[发明专利]一种六水氯化钙相变蓄能材料组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变蓄能材料组合物，具有23～25℃的相变温度，过冷度小于3℃，并且该组合物具有较高的相变潜热值，可以达到180kJ/kg，具有优良的温度调节功能，同时具有极高的相变稳定性，冷热循环试验超过3000次。按照本发明所得到的相变蓄能材料组合物，可以用于太阳能蓄热、余热回收、室内调温等。

背景技术

在能量转换和利用的过程中，常常存在供求之间在时间和空间上不能有效匹配的矛盾，如电力负荷因用电造成的峰谷差，太阳能、风能和海洋能供应的间歇性等，而通过热能储存技术的设计、实施，可以有效缓解或解决这种能量供求上的矛盾，其中相变蓄能材料是热能存储的核心材料。

相变材料的蓄能作用机理是：在物质发生相转变时，伴随着能量的吸收或释放，因此可在一定温度范围内调节周围环境温度，起到温度“缓冲器”的作用。相变蓄能材料按照主要相变物质的组成，相变蓄能材料可分为有机相变材料和无机相变材料两大类。通常情况下，大多数相变物质都会存在过冷度，即温度达到相变温度时不发生结晶，实际结晶温度与相变温度存在差值，过冷度是衡量相变材料质量的重要指标。

六水氯化钙是一种典型的无机水合盐相变材料，同有机相变材料相比，它具有较好的导热性和储热密度，其相变温度为29℃左右，但是由于其较高的过冷度（正常情况下大于20℃），使其相变潜热无法在正常条件下发挥温度调控作用。

从结晶动力学的角度来看，过冷度是相变材料发生固液相变过程的必要条件，但从实际应用的角度，如果过冷度过大就失去了应用价值。目前减小六水氯化钙过冷度的方法主要有：（1）冷指法；（2）添加成核剂；

其中第一种方法是通过预留一部分固态六水氯化钙作为相变凝结核，在需要发生相变时加入，用以引发相变过程，从而释放潜热。这种方法能有效的解决过冷问题，但其缺点是使用不方便，相变过程不能自发进行，每次都需要人工操作。

第二种方法是通过添加成核剂来降低过冷度，成核剂的筛选是一个复杂的过程，主要方法有“科学法”和“爱迪生法”。“科学法”是从大量的晶体数据表中挑选同构或同型的材料作为待定的成核剂，然后通过试验筛选合适的添加量测试其成核效果。然而对于六水氯化钙的晶体结构合适的化合物很少，即使有良好的匹配也不一定能保证其成核的活性。“爱迪生法”主要靠直觉，通过对大量的材料进行测试来寻找成核剂，许多有效的成核剂在结构上与相变材料并没有明显的相符之处，具有成核效能的原因还找不到合乎逻辑的解释。

由于六水氯化钙化学稳定性好，无毒、原材料易得，相变温度在常温范围内，是一种理想的相变蓄能材料，因此，国内外很多学者都对其成核剂进行了广泛的研究，比较典型的研究成果如下：

（1）George A.Lane分别在其专利US4412931（1983年）和US4613444（1986年）中使用了一系列的钡盐和锶盐作为六水氯化钙的成核剂，并添加了不同的钾盐，得到了相变温度为27～30℃的相变蓄能材料，并使六水氯化钙的过冷度降低至5℃内。

（2）Kaneff在1991年的专利WO 91/00324中使用了氯化锶和氯化钾，得到了相变温度为29.6±0.2℃的相变蓄能材料，在添加了氯化铵后得到了相变温度为22℃的相变蓄能材料。

（3）徐云龙等在其专利200510110315.2中使用硼砂等作为成核剂得到了相变温度为29℃左右的相变蓄能材料。

（4）李志广等人在2007年发表的《相变恒温材料六水氯化钙的研究》中，对氢氧化钡在六水氯化钙中的成核性能进行了研究。

（5）Bo Carlsson在2008年发表的《Phase change behaviour of some latent heat storage media based on calcium chloride hexahydrate》一文中，系统的分析了氯化钾、氯化锶、氯化钠等体系的相变热力学性能。

上述各发明和文献中所研究的六水氯化钙的相变温度大于或者27℃，或者低于22℃，并且没有从相变稳定性的角度对相变蓄能材料进行考察。

本发明公布了一种六水氯化钙相变蓄能材料及其制备方法，其相变温度为23～25℃，具有良好的相变稳定性，过冷度小于3℃。同时，由于无机相变材料的相变过程中各种添加剂起到了很重要的作用，因此在生产及分装过程中保证成核剂等添加剂在体系中的均一性是非常重要的，本发明同时通过添加适量的稠度调节剂解决了相变蓄能材料生产和分装过程中的成核剂分布不均匀造成的质量问题。

发明内容