一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質。以正十五烷（C15H32）、正十六烷（C16H34）和正十七烷（C17H36）按質比為6:60:34混合成三元固液相變熱交換工質母體混合材料，向混合材料中添加高導熱性改性材料膨脹石墨強化了其導熱性能；添加分散劑有機膨潤土并利用超聲振蕩的方式改善了其分散穩定性。本發明的固液相變熱交換工質其固液相變溫度范圍為14.5-17.5℃，其相變潛熱值約為212.1kJ/kg，其體積膨脹率約為8.5%。該材料作為海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質，能夠滿足海洋溫差能發電用熱交換工質的基本要求。
【專利說明】一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種相變熱交換材料，特別是一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換 工質及其制備方法，屬于材料制備【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 近些年來，人們對海洋資源開發、海洋科學研究和海洋環境探測的需求越來越重 視，因此，海洋觀測平臺及其相關技術得到了迅速發展。海洋觀測平臺具有結構簡單、工作 效率高、工作區域寬、隱蔽性能好、續航能力強等優點，是獲取海洋環境資源信息的主要設 備。然而，海洋觀測平臺的動力供應問題一直是制約其遠距離、長時間作業的主要瓶頸。海 洋觀測平臺的續航能力對其工作效率起著至關重要的作用，研發高續航能力的海洋觀測平 臺已經成為一種必然的趨勢。海洋溫差能作為一種可再生的綠色能源，具有非常廣闊的應 用前景。尤其是利用海洋溫差能進行發電，從而可以保證海洋觀測平臺長時間、長距離開展 工作。海洋溫差能發電技術主要是利用固液相變材料在發生固液相變時產生的體積收縮與 膨脹，從而可將不同海洋深度上存在的溫差能轉化成液壓能，再利用微型液壓馬達進行發 電的海洋觀測平臺供電技術。在海洋溫差能發電技術中，最為重要的環節在于海洋溫差能 的獲取，而在獲取海洋溫差能的環節中最為關鍵的是熱交換工質的選擇。現有技術為此，開 發一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質，對海洋資源開發和海洋環境探測具有十分 重要的意義。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質，以滿足利用 海洋溫差能發電技術對熱交換工質的性能要求。
[0004] 本發明的目的還在于提供一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質的制備方 法。
[0005] 本發明的構思是這樣的。固液相變材料利用其固態與液態之間的相互轉化而進行 能量的吸收與釋放，在固液相變材料發生固態-液態相變時，通常會伴隨著體積的改變，若 將這種體積變化轉化成液壓能，進而利用微型液壓馬達進行發電，就可以將海洋溫差能最 終轉化成可供利用的電能。石蠟基固液相變材料具有相變溫度較低、可調范圍較寬，固液相 變體積變化率較高，高壓下體積變化率較穩定等特點，比較適合應用于海洋剖面觀測平臺 的溫差能供電系統中。
[0006] 通過對石蠟基固液相變材料的熔點、傳熱特性和相變體積膨脹率等特性進行研 究、分析，本發明選擇以體積膨脹率相對較高的石蠟基固液相變的傳熱工質母體材料。石蠟 類相變材料能較大范圍的符合本發明所需傳熱工質的性能要求，通過不同成分的混合可以 制備出滿足溫度要求的相變材料，并且石蠟類相變材料存在較大的體積膨脹率、無過冷現 象、無腐蝕性、化學性能穩定等優點。但是石蠟類相變材料存在明顯問題是的導熱系數小， 因此，需要進一步增強其導熱性能。備選材料熱物性參數如表1所示。
[0007] 表1備選材料熱物性參數
【權利要求】
1. 一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質，其特征在于其組成如下： 三元復合材料混合物：正十五烷烴、正十六烷烴、正十七烷烴質量比0. 8:6:3. 2， 改性劑：三元復合材料混合物總質量0. 1%的膨脹石墨， 分散劑：三元復合材料混合物總質量0. 1%的十二烷基苯磺酸鈉。
2. -種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質，其特征在于其組成如下： 三元復合材料混合物：正十五烷烴、正十六烷烴、正十七烷烴質量比0. 6:6:3. 4， 改性劑：三元復合材料混合物總質量0. 2%的膨脹石墨， 分散劑：三元復合材料混合物總質量0. 2%的十二烷基苯磺酸鈉。
3. -種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質，其特征在于其組成如下： 三元復合材料混合物：正十五烷烴、正十六烷烴、正十七烷烴質量比0. 6:7:2. 4， 改性劑：三元復合材料混合物總質量0. 5%的膨脹石墨， 分散劑：三元復合材料混合物總質量0. 4%的十二烷基苯磺酸鈉。
4. 一種海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質，其特征在于其組成如下： 三元復合材料混合物：正十五烷烴、正十六烷烴、正十七烷烴質量比〇. 8:7:2. 2， 改性劑：三元復合材料混合物總質量0. 2%的膨脹石墨， 分散劑：三元復合材料混合物總質量0. 2%的十二烷基苯磺酸鈉。
5. -種制備如權利要求1或2或3或4所述交換工質的方法，其特征在于包括以下步 驟： (1) 將C15 :C16 :C17正烷烴按照質量比混合成三元復合材料混合物； (2) 馬弗爐高溫膨化法制備膨脹石墨 使用真空干燥箱將可膨脹石墨干燥lh，取少量干燥后的可膨脹石墨粉放置于陶瓷坩堝 中，然后將其置于600°C溫度下的馬弗爐中加熱膨脹5min，得到膨脹石墨； (3) 在三元復合材料混合物中依次分別添加改性劑膨脹石墨和分散劑十二烷基苯磺酸 鈉，超聲震蕩60min，制備得到海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質材料。
6. -種制備如權利要求1或2或3或4所述交換工質的方法，其特征在于包括以下步 驟： (1) 將C15 :C16 :C17正烷烴按照質量混合成三元復合材料混合物； (2) 微波高溫膨化法制備膨脹石墨 將膨脹石墨在微波的作用下產生渦電流，產生劇烈的加熱效應，使可膨脹石墨迅速膨 脹，從而形成膨脹石墨； (3) 在三元復合材料混合物中依次分別添加改性劑膨脹石墨和分散劑十二烷基苯磺酸 鈉，超聲震蕩60min，制備得到海洋溫差能發電用固液相變熱交換工質材料。
【文檔編號】C09K5/06GK104059616SQ201410291682
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】王葛, 王兵振, 李強, 李國道 申請人:燕山大學