专利名称：一种室温相变储能介质及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种相变材料，具体地说是涉及一种以相变形式储存热能的室 温相变储能介质及制备方法。
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，当温度略高于室温(15°C_25°C)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区 域时，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。
理想的相变储能材料一般应具有相对恒定的熔点，这样才可能当环境温度 高于或低于相变温度时，储能材料尽可能多地从环境吸收或向环境释放能量。 这一特征对于储能材料从低品位太阳能中吸收能量和维持室温的恒定具有重要
意义。作为相变储能介质的物质可以是无水盐；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
温热源的热，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。
目前，廉价、安全的，特别是相变温度在15卩一25X: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。申请人于2007年 4月28日提交的发明专利申请"一种室温相变储能介质"，申请号 200710034840.X，提供了一种由重量百分比为30 — 40 wt. %硝酸铵，60 — 70wt.呢 三水硝酸锂组成的室温相变储能介质，其作用机理是，在硝酸铵一硝酸锂一水 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15X: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°C)的能量加以储存，在 低温时段释放热量以给房间供暖。该三元体系各组分成分相应的含量使制成的 材料具有相变温度点稳定、毒性小、腐蚀性小、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。申请人于2008年2月25日提交的发明 专利申请"一种室温相变储能介质及制备方法"，申请号200810030679.3，提 供了一种由重量百分比为65—71 wt.。/。三水硝酸锂，20.8—32.2 wt. %六水硝酸 镁和2.8—8.2wt.。/。的硝酸钠组成的室温相变储能介质，其作用机理是，在硝酸 锂一硝酸镁一硝酸钠一水四元体系中存在一种由三水硝酸锂、六水硝酸镁和硝 酸钠所组成的共晶点，该点的共晶温度为24"C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，用于调节室内 温度，使其保持在一个舒适的温度范围。该材料具有相变温度点稳定、相变时 相组成与液相组成一致、相变随温度变化敏感等诸多优点。当环境温度高于25 r时，该储能材料通过自身的融化大量吸收热量，当环境温度低于22t;时，储 能材料凝固再向环境释放大量的热量，从而维持环境温度的稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种相变温度在室温附近，较为环保，成本较低的，组成和融点均与上述发明不同的无机室温相变储能介质，该介质由三水硝酸锂、六
水硝酸镁和硝酸钾按一定比例混合后制得，共晶相变温度在2rc左右。
本发明一种室温相变储能介质及制备方法通过下述技术方案予以实现本
发明室温相变储能介质由57 — 63 wt.。/。的三水硝酸锂，19一31 wt.y。的六水硝酸 镁和12 — 18 wt.G/。的硝酸钾组成。
所述的制备方法是将三水硝酸锂、六水硝酸镁和硝酸钾按配比混合加热 到30 — 10(TC，搅拌均匀并保持一段时间后，这些固相熔化为液相，该液相即可 作为相变储能介质使用。上述三水硝酸锂可通过浓縮结晶硝酸锂溶液制得，亦 可通过水与无水硝酸锂按3土0.2: 1的摩尔比比例混合制得。所述的六水硝酸 镁通过浓縮结晶硝酸镁溶液制得，亦可通过水与无水硝酸镁按6土0.2: 1的摩 尔比比例混合制得。
所述储能材料亦可由硝酸镁溶液，硝酸锂溶液和硝酸钾溶液调配而成，调 配后的材料含硝酸锂31.9 — 35. 5 wt.%，硝酸镁10.9 — 18 wt.%，硝酸钾12 — 18 wt.%，水28. 5—45. 2 wt.%。
其作用机理是，在硝酸锂一硝酸镁一硝酸钾一水四元体系中存在一个由三
水硝酸锂、六水硝酸镁和硝酸钾所组成的共晶点，该点的共晶温度为2rc左右。
把该储能介质封装于金属或透明玻璃(或有机玻璃)以及其它材质制造的 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22X:)的能量加以储 存，在低温时段释放热量以给房间供暖。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果本发明人通过实验研究确定了 该室温相变储能介质的各组分及相应的含量，该材料具有相变温度点稳定、相 变时相组成与液相组成一致、相变随温度变化敏感等诸多优点。当环境温度高于22C时，该储能材料通过自身的融化大量地从环境中吸收热量，当环境温度
低于18。C时，储能材料凝固再向环境释放大量的热量，从而维持环境温度的稳 定。该储能介质调温范围(2CTC左右)比己有的储能材料更适当。
本发明一种室温相变储能介质及制备方法有如下附图
图1为本发明储能材料成分组成示意图2为本发明储能材料1吸放热温度曲线图3为本发明储能材料2吸放热温度曲线图4为本发明储能材料3吸放热温度曲线图5为本发明储能材料4吸放热温度曲线图6为本发明储能材料5吸放热温度曲线图7为本发明储能材料6吸放热温度曲线图8为本发明储能材料7吸放热温度曲线图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明一种室温相变储能介质及制备方法技术方 案作进一步描述。
如图1_图8所示，本发明一种室温相变储能介质由重量百分含量为57 — 63wt.y。的三水硝酸锂，19—31 wt.。/。的六水硝酸镁和12 — 18wt.Q/。的硝酸钾组成。
所述的制备方法是将三水硝酸锂，六水硝酸镁，硝酸钾按配比混合加热
到30—10(TC;搅拌均匀并保持一段时间后，这些固相熔化为液相，该液相即可
作为相变储能介质使用。
所述的三水硝酸锂通过浓縮结晶硝酸锂溶液制得，或是通过水与无水硝酸锂按3±0. 2: 1的摩尔比比例混合制得。
所述的六水硝酸镁通过浓縮结晶硝酸镁溶液制得，或是通过水与无水硝酸 镁按6±0. 2: 1的摩尔比比例混合制得。
所述的制备方法由硝酸镁溶液，硝酸锂溶液和硝酸钾溶液调配而成，调配
后的材料含硝酸锂3L9—35. 5 wt.°/。，硝酸镁10. 9_18 wt.%，硝酸钾12_18 wt. %，水28. 5_45.2 wt.%。
实施例l。
把57克三水硝酸锂，31克六水硝酸镁和12克硝酸钾混合在一起，加热至 26 — 35。C并保持一段时间，至固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中1点 所示，该液体含31.95克硝酸锂、17.93克硝酸镁、12克硝酸钾的38. 12克水。 装该液体于密闭容器中，将该容器置于15X:的空气环境中，测得介质温度变化 如图2实线所示，可见，在19。C左右出现一个明显的温度平台，这是由于介质 在这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25。C时，介质完全为液态，而在18。C时，介质几乎完全转 变为固态。
再将装有已完全固化的该储能介质的容器置于室温为26"C的环境，介质升 温如图2实线所示，可见，在20.5"C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2rc，介质完全融化，因而升温速度加快。
用同样重量的纯水重复上述过程，测得其升降温曲线如图2虚线所示，可 见水在很短时间内即达到环境温度，储热能力有限。
比较两者可见，本发明的储能介质能从高于2rc的环境吸收大量的热量，
以及向低于18。C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，其温度调控能力要比纯水大很多倍。 实施例2。
把57克三水硝酸锂，25克六水硝酸镁和18克硝酸钾混合在一起，加热至 26 — 35。C并保持一段时间，至固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的2 点所示，该液体含31.95克硝酸锂，14.46克硝酸镁，18克硝酸钾和35. 59克 水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果 如图3实线所示。可见该材料在19一2rC之间亦有明显的温度平台，维持时间 也很长。与纯水比较，该储能介质仍具有很好的储能性能，同样可作为室温相 变储能材料使用。
实施例3。
把63克三水硝酸锂，19克六水硝酸镁和18克硝酸钾混合在一起，加热至 26 —35'C并保持一段时间，至固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的3 点所示，该液体含35.31克硝酸锂，10.99克硝酸镁，18克硝酸钾和35. 7克水。 装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图4 实线所示。可见该材料在19一2rC之间亦有明显的温度平台，维持时间也很长。 与纯水比较，该储能介质仍具有很好的储能性能，同样可作为室温相变储能材 料使用。
实施例4。
把63克三水硝酸锂，25克六水硝酸镁和12克硝酸钾混合在一起，加热至 26—35'C并保持一段时间，至固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中的4 点所示，该液体含35. 31克硝酸锂，14. 46克硝酸镁，12克硝酸钾和38. 23克 水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果 如图5实线所示。可见该材料在19一2rC之间亦有明显的温度平台，维持时间也很长。与纯水比较，该储能介质具有很好的储能性能，同样可作为室温相变 储能材料使用。
以上实施例是为了更详细解释本发明，但不是对本发明的限制，本发明可 以按发明内容所述的任一方式实施。 对比例1。
把52. 5克三水硝酸锂，39克六水硝酸镁和8. 5克硝酸钾混合在一起，加热 至26 — 35。C并保持一段时间，发现固体完全熔化成液体，该液体组成如图1中 的5点所示，该液体含29. 43克硝酸锂，22. 56克硝酸镁，8. 5克硝酸钾和39. 51 克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结 果如图6实线所示。观察发现，即便升温至26"C，该液体中仍有部分固体未融 化。虽然该配比的材料在升温和降温时段均有明显的温度平台，但平台维持时 间太短，并有一部分固体在升温时段一直没溶化，对恒定室温贡献小，因而该 配比材料不适合作为恒定室温的储能材料使用。
对比例2。
把58. 4克三水硝酸锂，9. 4克六水硝酸镁和32. 2克硝酸钾混合在一起，加 热至26—35"C并保持一段时间，发现仍有部分固体没熔化成液体，该液体组成 如图1中的6点所示，该液体含32. 73克硝酸锂，5. 44克硝酸镁，32. 2克硝酸 钾和29.63克水。装该液体于密闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降 温实验，结果如图7实线所示。可见该材料在降温过程中有一个极短的平台， 而在升温过程中无明显的平台，由于有一部分固体在整个升温和降温时段一直 没溶化，因而对恒定室温贡献极小，因此，该配比材料不适合用作恒定室温的 储能材料使用。
对比例3。把82. 7克三水硝酸锂，10. 8克六水硝酸镁和6. 5克硝酸钾混合在一起，加 热至26 — 35'C并保持一段时间，该混合物组成如图1中的7点所示，该混合物 含46. 35克硝酸锂，6.25克硝酸镁，6. 5克硝酸钾和40. 9克水。装该液体于密 闭容器中，按实施例1所描述的条件进行升降温实验，结果如图8实线所示。 可见该材料在升温和降温过程中均无明显的平台，因而不能作为恒定室温的储 能材料使用。
权利要求
1、一种室温相变储能介质，其特征在于所述的储能介质由重量百分含量为57-63wt.％的三水硝酸锂，19-31wt.％的六水硝酸镁和12-18wt.％的硝酸钾组成。
2、 一种室温相变储能介质的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括 如下步骤将三水硝酸锂，六水硝酸镁，硝酸钾按配比混合加热到30—10(TC;搅拌均匀并保持一段时间后，这些固相熔化为液相，该液相即可作为相变储能 介质使用。
3、 根据权利要求2所述的一种室温相变储能介质的制备方法，其特征在于所述的三水硝酸锂通过浓縮结晶硝酸锂溶液制得，或是通过水与无水硝酸锂按3±0.2: l的摩尔比比例混合制得。
4、 根据权利要求2所述的一种室温相变储能介质的制备方法，其特征在于所述的六水硝酸镁通过浓縮结晶硝酸镁溶液制得，或是通过水与无水硝酸镁按6 ±0.2: l的摩尔比比例混合制得。
5、 一种室温相变储能介质的制备方法，其特征在于所述的制备方法由硝 酸镁溶液，硝酸锂溶液和硝酸钾溶液调配而成，调配后的材料含硝酸锂31.9 — 35.5wt.%，硝酸镁10.9—18 wt.%，硝酸钾12—18wt.。/。，水28.5—45.2 wt.%。
全文摘要
本发明涉及一种相变材料，具体地说是涉及一种以相变形式储存热能的室温相变储能介质及制备方法。本发明室温相变储能介质由57-63wt.％的三水硝酸锂，19-31wt.％的六水硝酸镁和12-18wt.％的硝酸钾组成。其制备方法是将三水硝酸锂、六水硝酸镁和硝酸钾按配比混合加热到30-100℃，搅拌均匀至固相熔化为液相，即可作为相变储能介质使用。本发明储能材料具有相变温度点稳定、相变时相组成与液相组成一致、相变随温度变化敏感，相变点适当等诸多优点。当环境温度高于22℃时，该储能材料通过自身的熔化大量地从环境中吸收热量，当环境温度低于18℃时，储能材料凝固再向环境释放大量的热量，从而维持环境温度的稳定。
文档编号C09K5/06GK101289610SQ20081004475
公开日2008年10月22日 申请日期2008年6月14日 优先权日2008年6月14日
发明者霞 尹, 张永德, 曾德文, 李碧海, 林大泽 申请人:西部矿业股份有限公司;湖南大学;青海西部矿业科技有限公司