[发明专利]一种复合型相变蓄热材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种相变蓄热材料，尤其是涉及一种使用十水硫酸钠作为主体的复合型相变蓄热材料。

 

背景技术

蓄热材料，是指一种可以在特定的条件下将一定形式的热量贮存起来，并能在特定的条件下加以释放和利用的物质材料。蓄热材料一般必须具有可逆性好、贮能密度高、可操作性强等特点。

目前公知的蓄热材料，按蓄热方式分，大体可分为显热型、潜热型和化学反应型三个类型。

所谓的显热型蓄热，是指材料在储存和释放热能时，除了材料自身的温度发生变化外，材料的其它形态和特质不发生任何变化。显热蓄热方式具有操作简单，成本低的优点，但在释放能量时，材料的温度发生连续变化，不能保持恒温，且盛装材料的容器体积必需庞大，目前公知的显热型蓄热材料，有土壤、砖石、水泥、氧化铝与氧化镁高温烧结的混合物等。

所谓的潜热型蓄热，是指利用物质在相变时吸热或放热的现象，来进行储存热能、调节控制温度的一种蓄热方式。潜热型蓄热材料不仅具有体积小、蓄热密度大，便于使用、易于管理等优点，而且在蓄热过程中，材料的本身近似恒温，以此可以用来调控周围环境的温度。目前公知的潜热型蓄热材料，有石蜡、碳酸钠等。

所谓的化学反应型蓄热，是指利用物质的可逆化学反应、通过热能与化学能之间的置换来进行蓄热。特定物质在受热和受冷时可发生可逆反应，分别对外吸热或放热，这样就可以把热能集聚起来或传播出去。目前公知的化学蓄热物质，有水合氧化钙、水合氧化镁等。

在上述三个类型的蓄热材料中，潜热型蓄热是最有前途、也是目前应用最多蓄热方式。

 

以潜热型蓄热而论，相变是产生潜热的主要表现方式。

所谓的相变，是指物质外观结构形态的转变现象，其方式一般分为四种：

1，固液相变──物质形态由固态转变为液态，如冰化为水。

2，液气相变──物质形态由液态转变为气态，如水化为水蒸汽。

3，固气相变──物质形态由固态直接升华为气态，如樟脑丸直接挥发。

4，固固相变──物质虽然保持固态外观，但内部分子式排列发生转变，如石墨变为金刚石。

物质在相变时分子结构没有发生变化，物质本身的温度，也几乎不发生变化，但会向周围环境释放或吸收一定的热量，这种通过相变过程向外部环境释放的热量，称为“结晶热”； 向外部环境吸收的热量，称为“熔解热”；结晶热与熔解热均可统称为“相变热”。

相变热是物质潜热中的一种（物质分子的裂变也会产生大量的热）。尽管不同物质的潜热各自不同，但物质的潜热，远远要比物质因为温度变化所产生显热大很多。

作为太阳能相变蓄热材料，除了必须具备潜热的潜质之外，还必须具备以下条件：

1，蓄热容量大。材料的相变热必须能够满足实际应用的要求，一般要求材料相变潜热容量达到每克30卡（或每克125焦）以上，是水温度变化显热的30倍。

2，相变温度适宜。用于室内取暖的材料一般要求其相变温度在20℃-40℃之间；用于远程制热的材料一般要求其相变温度在40℃-80℃之间。同时，还要求材料在凝固相变时无过冷现象，在熔化相变时温度变化量小（最好无变化）。

3，稳定性好。材料在相变时及在冷热变化过程中，体积变化小，不发生离析、分解及其它变化；在使用多材料组分时，各组分间的结合要牢固，性能稳定可靠。

4，导热系数高。材料无论在液态还是固态，都应有较高的导热率，可以及时地将材料内部潜热释放出去，和及时地将外界环境热能储存起来，方便用户使用。

5，安全可靠。相变材料必须是无毒、无腐蚀，不易燃易爆，对人无害，对环境无污染。物美价廉，成本低。

除此之外，另有一些。

目前公知的相变蓄热材料，通常不能完全满足上述要求，往往存在着蓄热量小、相变温度过低或过高、性能不稳定、导热系数差、造价过高等缺陷，其中成为突出的是过冷现象与相分离现象。

◆ 过冷。──当液态相变材料冷却到“凝固点”时并不结晶，而需达到“冷凝点”以下的温度才开始结晶，但由于该材料在结晶的同时又释放出热量，而使材料的温度迅速上升，直至冷凝点以上，这就使材料不能及时相变，造成结晶点滞后，物质过冷。

◆ 相分离。──加热使固态相变材料变成无机盐和结晶水时，某些材料部分不完全溶解于自己的结晶水，而是沉淀于容器底部，冷却时也不再与结晶水结合，形成分层，最终导致溶解不均匀、储热能力逐渐下降。

由于目前公知相变材料的使用效果强差人意，从而影响到公知相变材料的应用范围和社会使用价值。