一種相變儲能介質及制備方法
【專利摘要】一種相變儲能介質，其特征在于，由重量百分比為2％-10％硝酸鈉，20％-30％的硝酸鈣,30％-60％硝酸鎂和20％-40%的水所組成。本發明提供一種相變溫度在64℃附近，循環穩定性佳，腐蝕性低，過冷度小、成本低廉的無機相變儲能介質。
【專利說明】一種相變儲能介質及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種以相變形式儲存熱能的相變材料以及制備方法。
【背景技術】
[0002]相變儲能介質是一種在狹窄的溫度區域內發生相變而儲存或釋放熱量的物質。其作用機理是，當熱源溫度高于材料相變點時，相變儲能介質從高溫熱源中吸收大量熱量而熔化，把能量儲存起來，當溫度低于材料相變點時，已熔化的相變儲能介質冷凝成固體而釋放出大量的熱量。其優點是，該材料能在較小的溫差下通過相變儲存熱能，增大了單位體積的儲能密度，降低了熱量向環境的損耗量；同時，在有用熱需求時，又能向溫度更低的介質或環境高效穩定地供熱。
[0003]太陽能集熱器所產生的熱或其它工業廢熱以及利用波谷電所產生的熱的供給具有時限性，能量供給與使用需求的時間矛盾可通過相變儲能來解決。對于供應洗浴用熱水，從傳熱效率來考慮，迫切需要開發相變溫度在60 - 80°C的相變儲能材料來儲存熱量。[0004]一般地，有機相變儲能材料成本較高，導熱性較差，單位體積的儲能密度較低，用于洗浴熱水的熱量儲存成本會比較高、體積偏大。
[0005]無機鹽水合物儲能材料，具有單位體積的儲能密度較高、熱導性較好、不易燃等優點，是用作大規模儲熱的優選材料。然而，目前已開發的相變溫度點在60 - 80°C的無機鹽水合物相變材料卻非常少。據文獻(nachr.chem.tech.lab.45(1997):1077)報道，由硝酸鋰和六水硝酸鎂按一定比例混合可制成相變溫度在72°C的相變儲能材料，然而，該材料含有12 - 15%左右的昂貴的硝酸鋰，導致材料的成本較高，使用的經濟性收到很大的挑戰。一水氫氧化鈉相變溫度為64.30C，但腐蝕性強、過冷度大且價格較貴。在儲熱工程應用中，人們希望開發出相變溫度點在60 - 80°C之間、價格低廉、循環穩定性好、腐蝕性低的相變材料。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題在于克服上述現有技術之不足，提供一種相變溫度在60 - 80°C之間，循環穩定性佳，腐蝕性低，過冷度小、成本低廉的無機相變儲能介質。
[0007]按照本發明提供的一種相變儲能介質，由重量百分比為2% -10%硝酸鈉，20% -30%的硝酸鈣，30% -60%硝酸鎂和20% -40%的水所組成。
[0008]按照本發明提供的一種相變儲能介質優選方案為:由重量百分比為5% -8%硝酸鈉，24% -27%的硝酸鈣，35% -55%硝酸鎂和25% -35%的水所組成。
[0009]按照本發明提供的一種相變儲能介質的制備方法，其特征在于:將硝酸鎂水溶液或六水硝酸鎂固體或二水硝酸鎂固體或無水硝酸鎂固體、硝酸鈣水溶液或四水硝酸鈣固體或無水硝酸鈣固體、硝酸鈉水溶液或硝酸鈉固體、和水按一定比例配置，加熱熔化成液體，所述液體由重量百分比為2% -10%硝酸鈉，20% -30%的硝酸鈣，30% -60%硝酸鎂和20% -40%的水所組成。[0010]按照本發明提供的一種相變儲能介質與現有技術相比具有如下優點:本發明通過多次實驗研究確定了該室溫相變儲能介質的各組分及相應的含量，該材料具有相變溫度點穩定、相變時固相組成與液相組成一致、相變隨溫度變化敏感、對多種型號的不銹鋼和鋁等材料無腐蝕等諸多優點。當環境溫度高于64°c時，該儲能材料通過自身的融化大量地從環境中吸收熱量，當環境溫度低于ere時，儲能材料凝固再向環境釋放大量的熱量，從而維持環境溫度的穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明實施例1的吸放熱溫度曲線圖。
[0012]圖2是本發明實施例2的吸放熱溫度曲線圖。
[0013]圖3是本發明實施例3的吸放熱溫度曲線圖。
[0014]圖4是本發明實施例4的吸放熱溫度曲線圖。
[0015]圖5是對比實施例1的吸放熱溫度曲線圖。
[0016]圖6是對比實施例2的吸放熱溫度曲線圖。 【具體實施方式】
[0017]在本發明提供的一種相變儲能介質，由重量百分比為2% — 10%硝酸鈉，20% -30%的硝酸鈣，30%- 60%硝酸鎂和20% -40%的水所組成。優選由重量百分比為5%- 8%硝酸鈉，24% -27%的硝酸鈣，35% — 55%硝酸鎂和25% -35%的水所組成。
[0018]一種相變儲能介質的制備方法，將硝酸鎂水溶液或六水硝酸鎂固體或二水硝酸鎂固體或無水硝酸鎂固體、硝酸鈣水溶液或四水硝酸鈣固體或無水硝酸鈣固體、硝酸鈉水溶液或硝酸鈉固體、和水按一定比例配置，加熱熔化成液體，所述液體由重量百分比為2% —10%硝酸鈉，20% -30%的硝酸鈣，30% — 60%硝酸鎂和20% -40%的水所組成。
[0019]通過研究發現，把硝酸鈉、硝酸鎂、硝酸鈣和水按一定的比例混合后，可獲得一共晶相變溫度在63°C左右的儲能介質。
[0020]該材料可由硝酸鎂水溶液或六水硝酸鎂固體或二水硝酸鎂固體或無水硝酸鎂固體、硝酸鈣水溶液或四水硝酸鈣固體或無水硝酸鈣固體、硝酸鈉水溶液或硝酸鈉固體混合加熱，加水或蒸發一定的水分后，配置而成。所配置成的材料即可當作相變儲能材料使用。在溫度高于64°c時，它會從環境大量吸收熱量而融化，當溫度低于61°C時，該材料由液相凝固成固相，從而釋放出大量的熱，實現能量的儲存與釋放。
[0021]其作用機理是，在硝酸鈉-硝酸鎂-硝酸鈣-水四元體系中，在2% — 10%硝酸鈉，20% -30%硝酸鈣，30% — 60%硝酸鎂和20% -40%水的組成區域，存在一個共晶點，該點的共晶溫度為63°C左右。
[0022]把該儲能介質封裝于無機或有機材質的保溫容器中，可用于儲存太陽能集熱器吸收的熱量或工業余熱，在用戶需要時，提供溫度較穩定的熱水。
[0023]以下實施例是為了更詳細地解釋本發明，但不是對本發明的限制，本發明可以按
【發明內容】
所述的任一方式實施。
[0024]實施例1:
[0025]把5克硝酸鈉、70克六水硝酸鎂和25克無水硝酸鈣混合在一起，攪拌加熱固體物料，直至全部融化為液體，該液體中含5%硝酸鈉、25%硝酸鈣，40.5%硝酸鎂和29.5%水。裝該液體于密閉容器中，將該容器置于58°C的空氣環境中，測定介質溫度隨時間而變化的關系，如圖1實線所示，可見，在62°C左右出現一個明顯的溫度平臺，這是由于介質在這一溫度下凝固向環境釋放大量的熱量，從而維持自身溫度的穩定。
[0026]再將裝有已完全固化的該儲能介質的容器置于溫度為68°C的環境，介質升溫曲線如圖1實線所示。可見，在64°C左右有一個明顯的溫度平臺，這是該介質從環境中大量吸收熱量的緣故，高于64°C，介質完全融化，因而升溫速度加快。
[0027]觀察儲能介質的結晶行為可見，在65°C時，介質完全為液態，而在58°C時，介質幾乎完全轉變為固態。
[0028]用同樣重量的純水重復上述過程，測得其升降溫曲線如圖1細實線所示，可見水在很短時間內即達到環境溫度，這是由于水在所涉及的溫度變化區域，只儲存顯熱，沒有相變熱，儲能容量低的緣故。
[0029]比較兩者可見，本發明的儲能介質能從高于65°C的環境吸收大量的熱量，以及向低于60°C環境釋放大量的熱量，其儲能容量要比純水大很多倍。
[0030]實施例2:
[0031]把5克硝酸鈉、40.5克無水硝酸鎂、36克四水硝酸鈣和18.5克水混合在一起，加熱熔化成液體，該液體含5%硝酸鈉、25%硝酸鈣，40.5%硝酸鎂和29.5%水。裝該液體于密閉容器中，按實施例1所描述的條件進行升降溫實驗，結果如圖2實線所示。可見該材料在61 — 65°C之間亦有 明顯的溫度平臺。與純水比較，該儲能介質亦顯示出很好的儲能性能，同樣可作為相變儲能材料使用。
[0032]實施例3:
[0033]把7克硝酸鈉、60克六水硝酸鎂和33克四水硝酸鈣混合在一起，加熱、攪拌直至全部溶化成成分均勻的液體，該液體含7%硝酸鈉、23%硝酸鈣，34.7%硝酸鎂和35.3%水。裝該液體于密閉容器中，分別在56和68°C的環境下進行降溫和升溫實驗，并與純水進行比較，結果如圖3所示。可見，即使在56度的環境下，該材料在61 — 65°C之間仍有明顯的溫度平臺。與純水比較，該儲能介質仍具有很好的恒溫性能，同樣可作為相變儲能材料使用。
[0034]實施例4:
[0035]把7克硝酸鈉、70克硝酸鎂含量為50%的水溶液和23克無水硝酸鈣混合在一起，加熱攪拌成均勻的溶液，該溶液含7 %硝酸鈉、23 %硝酸鈣，35 %硝酸鎂和35 %水。裝該液體于密閉容器中，在56度的環境下冷卻然后在68度的環境下升溫，測得材料溫度隨時間變化的結果如圖4實線所示。可見該材料在61 — 65°C之間亦有明顯的溫度平臺，這是由于該材料在此溫度區域通過相變大量地放熱和吸熱所致。該配比材料可作為相變儲能材料使用。
[0036]對比例I
[0037]把2克硝酸鈉、18克硝酸鈣和65克硝酸鎂和15克水混合在一起，攪拌加熱。然后把該材料放置在58°C至80°C的環境進行升降溫實驗，并把它與純水進行比較，結果如圖5所示。可見，當所配制的材料中硝酸鎂含量高于60%，水含量低于20%時，該材料的儲放熱行為跟水相似，沒有特殊的相變儲能能力。
[0038]對比例2[0039] 把15克硝酸鈉、35克硝酸鈣和25克硝酸鎂和25克水混合在一起，加熱至全部融化并混合均勻。然后把該材料放置在58°C至80°C的環境進行升降溫實驗，并把它與純水進行比較，結果如圖6所示。可見，當所配制的材料中硝酸鈣高于30%、硝酸鎂低于30%和硝酸鈉含量高于10%時，該材料的儲放熱行為跟水相似，沒有特殊的儲能能力。
【權利要求】
1.一種相變儲能介質，其特征在于，由重量百分比為2% -10%硝酸鈉，20% -30%的硝酸鈣，30%-60%硝酸鎂和20% -40%的水所組成。
2.如權利要求1所述的一種相變儲能介質，其特征在于:由重量百分比為5%-8%硝酸鈉，23% -27%的硝酸鈣，35% -55%硝酸鎂和25% -35%的水所組成。
3.一種相變儲能介質的制備方法，其特征在于:將硝酸鎂水溶液或六水硝酸鎂固體或二水硝酸鎂固體或無水硝酸鎂固體、硝酸鈣水溶液或四水硝酸鈣固體或無水硝酸鈣固體、硝酸鈉水溶液或硝酸鈉固體、和水按一定比例配置，加熱熔化成液體，所述液體由重量百分比為2% -10%硝酸鈉，20% -30%的硝酸鈣，3`0% -60%硝酸鎂和20% -40%的水所組成。
【文檔編號】C09K5/06GK103881661SQ201410097410
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】曾德文, 劉瑞, 蘇一清, 朱文雅, 來夢澤 申請人:中南大學, 浙江格貝能源科技有限公司