一種用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料，由80～85％的三水醋酸鈉，5～8％的成核劑，7～15％的定型載體組成，其中所述成核劑為乙醇和氟酸鉀鹽的混合物，所述定型載體為膨脹石墨。其可以解決以三水醋酸鈉作為太陽能蓄熱材料所存在的過冷度和相分離問題。本發(fā)明的相變材料不僅利用氟酸鉀鹽進(jìn)行晶型成核，同時(shí)也利用乙醇與相變材料接觸時(shí)所形成的相界面的表面張力進(jìn)行快速的成核。這兩種成核方式的結(jié)合，起到了相互誘導(dǎo)的作用，避免在實(shí)際使用中由于瞬時(shí)溫度過高所導(dǎo)致的單一成核方式的失效。
【專利說明】
一種用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及相變儲(chǔ)能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]太陽能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，各國(guó)都在為太陽能的有效利用以及應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬做更多的研究。在日常生活中，多采用真空集熱管將熱量?jī)?chǔ)存在水箱中，以便白天或晚上使用。然而，這種真空管式的太陽能熱水器具有結(jié)垢，出水溫度不恒定，頂水換熱水質(zhì)不新鮮等缺點(diǎn)。而相變儲(chǔ)能材料的應(yīng)用正好能夠填補(bǔ)傳統(tǒng)太陽能熱水器的弊端，不但能夠抑制溫度過高所帶來的結(jié)垢，而且具有儲(chǔ)熱密度大，二次換熱，出水恒溫等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]三水醋酸鈉由于具備合適的溫度點(diǎn)(58°C)，且熱焓值高、阻燃性好、無毒無腐蝕、 廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)被大量的研究報(bào)道。然而，三水醋酸鈉本身也存在相分離、過冷度大、壽命衰減，實(shí)際應(yīng)用導(dǎo)熱差等問題。
[0004]對(duì)于過冷度的解決，多選擇加入成核劑進(jìn)行解決。例如:美國(guó)專利US440287中公布了以三水醋酸鈉作為主原料，以無水醋酸鈉和磷酸三鈉，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鈉，硼砂，草酸鈉、脂肪酸鈉鹽中的一種進(jìn)行混合后作為成核劑。專利CN200610039026公布了以八水合氫氧化鋇、醋酸鋅、硼砂的混合物作為三水醋酸鈉的成核劑。專利CN201210037753公布了一種無機(jī)相變儲(chǔ)能材料，其中有以三水醋酸鈉作為基材，成核劑為碳酸鈣、碳酸鍶、碳酸鎂、碳酸鋇等碳酸鹽中的一種或幾種的混合。李晶等(工程熱物理學(xué)報(bào)，2006,27,817-819.)報(bào)道了利用十水碳酸鈉、十二水磷酸三鈉，焦磷酸鈉，十二水磷酸氫二鈉，十水硫酸鈉，硫酸鉀， 硅酸鈉，無水硫代硫酸鈉作為成核劑的篩選材料。
[0005]成核劑的選擇不僅要關(guān)注其成核能力的問題，而且也要關(guān)注成核劑本身在實(shí)際應(yīng)用體系中的失效問題。例如:王智平等(材料導(dǎo)報(bào)，2010,24,60-64.)提到了焦磷酸鈉的上限加熱溫度如果超過75°C，將會(huì)導(dǎo)致成核劑失效。徐建霞(廣東工業(yè)大學(xué)MS，2008)報(bào)道了在80 °C的上限加熱溫度，200次循環(huán)后，焦磷酸鈉、硫酸鍶溴化鈉，無水碳酸鈉，無水硫酸鈉失去成核作用。在實(shí)際結(jié)合太陽能的儲(chǔ)熱過程中，難以避免溫度短暫的過高，這就需要成核劑不僅具備良好的成核能力，還要具有耐高溫的特性，以便能夠進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。
[0006]對(duì)于相分離的解決多采取添加天然高分子和合成高分子聚合物材料為增稠劑。例如:阮德水等人(華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)，1987，21,393-396.)采用CMC，海藻酸鈉，凹凸棒土，聚丙烯酰胺，聚丙烯酸鈉，聚丙烯酸銨作為三水醋酸鈉的增稠劑進(jìn)行了篩選。徐建霞(廣東工業(yè)大學(xué)MS，2008)報(bào)道了用聚乙烯醇、蔗糖、聚丙烯酰胺、阿拉伯樹膠、丙酮、液體石蠟、水玻璃、十二烷基苯磺酸鈉，明膠，CMC作為增稠劑進(jìn)行了研究。
[0007]增稠劑的加入不僅降低了體系的傳熱和焓值，而且隨著循環(huán)次數(shù)的增加，也會(huì)導(dǎo)致體系逐漸的惡化，儲(chǔ)熱能力迅速下降。例如:Takahiro Wada等(Solar Energy，1984，33， 373-375.)報(bào)道了聚乙烯醇作為增稠劑時(shí)，體系的首次熱焓值為254J/g，在30次循環(huán)后 200J/g，400次后為I^OJ/gaLuisa F.Cabeza等(Appllied Thermal Engineering,2003,23，1697-1704.)報(bào)道了以CMC為增稠劑時(shí)，如果加熱溫度高于65°C，則體系也會(huì)出現(xiàn)相分離。同時(shí)，由于增稠劑的加入，體系的焓值下降了20?30%。如何能夠?qū)ふ页隹朔喾蛛x，又能提高導(dǎo)熱的方法是很重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種適用于太陽能蓄能材料的相變儲(chǔ)能材料，其可以解決以三水醋酸鈉作為太陽能蓄熱材料所存在的過冷度和相分離問題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]一種用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料，由80?85 %的三水醋酸鈉，5?8 %的成核劑，7?15%的定型載體組成，其中所述成核劑為乙醇和氟酸鉀鹽的混合物，所述定型載體為膨脹石墨。
[0011]所述成核劑中乙醇為80?90%，氟酸鉀鹽為10?20%。
[0012]所述氟酸鉀鹽包括氟硼酸鉀、氟硅酸鉀、氟鋁酸鉀。
[0013]所述定型載體優(yōu)選為100?300目的膨脹石墨。
[0014]本發(fā)明中，除另有說明的以外，所有百分比均為質(zhì)量比。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和取得的技術(shù)效果是:
[0016](I)不僅利用氟酸鉀鹽進(jìn)行晶型成核，同時(shí)也利用乙醇與相變材料接觸時(shí)所形成的相界面的表面張力進(jìn)行快速的成核。這兩種成核方式的結(jié)合，起到了相互誘導(dǎo)的作用，避免在實(shí)際使用中由于瞬時(shí)溫度過高所導(dǎo)致的單一成核方式的失效。
[0017](2)載體的加入首要目標(biāo)是抑制相分離的作用，由于加入后的體系粘度非常大，使得在溶解或結(jié)晶過程中由于密度差做造成的晶體沉積現(xiàn)象完全消除。
[0018](3)載體選擇了具備良好導(dǎo)熱性能的膨脹石墨，所以正好提高了熱傳導(dǎo)性，降低了應(yīng)用設(shè)計(jì)中換熱管道的數(shù)量。區(qū)別于多數(shù)報(bào)道中，加入少量導(dǎo)熱材料，而忽略了導(dǎo)熱的提高需要導(dǎo)熱材料形成接觸連續(xù)性的要求。
[0019](4)不添加額外的高分子類增稠劑，其總體熱焓值變化小，熱穩(wěn)定性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中空白測(cè)試的結(jié)果圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的相變材料測(cè)試結(jié)果圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的相變材料測(cè)試結(jié)果圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的相變材料測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為進(jìn)一步說明本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)施例具體說明:
[0025]實(shí)施例1
[0026]以800g的三水醋酸鈉作為主原料，于70°C加熱熔融后，加入80g的成核劑(64g的乙醇，16g的氟硼酸鉀)，攪拌后加入200g的300目的膨脹石墨，攪拌均勻后，冷卻得到相變材料為58.6°C，經(jīng)過5000次循環(huán)后，熱焓值為258.1J/g(見圖2)與空白測(cè)試結(jié)果264J/g(圖1)相比較，衰減2.2%。
[0027] 實(shí)施例2[〇〇28]以850g的三水醋酸鈉作為主原料，于70°C加熱熔融后，加入50g的成核劑(45g的乙醇，5g的氟硅酸鉀)，攪拌后加入70g的100目的膨脹石墨，攪拌均勻后，冷卻得到相變材料為 58.6°C，經(jīng)過5000次循環(huán)后，熱焓值為253.2J/g(見圖3)，與空白測(cè)試結(jié)果264J/g(圖1)相比較，衰減4 %。[〇〇29] 實(shí)施例3[〇〇3〇]以820g的三水醋酸鈉作為主原料，于70°C加熱熔融后，加入60g的成核劑(51g的乙醇，9g的氟鋁酸鉀)，攪拌后加入120g的200目的膨脹石墨，攪拌均勻后，冷卻得到相變材料為58.63°C，經(jīng)過5000次循環(huán)后，熱焓值為248.4J/g(見圖4)。與空白測(cè)試結(jié)果264J/g(圖1) 相比較，衰減5.9%。[〇〇31]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料，其特征在于:由80?85%的三水醋酸鈉，5?8%的成核劑，7?15%的定型載體組成，其中所述成核劑為乙醇和氟酸鉀鹽的混合物，所述定型載體為膨脹石墨。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料，其特征在于:所述成核劑中乙醇為80?90%，氟酸鉀鹽為10?20%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料，其特征在于:所述氟酸鉀鹽包括氟硼酸鉀、氟硅酸鉀、氟鋁酸鉀。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于太陽能蓄熱的相變儲(chǔ)能材料，其特征在于:所述定型載體為100?300目的膨脹石墨。
【文檔編號(hào)】C09K5/06GK105950120SQ201610437361
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】杜兔平, 李智威, 賈蓉蓉, 崔宇飛
【申請(qǐng)人】北京宇田相變儲(chǔ)能科技有限公司