《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》是馬鞍山市博浪熱能科技有限公司於2016年3月25日申請的發明專利，該專利申請號為2016101880173，公布號為CN105694822A，專利公布日為2016年6月22日，發明人是俞海雲、汪吉平、葛飛、張天池、鄭翠紅、冐愛琴、林娜、閆勇。
《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》公開了一種能夠實際套用於空氣能熱泵熱水器相變儲能材料和製備方法，屬於材料技術領域。該發明所提及的複合相變儲能材料的主要組分為：聚乙二醇2000的質量百分比為71～83％、甘油的質量百分比為16～28％、抗氧劑KY-500的質量百分比為0.7％、硬脂酸鈣的質量百分比為0.3％。該複合相變儲能材料具有相變溫度為46～48℃，相變潛熱154～157千焦/千克，熱循環4000次後相變潛熱損失小於10％，適用於空氣能熱泵熱水器的儲能單元。
2020年7月17日，《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法
- 公布號：CN105694822A
- 公布日：2016年6月22日
- 申請號：2016101880173
- 申請日：2016年3月25日
- 申請人：馬鞍山市博浪熱能科技有限公司
- 地址：安徽省馬鞍山市慈湖高新區筆架山路1166號
- 發明人：俞海雲、汪吉平、葛飛、張天池、鄭翠紅、冐愛琴、林娜、閆勇
- 代理機構：馬鞍山市金橋專利代理有限公司
- 代理人：阮愛農、郭大美
- Int.Cl.：C09K5/06(2006.01)I；F24H4/02(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
空氣能熱泵熱水器通過逆卡諾循環原理，能夠以極少的電能把空氣低溫位熱能轉化成高溫熱能，再傳至水中，加熱成熱水。截至2016年3月，市場上的空氣能熱泵熱水器均採用水作為儲能材料，由於水的熱容較低，使得儲能水箱存在體積大、儲能效率不高和放熱慢等缺點，極大地影響了空氣能熱泵熱水器在民用市場的推廣，也增加了社會能耗負擔。而使用相變儲能材料，則可以有效提高能源利用率，節約能耗。根據空氣能熱泵的工作原理可知，如果用相變材料來進行儲能，則材料相變溫度應在46～48℃，這樣可以使得空氣能熱泵的熱轉化效率最大化，同時相變材料應具有較大相變潛熱和很高的熱穩定性（設一天熱循環一次，壽命十年，則熱循環穩定性至少應大於約4000次，潛熱衰減應低於10％），以使其具有實用價值。 中國發明專利CN103992772A公開了一種相變儲能材料及其製備方法，該相變儲能材料由棕櫚酸和硬脂酸經熔融混合而成，複合相變儲能材料相變溫度為52～55℃，相變潛熱為160～170焦/克，熱循環次數720次後，相變潛熱衰減2.5～3.5％。存在的問題是該相變儲能材料相變溫度過高，同時熱循環次數不足，無法滿足空氣能熱泵熱水器需要。
中國發明專利ZL2011103999771公開了一種聚乙二醇（PEG）類相變材料，該相變材料具有相變焓較高、熱滯後效應低和分子量可調節的特點，不同分子量的聚乙二醇按一定比例復配熔融混合混合後，可以對熱性能參數進行調節，因此可以製備出相變溫度符合46～48℃的相變儲能材料。存在的問題是由於聚乙二醇（PEG）類相變材料為聚合物混合物，在不經過任何抗老化處理的情況下，熱循環500次時，相變潛熱衰減即達到近10％，無法滿足空氣能熱泵熱水器的需要，通過向其中加入市售常用抗老化劑後，雖然可以明顯提高其熱穩定性，但是仍然無法達到熱循環4000次，相變潛熱衰減低於10％。
發明內容
專利目的
《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》的目的是提供一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法，該複合相變儲能材料具有相變溫度適宜（46～48℃）、相變潛熱大和熱穩定性高等特點，同時製備方法簡單、可重複性強、成本低。
技術方案
一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料，其主要由無水聚乙二醇2000、無水甘油、抗氧劑KY-500和硬脂酸鈣熔融後混合而成。
優選的，其中無水聚乙二醇2000的質量百分比為71～83％、無水甘油的質量百分比為16～28％、抗氧劑KY-500的質量百分比為0.7％、硬脂酸鈣的質量百分比為0.3％。 優選的，所述的空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料的相變溫度為46～48℃，相變潛熱為154～157千焦/千克，熱循環4000次後相變潛熱損失小於10％。
《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》還提供了一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料的製備方法，包括以下具體步驟：
1）向聚乙二醇2000中加入過量無水氯化鈣，充分攪拌均勻，250℃蒸餾得到無水聚乙二醇2000，氮氣氣氛中保存備用；
2）甘油在180℃下蒸餾除水，得到無水甘油，氮氣氣氛中保存備用；
3）按照無水聚乙二醇2000的質量百分比為71～83％、無水甘油的質量百分比為16～28％、抗氧劑KY-500的質量百分比為0.7％、硬脂酸鈣的質量百分比為0.3％的比例，將四者在氮氣氣氛中55℃熔融共混均勻，冷卻至室溫，得到空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料。
改善效果
與2016年3月之前的技術相比，《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》提供的複合相變儲能材料，具有適宜套用於空氣能熱泵熱水器的相變溫度，且相變潛熱大，材料熱穩定性好；該發明提供的複合相變儲能材料，套用於空氣能熱泵熱水器，與水相比，能夠明顯提高能源的利用效率，降低殘餘熱量比例，縮小儲能單元體積；抗氧劑KY-500和硬脂酸鈣的加入使得無水聚乙二醇2000-無水甘油體系的熱穩定性獲得令人驚異的提高，達到熱循環4000次，相變潛熱衰減低於10％的基本要求，且本相變儲能材料的製備方法簡單、可重複性高、成本低。
技術領域
《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》屬於材料技術領域，尤其涉及一種相變儲能材料，特別是一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料。
權利要求
1.一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料，其特徵在於，該材料主要由無水聚乙二醇2000、無水甘油、抗氧劑KY-500和硬脂酸鈣熔融後混合而成。
2.根據權利要求1所述的空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料，其特徵在於，其中無水聚乙二醇2000的質量百分比為71～83％、無水甘油的質量百分比為16～28％、抗氧劑KY-500的質量百分比為0.7%、硬脂酸鈣的質量百分比為0.3%。
3.一種根據權利要求1～2中任一空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料的製備方法，其特徵在於，包括以下具體步驟：
1）向聚乙二醇2000中加入過量無水氯化鈣，充分攪拌均勻，250℃蒸餾得到無水聚乙二醇2000，氮氣氣氛中保存備用；
2）甘油在180℃下蒸餾除水，得到無水甘油，氮氣氣氛中保存備用；
3）按照無水聚乙二醇2000的質量百分比為71～83％、無水甘油的質量百分比為16～28％、抗氧劑KY-500的質量百分比為0.7%、硬脂酸鈣的質量百分比為0.3%的比例，將四者在氮氣氣氛中55℃熔融共混均勻，冷卻至室溫，得到複合相變儲能材料。
4.根據權利要求3所述空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料的製備方法得到的複合相變儲能材料的相變溫度為46～48℃，相變潛熱為154～157千焦/千克，熱循環4000次後相變潛熱損失小於10%。
實施方式
- 實施例1
向聚乙二醇2000中加入過量無水氯化鈣，充分攪拌均勻，250℃蒸餾得到無水聚乙二醇2000；甘油在180℃下蒸餾除水，得到無水甘油；然後按照無水聚乙二醇2000：無水甘油：抗氧劑KY-500：硬脂酸鈣質量比71:28:0.7:0.3稱取相應物質；氮氣氣氛中將上述物質加入250毫升的燒杯中，在電熱套中恆溫55℃加熱攪拌直至完全熔融後，在室溫下冷卻至固化，獲得均一穩定的複合相變儲能材料。
- 對比實施例1
按照聚乙二醇2000：甘油：抗氧劑KY-500：硬脂酸鈣質量比71:28:0.7:0.3稱取相應物質；氮氣氣氛中將上述物質加入250毫升的燒杯中，在電熱套中恆溫55℃加熱攪拌直至完全熔融後，在室溫下冷卻至固化，獲得均一穩定的複合相變儲能材料。
- 實施例2
向聚乙二醇2000中加入過量無水氯化鈣，充分攪拌均勻，250℃蒸餾得到無水聚乙二醇2000；甘油在180℃下蒸餾除水，得到無水甘油；然後按照無水聚乙二醇2000：無水甘油：抗氧劑KY-500：硬脂酸鈣質量比83:16:0.7:0.3稱取相應物質；氮氣氣氛中將上述物質加入250毫升的燒杯中，在電熱套中恆溫55℃加熱攪拌直至完全熔融後，在室溫下冷卻至固化，獲得均一穩定的複合相變儲能材料。
- 對比實施例2a
向聚乙二醇2000中加入過量無水氯化鈣，充分攪拌均勻，250℃蒸餾得到無水聚乙二醇2000；甘油在180℃下蒸餾除水，得到無水甘油；然後按照無水聚乙二醇2000：無水甘油鈣質量比83：17稱取相應物質；氮氣氣氛中將上述物質加入250毫升的燒杯中，在電熱套中恆溫55℃加熱攪拌直至完全熔融後，在室溫下冷卻至固化，獲得均一穩定的複合相變儲能材料。
- 對比實施例2b
向聚乙二醇2000中加入過量無水氯化鈣，充分攪拌均勻，250℃蒸餾得到無水聚乙二醇2000；甘油在180℃下蒸餾除水，得到無水甘油；然後按照無水聚乙二醇2000：無水甘油：抗氧劑KY-500質量比83:16.3:0.7稱取相應物質；氮氣氣氛中將上述物質加入250毫升的燒杯中，在電熱套中恆溫55℃加熱攪拌直至完全熔融後，在室溫下冷卻至固化，獲得均一穩定的複合相變儲能材料。
- 對比實施例2c
向聚乙二醇2000中加入過量無水氯化鈣，充分攪拌均勻，250℃蒸餾得到無水聚乙二醇2000；甘油在180℃下蒸餾除水，得到無水甘油；然後按照無水聚乙二醇2000：無水甘油：硬脂酸鈣質量比83:16.7:0.3稱取相應物質；氮氣氣氛中將上述物質加入250毫升的燒杯中，在電熱套中恆溫55℃加熱攪拌直至完全熔融後，在室溫下冷卻至固化，獲得均一穩定的複合相變儲能材料。採取差示掃描量熱儀測量各個實施例和對比實施例經過4000次熱循環前後的相變溫度和相變潛熱，相關數據見表1。
樣品名稱 | 熱循環前 | 經過4000次熱循環後 | 相變潛熱損失比例/% | ||
相變溫度/℃ | 相變潛熱/千焦/千克 | 相變溫度/℃ | 相變潛熱/千焦/千克 | ||
實施例1 | 46 | 154.2 | 45.8 | 142.6 | 7.52 |
對比實施例1 | 46 | 154.1 | 43.2 | 132.4 | 14.08 |
實施例2 | 48 | 157 | 47.7 | 146.1 | 6.94 |
對比實施例2a | 48 | 157.4 | 41.8 | 112.7 | 28.4 |
對比實施例2b | 48 | 157.2 | 44.1 | 127.1 | 19.15 |
對比實施例2c | 48 | 156.4 | 42.4 | 121.8 | 22.12 |
榮譽表彰
2020年7月17日，《一種空氣能熱泵熱水器用複合相變儲能材料及製備方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
