專利名稱：一種復(fù)合相變蓄熱材料及其制備方法
一種復(fù)合相變蓄熱材料及其制備方法所屬領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種用于建筑墻體節(jié)能的復(fù)合相變蓄熱材料，特別涉及十水硫酸、工業(yè)固體石蠟和膨脹珍珠巖的復(fù)合相變蓄熱材料及制備方法。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)發(fā)展，全球能耗不斷增大，建筑能耗已經(jīng)成為全社會(huì)總能耗的重要組成部分。例如，在一些發(fā)達(dá)國家建筑能耗要占其社會(huì)總能耗的30%-40%。我國的建筑能耗約占全國總用能的1/4，居耗能首位。開發(fā)建筑儲(chǔ)能材料實(shí)現(xiàn)建筑物的節(jié)能已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。相變材料大致可以分為有機(jī)相變材料和無機(jī)相變材料。關(guān)于無機(jī)相變材料的研究，大部分主要集中在無機(jī)水和鹽類，這類無機(jī)相變材料通常具有較為合適的相變溫度和巨大的相變焓。但無機(jī)類相變材料因其自身相變過程中的過冷和相分離以及難以微封裝的缺陷大大限制了其在建筑墻體中的應(yīng)用。十水硫酸鈉作為無機(jī)水和鹽類的一種，相變溫度為32.4°C,相變潛熱254kJ/kg,且導(dǎo)熱性能良好、化學(xué)穩(wěn)定性好、無毒、價(jià)格低廉,但其過冷度也往往達(dá)十幾攝氏度，并且在相變時(shí)易發(fā)生相分離。對(duì)于過冷和相分離的問題，通常采用添加成核劑和增稠劑的方式來解決；無機(jī)相變材料封裝則通常采用大容器密封的方式來進(jìn)行，微封裝技術(shù)相比來說還不成熟。中國專利申請CN201010152509.X公開了有機(jī)物/介孔材料基復(fù)合相變蓄熱材料及其制備方法；CN200810033606.X給出了一種相變蓄熱材料及其制備方法，蓄熱基材為十二水磷酸氫鈉，并最終采用大容器封裝；CN03116286.X給出了建筑用相變儲(chǔ)能復(fù)合材料及其制備方法，其中多孔吸附載體包括膨脹珍珠巖、膨脹粘土、膨脹粉煤灰等；儲(chǔ)能基材為石蠟、硬脂酸丁酯有機(jī)相變材料。以上方案仍未公開十水硫酸鈉與膨脹珍珠巖結(jié)合的蓄熱相變材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合相變蓄熱材料及其制備方法。本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):種復(fù)合相變蓄熱材料，由下述重量份數(shù)的材料組成:飽和十水硫酸鈉溶液39.4 40.3、成核劑0.8 1.2、增稠劑1.2 2、固體石蠟23.6 24.0、導(dǎo)熱填料1.2 2.4、膨脹珍珠巖17.8 18.6、蒸餾水13.6 13.9。所述的復(fù)合相變蓄熱材料制備方法，將其中添加了成核劑與增稠劑40攝氏度的飽和十水硫酸鈉溶液，采用真空吸附法吸附于膨脹珍珠巖中，吸附畢再采用工業(yè)固體石蠟對(duì)其進(jìn)行密封處理，密封過程中，添加導(dǎo)熱填料。將其中添加了成核劑與增稠劑40攝氏度的飽和十水硫酸鈉溶液，采用真空吸附法吸附于膨脹珍珠巖中，吸附畢再采用工業(yè)固體石蠟對(duì)其進(jìn)行密封處理，密封過程中，添加導(dǎo)熱填料。作為吸附載體的膨脹珍珠巖需經(jīng)過450°C以上高溫煅燒處理0.5h以上；蓄熱材料外圍密封層為相變溫度高于40°C的工業(yè)固體石蠟。采用真空吸附法，將十水硫酸鈉飽和水溶液吸附于膨脹珍珠巖內(nèi)部的具體過程為:首先，用壓泵法計(jì)算得到膨脹珍珠巖內(nèi)部連通微孔的總體積，并測量得到飽和十水硫酸鈉溶液的密度，從而計(jì)算出單位質(zhì)量膨脹珍珠巖對(duì)飽和十水硫酸鈉的最大吸附量；其次，在40-50°C、真空壓為150-200kpa環(huán)境下，將膨脹珍珠巖和滿足其最大吸附量的十水硫酸鈉溶液共混攪拌吸附，吸附時(shí)長為l_2h，吸附畢逐漸冷卻至室溫，將工業(yè)固體石蠟熔融成液態(tài)，在熔融液中添加一定量的導(dǎo)熱填料并攪拌混合均勻，采取常規(guī)方法使其在蓄熱材料表面形成均勻密封層。上述所添加成核劑為硼砂或者納米氧化鋁；增稠劑為羧甲基纖維素鈉或者聚丙烯酰胺；導(dǎo)熱填料為可膨脹石墨粉、碳化硅粉或者兩者的混合。本發(fā)明的優(yōu)越之處在于提出了一套關(guān)于無機(jī)水和鹽十水硫酸鈉的微封裝方法，并且提出某些添加劑的配方以便能夠在一定程度上改善十水硫酸鈉的過冷和相分離問題。改性并微封裝后，復(fù)合相變蓄熱材料具有較小的過冷度，固液相變時(shí)溶液均勻、不分層，性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，使用壽命延長，能夠更好的應(yīng)用于實(shí)際的建筑節(jié)能工程中。


附圖為本發(fā)明制備方法的工藝路線圖。
具體實(shí)施例本發(fā)明所述的復(fù)合相變蓄熱材料其特征在于主要組成材料以膨脹珍珠巖為吸附載體，十水硫酸鈉作為儲(chǔ)熱基體，工業(yè)固體石蠟為覆膜密封材料。其中膨脹珍珠巖須經(jīng)高溫煅燒處理；為便于將十水硫酸鈉吸附于載體，將其配制成40°C時(shí)的飽和水溶液。最后，為減小水合鹽結(jié)晶水在相變過程中的損失，延長蓄熱材料使用壽命，采用工業(yè)固體石蠟對(duì)材料外圍進(jìn)行覆膜密封處理，同時(shí)在覆膜過程中添加一定量的導(dǎo)熱填料，以提高材料整體的導(dǎo)熱系數(shù)，增強(qiáng)其熱響應(yīng)能力。復(fù)合相變蓄熱材料質(zhì)量組成為:17.8-18.6份膨脹珍珠巖、39.4-40.3份十水硫酸鈉、13.6-13.9份蒸餾水、0.8-1.2份成核劑、1.2-2.0份增稠劑、23.6-24.0份工業(yè)固體石蠟以及1.2-2.4份導(dǎo)熱填料其中蓄熱基體材料占質(zhì)量比例為39.4%-40.3%。本發(fā)明提出的制備方法，其特征包括以下主要步驟:
(1)將一定量膨脹珍珠巖置于450°C以上馬弗爐中煅燒去除表面的有機(jī)物質(zhì)和少量的水分，備用。(2)向質(zhì)量為39.4-40.3份十水硫酸鈉中添加質(zhì)量為13.6-13.9份蒸餾水配制成40攝氏溫度下的飽和水溶液，將質(zhì)量為0.8-1.2份的成核劑，質(zhì)量為1.2-2.0份增稠劑(成核劑和增稠劑使用前用研缽研磨)，在40-50度環(huán)境下混合均勻形成共混液。(3)取質(zhì)量為17.8-18.6份的經(jīng)過第一步處理的膨脹珍珠巖加入到第二步制備的共混液，密封真空40-50°C條件下攪拌吸附0.5-lh，逐漸冷卻至室溫。(4)將質(zhì)量為23.6-24.0份固體石蠟和1.2-2.4份導(dǎo)熱填料在高于石蠟熔點(diǎn)溫度以上混合均勻熔融，用于蓄熱材料外圍覆膜密封，采用常規(guī)方法使熔融液在第三步制備的蓄熱材料表面形成固態(tài)密封層，即可得到一種復(fù)合相變蓄熱材料。下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，未特別注明的工藝參數(shù)，可按常規(guī)操作來進(jìn)行。實(shí)施例1
在40°C條件下將質(zhì)量為40.3份十水硫酸鈉和13.9份的蒸餾水置于燒杯中共混熔融。將質(zhì)量為0.8份的硼砂及1.2份的羧甲基纖維素鈉置于研缽內(nèi)磨細(xì)，加入到共混熔融液中混合均勻。取質(zhì)量為18.6份經(jīng)450°C以上高溫煅燒處理的膨脹珍珠巖加入到上步配置的混合液內(nèi)，在密封40°C真空度150kpa條件下攪拌吸附共混lh，吸附畢，逐漸冷卻至室溫。將質(zhì)量為24份固體石蠟和1.2份可膨脹石墨在高于石蠟熔點(diǎn)溫度以上混合均勻熔融，采用常規(guī)方法使得熔融液在上步制備的蓄熱材料表面形成固態(tài)密封層，即可得到一種復(fù)合相變蓄熱材料。取上述復(fù)合相變材料的樣品，進(jìn)行差式掃描量熱法實(shí)驗(yàn)，使用NETZSCH DSC 204差熱分析儀測試得到相變焓為101.9kJ/kg，相變溫度為32.3°C。采取平板法測試蓄熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.87ff/m.K。
實(shí)施例2
在40°C下取質(zhì)量為39.8份十水硫酸鈉和13.7份蒸餾水置于燒杯中共混熔融。將質(zhì)量為1.1份的納米氧化鋁及1.6份的羧甲基纖維素鈉置于研缽內(nèi)磨細(xì)，加入到共混熔融液中混合均勻。取質(zhì)量為18.1份經(jīng)450°C以上高溫煅燒處理的膨脹珍珠巖加入到上步配置的混合液內(nèi)，在密封45°C真空度175kpa條件下攪拌吸附共混1.5h，吸附畢，逐漸冷卻至室溫。將質(zhì)量為23.9份固體石蠟和1.8份碳化硅在高于石蠟熔點(diǎn)溫度以上混合均勻熔融，采用常規(guī)方法使得熔融液在上步制備的蓄熱材料表面形成固態(tài)密封層，即可得到一種復(fù)合相變蓄熱材料。取上述復(fù)合相·變材料的樣品，進(jìn)行差式掃描量熱法實(shí)驗(yàn)，使用NETZSCHDSC 204差熱分析儀測試得到相變焓為98.8kJ/kg，相變溫度為32.8°C。平板法測試蓄熱材料導(dǎo)熱系數(shù)為1.04ff/m.K。實(shí)施例3
在40°C下取質(zhì)量為39.4份十水硫酸鈉和13.6份蒸餾水置于燒杯內(nèi)共混熔融。將質(zhì)量為1.2份的硼砂及2.0份的聚丙烯酰胺置于研缽內(nèi)磨細(xì)，加入到共混熔融液中混合均勻。取質(zhì)量為17.8份經(jīng)450°C以上高溫煅燒處理的膨脹珍珠巖加入到上步配置的混合液內(nèi)，在密封50°C真空度IOOkpa條件下攪拌吸附共混1.0h,吸附畢，逐漸冷卻至室溫。將質(zhì)量為23.6份固體石蠟、1.6份可膨脹石墨以及0.8份碳化硅粉在高于石蠟熔點(diǎn)溫度以上混合均勻熔融，采用常規(guī)方法使得熔融液在上步制備的蓄熱材料表面形成固態(tài)密封層，即可得到一種復(fù)合相變蓄熱材料。取上述復(fù)合相變材料的樣品，進(jìn)行差式掃描量熱法實(shí)驗(yàn)，使用NETZSCH DSC 204差熱分析儀測試得到相變焓為96.lkj/kg，相變溫度為32.9°C。平板法測試蓄熱材料導(dǎo)熱系數(shù)為1.36ff/m.K。上述實(shí)施例為本發(fā)明較好的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、替代、組合、簡化等應(yīng)為等效的置換方式，全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合相變蓄熱材料，其特征在于由下述重量份數(shù)的材料組成: 飽和十水硫酸鈉溶液39.4 40.3、成核劑0.8 1.2、增稠劑1.2 2、固體石蠟23.6 24.0、導(dǎo)熱填料L 2 2.4、膨脹珍珠巖17.8 18.6、蒸餾水13.6 13.9。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所術(shù)的復(fù)合相變蓄熱材料，其特征在于所添加成核劑為硼砂或者納米氧化鋁；增稠劑為羧甲基纖維素鈉或者聚丙烯酰胺；導(dǎo)熱填料為可膨脹石墨粉、碳化硅粉或者兩者的混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合相變蓄熱材料制備方法，其特征在于將其中添加了成核劑與增稠劑40攝氏度的飽和十水硫酸鈉溶液，采用真空吸附法吸附于膨脹珍珠巖中，吸附畢再采用工業(yè)固體石蠟對(duì)其進(jìn)行密封處理，密封過程中，添加導(dǎo)熱填料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合相變蓄熱材料制備方法，其特征在于作為吸附載體的膨脹珍珠巖需經(jīng)過450°C以上高溫煅燒處理0.5h以上；蓄熱材料外圍密封層為相變溫度高于40°C的工業(yè)固體石蠟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合相變蓄熱材料制備方法，其特征在于采用真空吸附法，將十水硫酸鈉飽和水溶液吸附于膨脹珍珠巖內(nèi)部的具體過程為:首先，用壓泵法計(jì)算得到膨脹珍珠巖內(nèi)部連通微孔的總體積，并測量得到飽和十水硫酸鈉溶液的密度，從而計(jì)算出單位質(zhì)量膨脹珍珠巖對(duì)飽和十水硫酸鈉的最大吸附量；其次，在40-50°C、真空壓為150-200kpa環(huán)境下，將膨脹珍珠巖和滿足其最大吸附量的十水硫酸鈉溶液共混攪拌吸附，吸附時(shí)長為l_2h，吸附畢逐漸冷卻至室溫，將工業(yè)固體石蠟熔融成液態(tài)，在熔融液中添加一定量的導(dǎo)熱填料并攪拌混合均勻，采取常規(guī)方法使其在蓄熱材料表面形成均勻密封層。
全文摘要
本發(fā)明涉及公開了一種復(fù)合相變蓄熱材料及制備方法，其特征在于由下述重量份數(shù)的材料組成飽和十水硫酸鈉溶液39.4～40.3、成核劑0.8～1.2、增稠劑1.2～2、固體石蠟23.6～24.0、導(dǎo)熱填料1.2～2.4、膨脹珍珠巖17.8～18.6、蒸餾水13.6～13.9。將其中添加了成核劑與增稠劑40攝氏度的飽和十水硫酸鈉溶液，采用真空吸附法吸附于膨脹珍珠巖中，吸附畢再采用工業(yè)固體石蠟對(duì)其進(jìn)行密封處理，密封過程中，添加導(dǎo)熱填料。本發(fā)明的優(yōu)越之處在于改性并微封裝后，復(fù)合相變蓄熱材料具有較小的過冷度，固液相變時(shí)溶液均勻、不分層，性能穩(wěn)定，重復(fù)性好，使用壽命延長，能夠更好的應(yīng)用于實(shí)際的建筑節(jié)能工程中。
文檔編號(hào)C09K5/06GK103194179SQ201310111388
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者管學(xué)茂, 朱建平, 張建武, 宋纖纖, 張海波 申請人:河南理工大學(xué)