专利名称：一种移动供热用复合相变材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种移动供热用复合相变材料以及该复合相变材料的制备方法，属于相变蓄热材料技术领域。
背景技术：
随着社会的不断发展，人类对能源的需求日益增加，但是能源的供应与需求都有较强的阶段性，在很多情况下还不能合理利用，从而导致能源的大量浪费，这时就需要一些材料把一部分能量以热能的形式储存起来。随着人们节能和环保意识的增强，节能材料在余热回收领域越来越受到关注。相变材料在相变(固一液或固一固)过程中吸收或释放大量热量而实现能量转换，其蓄能密度大、效率高、吸放热过程几乎在等温条件下进行。在工业生产和生活中会产生大量的热，这些热量通常没有得到利用就被浪费掉，相变材料作为一种储能材料可以将这些 浪费的能源或自然能源储存起来，根据不同的需要释放出来，使能源得到合理的利用，其应用领域主要包括太阳能、工业热利用以及余热回收、电力调峰、建筑节能、农业温室、航空航天器材等。目前，固一液相变中高温相变材料主要为高温熔融盐、碱、混合盐。高温熔融盐主要有卤化物、氧化物、硝酸盐、硫酸盐、碳酸盐等，它们具有较高的相变温度和相变潜热；碱的比热容高，熔化热大，稳定性好，价格便宜，也是一种较好的中高温储能物质；混合盐熔化热大，熔化时体积变化小，传热较好，具有熔融温度可调的优点，可根据需要把不同的盐配置成不同相变温度的储能材料。针对移动供热车回收中温余热回收应用而言，选用混合盐相变材料具有较高的经济价值。然而，混合盐类中温相变储能材料普遍具有传热性能低的缺点，在应用中受到了很大的限制。提高相变材料本身导热系数的有效途径是在相变材料中添加高导热的纳米材料。目前主要是往相变材料中添加以毫米、微米级以及尺寸较大的纳米金属材料来提高导热系数，由于金属与相变材料之间存在较大的密度差，在复合相变材料熔化后，这些金属固体颗粒极易在混合熔盐中沉淀析出，大大降低了复合相变材料的强化换热效果。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提供一种移动供热用复合相变材料及其制备方法。其技术解决方案是:一种移动供热用复合相变材料，其是由混合无机盐与非金属纳米材料复合制成的。优选的，所述的非金属纳米材料是粒径为IOnm以下的Al203、Si02、SiC、CaC03、Si3N4与TiO2中的一种或几种组合。更加优选的，所述的非金属纳米材料由Al2O3和SiC组成。优选的，所述的混合无机盐由硝酸盐、卤化物和碳酸盐中的任意两种组成，或由硝酸盐、卤化物和碳酸盐组成。优选的，所述的硝酸盐是硝酸锂、亚硝酸钠、硝酸钡、硝酸钠与硝酸钾中的一种或几种组合；所述的卤化物是氟化锂与氟化钠中的一种或两种组合；所述的碳酸盐是碳酸锂。更加优选的，所述的混合无机盐是由硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸钠和氟化锂组成的四元混合盐，其中硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸钠和氟化锂的质量比为(15 45): (5 15):(5 10): (20 55)。优选的，所述的复合相变材料中混合无机盐占总质量97.5 99.5%，非金属纳米材料占总质量0.5 2.5%。更加优选的，所述的复合相变材料的熔点在110° C以上，导热系数在1.0ff/m.k以上。一种移动供热用复合相变材料的制备方法，其包括以下步骤:(I)将多种无机盐按质量比混合，搅拌，放入真空加热炉中加热使其呈熔融状态，真空加热炉的温度控制在混合无机盐相变温度以上40 50° C，制得熔融盐；( 2)将非金属纳米材料加入到步骤(I)中制得的熔融盐中，真空加热炉的温度控制在混合无机盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌半小时以上，制备出均匀稳定的熔融状态复合相变材料。本发明的有益技术效果是:本发明加入了 IOnm以下粒径的非金属纳米材料到熔融混合无机盐中，非金属纳米材料与无机盐密度相近，不会出现固体颗粒的沉淀析出，所制得的复合相变材料具有蓄放热速度快、蓄热密度高、导热性能好的优点；主要应用在移动供热系统中进行110° C以上的中温余热回收和利用。同现有混合盐相变材料相比，本发明复合相变材料可以减少体积收缩达25%以上，提高导热率达40%以上，增加潜热达13%以上，较好的克服现有混合盐相变材料存在的传热性能差、凝固时体积收缩大等缺陷。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明:实施例1按硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸钠和氟化锂的质量比为38: 20: 12: 30称取四种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C。将占总质量0.5%的粒径为IOnm的Al2O3和SiC混合粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物40分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。熔融状态的纳米复合相变材料可通过底部下料口直接快速灌装到移动供热车的蓄能罐内。灌装完成后，关闭真空加热炉和磁力搅拌装置。由于添加了非金属的纳米材料，复合相变材料无论液相还是固相的导热能力均比混合盐有较大提高。经检测，所制备的复合相变材料潜热为280KJ/kg，相变温度为138° C，复合相变材料的固相和液相导热系数比混合盐平均提高了 13%和17%。实施例2按硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸钠和氟化锂的质量比为42: 21: 10: 28称取四种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C。将占总质量0.8%的粒径为IOnm的Al2O3和SiC混合粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物80分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。熔融状态的纳米复合相变材料可通过底部下料口直接快速灌装到移动供热车的蓄能罐内。灌装完成后，关闭真空加热炉和磁力搅拌装置。由于添加了非金属的纳米材料，复合相变材料无论液相还是固相的导热能力均比混合盐有较大提高。经检测，所制备的复合相变材料潜热为350KJ/kg，相变温度为125° C，复合相变材料的固相和液相导热系数比混合盐平均提高了 15%和19%。实施例3按硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸钠和氟化锂的质量比为45: 18: 10: 27称取四种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C。将占总质量1.1%的粒径为IOnm的Al2O3和SiC混合粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物150分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。熔融状态的纳米复合相变材料可通过底部下料口直接快速灌装到移动供热车的蓄能罐内。灌装完成后，关闭真空加热炉和磁力搅拌装置。由于添加了非金属的纳米材料，复合相变材料无论液相还是固相的导热能力均比混合盐有较大提高。经检测，所制备的复合相变材料潜热为390KJ/kg，相变温度为145° C，复合相变材料的固相和液相导热系数比混合盐平均提高了 9%和12%。实施例4按硝酸锂、硝酸钠、氟化锂和碳酸锂的质量比为35: 15: 12: 30称取四种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C。将占总质量2.5%的粒径为8nm的Al2O3和SiC混合粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物100分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。实施例5`按硝酸锂、硝酸钡、亚硝酸钠和氟化钠的质量比为20: 20: 12: 30称取四种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C。将占总质量2.0%的粒径为8nm的Al2O3和Si3N4混合粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物120分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。实施例6按硝酸钠、亚硝酸钠和碳酸锂的质量比为40: 20: 20称取三种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C0将占总质量1.8%的粒径为IOnm的Al2O3和TiO2粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物80分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。实施例7按硝酸钠和氟化钠的质量比为30: 20称取两种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C。将占总质量
2.2%的粒径为IOnm的TiO2和SiC混合粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物90分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。实施例8
按硝酸锂、氟化锂和碳酸锂的质量比为35: 15: 12称取四种盐，机械搅拌均匀，放入真空加热炉中加热熔融，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C。将占总质量1.2%的粒径为IOnm的A1203、TiO2和SiC混合粒子加入到熔融的混合盐中，真空加热炉的温度控制在混合盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌该熔融物100分钟，制备得到均匀稳定的纳米复合相变材料。
权利要求
1.一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:该复合相变材料是由混合无机盐与非金属纳米材料复合制成的。
2.根据权利要求1所述的一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:所述的非金属纳米材料是粒径为IOnm以下的Al203、Si02、SiC、CaC03、Si3N4与TiO2中的一种或几种组合。
3.根据权利要求2所述的一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:所述的非金属纳米材料由Al2O3和SiC组成。
4.根据权利要求1所述的一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:所述的混合无机盐由硝酸盐、卤化物和碳酸盐中的任意两种组成，或由硝酸盐、卤化物和碳酸盐组成。
5.根据权利要求4所述的一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:所述的硝酸盐是硝酸锂、亚硝酸钠、硝酸钡、硝酸钠与硝酸钾中的一种或几种组合；所述的卤化物是氟化锂与氟化钠中的一种或两种组合；所述的碳酸盐是碳酸锂。
6.根据权利要求5所述的一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:所述的混合无机盐是由硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸钠和氟化锂组成的四元混合盐，其中硝酸锂、硝酸钠、亚硝酸钠和氟化锂的质量比为(15 45): (5 15): (5 10): (20 55)。
7.根据权利要求1所述的一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:所述的复合相变材料中混合无机盐占总质量97.5 99.5%，非金属纳米材料占总质量0.5 2.5%。
8.根据权利要求1所述的一种移动供热用复合相变材料，其特征在于:所述的复合相变材料的熔点在110° C以上，导热系数在1.0ff/m.k以上。
9.根据权利要求1 8中任一权利要求所述的一种移动供热用复合相变材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将多种无机盐按质量比混合，搅拌，放入真空加热炉中加热使其呈熔融状态，真空加热炉的温度控制在混合无机盐相变温度以上40 50° C，制得熔融盐； (2)将非金属纳米材料加入到步骤(I)中制得的熔融盐中，真空加热炉的温度控制在混合无机盐相变温度以上40 50° C不变，磁力搅拌半小时以上，制备出均匀稳定的熔融状态复合相变材料。
全文摘要
本发明公开了一种移动供热用复合相变材料及其制备方法，该复合相变材料是将非金属纳米材料与混合无机盐复合形成的；复合相变材料中混合无机盐占总质量97.5～99.5％，非金属纳米材料占总质量0.5～2.5％。制备方法如下将多种无机盐按质量比混合，搅拌，放入真空加热炉中加热使其呈熔融状态，真空加热炉的温度控制在混合无机盐相变温度以上40～50℃；将非金属纳米材料加入到熔融盐中，磁力搅拌半小时以上，制备出均匀稳定的熔融状态复合相变材料。与现有技术相比，本发明制得的复合相变材料具有导热性能高、蓄热密度大及体积收缩小等优点，可满足不同的应用需求，特别适合中温余热回收利用。
文档编号C09K5/06GK103113854SQ201310048088
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者赵海龙 申请人:青岛奥环新能源科技发展有限公司