专利名称：一种室温相变储能介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以相变形式储存热能的相变材料。
背景技术：
室温相变储能介质是一种在狭窄的室温区域内发生相变而储存或释放热量的物质。其作用机理是，当室温上升到15℃-25℃时，室温相变储能介质从环境中吸收大量热量而熔化，把能量储存起来，当温度低于上述温度时，已熔化的室温相变储能介质冷凝成固体而向室内环境释放大量的热量，从而维持室温的相对恒定。在日温差或周(每星期)温差很大的地区，室温相变储能介质具有重要的应用价值，它可在高温时段用作太阳能的吸收剂，而在夜间或较冷时段给室内供热，从而达到节能的目的。
作为相变储能介质的物质可以为无水盐、盐水化合物及其混合物、有机物等。其中用作室温相变储能材料的有机物具有危险易燃，价格较贵，导热性不好等缺点；无水熔盐适用于高温储热；盐水化合物及其混合物适合于储存低温热源，这些材料在太阳能和城市余热利用，电网的削峰填谷等多方面有着广泛的应用。
通常一种具有工业应用价值的储能介质应具有相变温度点适当，毒性小、腐蚀性弱、过冷性能小、无分层、廉价等特性。目前，同时满足上述所有要求的，特别是相变温度在15℃～25℃的相变材料并不多见。而相变温度在上述范围的不易燃的无机相变材料则尤其少见。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种相变温度在室温附近，较为环保，成本较差低的无机相变储能介质。
发明人通过研究发现，硝酸铵、硝酸锂和水按一定的比例的组成混合后，可获得一熔化温度在15℃左右的储能介质。
本发明的目的是通过下述方式实现的本发明硝酸铵和三水硝酸锂构成的三元混合物的储能介质，该介质的组成范围为硝酸铵30-40wt.％，三水硝酸锂60-70wt.％。
所述的储能介质的最佳组成为硝酸铵34.7wt.％，三水硝酸锂65.3wt.％。
三水硝酸锂可通过浓缩结晶硝酸锂溶液制得，亦可通过水与无水硝酸锂按3±0.2∶1的摩尔比比例混合制得。水与硝酸锂的摩尔比为3+0.2。
其作用机理是，在硝酸铵-硝酸锂-水三元体系中存在一个由三水硝酸锂和无水硝酸铵所组成的共晶点，该点的共晶温度为15℃左右。
把该储能介质封装于金属或透明玻璃(或有机玻璃)容器中，置于建筑物室内或墙体中，可应用于白天吸收太阳能，晚上释放热量以给房间供暖；或者在一天的某些时段吸收高温热源(大于16度)的能量加以储存，在低温时段释放热量以给房间供暖。
本发明人通过多次实验研究确定了该三元体系作为室温储能介质，找到了该体系各组分成分相应的含量，该材料具有相变温度点稳定、毒性小、腐蚀性小、无过冷性能、相变时固相组成与液相组成一致、相变随温度变化敏感等诸多优点。
图1储能材料与纯水在10℃的空气环境中的降温曲线比较。实验条件把内径为33毫米并装有50克纯水或50克储能材料(含硝酸铵34.7wt.％，三水硝酸锂65.3wt.％)的试管置于10℃的空气环境中，测定试管内介质温度随时间的变化曲线。
图2储能材料与纯水在20℃的空气环境中的升温曲线比较。实验条件把内径为33毫米并装有50克储能材料(含硝酸铵34.7wt.％，三水硝酸锂65.3wt.％)的试管置于20℃的空气环境中，测定试管内介质温度随时间的变化曲线。
图3储能材料与纯水在10℃的空气环境中的降温曲线比较。(实验条件同图1)。
图4储能材料与纯水在20℃的空气环境中的升温曲线比较。(实验条件同图2)。
图5储能材料与纯水在10℃的空气环境中的降温曲线比较。(实验条件同图1)。
图6储能材料与纯水在20℃的空气环境中的升温曲线比较。(实验条件同图2)。
图7储能材料与纯水在10℃的空气环境中的降温曲线比较。(实验条件同图1)。
图8储能材料与纯水在20℃的空气环境中的升温曲线比较。(实验条件同图2)。
图9储能材料与纯水在10℃的空气环境中的降温曲线比较。(实验条件同图1)。
图10储能材料与纯水在20℃的空气环境中的升温曲线比较。(实验条件同图2)。
具体实施例方式以下实施例是为了更详细地解释本发明，但不是对本发明的限制。
实施例1把34.7克硝酸铵和65.3克三水硝酸锂混合在一起，加热至25℃并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，装于密闭容器中，将该容器置于10℃的空气环境中，测得介质温度变化如图1实线所示，可见，在14.7℃出现一个明显的温度平台，这是由于介质在这一温度下凝固向环境释放大量的热量，从而维持自身温度的稳定。观察介质的结晶行为可见，在16℃时，介质完全为液态，而在14℃时，介质几乎完全转变为固态。用同样重量的纯水重复上述过程，测得其降温曲线如图1虚线所示，可见水温在很短时间内即降到环境温度。比较两者可见，本发明的储能介质能向温度低于15°环境释放大量的热量，从而维持介质本身以及环境温度的恒定。
实施例2把装有按实施例1配制的在10℃时完全固化的储能介质的容器长时间放置于室温为20℃的环境，观察发现，介质升温曲线如图2所示，可见，在15℃左右有一个明显的温度平台，这是该介质从环境中大量吸收热量的缘故，高于16℃，介质完全融化，因而升温速度加快。由此可见，本发明储能介质能从20℃左右的低温环境中吸收储存大量的热量，储热性能优越。
实施例3把30克硝酸铵和70克三水硝酸锂混合在一起，加热至25℃并保持一段时间，固体全部融化成液体，将该混合物装于密闭容器中，将该容器置于10℃的空气环境中，测得介质温度变化如图3虚线所示，可见，该混合物在14℃左右也出现一个温度平台，但平台维持时间稍微小于按实施例一制得的材料。
实施例4把装有按实施例3配制的在10℃时完全固化的储能介质的容器长时间放置于室温为20℃的环境，测定该介质升温曲线如图4虚线所示，可见，在15℃-16℃之间有一个较明显的温度平台，但升温速度稍快于按实施例1配制的材料(如图4实线所示)。这表明按本实施例配比的材料储能性能略差于实施例1。
实施例5把40克硝酸铵和60克三水硝酸锂混合在一起，加热至25℃并保持一段时间，绝大部分固体融化成液体，将该混合物装于密闭容器中，将该容器置于10℃的空气环境中，测得介质温度变化如图5虚线所示。可见，该混合物在14℃左右也出现一个温度平台，但平台维持时间稍微小于按实施例1制得的材料。
实施例6把装有按实施例5配制的在10℃时完全固化的储能介质的容器长时间放置于室温为20℃的环境，测定该介质升温曲线如图6虚线所示，在15℃-16℃亦出现一个温度平台，升温速度稍快于按实施例1配制的材料，这表明按本例配比的材料储能性能略差于实施例1。
对比例1把52克硝酸铵和48克三水硝酸锂混合在一起，加热至25℃并保持一段时间，发现仍有部分固体没熔化成液体，将该混合物装于密闭容器中，将该容器置于10℃的空气环境中，测得介质温度变化如图7虚线所示，可见，在该混合物在14.7℃也出现一个温度平台，但平台维持时间明显小于按实施例一制得的材料。可见，按本例配比制得的材料放热性能劣于例1。
对比例2把装有按实施例7配制的在10℃时完全固化的储能介质的容器长时间放置于室温为20℃的环境，测得介质温度变化如图8虚线所示，可见，在15℃左右有一个明显的温度平台，但升温速度快于按例1配制的材料，表明按本例配比的材料储能性能较差。观察发现，即便升温至20℃，仍有相当部分储能介质未融化。
对比例3把14克硝酸铵和86克三水硝酸锂混合在一起，加热至25℃并保持一段时间，固体全部融化成液体，将该混合物装于密闭容器中，将该容器置于10℃的空气环境中，测得介质温度变化如图9虚线所示。从25℃降温至11℃，按本实施例所配制的材料一直未出现温度平台，降温所需时间在500分钟以内，仅为按实施例1所配制材料(如图9实线所示)降温时间的一半。可见，按本例配比制得的材料放热性能劣于例1。
对比例4把装有按实施例9配制的在10℃时完全固化的储能介质的容器长时间放置于室温为20℃的环境，测得介质温度变化如图10虚线所示，可见，在15℃左右未见明显的温度平台，升温速度明显快于按例1配制的材料，观察发现，即便升温至20℃，该介质中仍有部分固体未融化。这表明按本例配比的材料储能性能较差。
由以上实施例子可见，把30-40wt.％硝酸铵和60-70wt.％三水硝酸锂混合在一起，特别是按最佳组成配比(硝酸铵34.7wt.％，三水硝酸锂65.3wt.％)制得的储能材料，能从高于16℃(如20℃)的环境中大量吸收热量，并向低于14℃(如10℃)的环境中大量放热，具有良好的低温储、放热性能，而超出该范围(硝酸铵30-40wt.％，三水硝酸锂60-70wt.％)的由硝酸铵和三水硝酸锂混合而得的其它介质，如对比例1-4所示，储放热效果明显变差。
权利要求
1.一种室温相变储能介质，其特征在于储能介质由硝酸铵、三水硝酸锂组成，其中各组分的质量范围为硝酸铵30-40wt.％，三水硝酸锂60-70wt.％。
2.根据权利要求1所述的一种室温相变储能介质，其特征在于水与硝酸锂的摩尔比为3±0.2，三水硝酸锂是直接从溶液中结晶生成的三水硝酸锂晶体，或者是水与无水硝酸锂按3±0.2∶1摩尔比配制而得的晶体或液体。
3根据权利要求1所述的一种室温相变储能介质，其特征在于所述的储能介质的组成为硝酸铵34.7wt.％，三水硝酸锂65.3wt.％。
全文摘要
一种室温相变储能介质，储能介质由硝酸铵、三水硝酸锂组成，其中各组分的质量范围为硝酸铵30－40wt.％，三水硝酸锂60－70wt.％。本发明储能介质具有相变温度点稳定、毒性小、腐蚀性小、无过冷性能、相变时固相组成与液相组成一致、相变随温度变化敏感等诸多优点。
文档编号C09K5/06GK101067077SQ200710034840
公开日2007年11月7日 申请日期2007年4月28日 优先权日2007年4月28日
发明者曾德文, 林大泽, 李碧海, 张永德, 尹霞, 徐文芳, 周俊 申请人:湖南大学, 青海西部矿业科技有限公司