一种复合水溶类水合物相变蓄冷剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及蓄冷剂技术领域，尤其是一种合水溶类水合物相变蓄冷剂及其制备方法。

背景技术

我国峰谷用电量比高于发达国家，威胁电网的安全和稳定。供暖、通风和空调系统将占建筑物能源消耗的65％以上，夏季高峰期空调制冷能耗甚至占建筑总能耗的85％。夏季空调负荷主要集中于白天，夜间制冷需求量较低，利用相变材料蓄冷技术，在夜间负荷低谷点利用谷电价制冷并储存，在白天负荷高峰时段将储存的冷量释放出来，能够克服能源需求与供应之间的不匹配，节约空调运行费用，降低空调设备安装容量，促进电力负荷削峰填谷，是缓解能源供需矛盾的有效途径。

水合物蓄冷相对于常规的水蓄冷、冰蓄冷等方式，水合物相变材料具有一些自身性质上的优势，比如工作温度可选择范围宽泛、相变过程体积波动相对较小，以及较高的储能密度、且无腐蚀性等。然而，大多数水合物蓄冷材料存在过冷现象和相分离现象，且由于多次热循环导致的相变材料热稳定性等问题。

发明内容

针对上述技术中的缺陷，本发明提供了一种合水溶类水合物相变蓄冷剂及其制备方法，解决了蓄冷材料过冷度大、多次热循环导致热稳定性的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种复合水溶类水合物相变蓄冷剂，由以下组分按照质量分数混合制成：四丁基氟化铵(TBAF)21％、四氢呋喃(THF)14％、表面活性剂0.1％-0.5％和水。

其进一步技术方案为：

所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。

所述相变蓄冷剂的相变温度为279.8K-280.8K，过冷度为3.3K-7.8K；相变潜热约为213.3kJ/kg。

一种复合水溶类水合物相变蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称量四丁基氟化铵、四氢呋喃、表面活性剂和水，按照组分配比混合，放置在烧杯中融化，并搅拌均匀，形成水合物溶液；

步骤二：将所述水合物溶液放置在试管中，将试管放入0℃的低温水浴中，逐渐冷却降温至凝固。

本发明的有益效果如下：

本发明相变蓄冷剂使用十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠提供晶核，使得水合物可以在晶核附近结晶快速结晶，减少结晶所需能量，缩短水合物结晶的诱导时间，降低过冷度。本发明蓄冷剂的过冷度3.3K-7.8K，过冷度较低，有效防止蓄冷材料的过冷现象。

本发明蓄冷剂的相变温度279.8K-280.8K，与空调主机制冷时供回水温度相适应，满足建筑空调蓄冷需求，提高蓄冷时主机运行效率，降低蓄冷运营成本。多次循环后热稳定性良好，使用寿命较长。本发明蓄冷剂为水合物溶液，无相分离现象、制备过程简单。

附图说明

图1是在丁基氟化铵、四氢呋喃水合物溶液中添加不同表面活性剂后相变温度及过冷度对比图。

图2是本发明复合水溶类水合物相变蓄冷剂循环第1次、第10次及第20次的温度-时间曲线图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例的一种复合水溶类水合物相变蓄冷剂，由以下组分按照质量分数混合制成：四丁基氟化铵(TBAF)21％、四氢呋喃(THF)14％、表面活性剂0.1％-0.5％和水。

上述实施例中，表面活性剂为十二烷基硫酸钠(SDS)或十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。

上述实施例中，四丁基氟化铵、四氢呋喃为主要的能量存储剂，表面活性剂用于为水合物提供晶核，水合物可以在晶核附近结晶快速结晶，减少结晶所需能量，缩短水合物结晶的诱导时间，降低过冷度。

上述实施例中，相变蓄冷剂适用于空调系统的蓄冷用。相变蓄冷剂相变温度为279.8K-280.8K，可配合空调主机制冷时供回水温度，过冷度为3.3K-7.8K，相变潜热约为213.3kJ/kg，有利于提高蓄冷时主机运行效率，降低蓄冷运营成本。

本实施例的一种复合水溶类水合物相变蓄冷剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：称量四丁基氟化铵、四氢呋喃、表面活性剂和水，按照组分配比混合，放置在烧杯中融化，并搅拌均匀，形成水合物溶液；

步骤二：将所述水合物溶液放置在试管中，将试管放入0℃的低温水浴中，逐渐冷却降温至凝固。

具体实施例一

复合水溶类水合物相变蓄冷剂包括以下组分：四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基硫酸钠和水，各组分的质量百分比为：四丁基氟化铵21％、四氢呋喃14％、十二烷基硫酸钠0.1％。

具体制备方法如下：

1)称量四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基硫酸钠和水，按照组分配比混合，放置在烧杯中融化，并搅拌均匀形成水合物溶液；

2)将第一步配比好的水合物溶液放置在试管中，将试管放入0℃的低温水浴中，逐渐冷却降温至凝固。

制备所得蓄冷剂呈凝胶状，相变温度280.2K，过冷度约为5.4K。

具体实施例二

复合水溶类水合物相变蓄冷剂包括以下组分：四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基硫酸钠和水，各组分的质量百分比为：四丁基氟化铵21％、四氢呋喃14％、十二烷基硫酸钠0.5％。

具体制备方法如下：

1)称量四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基硫酸钠和水，按照组分配比混合，放置在烧杯中融化，并搅拌均匀；

2)将配比好的水合物溶液放置在试管中，将试管放入0℃的低温水浴中，逐渐冷却降温至凝固。

制备所得蓄冷剂呈凝胶状，相变温度279.8K，过冷度约为3.3K。

具体实施例三

复合水溶类水合物相变蓄冷剂包括以下组分：四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基苯磺酸钠和水，各组分的质量百分比为：四丁基氟化铵21％、四氢呋喃14％、十二烷基苯磺酸钠0.1％。

具体制备方法如下：

1)称量四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基苯磺酸钠和水，按照组分配比混合，放置在烧杯中融化，并搅拌均匀形成水合物溶液；

2)将配比好的水合物溶液放置在试管中，将试管放入0℃的低温水浴中，逐渐冷却降温至凝固。

制备所得蓄冷剂呈凝胶状，相变温度280.8K，过冷度约为7.8K。

具体实施例四

复合水溶类水合物相变蓄冷剂包括以下组分：四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基苯磺酸钠和水，各组分的质量百分比为：四丁基氟化铵21％、四氢呋喃14％、十二烷基苯磺酸钠0.5％。

具体制备方法如下：

1)称重四丁基氟化铵、四氢呋喃、十二烷基苯磺酸钠和水，按照组分配比混合，放置在烧杯中融化，并搅拌均匀形成水合物溶液；

2)将配比好的水合物溶液放置在试管中，将试管放入0℃的低温水浴中，逐渐冷却降温至凝固。

制备所得蓄冷剂呈凝胶状，相变温度280.2K，过冷度约为5.7K。

如图1所示，向TBAF+THF(丁基氟化铵+四氢呋喃)水合物溶液中添加不同种类和浓度的表面活性剂，对水合物生长的优化作用也不同。由图可知，在溶液中添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，诱导时间由8.8min缩短至5.6min～6.3min，0.1％和0.3％SDBS对过冷度的降低作用非常有限，但0.5％SDBS可以将过冷度由8.0℃缩短至5.7℃。在TBAF+THF水合物溶液中添加十二烷基硫酸钠(SDS)，随着SDS质量分数越高，水合物的诱导时间越短，过冷度越小。综合考虑相变温度、过冷度、诱导时间三个因素，0.5％的SDS对TBAF+THF水合物相变过程的改善最为理想，此时相变温度为6.8℃，诱导时间为4.9min，过冷度为3.3℃。与添加表面活性剂之前(图中“pure”代表的空白例)相比，0.5％SDS可将TBAF+THF水合物的诱导时间缩短44.4％，过冷度减小58.8％，相变温度仍可以与空调冷冻水相匹配，大大优化了水合物的相变过程。

如图2所示，利用本实施例的蓄冷剂进行蓄冷释冷循环试验，第一次、第十次及第二十次循环试验过程中，相同时段下蓄冷剂温度变化曲线几乎保持一致，说明热稳定性好。