專利名稱：一種相變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，固液相變溫度為27 30°C，過(guò)冷度小于3°C，具有較高的潛熱蓄熱能力。添加一定比例的功能添加劑后，克服了十水硫酸鈉容易分層帶來(lái)的性能衰減問(wèn)題，具有極佳的穩(wěn)定性。按照本發(fā)明所得到的相變材料組合物，可以用于日光溫室、建筑調(diào)溫等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)，如固態(tài)和液態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之間發(fā)生相轉(zhuǎn)變時(shí)，都會(huì)有熱量的吸收或釋放，例如液態(tài)水在0°c時(shí)會(huì)釋放出大量的熱能并轉(zhuǎn)化成為固態(tài)水(冰)，而在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下液態(tài)水在100°c會(huì)吸收大量熱能并轉(zhuǎn)化成為氣態(tài)水(水蒸汽)。能夠發(fā)生相轉(zhuǎn)變的材料均可稱為相變材料。硫酸鈉和碳酸鈉的十水合物是比較理想的中低溫?zé)o機(jī)相變材料，它們均具有較好的導(dǎo)熱性，液體狀態(tài)的密度為I. 4 I. 6g/cm3,這也意味著在相同體積的條件下,其儲(chǔ)熱密度更大，相變潛熱可達(dá)270kJ/L。但是作為成熟應(yīng)用的相變儲(chǔ)熱材料其缺點(diǎn)是過(guò)冷度較高、容易分層。硫酸鈉和碳酸鈉水合物的過(guò)冷度高達(dá)20°C以上，這意味著環(huán)境溫度較低(如低于10°c以下)、需要相變熱量時(shí)，相變材料因?yàn)檫^(guò)冷度的原因無(wú)法釋放，起不到溫度調(diào)節(jié)作用。其次是其分層問(wèn)題，在30°c左右時(shí)，硫酸鈉在水中的溶解度為40. 8g，碳酸鈉在水中的溶解度為39. 7g，因此發(fā)生相變后硫酸鈉和碳酸鈉不能完全溶于其結(jié)晶水中，導(dǎo)致剩余的鹽分不溶而沉淀于底層，由于此時(shí)相變體系不均勻，導(dǎo)致上層溶液與底層固體無(wú)法結(jié)合成結(jié)晶水合物，從而造成相變潛熱衰減。本發(fā)明公布了一種硫酸鈉和碳酸鈉水合物的組合物，不同于現(xiàn)有的研究成果，通過(guò)兩種水合物的組合復(fù)配形成共晶鹽混合物，降低了十水硫酸鈉的相變溫度(32°C )，將相變溫度控制在27 30°C。在成核劑方面通過(guò)不同添加劑的協(xié)同效應(yīng)，大大減小了材料的過(guò)冷度，使其過(guò)冷度小于3°C。為減小不溶的鹽分層、析出帶來(lái)的潛熱衰減問(wèn)題，本發(fā)明采用氣相法SiO2與聚丙烯酰胺(PMA)的組合，延長(zhǎng)了相變材料的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種相變蓄能材料，相變溫度為27 30°C，相變潛熱值大于270kJ/L?？捎糜谟邢蘅臻g內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)(包括居室、日光溫室等)、余熱回收、太陽(yáng)能利用等方面，實(shí)現(xiàn)能源的綜合利用，提高資源利用效率。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 Na2S04、Na2C03、H20 以及 Na4B2O7、(NH4)2SO4, (NH4) 2S208、氣相法 SiO2、聚丙烯酰胺(PMA)等功能添加劑。在該組合物中Na2S04、Na2CO3、H2O為主要組分，占總重量的85 96%，其中Na2S04、Na2CO3的摩爾比為2 : I 3 : 1，其它添加劑的比例如下
Na4B2O7 0.1-3%
(NH4)2SO4 0.5-1.3%
(NH4)2S2O8 0.05-2%
氣相法 SiO2 0.2-5%
PMA0.3-5%
對(duì)本發(fā)明所提供的相變材料組合物按照步冷曲線法進(jìn)行了相變溫度、過(guò)冷度測(cè)試，并用DSC差熱掃描量熱儀測(cè)試其熔解潛熱。同時(shí)，針對(duì)相變穩(wěn)定性問(wèn)題采用高溫靜置法，放于35°C條件下48小時(shí)，觀察其不溶鹽析出情況。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過(guò)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I將270 克水加熱至 40 50°C，然后將 142 克 Na2SO4,53 克 Na2CO3'16 克 Na4B2O7'
6.6克(NH4) 2S04、11克(NH4)2S208、21. 8克氣相法Si02、27. 3克PMA依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法測(cè)試其相變溫度為27. 3°C，過(guò)冷度為2. 5°C，熔解潛熱為283kJ/L,48小時(shí)、35°C條件下放置無(wú)明顯分層析出現(xiàn)象,體系比較穩(wěn)定。實(shí)施例2將12. 56千克水加熱至40 50°C，然后將7. I千克Na2SO4,2. I千克Na2CO3^229克 Na4B2O7'183. 2 克(NH4) 2S04、297. 7 克(NH4) 2S208、206. I 克氣相法 SiO2,229 克 PMA 依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法測(cè)試其相變溫度為28. (TC，過(guò)冷度為3. (TC，熔解潛熱為294kJ/L，48小時(shí)、35°C條件下放置無(wú)明顯分層析出現(xiàn)象，體系比較穩(wěn)定。實(shí)施例3將160 克水加熱至 40 50°C，然后將 94. 7 克 Na2SO4'23. 6 克 Na2CO3>6. 18 克Na4B2O7,3. 09 克(NH4)2SO4,6. 18 克(NH4) 2S208、6. 8 克氣相法 SiO2,8. 65 克 PMA 依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法測(cè)試其相變溫度為29. 2V，過(guò)冷度為2. 8°C，熔解潛熱為281kJ/L，48小時(shí)、35°C條件下放置無(wú)明顯分層析出現(xiàn)象，體系比較穩(wěn)定。實(shí)施例4將540 克水加熱至 40 50°C，然后將 284 克 Na2S04、106 克 Na2C03、25 克 Na4B207、9克(NH4) 2S04、3克(NH4)2S208、18克氣相法Si02、15克PMA依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法測(cè)試其相變溫度為28. 5°C，過(guò)冷度為I. 8°C，熔解潛熱為272kJ/L，48小時(shí)、35°C條件下放置無(wú)明顯分層析出現(xiàn)象，體系比較穩(wěn)定。實(shí)施例5
將36. 03千克水加熱至40 50°C，然后將20. 3千克Na2S04、6. 06千克Na2C03、520克 Na4B207、325 克(NH4) 2S04、650 克(NH4) 2S208、325 克氣相法 Si02、780 克 PMA 依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法測(cè)試其相變溫度為30. (TC，過(guò)冷度為2. 9°C，熔解潛熱為279kJ/L，48小時(shí)、35°C條件下放置無(wú)明顯分層析出現(xiàn)象，體系比較穩(wěn)定。對(duì)比例I將120 克水加熱至 40 50°C，然后將 94. 7 克 Na2SO4,4. 77 克 Na4B2O7,2. 385 克(NH4)2SO4,4. 77克(NH4) 2S208、4. 77克氣相法Si02、7. 15克PMA依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法測(cè)試其相變溫度為31. 5°C，過(guò)冷度為3. 8°C，熔解潛熱為252kJ/L,48小時(shí)、35°C條件下放置無(wú)明顯分層析出現(xiàn)象,體系比較穩(wěn)定。對(duì)比例2將120 克水加熱至 40 50°C，然后將 94. 7 克 Na2SO4,4. 5 克 Na4B2O7,2. 85 克(NH4)2SO4,4. 6克(NH4)2S2O8依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法 測(cè)試其相變溫度為32. 1°C，過(guò)冷度為3. (TC，熔解潛熱為258kJ/L，35°C條件下放置時(shí)幾分鐘內(nèi)即出現(xiàn)不溶鹽沉淀，體系穩(wěn)定性差，溫度降至25 °C，放置24小時(shí)后仍有約1/5的液體未參與結(jié)晶。對(duì)比例3將540 克水加熱至 40 50°C，然后將 284 克 Na2S04、106 克 Na2C03、25. I 克 Na4B207、9. 4克(NH4)2S04、3. 2克(NH4)2S2O8依次加入到溫水中，混合攪拌時(shí)間為2小時(shí)。按照步冷曲線法測(cè)試其相變溫度為28. 7°C，過(guò)冷度為2. 4°C，熔解潛熱為280kJ/L，35°C條件下放置數(shù)分鐘內(nèi)即有不溶鹽沉淀出現(xiàn)。通過(guò)上述實(shí)施例I 5，本發(fā)明公開的相變材料組合物相變溫度為27 30°C，過(guò)冷度均低于:TC，體系比較穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯分層失效問(wèn)題。對(duì)比例I表明，不添加Na2CO3相變溫度大于30°C，相變潛熱有所降低；在對(duì)比例2 3中未使用氣相Si02和PMA，導(dǎo)致體系出現(xiàn)分層問(wèn)題，影響了材料的使用性能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)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)明所述相變材料組合物，其特征在于含有Na2S04、Na2CO3^H2O以及Na4B2O7.(NH4)2SO4' (NH4)2S2O8、氣相法SiO2、聚丙烯酰胺(PMA)等功能添加剤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，特征在于構(gòu)成相變材料的主要組分由Na2SO4,Na2CO3,H2O構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相變材料主要組分Na2SO4和Na2CO3的比例為摩爾比2: I 3 I0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相變材料主要組分Na2S04、Na2CO3和H2O占總質(zhì)量的85 96%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合物，其特征在于各功能添加劑的重量比如下Na4B2O7 0.1-3%(NH4)2SO40.5-1.3%(NH4)2S2O80.05-2%氣相法 SiO20.2-5%PMA0.3-5%
全文摘要
本發(fā)明公布了一種以硫酸鈉和碳酸鈉水合物作為相變材料的組合物，該組合物主要由水、硫酸鈉、碳酸鈉、硼砂、硫酸銨、過(guò)硫酸銨、氣相法二氧化硅、聚丙烯酰胺等組成，其相變溫度為27～30℃，相變潛熱大于270kJ/L。
文檔編號(hào)C09K5/06GK102732224SQ20121018473
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者程紹海 申請(qǐng)人:北京精新相能科技有限公司