专利名称：一种相变材料组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相变蓄能材料组合物，固液相变温度为27 30°C，过冷度小于3°C，具有较高的潜热蓄热能力。添加一定比例的功能添加剂后，克服了十水硫酸钠容易分层带来的性能衰减问题，具有极佳的稳定性。按照本发明所得到的相变材料组合物，可以用于日光温室、建筑调温等领域。
背景技术：
在物质发生相变时，如固态和液态、液态和气态之间发生相转变时，都会有热量的吸收或释放，例如液态水在0°c时会释放出大量的热能并转化成为固态水(冰)，而在标准大气压下液态水在100°c会吸收大量热能并转化成为气态水(水蒸汽)。能够发生相转变的材料均可称为相变材料。硫酸钠和碳酸钠的十水合物是比较理想的中低温无机相变材料，它们均具有较好的导热性，液体状态的密度为I. 4 I. 6g/cm3,这也意味着在相同体积的条件下,其储热密度更大，相变潜热可达270kJ/L。但是作为成熟应用的相变储热材料其缺点是过冷度较高、容易分层。硫酸钠和碳酸钠水合物的过冷度高达20°C以上，这意味着环境温度较低(如低于10°c以下)、需要相变热量时，相变材料因为过冷度的原因无法释放，起不到温度调节作用。其次是其分层问题，在30°c左右时，硫酸钠在水中的溶解度为40. 8g，碳酸钠在水中的溶解度为39. 7g，因此发生相变后硫酸钠和碳酸钠不能完全溶于其结晶水中，导致剩余的盐分不溶而沉淀于底层，由于此时相变体系不均匀，导致上层溶液与底层固体无法结合成结晶水合物，从而造成相变潜热衰减。本发明公布了一种硫酸钠和碳酸钠水合物的组合物，不同于现有的研究成果，通过两种水合物的组合复配形成共晶盐混合物，降低了十水硫酸钠的相变温度(32°C )，将相变温度控制在27 30°C。在成核剂方面通过不同添加剂的协同效应，大大减小了材料的过冷度，使其过冷度小于3°C。为减小不溶的盐分层、析出带来的潜热衰减问题，本发明采用气相法SiO2与聚丙烯酰胺(PMA)的组合，延长了相变材料的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种相变蓄能材料，相变温度为27 30°C，相变潜热值大于270kJ/L。可用于有限空间内的温度调节(包括居室、日光温室等)、余热回收、太阳能利用等方面，实现能源的综合利用，提高资源利用效率。为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种相变蓄能材料的组合物，主要成分包括 Na2S04、Na2C03、H20 以及 Na4B2O7、(NH4)2SO4, (NH4) 2S208、气相法 SiO2、聚丙烯酰胺(PMA)等功能添加剂。在该组合物中Na2S04、Na2CO3、H2O为主要组分，占总重量的85 96%，其中Na2S04、Na2CO3的摩尔比为2 : I 3 : 1，其它添加剂的比例如下
Na4B2O7 0.1-3%
(NH4)2SO4 0.5-1.3%
(NH4)2S2O8 0.05-2%
气相法 SiO2 0.2-5%
PMA0.3-5%
对本发明所提供的相变材料组合物按照步冷曲线法进行了相变温度、过冷度测试，并用DSC差热扫描量热仪测试其熔解潜热。同时，针对相变稳定性问题采用高温静置法，放于35°C条件下48小时，观察其不溶盐析出情况。
具体实施例方式本发明通过以下具体实施例更详细的描述本发明，可以使本专业技术人员更全面的了解本发明，但不以任何方式限制本发明。实施例I将270 克水加热至 40 50°C，然后将 142 克 Na2SO4,53 克 Na2CO3'16 克 Na4B2O7'
6.6克(NH4) 2S04、11克(NH4)2S208、21. 8克气相法Si02、27. 3克PMA依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法测试其相变温度为27. 3°C，过冷度为2. 5°C，熔解潜热为283kJ/L,48小时、35°C条件下放置无明显分层析出现象,体系比较稳定。实施例2将12. 56千克水加热至40 50°C，然后将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 克气相法 SiO2,229 克 PMA 依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法测试其相变温度为28. (TC，过冷度为3. (TC，熔解潜热为294kJ/L，48小时、35°C条件下放置无明显分层析出现象，体系比较稳定。实施例3将160 克水加热至 40 50°C，然后将 94. 7 克 Na2SO4'23. 6 克 Na2CO3>6. 18 克Na4B2O7,3. 09 克(NH4)2SO4,6. 18 克(NH4) 2S208、6. 8 克气相法 SiO2,8. 65 克 PMA 依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法测试其相变温度为29. 2V，过冷度为2. 8°C，熔解潜热为281kJ/L，48小时、35°C条件下放置无明显分层析出现象，体系比较稳定。实施例4将540 克水加热至 40 50°C，然后将 284 克 Na2S04、106 克 Na2C03、25 克 Na4B207、9克(NH4) 2S04、3克(NH4)2S208、18克气相法Si02、15克PMA依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法测试其相变温度为28. 5°C，过冷度为I. 8°C，熔解潜热为272kJ/L，48小时、35°C条件下放置无明显分层析出现象，体系比较稳定。实施例5
将36. 03千克水加热至40 50°C，然后将20. 3千克Na2S04、6. 06千克Na2C03、520克 Na4B207、325 克(NH4) 2S04、650 克(NH4) 2S208、325 克气相法 Si02、780 克 PMA 依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法测试其相变温度为30. (TC，过冷度为2. 9°C，熔解潜热为279kJ/L，48小时、35°C条件下放置无明显分层析出现象，体系比较稳定。对比例I将120 克水加热至 40 50°C，然后将 94. 7 克 Na2SO4,4. 77 克 Na4B2O7,2. 385 克(NH4)2SO4,4. 77克(NH4) 2S208、4. 77克气相法Si02、7. 15克PMA依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法测试其相变温度为31. 5°C，过冷度为3. 8°C，熔解潜热为252kJ/L,48小时、35°C条件下放置无明显分层析出现象,体系比较稳定。对比例2将120 克水加热至 40 50°C，然后将 94. 7 克 Na2SO4,4. 5 克 Na4B2O7,2. 85 克(NH4)2SO4,4. 6克(NH4)2S2O8依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法 测试其相变温度为32. 1°C，过冷度为3. (TC，熔解潜热为258kJ/L，35°C条件下放置时几分钟内即出现不溶盐沉淀，体系稳定性差，温度降至25 °C，放置24小时后仍有约1/5的液体未参与结晶。对比例3将540 克水加热至 40 50°C，然后将 284 克 Na2S04、106 克 Na2C03、25. I 克 Na4B207、9. 4克(NH4)2S04、3. 2克(NH4)2S2O8依次加入到温水中，混合搅拌时间为2小时。按照步冷曲线法测试其相变温度为28. 7°C，过冷度为2. 4°C，熔解潜热为280kJ/L，35°C条件下放置数分钟内即有不溶盐沉淀出现。通过上述实施例I 5，本发明公开的相变材料组合物相变温度为27 30°C，过冷度均低于:TC，体系比较稳定，未出现明显分层失效问题。对比例I表明，不添加Na2CO3相变温度大于30°C，相变潜热有所降低；在对比例2 3中未使用气相Si02和PMA，导致体系出现分层问题，影响了材料的使用性能。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围，所以凡依本发明所述范围的特征原料、特征步骤以及配方等同的变化，均应包括在本发明的申请专利范围之内。
权利要求
1.本发明所述相变材料组合物，其特征在于含有Na2S04、Na2CO3^H2O以及Na4B2O7.(NH4)2SO4' (NH4)2S2O8、气相法SiO2、聚丙烯酰胺(PMA)等功能添加剤。
2.根据权利要求I所述的组合物，特征在于构成相变材料的主要组分由Na2SO4,Na2CO3,H2O构成。
3.根据权利要求2所述的相变材料主要组分Na2SO4和Na2CO3的比例为摩尔比2: I 3 I0
4.根据权利要求2所述的相变材料主要组分Na2S04、Na2CO3和H2O占总质量的85 96%。
5.根据权利要求I所述的组合物，其特征在于各功能添加剂的重量比如下Na4B2O7 0.1-3%(NH4)2SO40.5-1.3%(NH4)2S2O80.05-2%气相法 SiO20.2-5%PMA0.3-5%
全文摘要
本发明公布了一种以硫酸钠和碳酸钠水合物作为相变材料的组合物，该组合物主要由水、硫酸钠、碳酸钠、硼砂、硫酸铵、过硫酸铵、气相法二氧化硅、聚丙烯酰胺等组成，其相变温度为27～30℃，相变潜热大于270kJ/L。
文档编号C09K5/06GK102732224SQ20121018473
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者程绍海 申请人:北京精新相能科技有限公司