CN102079971A - 一种储存昼夜温差能的相变材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于储存昼夜温差能的相变材料及其制备方法。其相变材料以CaCl2·6H2O为储存介质，添加SrCl2·6H2O和羟甲基纤维素钠混合而成。其制备方法是将三种物质按配比分别称量并均价混合。在40℃的恒温水浴中加热并搅拌，直至混合物完全溶解成为透明的液体。本发明CaCl2·6H2O的优点为熔点低、蓄热容量大、安全无毒、价廉易得。SrCl2·6H2O显著降低了CaCl2·6H2O的过冷度，羟甲基纤维素钠使CaCl2·6H2O经反复循环后储热性能保持稳定，可以多次利用。且制备方法简单，原料价廉易得。其相变温度为28℃，相变潜热为100kJ/kg以上。
Description
技术领域：
本发明涉及一种适用于储存昼夜温差能的相变材料及其制备方法，特别是一种相变温度为28℃左右的相变材料及其制备方法。
背景技术：
昼夜温差能是自然冷能的一种，自然冷能(Nature Cool Energy)是指常温环境中，自然存在的低温差低温热能。实际上冷能感觉是相对的，无论气温高低，温差的存在就意味着能量。由于大自然维持环境温度的能力无限大，是一种潜在的巨量低品位能源。我国大部分处于大陆性气候区，气温的昼夜变化与季节变化都很大，比起低平原海洋气候区，自然冷能潜力要大的多。利用成本相对较低，与风能、太阳能同样具有经济价值，且利用过程也不会产生环境污染。
该温差能的利用关键在于储能，目前适合用于储存自然冷能的相变材料种类较少，且相变潜热较小，性能稳定性差，腐蚀性较强，使得自然冷能的利用受到了限制。CaCl2·6H2O因其适当的熔点(28℃附近)和较高的储热容量适合作为一种相变材料用于昼夜温差能储存中进行应用。但是制取的CaCl2·6H2O在冷却时会严重过冷，过冷度达12℃，造成不能保证在熔点释放出储存的潜热。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题之一是针对现有技术不足而开发一种相变潜热大，成本低廉、无毒无腐蚀性，稳定性较好且适合于储存昼夜温差能的相变材料。
本发明所要解决的技术问题之二是提供上述相变材料的制备方法。
作为本发明第一方面的储存昼夜温差能的相变材料，由以下重量百分比的原料混合而成：CaCl2·6H2O 100份，SrCl2·6H2O 1-3份，羟甲基纤维素钠3-4份。
上述储存昼夜温差能的相变材料制备方法，包括如下步骤：
(1)CaCl2·6H2O的制备
先将无水氯化钙研磨成粉末，根据其溶解度制取40℃下的过饱和溶液，然后在放入10℃的冷水浴，直至完全结晶为止；将残留液倒掉，低温干燥后得CaCl2·6H2O；
(2)称取1-3份SrCl2·6H2O，将SrCl2·6H2O添加水搅拌直至完全溶解；
(3)称取100份CaCl2·6H2O晶体，将其与溶解的SrCl2·6H2O和3-4羟甲基纤维素钠均匀混合；
(4)在40～50℃的恒温水浴中加热并不断搅拌，直至混合物完全溶解成液体，即可得到所需要的储存昼夜温差能的相变材料。
所述的无水氯化钙为化学纯。
本发明提供的相变材料，其相变温度为28℃，相变潜热为100kJ/kg以上，无毒无腐蚀性，相变过程可逆，能多次利用；并且其制备方法简单，原料价廉易得。研究发现，添加SrCl2·6H2O可以显著改善CaCl2·6H2O的过冷现象。而羟甲基纤维素钠能很好的提高其稳定性，使其能重复利用。
具体实施方式
实施例1
(1)准备材料，选用化学纯的无水氯化钙研碎，按其溶解度曲线配制40℃下的过饱和溶液；
(2)将氯化钙过饱和溶液放入10℃的恒温冷水浴中，直至完全结晶为止，将约1g的残留液倒掉，低温干燥得CaCl2·6H2O备用；
(3)称取3g的SrCl2·6H2O，将SrCl2·6H2O添加少量水搅拌直至完全溶解；
(4)称取30g CaCl2·6H2O晶体，将其与溶解的SrCl2·6H2O和1g羟甲基纤维素钠放入直径25毫米的玻璃试管中均匀混合；
(5)在40～50℃的恒温水浴中加热并不断搅拌，直至混合物完全溶解成液体。
(6)将溶解的材料置于冷水浴中进行冷却，温度控制在10℃。
本实施例的相变材料的相变温度和相变焓测定采用示差扫描量热仪(DSC)或者温度变化曲线分析法。
使用组态王软件，按60s的时间间隔记录样品温度。以温度和时间为坐标轴作出步冷曲线，观察相变的过冷度及储能状况。
制得的相变材料的相变温度为25.7℃，过冷度为2.5℃，相变潜热为160kJ/kg。
实施例2
(1)准备材料，选用化学纯的无水氯化钙研碎，按其溶解度曲线配制40℃下的过饱和溶液；
(2)将氯化钙过饱和溶液放入10℃的恒温冷水浴中，直至完全结晶为止，将约1g的残留液倒掉，低温干燥得CaCl2·6H2O备用；
(3)称取6g的SrCl2·6H2O，将SrCl2·6H2O添加少量水搅拌直至完全溶解；
(4)称取30g CaCl2·6H2O晶体，将其与溶解的SrCl2·6H2O和1g羟甲基纤维素钠放入直径25毫米的玻璃试管中均匀混合；
(5)在40～50℃的恒温水浴中加热并不断搅拌，直至混合物完全溶解成液体。
(6)将溶解的材料置于冷水浴中进行冷却，温度控制在10℃。
本实施例的相变材料的相变温度和相变焓测定采用示差扫描量热仪(DSC)或者温度变化曲线分析法。
使用组态王软件，按60s的时间间隔记录样品温度。以温度和时间为坐标轴作出步冷曲线，观察相变的过冷度及储能状况。
制得的相变材料的相变温度为26.15℃，过冷度为1.7℃，相变潜热为166kJ/kg。
实施例3
(1)准备材料，选用化学纯的无水氯化钙研碎，按其溶解度曲线配制40℃下的过饱和溶液；
(2)将氯化钙过饱和溶液放入10℃的恒温冷水浴中，直至完全结晶为止，将约1g的残留液倒掉，低温干燥得CaCl2·6H2O备用；
(3)称取9g的SrCl2·6H2O，将SrCl2·6H2O添加少量水搅拌直至完全溶解；
(4)称取30g CaCl2·6H2O晶体，将其与溶解的SrCl2·6H2O和1g羟甲基纤维素钠放入直径25毫米的玻璃试管中均匀混合；
(5)在40～50℃的恒温水浴中加热并不断搅拌，直至混合物完全溶解成液体；
(6)将溶解的材料置于冷水浴中进行冷却，温度控制在10℃。
本实施例的相变材料的相变温度和相变焓测定采用示差扫描量热仪(DSC)或者温度变化曲线分析法。
使用组态王软件，按60s的时间间隔记录样品温度。以温度和时间为坐标轴作出步冷曲线，观察相变的过冷度及储能状况。
制得的相变材料的相变温度为24.92℃，过冷度为4℃，相变潜热为148kJ/kg。
Claims (3)
1.储存昼夜温差能的相变材料，其特征在于，由以下重量百分比的原料混合而成：CaCl2·6H2O 100份，SrCl2·6H2O 1-3份，羟甲基纤维素钠3-4份。
2.一种制备权利要求1所述的储存昼夜温差能的相变材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)CaCl2·6H2O的制备
先将无水氯化钙研磨成粉末，根据其溶解度制取40℃下的过饱和溶液，然后在放入10℃的冷水浴，直至完全结晶为止；将残留液倒掉，低温干燥后得CaCl2·6H2O；
(2)称取1-3份SrCl2·6H2O，将SrCl2·6H2O添加水搅拌直至完全溶解；
(3)称取100份CaCl2·6H2O晶体，将其与溶解的SrCl2·6H2O和3-4份羟甲基纤维素钠均匀混合；
(4)在40～50℃的恒温水浴中加热并不断搅拌，直至混合物完全溶解成液体，即可得到所需要的储存昼夜温差能的相变材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的无水氯化钙为化学纯。
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