专利名称：一种三水醋酸钠相变蓄能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，具有56 58°C的相变温度，过冷度小于 3°C，该相变蓄能材料的相变潜热值可以达到220kJ/kg以上，同一般有机相变材料相比，储热密度较高，具有极佳的温度调节能力。通过配方优化，使得该组合物具有极高的相变稳定性，冷热循环试验超过3000次。按照本发明所得到的相变蓄能材料组合物，可以用于太阳能蓄热、余热回收、特定环境温度调节等领域。
背景技术：
在能量转换和利用的过程中，常常存在供求之间在时间和空间上不能有效匹配的矛盾，如电力负荷因用电造成的峰谷差，太阳能、风能和海洋能供应的间歇性等。相变蓄能材料本身不产生能量，但作为能量的优良载体，通过特定条件下的能量释放和转存，从而能够有效缓解能量供求上的矛盾。相变材料的蓄能作用机理是在物质发生相转变时，伴随着能量的吸收或释放，因此可在一定温度范围内调节周围环境温度，起到温度“缓冲器”的作用。相变蓄能材料按照主要相变物质的组成，相变蓄能材料可分为有机相变材料和无机相变材料两大类。通常情况下，大多数相变物质都会存在过冷度，即温度达到相变温度时不发生结晶，实际结晶温度与相变温度存在差值。从结晶动力学的角度来看，过冷度是相变物质发生结晶的必要条件， 但从实际应用的角度，过冷度过大会造成相变潜热不能及时有效的发挥作用；因此过冷度是衡量相变材料质量的重要指标。三水醋酸钠是一种比较理想的中低温无机水合盐相变材料，其理论相变温度为 58°C，相变潜热值可达到^^J/kg，但是其缺点也较为明显一是过冷度比较大，在未加成核的情况下过冷度可以大于30°C，即使冷却至常温也不能使其结晶，这样大的过冷度严重影响了其潜热的释放；二是其分层问题，由于醋酸钠在60°C时在水中的溶解度约为139g，因此三水醋酸钠发生相变时，约有8%左右的醋酸钠不能溶于其结晶水中，此时液相为醋酸钠的饱和溶液，不溶的醋酸钠就会沉降到溶液的底部，试验结果表明，溶液的不均勻性将会导致体系的相变潜热在反复相变过程中急剧衰减， 严重影响使用性能。目前减小过冷度的方法主要有⑴冷指法；(2)添加成核剂；(3)机械法。其中第一种方法是通过预留一部分固态结晶水合物作为相变凝结核，在需要发生相变时加入，用以引发相变过程，从而释放潜热。这种方法能有效的解决过冷问题，但其缺点是使用不方便，相变过程不能自发进行，每次都需要人工操作。第二种方法是通过添加成核剂来降低过冷度，成核剂的筛选是一个复杂的过程， 主要方法有“科学法”和“爱迪生法”。“科学法”是从大量的晶体数据表中挑选同构或同型的材料作为待定的成核剂，然后通过试验筛选合适的添加量测试其成核效果。“爱迪生法” 主要靠直觉，通过对大量的材料进行测试来寻找成核剂，许多有效的成核剂在结构上与相变材料并没有明显的相符之处，具有成核效能的原因还找不到合乎逻辑的解释。试验结果表明，有时候单一的成核剂也无法胜任持续相变的功能，成核剂复配可以使其能够在反复相变过程中保持成核活性。第三种方法是通过机械方式在需要醋酸钠释放热量时提供结晶所需的能量，瞬间激发成核反应。比较典型的例子是目前市售的暖手热宝，先通过加热的方式将三水醋酸钠熔化，将热量储存在醋酸钠水溶液中，在需要热量时按动内置的金属片，利用金属片的弹性势能激发醋酸钠的成核反应，发生连锁相变的同时释放出大量的热，热宝表面的温度最高可以达到58°C，从而达到保温取暖的目的。这种方法的缺点与第一种方法类似，每次相变过程都需要手动操作，不适用于温度变化频繁、要求响应及时的场合。针对相变蓄能材料固-液分层的问题，添加增稠剂是通常所采用的做法。醋酸钠性能介于无机盐和有机酸盐之间，试验表明，单一的增稠剂并不能从根本上解决分层析出问题，经过数百次冷热循环试验考察后，相变潜热值衰减可达到40 50%，约有一半的醋酸钠不能持续参与相变过程。本发明公布了一种三水醋酸钠相变蓄能材料组合物，其相变温度为56 58°C，通过成核剂技术的改进，使其过冷度小于3°C，同时，采用增稠分散剂的复配，很好的解决了相变分层问题，使该相变材料组合物具有较为稳定的相变性能，通过3000次冷热循环试验测试，延长了相变材料的使用寿命，具有普遍应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种性能可靠的相变蓄能材料，相变温度为56 58°C， 相变潜热值大于220kJ/kg。通过成核剂和增稠分散剂的复配技术，很好的解决了过冷和分层析出问题。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CH3COONa · 3H20、成核剂、增稠分散剂。其中成核剂的主要作用是降低醋酸钠和水反应生成CH3COONa · 3H20的过冷度。 在本发明中，成核剂主要是Na2SO4 · IOH2O和CaSO4的组合物，其中Na2SO4 · IOH2O加剂量占 CH3COONa · 3H20的质量百分比为2 5%，优选3 4%，CaSO4占CH3COONa · 3H20的质量百分比为4 8%，优选4 6%。增稠分散剂是为了增大相变体系的黏稠度，并通过表面活性剂改善相表面张力， 增强分散性，避免不溶的醋酸钠沉降到相变体系底部。本发明中增稠分散剂主要是羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸钠、乙撑基双(烷基二羟乙基氯化铵)组成的混合物。为保持适宜的黏稠度，羧甲基纤维素选择2%水溶液动力粘度大于IOOOmPa · s的类型，添加量占 CH3COONa ·3Η20质量百分比为1 3%，选择分子量为IO4 IO6的聚丙烯酸钠，其加剂量占 CH3COONa · 3Η20质量百分比为0. 05 0. 5%，乙撑基双(烷基二羟乙基氯化铵)中的烷基选择碳数为12 18，加剂量占CH3COONa · 3Η20质量百分比为0. 01 0. 1%。对本发明所提供的相变蓄能材料组合物按照T-history试验方法(相变材料通用试验方法，即温度随时间变化的曲线)进行了相变温度、过冷度以及相变潜热值进行了测定，冷却环境为50°C恒温水浴。同时，针对相变稳定性进行了冷热循环试验测试(试验条件高温70°C，低温50°C )，通过试验后样品的潜热值衰减情况来判定体系的相变稳定性。
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1将MOg水加热至60 70°C，在搅拌条件下加入820g无水醋酸钠，保持体系温度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 27. 2g、CaS0468g、羧甲基纤维素13. 6g、聚丙烯酸钠0. 68g、乙撑双(十二烷基二羟乙基氯化铵)0. 14g，待混合均勻后，测试其相变温度为 57. 6°C，过冷度为2. 5°C，相变潜热值为253kJ/kg。3000次冷热循环试验后相变体系未出现明显的固液分层现象。实施例2将Mkg水加热至60 70°C，在搅拌条件下加入82kg无水醋酸钠，保持体系温度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 4. 76g、CaS048. 16kg、羧甲基纤维素4. 08kg、聚丙烯酸钠 136g、乙撑双(十八烷基二羟乙基氯化铵)68g，待混合均勻后，测试其相变温度为56. 9
过冷度为2. 1°C，相变潜热值为M8. ^ij/kg。3000次冷热循环试验后相变体系未出现明显的固液分层现象。实施例3将1. 08kg水加热至60 70°C，在搅拌条件下加入1. 64kg无水醋酸钠，保持体系温度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 136g、CaS04108 . 8g、羧甲基纤维素40. Sg、聚丙烯酸钠8. 16g、乙撑双(十六烷基二羟乙基氯化铵)2. 18g，待混合均勻后，测试其相变温度为 57. 8°C，过冷度为1. 9°C，相变潜热值为243kJ/kg。3000次冷热循环试验后相变体系未出现明显的固液分层现象。实施例4将2. 43kg水加热至60 70°C，在搅拌条件下加入3. 69kg无水醋酸钠，保持体系温度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 244. 8g、CaS04489. 6g、羧甲基纤维素122. 4g、聚丙烯酸钠30. 6g、乙撑双(十八烷基二羟乙基氯化铵)6. 12g，待混合均勻后，测试其相变温度为56. 5°C，过冷度为1. 4°C，相变潜热值为239. ^cj/kg。3000次冷热循环试验后相变体系未出现明显的固液分层现象。对比例1将MOg水加热至60 70°C，在搅拌条件下加入820g无水醋酸钠，保持体系温度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O ^g、聚丙烯酸钠0. 8g，待混合均勻后，测试其相变温度为57°C，过冷度为5°C，相变潜热值为M3. ^J/kg。100次冷热循环试验后相变体系即出现明显的固液分层现象。对比例2将MOg水加热至60 70°C，在搅拌条件下加入820g无水醋酸钠，保持体系温度大于60°C，依次加入Na2SO4 · IOH2O 28. 5g、CaS0465. 6g、羧甲基纤维素15g，待混合均勻后， 测试其相变温度为57. 3°C，过冷度为2. 1°C，相变潜热值为253kJ/kg。500次冷热循环试验后相变体系即出现了较为明显的固液分层现象。通过上述实施例1 4，本发明所加入的成核剂可以有效的降低CH3COONa ·3Η20的过冷度(小于3°C )，而增稠分散剂混合物能够明显提高相变蓄能材料的稳定性，3000次以上的冷热循环试验后未出现明显分层析出现象。对比例1中只添加单一成核剂和常规耐盐增稠剂，结果表明其过冷度相对较高，且易分层，虽然在对比例2中也使用了复配增稠剂， 但体系的稳定性问题仍然没有得以根本解决。 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.本发明所述相变蓄能材料组合物，其特征在于含有CH3COONa·3H20、成核剂、增稠分 散剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，特征在于其成核剂是Na2SO4.10H2O和CaSO4的组合物。
3.根据权利要求2所述的成核剂组合物，其特征在于各组分加剂量占CH3COONa· 3H20 质量百分比为Na2SO4·10H2O 2 5% CaSO44 8%
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，增稠分散剂含有羧甲基纤维素(CMC)、 聚丙烯酸钠、乙撑基双(烷基二羟乙基氯化铵)。
5.根据权利要求4所述的增稠分散剂所含有的羧甲基纤维素(CMC)，其特征为2%水溶液动力粘度大于1000mPa·S。
6.根据权利要求4所述的增稠分散剂所含有的聚丙烯酸钠，其特征为分子量104 106。
7.根据权利要求4所述的增稠分散剂所含有的乙撑基双(烷基二羟乙基氯化铵分子结构式如下
8.根据权利要求4所述的增稠分散剂，其特征在于各组分加剂量占CH3COONa · 3H20的质量百分比为羧甲基纤维素(CMC)1 3%聚丙烯酸钠0.05 0.5%乙撑基双(烷基二羟乙基氯化铵)0. 01 0.
全文摘要
本发明公布了一种三水醋酸钠相变蓄能材料组合物，该组合物主要由三水醋酸钠、成核剂、增稠剂等组成，其相变温度为56～58℃，过冷度小于3℃，相变潜热大于220kJ/kg。通过冷热循环3000次试验检验，该组合物具有极佳的相变稳定性。
文档编号C09K5/06GK102212340SQ201110088699
公开日2011年10月12日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者万福新, 刘佳, 李刚, 杜守琴, 王金波, 袁雪飞 申请人:北京京润宝网络技术有限公司