一种储热用相变复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种储热用相变复合材料，属于相变复合材料领域，基于该复合材料的总质量，其包含如下组分：A)65‑100％的相变材料；B)0‑30％的导热增强剂；C)0‑5％的防过冷剂。所述相变材料为赤藻糖醇；所述导热增强剂为纳米铝粉、纳米铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨中的一种或多种；所述防过冷剂为纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁、纳米氧化铜中的一种或多种。所述相变复合材料的制备方法包括：1)将相变材料加热熔融；2)向步骤1)中获得的熔融液体中加入防过冷剂并搅拌均匀；3)将步骤2)中所得液态中加入导热增强剂，搅拌均匀后出料，冷却后即得本发明专利技术的相变复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种储热用相变复合材料、制备方法及其应用
本专利技术属于相变复合材料领域，特别涉及一种储热用相变复合材料、制备方法及其应用。
技术介绍
储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。目前，传统的供暖主要采用的是煤炭供暖或者是电加热供暖，众所周知，煤炭供暖在一定程度上解决了供暖的问题，但是由于煤炭供暖会产生极大地环境危害，因此，近几年来，随着环境问题的日益严峻，电能供热逐渐取代了煤炭加热，但是显而易见，电能的产生有很大一部分也是采用煤炭进行发电，这些措施只是将污染源移除了大城市，但是针对于煤炭发电的偏远地段，污染依然存在。未来，电能替代燃煤的清洁供暖方式前途一片光明。清洁供暖是煤改电政策改革的“风口”，面临数千亿级规模的市场。相变储热技术成为目前采用清洁能源供热的主要趋势。相变储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，利用相变储热材料相变时单位质量(体积)潜热，储热量非常大，近年来对于相变储热材料的研究和应用发展迅猛，尤其是利用相变蓄热技术在太阳能利用、废热回收以及电力的“移峰填谷”等节能领域备受关注。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、分布式能源系统等方面有广阔的应用前景。赤藻糖醇作为一种中温相变材料，具有约119℃的熔点和340kJ/kg的潜热，其单位质量的熔解热与冰大致相同，但由于密度大，其单位体积的熔解热是冰的1.4倍左右，是一种极具潜力的相变蓄热材料，但是研究发现赤藻糖醇若不加防过冷剂的话，凝固点(凝固相变温度)会低到50-70℃且过冷度不稳定，这在一定程度上影响了蓄热设备的稳定性。因此开发出一种相变温度合适、过冷度小、相变潜热大且导热系数高的储热用相变复合材料非常重要。
技术实现思路
本专利技术要解决上述现有技术中存在的问题，提供一种相变温度合适、过冷度小、相变潜热大且导热系数高的储热用相变复合材料。本专利技术的另一目的在于提供一种制备本专利技术相变复合材料的方法，通过该方法可以简便地制得本专利技术相变复合材料。本专利技术的又一目的在于提供一种包含本专利技术相变复合材料的相变蓄热采暖器，所述相变蓄热采暖器包含相变原料储热箱，本专利技术的相变复合材料置于所述相变原料储热箱内。实现本专利技术上述目的技术方案可以概括如下：A)65-100％的相变材料；B)0-30％的导热增强剂；C)0-5％的防过冷剂；所述相变材料为赤藻糖醇；所述导热增强剂为纳米铝粉、纳米铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨中的一种或多种；所述防过冷剂为纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁、纳米氧化铜中的一种或多种。进一步，所述赤藻糖醇在复合材料中的含量为100％。进一步，所述导热增强剂为膨胀石墨；进一步，所述防过冷剂为纳米三氧化二铝或纳米二氧化硅；进一步，所述导热增强剂的加入量占相变复合材料总质量的3％至10％；进一步，所述防过冷剂的加入量占相变复合材料总质量的0.5％至1％；进一步，一种制备以上各项所述的相变复合材料的方法，该方法包括：1)将相变材料加热熔融；2)向步骤1)中获得的熔融液体中加入防过冷剂并搅拌均匀；3)将步骤2)中所得液态中加入导热增强剂，搅拌均匀后出料，冷却后即得本专利技术的相变复合材料。进一步，熔融相变材料时的加热温度为130-150℃；进一步，制备相变材料时的搅拌速度为50-100转/分；进一步，加入所述防过冷剂和所述导热增强剂后的搅拌时间均为2-10分钟；更进一步，本专利技术制备好的相变复合材料，可用作相变蓄热采暖器中的相变原料，所述相变蓄热采暖器包含相变原料储热箱，本专利技术的相变复合材料置于相变原料储热箱内。本专利技术具有的优点和积极效果是：1、本专利技术的储热用相变复合材料，可用于各种形式的中温相变蓄热采暖领域，对于目前北方煤改电政策的实施和冬季清洁供暖的实现具有重要的推进意义；2、本专利技术的相变复合材料的过冷度低、相变温度高、相变潜热大、导热率高、循环稳定性好，更重要的是，由于混合或复合了防过冷剂，促进了熔融和凝固结晶性能，大大提高了冷热循环效能。3、本专利技术的膨胀石墨是一种密度低、导热系数大、耐高温及腐蚀、比表面积高又易于与相变材料混合的材料，而且膨胀石墨价格低廉，来源广泛，相较于市场上各种导热增强剂，具有更加广阔的应用前景。4、本专利技术的防过冷剂是在赤藻醇的基础上添加的纳米氧化物材料，两者构成混合成核剂，降低过冷度的效果十分明显。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为本专利技术中防过冷剂的质量百分含量与相变复合材料凝固温度的曲线图；图2为本专利技术中导热增强剂的质量百分含量与相变复合材料导热率的曲线图。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：一种储热用相变复合材料，基于该复合材料的总质量，其包含如下组分：A)65-100％的相变材料；B)0-30％的导热增强剂；C)0-5％的防过冷剂。其中，所述相变材料选择赤藻糖醇，赤藻糖醇(C4H10O4)为白色结晶粉末，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，其热物理性质如下：熔融温度118～120℃；熔融热330～340J/g；固态密度(20℃)1.48g/cm3，液态密度(140℃)1.30g/cm3；热导率(固态、20℃)0.73W/mK、热导率(液态、140℃)0.33W/mK；比热容(固态、20℃)1.46J/gK、比热容(液态、140℃)2.98J/gK；本专利技术的导热增强剂主要用于提高赤藻糖醇相变材料的导热性能，提升储热、放热过程中的换热效率、强化相变传热过程。优选的是，所述导热增强剂为纳米铝粉、纳米铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨中的一种或多种；更优选的是，所述导热填料为膨胀石墨；膨胀石墨是一种密度低、导热系数大、耐高温及腐蚀、比表面积高又易于与相变材料混合的材料，而且膨胀石墨价格低廉，来源广泛，相较于市场上各种导热增强剂，具有更加广阔的应用前景。本专利技术的相变复合材料还包含防过冷剂，防过冷剂主要用作赤藻糖醇相变材料的成核剂，以提升其结晶效率，降低凝固过程的过冷度。近年来由于纳米技术的发展，纳米流体成为一种最有吸引力的传热传质介质。纳米流体是指将1100nm的金属或者非金属纳米粒子悬浮在基液中形成的稳定悬浮液，它是纳米技术应用于热能工程的一项创新性研究，向赤藻糖醇中添加纳米材料形成的相变复合材料在融化状态下也可以看作是纳米流体，其导热性能和稳定机理都可以用纳米流体的理论进行解释。在赤藻糖醇的基础上添加纳米材料，两者构成混合成核剂，克服过冷现象十分明显。纳米材料由于其特殊尺寸，使接触角十分小，纳米材料提供的基底成核表面上，所需要的成功核很小，可明显减小赤藻糖醇的过冷度。本专利的所述防过冷剂选自纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁、纳米氧化铜中的一种或多种；更优选的是，所述防过冷剂为纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅。为了制备本专利技术的相变复合材料，本专利技术还提供了一种制备它的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储热用相变复合材料，其特征在于：基于该复合材料的总质量，其包含如下组分：A)65‑100％的相变材料；B)0‑30％的导热增强剂；C)0‑5％的防过冷剂；所述相变材料为赤藻糖醇；所述导热增强剂为纳米铝粉、纳米铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨中的一种或多种；所述防过冷剂为纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁、纳米氧化铜中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种储热用相变复合材料，其特征在于：基于该复合材料的总质量，其包含如下组分：A)65-100％的相变材料；B)0-30％的导热增强剂；C)0-5％的防过冷剂；所述相变材料为赤藻糖醇；所述导热增强剂为纳米铝粉、纳米铜粉、石墨粉、纳米氮化铝、导热碳纤维、石墨烯、膨胀石墨中的一种或多种；所述防过冷剂为纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅、纳米四氧化三铁、纳米氧化铜中的一种或多种。2.如权利要求1所述的一种储热用相变复合材料，其特征在于：所述赤藻糖醇在复合材料中的含量为100％。3.如权利要求1所述的一种储热用相变复合材料，其特征在于：所述导热增强剂为膨胀石墨。4.如权利要求1所述的一种储热用相变复合材料，其特征在于：所述防过冷剂为纳米三氧化二铝或纳米二氧化硅。5.如权利要求1所述的一种储热用相变复合材料，其特征在于：所述导热增强剂的加入量占相变复合材料总质量的3％至10％。6.如权利要求1所述的一种储热用相变复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海燕，
申请(专利权)人：天津天爱环保技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12