一种低过冷度的中温相变蓄热材料及其制备方法

本发明涉及相变储能，尤其涉及一种低过冷度的中温相变蓄热材料及其制备方法。

背景技术：

1、有机高分子中温相变材料具有热能储存量大、温体积变化小、容易与其他材料结合等特点，因而被广泛应用于太阳能的储存和利用、建筑蓄热供暖、储能的炊具等民用和军事领域。其主要缺点是在中温相变材料在放热凝固过程中材料温度达到熔化温度时并不结晶，而是继续保持液相，中温相变材料的温度需低于凝固温度时才开始结晶凝固，并放出潜热，而该现象称为材料的过冷现象。因此，过冷问题会降低材料的能量利用效率，限制材料大规模的推广和应用。常用解决方法有微胶囊封装法、机械搅拌法、超声波成核法以及添加剂混合法。

2、中国专利公开号：cn103834366a公开了一种工业中温用相变蓄热材料及其制备方法。该相变蓄热材料由己二酸、镀铜碳纳米管及粘结剂组成；所述己二酸与镀铜碳纳米管的质量比为88％～98％，12％～2％，所述粘结剂的质量为己二酸及镀铜碳纳米管两者总质量的3％。该相变蓄热材料的制备方法为：将己二酸与镀铜碳纳米管按预定配比进行机械混合，混合均匀后装入坩埚中，放入真空干燥箱真空熔融吸附，然后掺入粘结剂压片成型即得。由此可见，上述技术方案通过在己二酸中添加成核剂，能够生产出一种工业领域用蓄热材料，但无法解决相变蓄热材料材料的蓄放热效率低下以及过冷问题，造成了能源的浪费。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种低过冷度的中温相变蓄热材料及其制备方法，用以克服现有技术中的中温相变材料蓄放热效率低下以及过冷度高的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种低过冷度的中温相变蓄热材料，包括：

3、中温相变蓄热材料由第一相变材料、第二相变材料和成核剂组成，第一相变材料与第二相变材料的相变温度不同，且第一相变材料与第二相变材料的晶型结构相似；

4、其中，所述第一相变材料包括至少一种醇类相变材料，所述第二相变材料包括至少一种脂肪酸类相变材料，所述成核剂为纳米级粉体，成核剂占比为5％～20％。

5、进一步地，所述第一相变材料为阿洛酮糖，所述第二相变材料为己二酸，所述成核剂为十水焦磷酸钠和多孔石墨；

6、其中，阿洛酮糖质量占比为90％，己二酸质量占比为5％，十水焦磷酸钠质量占比为3％，多孔石墨质量占比为2％。

7、进一步地，所述第一相变材料的粒径与所述第二相变材料粒径相同，所述成核剂的粒径尺寸为30纳米～120纳米。

8、另一方面，本发明还提供一种中温相变蓄热材料的制备方法，包括：

9、步骤s1，获取所述第一相变材料和所述第二相变材料的初始粒径，根据初始粒径与目标粒径确定所述相变材料的第一研磨粒径；

10、步骤s2，将所述第一研磨粒径的所述第一相变材料和所述第二相变材料研磨至所述第一研磨粒径；

11、步骤s3，将所述步骤s2研磨后的所述第一相变材料、所述第二相变材料与所述成核剂粉末混合并研磨至所述目标粒径；

12、步骤s4，将研磨混合完成的材料倒入反应釜中压实，其中，初始压实度根据混合后相变材料的粒径均匀程度确定；

13、步骤s5，保持所述反应釜中材料处于压紧状态并加热所述反应釜，根据压紧材料的中心温度确定搅拌器开启时机，使用搅拌器对压紧材料进行搅拌混合；

14、步骤s6，根据所述步骤s5搅拌混合中材料的温度变化趋势确定加热搅拌停止时机；

15、步骤s7，将步骤s6搅拌完成的材料冷却至室温并取出，完成所述中温相变材料的制备；

16、其中，所述第一相变材料与所述二相变材料的相变温度不同，且所述第一相变材料与所述第二相变材料的晶型结构相同，所述目标粒径小于20微米。

17、进一步地，在所述步骤s1中，所述第一研磨粒径d由下式确定：

18、

19、其中，t为研磨时间，daim为所述目标粒径，h1为所述第一相变材料硬度，α为所述第一相变材料热膨胀系数，t1为所述第一相变材料相变温度，h2为所述第二相变材料硬度，β为所述第二相变材料热膨胀系数，t2为所述第二相变材料相变温度，t为环境温度。

20、进一步地，在所述步骤s2中，根据所述第一相变材料的初始粒径和所述第二相变材料的初始粒径的差值判断对相变材料的研磨方式；

21、若所述差值大于预设差值，判断对所述第一相变材料和所述第二相变材料分别研磨；

22、若所述差值小于等于预设差值，判断对所述第一相变材料和所述第二相变材料混合后共同研磨。

23、进一步地，在所述步骤s4中，对研磨完成后的材料颗粒进行n次抽样，以材料粒径的方差确定材料粒径均匀表征值；

24、其中，方差由以下方程组确定：

25、

26、式中，xi为第i次抽样检测的材料粒径；

27、

28、初始压实度c由下式确定：

29、其中，ρ2为材料实际松装密度，ρ0为材料达到理想目标粒径时的松装密度，λ为材料粒径均匀表征值,v1为压实前的材料的体积，v2为压实后的材料体积，c0为材料达到理想目标粒径时的压实度。

30、进一步地，在所述步骤s5中，还包括根据压紧材料的中心温度与边缘温度的温差变化确定是否对初始压实度进行调整；

31、若单位时间内中心温度的变化量小于边缘温度的变化量的50％，判定对初始压实度进行调整。

32、进一步地，在所述步骤s5中，根据压紧材料的中心温度确定搅拌器开启时机；

33、当检测的所述压紧材料的中心温度大于等于所述反应釜内相变材料中相变温度最低材料的相变温度时，判定搅拌器开启工作，对加热所述反应釜内材料进行加热搅拌。

34、进一步地，在所述步骤s6中，根据所述步骤s5搅拌混合中材料的温度变化趋势确定加热搅拌停止时机；

35、当所述反应釜内材料的内部温度不再升高时，开始计时，搅拌60分钟～120分钟，使所述反应釜内材料进一步混合。

36、与现有技术相比，本发明通过的有益效果在于，本发明通过选择晶形结构相似而相变温度不同的醇类和脂肪酸类相变材料制备中温相变材料，一方面降低了蓄热材料的过冷度，提高了蓄热材料的蓄放热效率，节约了能源，另一方面，通过在制备中调整相变材料的研磨粒径和加热中相变材料的压实度，能够降低相变材料的制备时间，提高制备效率。

37、进一步地，本发明通过选择晶形结构相似的相变材料制备中温蓄热材料，使制备出的中温相变蓄热材料在相变过程中晶体结构不会产生剧烈变化，从而降低了能量的损耗，提高了材料的使用寿命。

38、进一步地，本发明通过选择相变温度不同的相变材料制备中温蓄热材料，使制备出的中温蓄热材料在时序上先后结晶相变，从而避免了过冷现象。

39、进一步地，本发明通过对初始粒径差别过大的相变材料分别研磨到第一研磨粒径，在相同粒径条件下再混合第一相变材料和第二相变材料，粒径相同的材料在混合中混合效率高，使原材料充分混合，提高了后续研磨和混合的效率。

40、进一步地，本发明通过根据相变材料的松装密度，确定反应釜内材料的压实度，降低了中温相变蓄热材料的生产难度，通过根据反应釜内温度变化，判断反应釜内材料是否压实，从而调整反应釜内压实度，压实度越高使得相变材料在加热过程中热传递效率增加，提高了加热效率，从而提高了相变材料制备的生产效率。