溴化锶相变材料的制作方法

xiaoxiao2021-2-21  114

溴化锶相变材料的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及用于储能系统的相变材料(PCM)。更特别地,本申请涉及一种包括溴化 锶和金属卤化物的相变材料,其在约76°C至88°C的温度范围内储热最优。
【背景技术】
[0002] 在相变材料领域中,要提供在约76°C至88°C的温度范围内相变的相变材料存在问 题。这是因为在这个温度范围内,组合物比如溴化镁六水合物,存在轻微不一致熔融。
[0003] 溴化锶六水合物的共熔点为88°C,之前即使有,也很少被用作PCM。之前仅由该领 域的领先专家莱恩(Lane)在文献中提及[Lane G.A.:Solar Heat Storage:Latent Heat Material-Volume I: Background and Scientific Principles ,CRC press,Florida (1983)],指出其太昂贵。在US4003426中也引用了溴化锶六水合物,其虽然提及溴化锶六水 合物用作相变材料,但是并没有公开其与金属卤化物结合使用。
[0004] 因此,人们在相变材料领域进行了许多努力,以寻找在约76°C至88°C的温度范围 内相变、并能够高效工作的相变材料。这种相变的温度变化对于能够在家用供热市场使用 的储能系统极其有用。
[0005] 本发明至少一方面的目的在于消除或缓解至少一个或多个上述问题。
[0006] 本发明至少一方面的另一目的在于提供一种相变材料,其在约76°C至88°C的温度 范围内相变。

【发明内容】

[0007] 根据本发明的第一方面,提供一种相变材料(PCM),其包括:
[000S] 溴化锶;以及
[0009] 至少一种金属卤化物;
[0010] 其中所述PCM在约76°C至88°C温度范围的区域中相变。
[0011]总地来说,本发明由此提供了一种在约76°C至88°C区域中相变的PCM。这使得PCM 高度适用于比如W02009/138771和W02011/058383中描述的储能系统,W02009/138771和 W02011/058383通过引用并入本文。
[0012]由此本发明的PCM基于溴化锶和金属卤化物的混合物,该金属卤化物比如溴化镁 或其水合物。溴化镁的替代物可为下列溴化物或其水合物的其中之一或组合:
[0013] 溴化锌;
[0014] 溴化钴;
[0015] 溴化锂;
[0016] 溴化钠;
[0017] 溴化钾;
[0018] 溴化钙;
[0019] 溴化铁;
[0020]溴化铜;以及 [0021 ]溴化铝。
[0022] 溴化镁的替代物可为任意可混溶的有机化合物。
[0023] 此外,也可使用氯化锶盐。
[0024] 特别地,溴化锶和至少一种金属氯化物可为水合物形式。
[0025] 或者,可使用无水溴化锶(CAS: 100476-81-0)和无水溴化镁(CAS: 7789-48-2)作为 初始成分,而不是六水合物形式。在这种情况,必须添加水以获得最终的PCM。
[0026] 溴化锶含量的质量百分数为约20-50% (wt. % ),优选为约30-35%。
[0027]金属卤化物含量的质量百分数为约50-85%,优选为约65-70%。
[0028] 例如,一个优选实施方式为约25-35wt. %或优选的32wt. %的MgBr2. H20;约55-75wt. %或优选约65wt. %的SrBr2.H2〇;以及l-5wt. %或优选3wt. %的水。发现含有32wt. % MgBr2.H2〇、65wt. %SrBr2.H2〇和3wt. %水的PCM在约77°C发生相变。
[0029] 约30_35wt. %溴化镁六水合物和约65_70wt. %溴化锶的组合物在75_80°C相变。 这个温度对比如在储能系统中发现的相变材料应用很重要。
[0030] 发现32wt. %MgBr2.H2〇、65wt. %SrBr2.H20和3wt. %水的最小熔点为约77°C。
[0031] 根据本发明的第二方面,提供一种用于形成PCM的工艺,其包括:
[0032]提供溴化锶;以及
[0033] 提供至少一种金属卤化物;
[0034] 将所述溴化锶和至少一种金属卤化物混合在一起;
[0035] 其中PCM在约76°C至88°C温度范围的区域相变。
[0036] 将溴化锶和金属卤化物在混合容器中混合;或者如果PCM直接在最终热电池中制 备,将溴化锶和金属卤化物在热电池外壳中混合。
[0037] 在混合期间,混合容器或热蓄能器壳体的温度可提高至比相变温度高约2_5°C(例 如3°C),保持该温度使材料熔融。
[0038] 获得的混合物可为搅拌/混合的混合物,直至其为液体并均一。
[0039]或者,始于无水物,按照下列工艺:
[0040] 1)根据需要的相变温度,将适当比例的无水溴化锶和无水金属卤化物(例如无水 溴化镁)与可选的另一相变温度降低成分混合;
[0041] 2)加入适当比例的热水以获得需要的相变材料,该相变材料的温度高于需要的最 终相变温度,使得两种组分熔融;或者,加入适当比例的水获得需要的相变材料,该相变材 料的温度低于需要的最终相变温度,然后将混合容器或热电池外壳(如果PCM在最终热电池 中直接制备)的温度提高至比相变温度高约2°C_5°C(例如3°C),并保持该温度使材料熔融;
[0042] 3)搅拌混合物,直至其为液体并均一。
[0043] PCM可如第一方面所限定。
【附图说明】
[0044]参考附图,本发明的实施方式现仅作为示例进行描述,其中:
[0045]图1展示了溴化锶六水合物的百分比与相变温度之间的关系。
【具体实施方式】
[0046] 总的来说,本发明提供了一种相变材料,其在约76°C至88°C的温度范围内储存热 量最佳。
[0047] 本发明的相变材料(PCM)基于溴化锶和金属卤化物比如溴化镁的混合物。溴化镁 的替代物可为下列溴化物或其水合物中的任一或组合:
[0048] 溴化锌;
[0049] 溴化钴;
[0050] 溴化锂;
[0051] 溴化钠;
[0052] 溴化钾;
[0053] 溴化钙;
[0054] 溴化铁;
[0055] 溴化铜;以及 [0056]溴化铝。
[0057] 此外,也可使用氯化锶盐。
[0058] 实施例1
[0059] 下列为制备根据本发明的PCM的非限制性实施例。
[0060] a)始于六水合物形式:
[0061] 1)根据需要的相变温度,混合适当比例的两种组分;
[0062] 2)提高混合容器或热蓄能器壳体(如果P CM在最终热蓄能器中直接制备)的温度至 比相变温度高约2°C_5°C(例如3°C),并保持该温度使材料熔融;
[0063] 3)搅拌混合物,直至其为液体并均一。
[0064] b)始于无水物:
[0065] 1)根据需要的相变温度,混合适当比例的无水溴化锶和无水溴化镁(或其他相变 温度降低成分);
[0066 ] 2)加入适当比例的热水获得需要的相变材料,该相变材料的温度高于需要的最终 相变温度,使得两种组分熔融;或者,加入适当比例的水获得需要的相变材料,该相变材料 的温度低于需要的最终相变温度,然后将混合容器或热蓄能器壳体(如果PCM在最终热蓄能 器中直接制备)的温度提高至比相变温度高约2°C_5°C (例如3°C),并保持该温度使材料熔 融;
[0067] 3)搅拌混合物,直至其为液体并均一。
[0068] 约30_35wt. %溴化镁六水合物和约65_70wt. %溴化锶的组合物在75°C_80°C存在 相变。该温度对于相变材料应用很重要。
[0069]发现32wt. %MgBr2.H2〇、65wt. %SrBr2.H20和3wt. %的最小熔点为约77°C。
[0070] 另外的实施例
[00川下列通过实验结果提供的非限制性实施例为PCM组合物MX · ηΗ20代表、以及它们 的制备工艺,该PCM组合物MX · ηΗ20具有不同含量的可混溶有机化合物,。
[0072] SrBr2.6H20:
[0073] 实施例2:向溴化锶六水合物中添加丙三醇以降低熔点
[0074] 制备溴化锶六水合物(Sunamp公司提供)和丙三醇(来自VWR公司,CAS 56-81-5)的 测试样品,使用下表所列出质量,从100%溴化锶六水合物组合物至1:1摩尔比例。然后将样 品加热至95°C,同时搅拌以确保均一混合物。经历冷却和固化,样品仍保持单相。
[0075]
[0076] 观察材料的熔融和凝固(在水浴中加热至95°C,使得材料完全熔融,然后在空气中 冷却至室温,使用热电偶记录材料的温度),可见随着丙三醇量的增加,熔点逐渐降低。重复 的循环证实了通过添加丙三醇,溴化锶熔点和凝固点降低。与丙三醇摩尔百分数和质量分 数对应的降低程度在下文中列出。
[0077]
[0078] 实施例3:向溴化锶六水合物添加三羟甲基丙烷(TME)以降低熔点
[0079] 使用下文中列出的比例,并使用相同于实施例1中所示的方法,制备溴化锶六水合 物和TME(来自费舍尔科技有限公司,CAS 77-85-0)的测试样品。
[0080]
[0081]
[0082]使用相同于实施例2中所示的方法,记录材料熔融和凝固期间的温度。如实施例2 所示,随着TME含量增加,可观察到熔点和凝固点降低程度提高。
[0083
[0084] 实施例4:向溴化锶六水合物添加乙酰胺以降低熔点
[0085] 使用下文中列出的比例,并使用相同于实施例2中所示的方法,制备溴化锶和乙酰 胺(来自阿法埃莎公司,CAS 77-85-0)的测试样品。
[0086]
[0087]
[0088] 虽然本发明的特殊实施方式已经在上文中描述,但与所述实施方式的背离可仍落 于本发明的范围内。例如,可使用溴化锶和金属卤化物的任意适合类型混合物,必要时连同 额外的组分。每种组分的含量可变化以适应需要的相变温度。
【主权项】
1. 一种相变材料,包括: 溴化锶;以及 至少一种金属卤化物; 其中所述相变材料在约76°c至88°C温度范围的区域内相变。2. 根据权利要求1的相变材料,其特征在于,所述相变材料能够在储能系统中使用。3. 根据权利要求1或2的相变材料,其特征在于,所述金属卤化物为溴化镁或其水合物。4. 根据权利要求1或2的相变材料,其特征在于,所述金属卤化物为下列溴化物或其水 合物中的任一或组合: 溴化镁; 溴化锌; 溴化钴; 溴化锂 溴化钠 溴化钾; 溴化钙; 溴化铁; 溴化铜;以及 漠化错。5. 根据任一前述权利要求的相变材料,其特征在于,所述相变材料还包括氯化锶盐。6. 根据任一前述权利要求的相变材料,其特征在于,所述溴化锶的质量分数为约20-50 % 或约 30-35 %。7.根据任一前述权利要求的相变材料,其特征在于,所述金属卤化物的质量分数为约 50-85% 或约65-70%。8. 根据任一前述权利要求的相变材料,其特征在于,所述相变材料为质量分数为约25-35%的MgBr2 ·H20、约55-75%或约65%的SrBr2 ·H20、以及约 1-5%或约3%的水。9. 根据任一前述权利要求的相变材料,其特征在于,所述包括质量分数为32%MgBr2 · H20、65%SrBr2 ·H20、以及3%水的相变材料在约77°C发生相变。10. -种形成相变材料的方法,包括: 提供溴化锶;以及 提供至少一种金属卤化物; 混合所述溴化锶和至少一种金属卤化物; 其中所述相变材料在76°C至88°C温度范围的区域中发生相变。11. 根据权利要求10的形成相变材料的方法,其特征在于,所述溴化锶和金属卤化物在 混合容器或热蓄能器壳体(如果相变材料直接在最终热蓄能器中制备)中混合。12. 根据权利要求11的形成相变材料的方法,其特征在于,在混合期间,所述混合容器 或热蓄能器壳体的温度提高至比相变温度高约2°C_5°C(例如3°C),保持该温度使材料熔 化。13. 根据权利要求12的形成相变材料的方法,其特征在于,获得的混合物为搅拌/混合 的混合物,直至其为液体并均一。14.根据权利要求10至13中任一权利要求的形成相变材料的方法,其特征在于,始于无 水物,所述方法包括: 1) 根据需要的相变温度,将适当比例的无水溴化锶和无水金属卤化物(例如无水溴化 镁)与可供选择的另一相变温度降低成分混合; 2) 加入适当比例的热水获得相变材料,所述相变材料的温度高于需要的最终相变温 度,使得两种组分熔融;或者,加入适当比例的水获得需要的相变材料,所述相变材料的温 度低于需要的最终相变温度,然后将混合容器或热电池外壳(如果PCM在最终热蓄能器中直 接制备)的温度提高至比相变温度高约2°C_5°C(例如3°C),并保持该温度使材料熔融;以及 3) 搅拌混合物,直至其为液体并均一。
【专利摘要】本文描述了一种用于储能系统的相变材料(PCM)。更特别地,描述了一种包括溴化锶和金属卤化物的相变材料,其在约76℃至88℃的温度范围内储热最优。
【IPC分类】C09K5/06
【公开号】CN105492567
【申请号】CN201480045945
【发明人】安德鲁·约翰·比塞尔, 科林·普汉姆, 大卫·奥利弗
【申请人】苏纳珀有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月22日
【公告号】CA2921280A1, EP3036300A1, US20160200956, WO2015025175A1

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