本發(fā)明涉及相變材料,尤其涉及一種配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù):
1、本發(fā)明背景技術(shù)中公開的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解,而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。
2、新能源是在傳統(tǒng)能源之外開發(fā)的可再生能源,具有資源豐富、普遍具備可再生特性、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)勢(shì)。太陽能、風(fēng)能等新能源供應(yīng)呈現(xiàn)間斷性,波動(dòng)性大,不能保證持續(xù)性供能,能源無法得到有效利用和及時(shí)存儲(chǔ)。儲(chǔ)能控溫相變材料可以將外界環(huán)境中因溫度變化引起的熱量損失以潛熱形式儲(chǔ)存的新型綠色儲(chǔ)能材料,具有高儲(chǔ)能、低成本、環(huán)保無污等優(yōu)勢(shì),常與新能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套使用。
3、水合無機(jī)鹽類相變材料屬于固-液相變儲(chǔ)能材料,其價(jià)格便宜、與有機(jī)相變材料相比導(dǎo)熱系數(shù)大,在中低溫應(yīng)用場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。然而,現(xiàn)有的水合無機(jī)鹽類相變材料的相變點(diǎn)溫度范圍一般為15~45℃,有機(jī)類相變材料的相變點(diǎn)溫度范圍一般為200~300℃,無法精準(zhǔn)匹配以光熱儲(chǔ)能為代表的新能源所需的50~150℃儲(chǔ)能溫度范圍。通常,50℃為常溫水加熱所需的最低溫度,150℃為太陽能收集器系統(tǒng)可以提供的最高溫度,但現(xiàn)有的無機(jī)相變材料和有機(jī)相變材料均不易適配該溫度段的富余熱能,因此限制了其商用價(jià)值;單一的水合無機(jī)鹽類相變材料往往存在過冷和相分離現(xiàn)象,這將對(duì)新能源的儲(chǔ)能、放熱過程產(chǎn)生不良影響。加入成核劑、增稠劑等可以改善過冷和相分離現(xiàn)象,但同時(shí)又很可能會(huì)造成相變潛熱的降低。
4、發(fā)明人發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有技術(shù)中,相變溫度在75~85℃的低過冷、無相分離且相變潛熱大于200j/g的水合鹽儲(chǔ)能控溫相變材料很少報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此,本發(fā)明提供了一種配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料及其制備方法與應(yīng)用,本發(fā)明提供的儲(chǔ)能控溫相變材料具有非常低的過冷度,無相分離現(xiàn)象,且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高于200j/g的相變潛熱,能夠精準(zhǔn)匹配在中溫區(qū)域(75~85℃)新能源儲(chǔ)能的應(yīng)用,如余熱回收和太陽能儲(chǔ)熱等領(lǐng)域。
2、第一方面,本發(fā)明提供了一種配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料,按質(zhì)量百分比計(jì),包括92~97%的主相變材料和3~8%的相變調(diào)節(jié)劑;所述主相變材料選自十二水硫酸鋁鉀或十八水硫酸鋁中的一種,所述相變調(diào)節(jié)劑選自六水氯化鎂、硼砂、淀粉、羧甲基纖維素鈉中的一種或多種;所述儲(chǔ)能控溫相變材料的相變溫度為75~85℃。
3、優(yōu)選的,所述主相變材料選自十二水硫酸鋁鉀,所述相變調(diào)節(jié)劑選自硼砂和羧甲基纖維素鈉;所述硼砂和羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比為1:0.5~1.5;
4、或,所述主相變材料選自十二水硫酸鋁鉀,所述相變調(diào)節(jié)劑選自六水氯化鎂和淀粉;所述六水氯化鎂和淀粉的質(zhì)量比為1:0.5~1.5;
5、或,所述主相變材料選自十八水硫酸鋁,所述相變調(diào)節(jié)劑選自硼砂和淀粉;所述硼砂和淀粉的質(zhì)量比為1:0.5~1.5。
6、本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),上述幾種儲(chǔ)能控溫相變材料的相變潛熱在200j/g以上,過冷度在1.5℃以下,穩(wěn)定性良好,性能優(yōu)異。
7、優(yōu)選的,所述儲(chǔ)能控溫相變材料包括95~96%的主相變材料和4~5%的相變調(diào)節(jié)劑。在上述范圍內(nèi),儲(chǔ)能控溫相變材料具有更優(yōu)異的性能。
8、第二方面,本發(fā)明提供了上述配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料的制備方法,包括如下步驟:
9、(1)按比例稱取主相變材料和相變調(diào)節(jié)劑,初步均勻混合;
10、(2)加熱攪拌至完全融化,然后保溫?cái)嚢瑁?/p>
11、(3)趁熱倒入模具,在-5~0℃溫度下快速冷卻,隨后進(jìn)行打粉處理,即得。
12、優(yōu)選的,步驟(1)中,混合的時(shí)間為3~10min。本發(fā)明對(duì)混合的設(shè)備不作特殊限制,例如,可以采用混勻器或攪拌機(jī)。該步驟是為了使固體粉末進(jìn)行初步混合,有利于提高物料的均勻性。
13、優(yōu)選的,步驟(2)中,加熱攪拌的溫度高于主相變材料熔點(diǎn)10~30℃,以保證相變材料內(nèi)部受熱溫度在75~85℃,使其完全融化。
14、優(yōu)選的,步驟(2)中,加熱攪拌的時(shí)間為10~60min,保溫?cái)嚢璧臅r(shí)間為5~30min。上述步驟是為了確保主相變材料完全融化均勻,同時(shí)使相變調(diào)節(jié)劑在體系中均勻分散。
15、優(yōu)選的,步驟(3)中,所述模具的材質(zhì)為塑料材質(zhì)或硅膠材質(zhì),避免儲(chǔ)能控溫相變材料對(duì)模具造成腐蝕;所述冷卻的時(shí)間為5~10min,使主相變材料完全固化;所述打粉處理的設(shè)備為磨粉機(jī)。
16、第三方面,本發(fā)明提供了上述配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料或上述制備方法制備得到的儲(chǔ)能控溫相變材料在新能源設(shè)備中的應(yīng)用。本發(fā)明所述的新能源設(shè)備,包括太陽能熱水系統(tǒng)儲(chǔ)熱器、熱泵化霜儲(chǔ)熱器或熱泵熱水儲(chǔ)熱器等。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明取得了以下有益效果:
18、現(xiàn)有技術(shù)中相變材料的溫度范圍很廣,且性能不佳,本發(fā)明通過對(duì)主相變材料和相變調(diào)節(jié)劑的選取,確定了在75~85℃相變溫度范圍內(nèi)的具有低過冷度、無相分離、高相變潛熱的配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料,循環(huán)穩(wěn)定性良好,且對(duì)金屬的腐蝕性較??;原料成本低,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益,其能夠適配新能源的應(yīng)用場(chǎng)景,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源的高效儲(chǔ)存和利用。
1.一種配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料,其特征在于,按質(zhì)量百分比計(jì),包括92~97%的主相變材料和3~8%的相變調(diào)節(jié)劑;所述主相變材料選自十二水硫酸鋁鉀或十八水硫酸鋁中的一種,所述相變調(diào)節(jié)劑選自六水氯化鎂、硼砂、淀粉、羧甲基纖維素鈉中的一種或多種;所述儲(chǔ)能控溫相變材料的相變溫度為75~85℃。
2.如權(quán)利要求1所述的配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料,其特征在于,所述主相變材料選自十二水硫酸鋁鉀,所述相變調(diào)節(jié)劑選自硼砂和羧甲基纖維素鈉;所述硼砂和羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比為1:0.5~1.5;
3.如權(quán)利要求2所述的配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料,其特征在于,所述儲(chǔ)能控溫相變材料的相變潛熱在200j/g以上,過冷度在1.5℃以下。
4.如權(quán)利要求2所述的配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料,其特征在于,所述儲(chǔ)能控溫相變材料包括95~96%的主相變材料和4~5%的相變調(diào)節(jié)劑。
5.如權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料的制備方法,其特征在于,包括如下步驟:
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,步驟(1)中,混合的時(shí)間為3~10min。
7.如權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)中,加熱攪拌的溫度高于主相變材料熔點(diǎn)10~30℃。
8.如權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,步驟(2)中,加熱攪拌的時(shí)間為10~60min,保溫?cái)嚢璧臅r(shí)間為5~30min。
9.如權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,步驟(3)中,所述模具的材質(zhì)為塑料材質(zhì)或硅膠材質(zhì);所述冷卻的時(shí)間為5~10min;所述打粉處理的設(shè)備為磨粉機(jī)。
10.如權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述的配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料或權(quán)利要求5~8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的配套新能源儲(chǔ)能控溫相變材料在新能源設(shè)備中的應(yīng)用。