CN102321455A

CN102321455A - 一种中温相变蓄热材料

Info

Publication number: CN102321455A
Application number: CN201110311536A
Authority: CN
Inventors: 章学来; 陆蕊悦; 吴倩颖; 秦超; 王为; 李志伟; 李晓菲; 韩中; 杨阳; 刘小微; 吴云云
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明涉及一种中温相变蓄热材料，其由主料赤藻糖醇和添加剂纳米氧化铝组成。在主料赤藻糖醇中，添加质量百分比为0.2％-0.4％的添加剂纳米氧化铝，最终形成一种赤藻糖醇质量百分比为99.6％-99.8％、纳米氧化铝质量百分比为0.2％-0.4％的复合中温相变蓄热材料。本发明的中温相变蓄热材料相变潜热大、无毒、过冷度小且无相分离，可广泛应用于移动供热设备。

Description

一种中温相变蓄热材料

技术领域

本发明涉及一种相变蓄热材料，尤其涉及一种中温相变蓄热材料。

背景技术

蓄热技术是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，可用于解决热能供给与需求失配的矛盾，在废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能领域具有广泛的应用前景。相变蓄热是利用物质在相变过程中都要吸收或放出相变潜热的原理进行能量储存，利用相变蓄热材料相变时单位质量(体积)潜热，蓄热量非常大，近年来对于相变蓄热材料的研究和应用发展迅猛。

相变蓄热材料可分为有机类、无机类及混合类相变蓄热材料；有机相变蓄热材料性能较稳定，几乎无过冷和相分离现象，但其缺点是相变潜热较低，且物质密度较小，由此造成了有机相变蓄热材料单位体积蓄热量较小，因此有机相变蓄热材料在单位体积蓄热量方面优势已不明显。无机相变蓄热材料具有较高的单位体积蓄热量和良好的导热性，其缺点为易产生过冷和相分离，如果能通过添加剂解决过冷和相分离问题，则无机相变蓄热材料具有十分明显的优势，蓄热相关产业也能因此得到发展。

根据使用温度范围的不同，相变蓄热材料可分为高、中、低温三种。中温相变蓄热材料主要针对90～550℃的热动力环境，其在太阳能热发电、有机朗肯循环、移动蓄热技术、分布式能源***等方面有广阔的应用前景。

目前，在工厂为了收集废弃余热所使用的移动供热设备中，普遍采用八水氢氧化钡作为相变蓄热材料。尽管其具有很高的相变潜热，但它致命的缺点在于它的毒性，一旦泄露直接影响***的安全；另外，它的相变温度为79℃，不能完全满足冬季供热的要求。在这种情况下，开发出一种相变温度合适、相变潜热大、无毒，同时过冷度小、长期使用无相分离的相变蓄热材料尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种相变温度满足冬季供暖需求，相变潜热大，无毒，过冷度小且无相分离的相变蓄热材料，以供移动供热设备广泛使用。

本发明一种中温相变蓄热材料，其由主料赤藻糖醇和添加剂纳米氧化铝组成。纳米氧化铝主要起减小过冷度，和提高纯赤藻糖醇导热系数的作用。

所述的中温相变蓄热材料，是以赤藻糖醇为主料，在熔化的主料赤藻糖醇中添加质量百分比为0.2％-0.4％的添加剂纳米氧化铝；最终形成一种赤藻糖醇质量百分比为99.6％-99.8％、纳米氧化铝质量百分比为0.2％-0.4％的复合中温相变蓄热材料；

所述的中温相变蓄热材料，其相变温度为110℃-120℃；

所述的中温相变蓄热材料，具有较高的相变潜热值，为325kJ/kg左右，是常规相变材料相变潜热值的1.6倍；

所述的中温相变蓄热材料，其平均导热系数为0.7648W/(m·℃)，是赤藻糖醇导热系数的2.4倍。

本发明的优点在于，其相变温度为110℃-120℃，赤藻糖醇加入0.2％-0.4％纳米氧化铝形成的中温相变蓄热材料具有较高的相变潜热值，是常规相变材料相变潜热值的1.6倍。同时通过添加纳米氧化铝弥补了纯赤藻糖醇在热导率上的缺陷，复合后的相变材料导热系数是原来的2.4倍。除此以外，基于赤藻糖醇食用特性，本发明无毒，安全性能可靠。因此，该复合型相变材料可作为最理想的相变材料广泛运用于移动供热设备中。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中温相变蓄热材料的相变潜热值测试结果。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

赤藻糖醇(C₄H₁₀O₄)为白色结晶粉末，其热物理性质见表1，由表1可知赤藻糖醇的相变潜热为339kJ/kg，是目前文献所知中温相变蓄热材料中相变潜热最大的材料之一。

表1赤藻糖醇的热物理性质

对熔点在110℃-120℃的相变材料进行纵向比较发现：普遍潜热值在200kJ/kg左右。而赤藻糖醇的相变潜热为339kJ/kg。试验中，首先将赤藻糖醇粉末在高温油浴中熔化，待其成为液体后，将其放入60℃的恒温水槽冷却，冷却过程中用热电阻记录温度时间曲线。实验结果发现，在凝固过程中赤藻糖醇显示了115℃左右的相变温度，但其在冷却过程中却并未在该相变温度凝固，而是直到温度冷却到了接近100℃后才开始出现结晶，并由于潜热的释放使得赤藻糖醇的温度又上升。在该实验条件下，赤藻糖醇的过冷度达到了约12℃.显示出赤藻糖醇具有一定的过冷倾向。

向熔化的赤藻糖醇中添加质量百分比为0.2％-0.4％的纳米氧化铝，边加热边搅拌，待其充分溶解后冷却，在冷却过程中跟踪溶液温度的变化情况，从而得出其过冷度为3℃左右，结果表明：添加了纳米氧化铝的赤藻糖醇与赤藻糖醇相比，过冷度得到了显著的减少，且未出现相分离现象。

对添加了质量百分比为0.2％-0.4％纳米氧化铝的赤藻糖醇，进行DSC测试，结果显示其相变潜热值是常规相变材料相变潜热值的1.6倍，表明添加了质量百分比为0.2％-0.4％纳米氧化铝的赤藻糖醇具有较高的相变潜热值。

测量添加了质量百分比为0.2％-0.4％纳米氧化铝的赤藻糖醇的平均导热系数，显示其平均导热系数是赤藻糖醇的2.4倍。

依据以上具体的试验过程，可以表明添加了纳米氧化铝的中温相变蓄热材料保持了赤藻糖醇较高的相变潜热，降低了赤藻糖醇的过冷度，增加了赤藻糖醇的导热系数。

本发明一种中温相变蓄热材料，保留了赤藻糖醇的优点，即无毒、安全性能可靠、具有较高的相变潜热，同时，通过添加纳米氧化铝弥补了纯赤藻糖醇在热导率上的缺陷。

本发明一种中温相变蓄热材料，经过反复试验，性能稳定，过冷度低，无相分离现象，可作为最理想的相变材料应用于移动供热设备中。

实施例1

将赤藻糖醇粉末在高温油浴中熔化，待其成为液体后，分别向熔化的赤藻糖醇中添加0.05％、0.1％和0.2％的纳米氧化铝，边继续加热边搅拌，待其充分溶解后，将其放入60℃的恒温水槽冷却。冷却的过程中利用热电阻时刻跟踪溶液温度的变化情况。根据热电阻所测得的温度时间曲线，发现赤藻糖醇添加0.05％、0.1％和0.2％的纳米氧化铝后，其过冷度仍然维持在10℃左右。

实施例2

向添加了0.2％纳米氧化铝的赤藻糖醇中，继续添加纳米氧化铝，使其质量百分比分别达到0.25％，0.3％以及0.35％，继续加热边搅拌，待其充分溶解后，将其放入60℃的恒温水槽冷却。冷却的过程中利用热电阻时刻跟踪溶液温度的变化情况。根据热电阻所测得的温度时间曲线，发现赤藻糖醇添加0.05％、0.1％和0.2％的纳米氧化铝后，过冷度得到了显著减少，仅为3℃左右。

实施例3

对赤藻糖醇+0.25％纳米氧化铝，赤藻糖醇+0.3％纳米氧化铝以及赤藻糖醇+0.35％纳米氧化铝进行DSC测试。以赤藻糖醇+0.3％纳米氧化铝为例，切下微量赤藻糖醇+0.3％纳米氧化铝固体粉末放入DSC测试仪中，测试结果如图1所示，结果显示其相变温度在120℃，并且具有325kJ/kg的相变潜热。赤藻糖醇+0.25％纳米氧化铝与赤藻糖醇+0.35％纳米氧化铝的测试结果与赤藻糖醇+0.3％纳米氧化铝近似。

实施例4

利用瑞典Hot Disk生产的TPS-2500S热物性行业领先仪器测试导热系数，测试前先将被膜状的镍螺旋探头夹于两块光滑固体之中。测试过程中，探头的阻值变化会被一一记录下来，根据阻值的大小变化建立起探头所经历的温度随时间变化关系。最终，测得赤藻糖醇加入0.2％-0.4％纳米氧化铝后的平均导热系数为：0.7648W/(m·℃)。

Claims

1.一种中温相变蓄热材料，由赤藻糖醇和纳米氧化铝组成，其特征在于：该材料以赤藻糖醇为主料，以纳米氧化铝为添加剂；其中，主料赤藻糖醇的质量百分比为99.6％-99.8％，添加剂纳米氧化铝的质量百分比为0.2％-0.4％。

2.根据权利要求1所述的中温相变蓄热材料，其特征在于：该材料相变温度为110℃-120℃。

3.根据权利要求1所述的中温相变蓄热材料，其特征在于：该材料的相变潜热值是常规相变材料相变潜热值的1.6倍。

4.根据权利要求1所述的中温相变蓄热材料，其特征在于：该材料的平均导热系数为0.7648W/(m·℃)。