一种高潜热复合低温相变蓄冷剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高潜热复合低温相变蓄冷剂及其制备方法。该相变蓄冷剂由氯化钠、聚丙烯酰胺、锂皂石、水等溶剂组成，制备时首先将氯化钠与水混合搅拌均匀，再缓慢加入锂皂石并充分搅拌使其分散均匀，最后快速且均匀的加入聚丙烯酰胺并搅拌均匀。该相变蓄冷剂的潜热高达230J/g，相变温度为0℃至

【技术实现步骤摘要】
一种高潜热复合低温相变蓄冷剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及相变材料
，具体涉及一种高潜热复合低温相变蓄冷剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]随着经济的快速发展，我国对冷链运输的需求不断增长，对运输过程中产品的新鲜度要求越来越高。据统计，我国农产品、肉类和水产品在运输过程中的损失率分别高达30％、15％、12％，造成了严重的经济损失，影响了我国冷链运输的发展。
[0003]我国电力供需在时间上具有很大的差异，在高峰期和低谷期用电量的不平衡造成了严重的电力浪费，限制了我国经济发展和能源供应。电力“移峰转谷”是指在用电低谷期将能量储存，在用电高峰期再将储存的能量释放出来，这样就可以有效解决电力浪费和电力供需不平衡的问题。蓄冷技术作为“移峰转谷”的有效手段，受到了科研人员的广泛关注，该技术的使用范围也日渐增加。因此，研发高效的蓄冷技术对降低冷链运输中的经济损失以及解决供电不平衡问题具有重大的意义。
[0004]蓄冷技术是指在夜晚用电低谷期进行电动制冷，利用储能材料的显热或者潜热特性，将电力转化为冷量储存在蓄冷剂中，在白天用电高峰期再将冷量释放出来的技术。其不仅可以用于电力的“移峰转谷”，而且在制冷、化工、医药、食品等领域也起到了重要作用。
[0005]目前已知的蓄冷技术包括水蓄冷、冰蓄冷以及相变蓄冷。水蓄冷的本质是利用水的显热将冷量储存起来，在需要冷量时将低温水中的冷量释放出来。由于水的比热容较小，因此通常需要使用大量的水储存冷量，这就导致水蓄冷有很多局限性，例如蓄冷效果差、蓄冷密度低、蓄冷效率低、占地面积大、冷量损耗大等缺点。冰蓄冷主要通过冰的相变潜热储存冷量，再利用冰块的融化释放冷量。常压下冰在0℃时的相变潜热高达333.7J/g，远远高于水的显热，因此单位体积的冰远比单位体积的水储存的冷量多很多。冰蓄冷虽然具有较高的潜热，但是也存在易泄漏的问题，而且冰的相变温度为0℃，无法满足对温度有较高要求的冷链运输和冷库储存。相变蓄冷是指以相变材料作为蓄冷剂，通过其相变潜热进行冷量储存，在使用时再将冷量释放出来。相同体积情况下，相变蓄冷的储能密度是显热蓄冷的5
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14倍，其具有温度变化小、蓄冷效率高、体积变化较小、质量轻便、种类繁多和蓄冷温度范围广泛等优点，在蓄冷领域占有非常重要的位置。相较于水蓄冷和冰蓄冷技术，相变蓄冷还具有蓄冷温度低、冷量储存密度大、种类多等优势，因此发展基于相变材料的蓄冷技术在解决冷链运输损耗以及供电不平衡等问题上有非常重大的意义。
[0006]相变蓄冷剂主要是通过相变材料进行蓄冷。相变材料是指在温度恒定的情况下，物相发生改变过程中存在热量吸收和释放现象的物质。在物相发生改变的过程中，相变材料将会释放或者吸收大量的热量，这个热量被称为相变潜热，发生相变时的温度称作相变温度。在热量储存过程中，主要涉及到能量从材料的一种物相状态转移到材料的另外一种物相状态。例如保持氯化钠温度恒定不变，氯化钠吸收热量由固态变为液态，这个过程中氯化钠温度没有发生变化只发生了物相变化，因此氯化钠可被称为相变材料，由固态变为液
态所吸收的热量被称作相变潜热。
[0007]相变蓄冷剂按照化学组成可分为无机相变蓄冷剂、有机相变蓄冷剂和复合相变蓄冷剂三类。其中有机相变蓄冷剂具有高潜热、过冷度小和相分离、种类丰富等优点，如公开文献1(周孙希,章学来,刘升.十四烷
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正辛酸有机复合相变材料的制备和性能[J].储能科学与技术,2018,7(04):692
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697)、公开文献2(方贵银,邢琳,杨帆等.相变蓄冷材料制备及热性能研究[J].低温与超导,2006(01):68
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70.)等。有机相变蓄冷剂虽然有很多优点，但是也存在一些问题，例如固有的导热系数低、阻燃性差、热稳定性差等问题，这些缺点大大限制了其应用。
[0008]相比之下，无机相变蓄冷剂有较为广泛的应用前景，是蓄冷技术的主要发展方向。无机相变蓄冷剂具有无臭、潜热高、导热系数高、体积变化小、环保、廉价等一系列优点，但同时也存在一些问题(即过冷和相分离)，并且其在固
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液相变时容易发生泄露造成污染，易泄露是液
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固无机相变剂的一大难题。相分离是指相变蓄冷剂进行多次冷冻
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解冻循环后，部分溶质(盐)析出而沉降于底部，出现溶质与溶剂分层的现象。相分离不仅破坏了相变蓄冷剂的均一相，而且会严重影响相变材料的相变温度以及相变潜热，导致相变材料的稳定性降低，从而降低了使用寿命。此外随着相变蓄冷剂的冷冻
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解冻循环次数增加，溶液中的无机盐析出现象也会越来越严重，相分离现象也越明显，这就导致相变材料的蓄冷性能越来越差。因此如何解决过冷和相分离问题，已成为研发新型无机相变蓄冷剂的主要任务。
[0009]氯化钠是最常见的无机盐，具有储量丰富、价格低廉等优点，在制作相变蓄冷剂方面具有很大的成本优势，但是氯化钠溶液在发生固
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液相变时容易发生泄露，且存在过冷和相分离问题。在公开文献3(班超方,卢立新,潘嘹.冷冻型复合相变蓄冷材料的制备与性能评价[J].化工新型材料,2019,47(05):218
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221,226.)中，班超方等人以NaCl作为主储能剂，通过添加羧甲基纤维素钠(CMC)作为增稠剂，研发出一种新型复合相变蓄冷剂。然而CMC的耐盐性和增稠效果较差，导致该蓄冷剂具有较大的流动性，存在泄露和污染的风险，在实际应用中可能具有一定的局限性。在公开文献4(吴彤.镁基无机盐低温相变材料的制备及性能研究[D].华南理工大学,2020.DOI:10.27151/d.cnki.ghnlu.2020.003553.)中，吴彤等人以23wt％的MgCl2溶液为主要储能材料，以1wt％的CaCl2和0.25wt％的Ca(OH)2为成核剂，以0.5wt％的黄原胶作为增稠剂，研发出一种新型复合相变蓄冷剂。文献记载该复合相变蓄冷剂的潜热较低，仅为139.8J/g，这说明其储存冷量的效率较低。在公开文献5(HAN B,CHOl JH,DANTZlG J A,et al.A quanttative analysis on latent heat of an aqueous binary mixture[J].Cryobiology 2006,52(1):146
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151)中，HAN等人制备出五种不同浓度的盐
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水二元无机相变材料，通过DSC技术发现其中一种无机相变材料的相变温度为
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22℃，但是其相变潜热较低，仅为115J/g。
[0010]为了解决易泄露及相分离的问题，我们选用聚丙烯酰胺与锂皂石进行协同增稠。聚丙烯酰胺是一种常用的有机增稠剂，锂皂石是一种高效的无机增稠剂，且两者之间可通过氢键与静电作用力等在水溶液中相互交联进一步增稠，有效降低溶液的流动性。此外，锂皂石还可以作为成核剂，有效降低氯化钠相变蓄冷剂的过冷度。由此制得的复合相变蓄冷剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高潜热复合低温相变蓄冷剂，其特征在于：该蓄冷剂由氯化钠、聚丙烯酰胺、锂皂石、溶剂组成，并且氯化钠、聚丙烯酰胺、锂皂石均匀分散在溶剂中。2.如权利要求1所述的高潜热复合低温相变蓄冷剂，其特征在于：该蓄冷剂中氯化钠的质量分数≥聚丙烯酰胺的质量分数＞锂皂石的质量分数。3.如权利要求2所述的高潜热复合低温相变蓄冷剂，其特征在于：该蓄冷剂按照质量分数计的组成为：氯化钠不超过26.5％，聚丙烯酰胺不超过15％，锂皂石不超过10％，余量为溶剂。4.如权利要求3所述的高潜热复合低温相变蓄冷剂，其特征在于：该蓄冷剂按照质量分数计的组成为：氯化钠5％
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10％，聚丙烯酰胺5％
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7％，锂皂石3％
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4％，余量为溶剂，所述溶剂具体为去离子水。5.如权利要求1所述的高潜热复合低温相变蓄冷剂，其特征在于：该蓄冷剂的潜热为0
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230J/g，相变温度为0℃至
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25℃，形态为黏稠度较高的液体。6.权利要求1
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5任意一项所述高潜热复合低温相变蓄冷剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先按比例备料，接着将氯化钠与溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾菲菲，郭聪，易浩，宋少先，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：