此時(shí)液相為醋酸鈉的飽和溶液，不溶的醋酸鈉就會(huì)沉降到溶液的底部，試驗(yàn)結(jié)果表明，溶液的不均勻性將會(huì)導(dǎo)致體系的相變潛熱在反復(fù)相變過程中急劇衰減， 嚴(yán)重影響使用性能。目前減小過冷度的方法主要有⑴冷指法；(2)添加成核劑；(3)機(jī)械法。其中第一種方法是通過預(yù)留一部分固態(tài)結(jié)晶水合物作為相變凝結(jié)核，在需要發(fā)生相變時(shí)加入，用以引發(fā)相變過程，從而釋放潛熱。這種方法能有效的解決過冷問題，但其缺點(diǎn)是使用不方便，相變過程不能自發(fā)進(jìn)行，每次都需要人工操作。第二種方法是通過添加成核劑來降低過冷度，成核劑的篩選是一個(gè)復(fù)雜的過程， 主要方法有“科學(xué)法”和“愛迪生法”?！翱茖W(xué)法”是從大量的晶體數(shù)據(jù)表中挑選同構(gòu)或同型的材料作為待定的成核劑，然后通過試驗(yàn)篩選合適的添加量測試其成核效果?！皭鄣仙ā?主要靠直覺，通過對(duì)大量的材料進(jìn)行測試來尋找成核劑，許多有效的成核劑在結(jié)構(gòu)上與相變材料并沒有明顯的相符之處，具有成核效能的原因還找不到合乎邏輯的解釋。試驗(yàn)結(jié)果表明，有時(shí)候單一的成核劑也無法勝任持續(xù)相變的功能，成核劑復(fù)配可以使其能夠在反復(fù)相變過程中保持成核活性。第三種方法是通過機(jī)械方式在需要醋酸鈉釋放熱量時(shí)提供結(jié)晶所需的能量，瞬間激發(fā)成核反應(yīng)。比較典型的例子是目前市售的暖手熱寶，先通過加熱的方式將三水醋酸鈉熔化，將熱量儲(chǔ)存在醋酸鈉水溶液中，在需要熱量時(shí)按動(dòng)內(nèi)置的金屬片，利用金屬片的彈性勢能激發(fā)醋酸鈉的成核反應(yīng)，發(fā)生連鎖相變的同時(shí)釋放出大量的熱，熱寶表面的溫度最高可以達(dá)到58°C，從而達(dá)到保溫取暖的目的。這種方法的缺點(diǎn)與第一種方法類似，每次相變過程都需要手動(dòng)操作，不適用于溫度變化頻繁、要求響應(yīng)及時(shí)的場合。針對(duì)相變蓄能材料固-液分層的問題，添加增稠劑是通常所采用的做法。醋酸鈉性能介于無機(jī)鹽和有機(jī)酸鹽之間，試驗(yàn)表明，單一的增稠劑并不能從根本上解決分層析出問題，經(jīng)過數(shù)百次冷熱循環(huán)試驗(yàn)考察后，相變潛熱值衰減可達(dá)到40 50%，約有一半的醋酸鈉不能持續(xù)參與相變過程。本發(fā)明公布了一種三水醋酸鈉相變蓄能材料組合物，其相變溫度為56 58°C，通過成核劑技術(shù)的改進(jìn)，使其過冷度小于3°C，同時(shí)，采用增稠分散劑的復(fù)配，很好的解決了相變分層問題，使該相變材料組合物具有較為穩(wěn)定的相變性能，通過3000次冷熱循環(huán)試驗(yàn)測試，延長了相變材料的使用壽命，具有普遍應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種性能可靠的相變蓄能材料，相變溫度為56 58°C， 相變潛熱值大于220kJ/kg。通過成核劑和增稠分散劑的復(fù)配技術(shù)，很好的解決了過冷和分層析出問題。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種相變蓄能材料的組合物，主要成分包括CH3COONa · 3H20、成核劑、增稠分散劑。其中成核劑的主要作用是降低醋酸鈉和水反應(yīng)生成CH3COONa · 3H20的過冷度。 在本發(fā)明中，成核劑主要是Na2SO4 · IOH2O和CaSO4的組合物，其中Na2SO4 · IOH2O加劑量占 CH3COONa · 3H20的質(zhì)量百分比為2 5%，優(yōu)選3 4%，CaSO4占CH3COONa · 3H20的質(zhì)量百分比為4 8%，優(yōu)選4 6%。增稠分散劑是為了增大相變體系的黏稠度，并通過表面活性劑改善相表面張力， 增強(qiáng)分散性，避免不溶的醋酸鈉沉降到相變體系底部。本發(fā)明中增稠分散劑主要是羧甲基纖維素(CMC)、聚丙烯酸鈉、乙撐基雙(烷基二羥乙基氯化銨)組成的混合物。為保持適宜的黏稠度，羧甲基纖維素選擇2%水溶液動(dòng)力粘度大于IOOOmPa · s的類型，添加量占 CH3COONa ·3Η20質(zhì)量百分比為1 3%，選擇分子量為IO4 IO6的聚丙烯酸鈉，其加劑量占 CH3COONa · 3Η20質(zhì)量百分比為0. 05 0. 5%，乙撐基雙(烷基二羥乙基氯化銨)中的烷基選擇碳數(shù)為12 18，加劑量占CH3COONa · 3Η20質(zhì)量百分比為0. 01 0. 1%。對(duì)本發(fā)明所提供的相變蓄能材料組合物按照T-history試驗(yàn)方法(相變材料通用試驗(yàn)方法，即溫度隨時(shí)間變化的曲線)進(jìn)行了相變溫度、過冷度以及相變潛熱值進(jìn)行了測定，冷卻環(huán)境為50°C恒溫水浴。同時(shí)，針對(duì)相變穩(wěn)定性進(jìn)行了冷熱循環(huán)試驗(yàn)測試(試驗(yàn)條件高溫70°C，低溫50°C )，通過試驗(yàn)后樣品的潛熱值衰減情況來判定體系的相變穩(wěn)定性。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過以下具體實(shí)施例更詳細(xì)的描述本發(fā)明，可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的了解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實(shí)施例1將MOg水加熱至60 70°C，在攪拌條件下加入820g無水醋酸鈉，保持體系溫度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 27. 2g、CaS0468g、羧甲基纖維素13. 6g、聚丙烯酸鈉0. 68g、乙撐雙(十二烷基二羥乙基氯化銨)0. 14g，待混合均勻后，測試其相變溫度為 57. 6°C，過冷度為2. 5°C，相變潛熱值為253kJ/kg。3000次冷熱循環(huán)試驗(yàn)后相變體系未出現(xiàn)明顯的固液分層現(xiàn)象。實(shí)施例2將Mkg水加熱至60 70°C，在攪拌條件下加入82kg無水醋酸鈉，保持體系溫度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 4. 76g、CaS048. 16kg、羧甲基纖維素4. 08kg、聚丙烯酸鈉 136g、乙撐雙(十八烷基二羥乙基氯化銨)68g，待混合均勻后，測試其相變溫度為56. 9
過冷度為2. 1°C，相變潛熱值為M8. ^ij/kg。3000次冷熱循環(huán)試驗(yàn)后相變體系未出現(xiàn)明顯的固液分層現(xiàn)象。實(shí)施例3將1. 08kg水加熱至60 70°C，在攪拌條件下加入1. 64kg無水醋酸鈉，保持體系溫度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 136g、CaS04108 . 8g、羧甲基纖維素40. Sg、聚丙烯酸鈉8. 16g、乙撐雙(十六烷基二羥乙基氯化銨)2. 18g，待混合均勻后，測試其相變溫度為 57. 8°C，過冷度為1. 9°C，相變潛熱值為243kJ/kg。3000次冷熱循環(huán)試驗(yàn)后相變體系未出現(xiàn)明顯的固液分層現(xiàn)象。實(shí)施例4將2. 43kg水加熱至60 70°C，在攪拌條件下加入3. 69kg無水醋酸鈉，保持體系溫度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 244. 8g、CaS04489. 6g、羧甲基纖維素122. 4g、聚丙烯酸鈉30. 6g、乙撐雙(十八烷基二羥乙基氯化銨)6. 12g，待混合均勻后，測試其相變溫度為56. 5°C，過冷度為1. 4°C，相變潛熱值為239. ^cj/kg。3000次冷熱循環(huán)試驗(yàn)后相變體系未出現(xiàn)明顯的固液分層現(xiàn)象。對(duì)比例1將MOg水加熱至60 70°C，在攪拌條件下加入820g無水醋酸鈉，保持體系溫度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O ^g、聚丙烯酸鈉0. 8g，待混合均勻后，測試其相變溫度為57°C，過冷度為5°C，相變潛熱值為M3. ^J/kg。100次冷熱循環(huán)試驗(yàn)后相變體系即出現(xiàn)明顯的固液分層現(xiàn)象。對(duì)比例2將MOg水加熱至60 70°C，在攪拌條件下加入820g無水醋酸鈉，保持體系溫度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 28. 5g、CaS0465. 6g、羧甲基纖維素15g，待混合均勻后， 測試其相變溫度為57. 3°C，過冷度為2. 1°C，相變潛熱值為253kJ/kg。500次冷熱循環(huán)試驗(yàn)后相變體系即出現(xiàn)了較為明顯的固液分層現(xiàn)象。通過上述實(shí)施例1 4，本發(fā)明所加入的成核劑可以有效的降低CH3COONa ·3Η20的過冷度(小于3°C )，而增稠分散劑混合物能夠明顯提高相變蓄能材料的穩(wěn)定性，3000次以上的冷熱循環(huán)試驗(yàn)后未出現(xiàn)明顯分層析出現(xiàn)象。對(duì)比例1中只添加單一成核劑和常規(guī)耐鹽增稠劑，結(jié)果表明其過冷度相對(duì)較高，且易分層，雖然在對(duì)比例2中也使用了復(fù)配增稠劑， 但體系的穩(wěn)定性問題仍然沒有得以根本解決。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍，所以凡依本發(fā)明所述范圍的特征原料、特征步驟以及配方等同的變化，均應(yīng)包括在本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明所述相變蓄能材料組合物，其特征在于含有CH3COONa·3H20、成核劑、增稠分 散劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，特征在于其成核劑是Na2SO4.10H2O和CaSO4的組合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的成核劑組合物，其特征在于各組分加劑量占CH3COONa· 3H20 質(zhì)量百分比為Na2SO4·10H2O 2 5% CaSO44 8%
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，增稠分散劑含有羧甲基纖維素(CMC)、 聚丙烯酸鈉、乙撐基雙(烷基二羥乙基氯化銨)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增稠分散劑所含有的羧甲基纖維素(CMC)，其特征為2%水溶液動(dòng)力粘度大于1000mPa·S。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增稠分散劑所含有的聚丙烯酸鈉，其特征為分子量104 106。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增稠分散劑所含有的乙撐基雙(烷基二羥乙基氯化銨分子結(jié)構(gòu)式如下
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增稠分散劑，其特征在于各組分加劑量占CH3COONa · 3H20的質(zhì)量百分比為羧甲基纖維素(CMC)1 3%聚丙烯酸鈉0.05 0.5%乙撐基雙(烷基二羥乙基氯化銨)0. 01 0.
全文摘要
本發(fā)明公布了一種三水醋酸鈉相變蓄能材料組合物，該組合物主要由三水醋酸鈉、成核劑、增稠劑等組成，其相變溫度為56～58℃，過冷度小于3℃，相變潛熱大于220kJ/kg。通過冷熱循環(huán)3000次試驗(yàn)檢驗(yàn)，該組合物具有極佳的相變穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)C09K5/06GK102212340SQ201110088699
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者萬福新, 劉佳, 李剛, 杜守琴, 王金波, 袁雪飛 申請(qǐng)人:北京京潤寶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司