[发明专利]一种无机水合盐膨胀石墨复合相变储热材料及制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种复合相变储热材料，具体涉及无机水合盐膨胀石墨复合相变 材料及其制备方法。

二、背景技术

相变贮热材料(PCM)在太阳能取暖、航空航天、热负荷的移峰填谷、新型节 能型建筑用材、废热回收及空调技术方面的应用越来越广泛。尤其以潜热储能技 术，由于其所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理等特点而大 受欢迎。在众多的潜热贮能材料中，应用较多的主要有石蜡、脂肪酸、无机水合 盐类等材料。其中，无机水合盐是一类非常重要的中低温相变储热材料，它能提 供熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的多种相变材料，目前应用较多的水合盐主要 有碱及碱土金属的卤化物、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐及醋酸盐等。这类 相变材料潜热密度非常高，相变时体积变化小，而且无毒、无挥发性、不易燃等， 这些方面都优于大多数石蜡和脂肪酸类相变材料，但是该类材料最大的缺点是固 液相变时容易产生过冷和相分层现象。这极大的限制了其在实际贮热工程中的应 用。在众多的无机水合盐材料中，三水醋酸钠(CH₃COONa·3H₂O)熔点为58℃， 熔解热为265kJ/kg，固、液相的比热容分别为1.97和3.22kJ/kg·℃，因其相变温 度适宜，潜热密度较高，是一种很有潜力的相变材料，但是其过冷度可达十几度 到几十度，严重限制了它的应用。目前，对水合盐三水醋酸钠材料，研究的主要 方向是向该类储热基体中添加合适的试剂来解决其过冷和相分层问题，扩展其应 用的范围和空间。

另外，无机水合盐类蓄热材料的导热系数一般都比较低，三水醋酸钠在固态 和液态两种情况下，导热系数均比较低，一般只有0.6～0.7W/m·℃左右，在实际 应用中，由于材料的低导热系数，相变蓄热装置在储热和放热时，其换热效率也 比较低，这也限制了材料的应用，所以改善材料的导热系数也是提高其相变储能 性能的一个重要途径。

中国专利申请CN200810025631.3给出有机物/膨胀石墨复合相变储热建筑 材料及其制备方法，CN200310117411.0给出储热式热泵空调装置的储热器及其 储热材料的制备方法，抑制石蜡的可燃性；石墨/石蜡复合相变储热材料导热系数， CN200910080431.2给出一种储热相变材料及其制造方法，储热相变材料由硅藻 土、膨胀土或膨胀石墨；脲醛树脂；芯材物质：石蜡等储热相变材料，以上方案仍未公 开三水醋酸钠与膨胀石墨结合的储热相变材料及制备方法。

三、发明内容

针对上述现有技术中要解决的问题，本发明的目的是提出一套改善无机水合 盐三水醋酸钠的相变性能的添加剂配方，解决其在贮热过程中存在的过冷、相分 层及低导热系数问题。相变性能改善后，复合相变材料具有较小的过冷度，固液 相变时溶液均匀，不沉淀、不分层，性能稳定，重复性能好，改善材料的导热系 数也是提高其相变储能性能，能够更好的应用于实际的贮热工程中。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明所述的复合相变储热材 料，其特征在于，组成由质量为85-89份无机水合盐三水醋酸钠作为储热基体， 质量为5.5-6.5份的十二水磷酸氢二钠作成核剂、质量为2.5-3.5份的羧甲基纤维 素作增稠剂，质量为3-4.5份的膨胀石墨作为高导热系数的材料掺混在无机水合 盐混合物中，提高其导热系数。

本发明提出的制备方法，其特征包括以下主要步骤：

(1)将质量为85-89份的固态无机水合盐三水醋酸钠分析纯颗粒，质量为 5.5-6.5份的十二水磷酸氢二钠作成核剂、质量为2.5-3.5份的羧甲基纤维素作增 稠剂(白色絮状的I型羧甲基纤维素)，置于研钵中研细后，均匀混合；

(2)将上述比例混合而成的混合物放在试管中，在80±7℃的水浴中加热 至完全熔化状态，搅拌均匀后形成共熔混合物；

(3)取质量为3-4.5份的可膨胀石墨颗粒，放入65±5℃的真空干燥箱中干 燥15±8小时后，取出置于温度为700±40℃的马弗炉中热处理60±30s，使可 膨胀石墨颗粒膨胀，制备出具有丰富微孔结构的膨胀石墨。

(4)将上述膨胀石墨放入无机水合盐共熔混合物中，在液态情况下搅拌共 混、吸附1±0.3小时后，自然冷却后得到复合相变材料。