[發(fā)明專利]一種工業(yè)中溫用相變蓄熱材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410098887.2
• 申請(qǐng)日: 2014-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN103834366B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周衛(wèi)兵;朱教群;程曉敏;李元元;原郭豐;楊憲杰;唐文學(xué);韓慶浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K5/06
• 分類號(hào): C09K5/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 鄔麗明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及中溫領(lǐng)域用相變蓄熱材料的制備，特別提供了一種以己二酸為相變蓄熱材料，添加碳納米管作為導(dǎo)熱增強(qiáng)相的工業(yè)中溫用相變蓄熱材料及其制備方法。該方法制備的相變蓄熱材料的工作溫度可在120～200℃。

背景技術(shù)

在工業(yè)應(yīng)用中，以太陽能為代表的可再生能源具有蘊(yùn)藏豐富和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，堅(jiān)持推進(jìn)其開發(fā)和利用對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。但是，熱能在利用中都存在時(shí)間的間斷性、空間的差異性和強(qiáng)度的不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，這極大地限制了其大規(guī)模化應(yīng)用。蓄熱技術(shù)通過人為的干預(yù)，能對(duì)熱能進(jìn)行合理的調(diào)控（收集、存蓄與釋放），是解決熱能供求在時(shí)間、空間和強(qiáng)度上的不平衡以及提高能源使用效率的有效途徑，近年來已受到國內(nèi)外研究者的廣泛重視。

蓄熱技術(shù)利用材料內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)化，能對(duì)熱能進(jìn)行收集、存蓄與釋放，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能供求關(guān)系的合理調(diào)控。蓄熱技術(shù)按其對(duì)熱能的存蓄方式可以分為顯熱、化學(xué)反應(yīng)熱和潛熱三種。顯熱蓄熱利用材料的熱容進(jìn)行蓄熱，通過提高和降低材料的溫度來實(shí)現(xiàn)熱能的存蓄與釋放。顯熱蓄熱裝置運(yùn)行時(shí)只有溫度發(fā)生變化，因而運(yùn)行和管理較為簡單，是目前技術(shù)最成熟，應(yīng)用最為廣泛的蓄熱方式，但是其蓄熱密度小，因此需要的體積龐大，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模應(yīng)用。近年來隨著全球能源危機(jī)形式的日益突顯，關(guān)于對(duì)中溫相變材料的研究才重新引起研究者的廣泛重視。目前研究的主要材料是熔融鹽、合金及有機(jī)材料。研究表明，在低溫應(yīng)用領(lǐng)域（<100℃），具有較高顯熱容和低廉價(jià)格的水是最優(yōu)的蓄熱介質(zhì)，而在中高溫領(lǐng)域，特別是中溫(80～250℃）的蓄熱材料的研究相對(duì)較少，熱利用技術(shù)相對(duì)薄弱，缺乏系統(tǒng)的研究。

文獻(xiàn)1報(bào)道了“納米氧化鋁與赤藻糖醇復(fù)合相變材料的實(shí)驗(yàn)研究”(王為，章學(xué)來，韓中，等.[J]化學(xué)工程，2012,40（10）：21-24.)文中以赤藻糖醇為相變材料，通過摻加納米氧化鋁作為成核劑來改善赤藻糖醇相變材料的性能，制備出了赤藻糖醇/納米氧化鋁復(fù)合相變材料，測試結(jié)果顯示，摻加的納米氧化鋁可以均勻地分散于熔化狀態(tài)的赤藻糖醇基液中，其能夠有效解決相變材料的過冷問題，當(dāng)摻加量為0.25wt.%時(shí)，復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)較純的赤藻糖醇提高了2倍，相變潛熱由340.08J/g下降到325.08J/g，減少了4.41%。

文獻(xiàn)2報(bào)道以多元合金Sn-Bi-Zn-Cu-Pb為中溫相變蓄熱材料，并對(duì)其性能進(jìn)行研究。(俞鐵銘，Sn-Bi-Zn-Cu-Pb多元合金中溫相變蓄熱性能研究。[M]武漢理工大學(xué)學(xué)位論文，2012.)其研究的結(jié)果表明：Sn-Zn共晶合金具有良好的蓄熱性能，其相變溫度為198℃，相變潛熱為65.8J/g，密度為7.38g/cm³，熱導(dǎo)率為53.4W/(m·K)，Sn-Zn共晶合金的蓄熱能力為485.6J/cm³。其蓄熱能力大于NaNO₃/KNO₃的蓄熱能力，因此Sn-Zn共晶合金的熱物性能具有極大的優(yōu)勢(shì)。

文獻(xiàn)3報(bào)道以NaOH/KOH二元體系為蓄熱材料，對(duì)NaOH/KOH二元體系蓄熱性能進(jìn)行研究。(莊正寧，曹念，李江榮。NaOH/KOH二元體系蓄熱性能研究[J]西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36(11):1133-1137.)并分析了相變材料的熔解和凝固等現(xiàn)象，獲得了二元體系組成對(duì)相變點(diǎn)的影響曲線圖，結(jié)果表明，該二元體系的相變包括固-液相變和固-固相變兩部分；在NaOH質(zhì)量百分含量為23.4%時(shí)，二元體系有最低共熔點(diǎn)為145.6℃，之后隨著NaOH含量增加，二元體系熔點(diǎn)升高。

文獻(xiàn)4報(bào)道了以硝酸鹽為蓄熱相變材料，膨脹石墨來增強(qiáng)和改善導(dǎo)熱性能，(彭國偉.膨脹石墨/熔融鹽復(fù)合定形相變蓄熱材料制備與熱性能的研究。[M]蘭州理工大學(xué)學(xué)位論文，2012)通過差熱分析方法測試得到等摩爾的共晶硝酸鹽在升溫過程中有兩次相變過程，一次是固-固轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變溫度為117.5℃，相變結(jié)束溫度為132℃，相變潛熱為33.34J/g，一次為固-液轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變溫度為219.5℃，相變結(jié)束溫度為227.5℃，相變潛熱為116.6J/g，在工作溫度為400℃制備的等摩爾硝酸鹽，其物相組成為硝酸鉀與硝酸鈉，沒有新物質(zhì)生成。

在上述中溫領(lǐng)域的蓄熱材料的研究中，合金最大的問題是容易氧化，導(dǎo)致其使用壽命短，可靠性較差，而熔融鹽的成本低，相變潛熱高，但其較大的缺點(diǎn)是存在嚴(yán)重的過冷和相分離，而且具有嚴(yán)重的腐蝕性，對(duì)容器的要求較高，因此在實(shí)際的工程中其性能衰減較大，很難保證其長期使用的可靠性。而有機(jī)相變材料則具有相變潛熱高，過冷小，基本無相分離。但其導(dǎo)熱系數(shù)小，在應(yīng)用中需要添加導(dǎo)熱相介質(zhì)來提高其導(dǎo)熱系數(shù)。