[發明專利]一種十水硫酸鈉相變蓄能材料組合物

無效

• 申請號: 201110088799.0
• 申請日: 2011-04-11
• 公開（公告）號: CN102212341A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 萬福新;王金波;杜守琴;李剛;劉佳;袁雪飛
• 申請（專利權）人: 北京京潤寶網絡技術有限公司
• 主分類號: C09K5/06
• 分類號: C09K5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種相變蓄能材料組合物，具有30～32℃的相變溫度，過冷度小于3℃，該相變蓄能材料的相變潛熱值可以達到200kJ/kg以上，具有較高的儲熱密度，因而表現出優良的溫度調節功能。通過配方優化，使得該組合物具有極高的相變穩定性，冷熱循環試驗超過3000次。按照本發明所得到的相變蓄能材料組合物，可以用于太陽能蓄熱、余熱回收、室內調溫等領域。

背景技術

在能量轉換和利用的過程中，常常存在供求之間在時間和空間上不能有效匹配的矛盾，如電力負荷因用電造成的峰谷差，太陽能、風能和海洋能供應的間歇性等。相變蓄能材料本身不產生能量，但作為能量的優良載體，通過特定條件下的能量釋放和轉存，從而有效緩解能量供求上的矛盾。

相變材料的蓄能作用機理是：在物質發生相轉變時，伴隨著能量的吸收或釋放，因此可在一定溫度范圍內調節周圍環境溫度，起到溫度“緩沖器”的作用。相變蓄能材料按照主要相變物質的組成，相變蓄能材料可分為有機相變材料和無機相變材料兩大類。通常情況下，大多數相變物質都會存在過冷度，即溫度達到相變溫度時不發生結晶，實際結晶溫度與相變溫度存在差值，過冷度是衡量相變材料質量的重要指標。

十水硫酸鈉是一種比較理想的中低溫無機水合鹽相變材料，同有機相變材料相比，它具有較好的導熱性和儲熱密度，其相變溫度為31～32℃，相變潛熱值可達到250kJ/kg，但是其缺點也較為明顯：

一是其較高的過冷度(通常大于10℃)，使其相變潛熱無法在正常相變條件下發揮溫度調控作用；二是其分層問題，由于硫酸鈉的溶解度較小(30℃時硫酸鈉在水中的溶解度為40.8g)，因此十水硫酸鈉在高溫(大于32℃)發生相變時，約有1/3左右的硫酸鈉不能溶于其結晶水中，此時的液相為硫酸鈉的飽和溶液，不溶的硫酸鈉就會沉降到溶液的底部，再次發生液-固相變時，由于相變體系的不均勻性，相變首先在固-液界面上發生，其結果導致上層水溶液與底層硫酸鈉固體不能有效結合，造成實際相變潛熱減小，相變過程不可逆。

從結晶動力學的角度來看，過冷度是相變材料發生固液相變過程的必要條件，但從實際應用的角度，如果過冷度過大就失去了應用價值。保持適度的過冷度是本發明解決的問題之一，目前減小過冷度的方法主要有：(1)冷指法；(2)添加成核劑；

其中第一種方法是通過預留一部分固態結晶水合物作為相變凝結核，在需要發生相變時加入，用以引發相變過程，從而釋放潛熱。這種方法能有效的解決過冷問題，但其缺點是使用不方便，相變過程不能自發進行，每次都需要人工操作。

第二種方法是通過添加成核劑來降低過冷度，成核劑的篩選是一個復雜的過程，主要方法有“科學法”和“愛迪生法”。“科學法”是從大量的晶體數據表中挑選同構或同型的材料作為待定的成核劑，然后通過試驗篩選合適的添加量測試其成核效果。“愛迪生法”主要靠直覺，通過對大量的材料進行測試來尋找成核劑，許多有效的成核劑在結構上與相變材料并沒有明顯的相符之處，具有成核效能的原因還找不到合乎邏輯的解釋。試驗結果表明，有時候單一的成核劑也無法勝任持續相變的功能，成核劑復配可以使其能夠在反復相變過程中保持成核活性。

由于十水硫酸鈉化學穩定性好，無毒、原材料易得，相變溫度適中，而且相變潛熱很大，因此，國內外很多學者都對其進行了廣泛的研究，如Maria?Telkes于1951年在美國專利US2677664中首先提到了以Na₄B₂O₇.10H₂O作為成核劑，并于1976年在美國專利US3986969中提出以坡縷石土作為相變體系穩定劑，Lucien?Babin等人于1981年在美國專利US4287076中以Na₄B₂O₇.10H₂O和乳化油為添加劑構成相變材料，黃金等人在2008年發表的綜述文章《無機水合鹽相變材料Na₂SO₄·10H₂O的研究進展》中較為系統的闡述了國內外學者對于十水硫酸鈉的相變學研究成果。

上述各發明和文獻中所研究的十水硫酸鈉其成核劑均基于Na₄B₂O₇.10H₂O，所用的稠化劑并沒有徹底解決分層問題，反復相變后依然存在分層現象，從而導致其相變潛熱值衰減，衰減幅度從20～50％不等。