(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201611113074.1
(22)申请日 2016.12.06
(71)申请人 武汉工程大学
地址 430074 湖北省武汉市洪山区雄楚大
街693号
(72)发明人 沈喜洲 杨锐
(74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限
公司 42102
代理人 刘洋
(51)Int.Cl.
C09K 5/06(2006.01)
F03G 7/05(2006.01)
(54)发明名称固液相变材料相变温度调节方法(57)摘要本发明公开了一种固液相变材料相变温度调节方法。一种固液相变材料相变温度调节方法，所述固液相变材料由十六烷中加入复配剂组成；所述复配剂为正辛烷、正壬烷、正庚烷、对二甲苯、苯中的任意一种；所述固液相变材料的相变温度调节范围 为12.4-15℃。本发明加入的复配剂能够对十六烷的相变温度进行调节，相变温度可以在12.4-15℃之间任意调节。加入的复配剂可以大幅缩短二元固液相变材料完全融化时间，同时，复配后的二元固液相变材料的相变体积变化率较十六烷体积变化率改变量不大。作为海洋温差能发电用固液相变热交换工质，能够满
足海洋温差能发电用热交换工质的基本要求。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 106479446 A 2017.03.08
C N 106479446
A
1.一种固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述固液相变材料由十六烷中加入复配剂组成；
所述复配剂为正辛烷、正壬烷、正庚烷、对二甲苯、苯中的任意一种；所述固液相变材料的相变温度调节范围为12.4-15℃。
2.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为正辛烷；相变温度12.4℃时正辛烷的质量分数为8.6％；相变温度15℃时正辛烷的质量分数为
3.1％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与正辛烷的质量分数呈线性关系。
3.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为正壬烷；相变温度12.4℃时正壬烷的质量分数为9.8％；相变温度15℃时正壬烷的质量分数为
5.4％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与正壬烷的质量分数呈线性关系。
4.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为正庚烷；相变温度12.4℃时正庚烷的质量分数为10.7％相变温度15℃时正庚烷的质量分数为
6.4％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与正庚烷的质量分数呈线性关系。
5.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为对二甲苯；相变温度12.4℃时对二甲苯的质量分数为10.4％；相变温度15℃时对二甲苯的质量分数为4.7％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与对二甲苯的质量分数呈线性关系。
6.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为苯；相变温度12.4℃时苯的质量分数为9.6％；相变温度13℃时苯的质量分数为8.5％；相变温度15℃℃时苯的质量分数为5.1％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与苯的质量分数呈线性关系。
7.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为正辛烷，相变温度13℃时正辛烷的质量分数为7.8％。
8.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为正壬烷；相变温度13℃时正壬烷的质量分数为8.9％。
9.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为正庚烷；相变温度13℃时正庚烷的质量分数为9.8％。
10.如权利要求1所述固液相变材料相变温度调节方法，其特征在于所述复配剂为对二甲苯；相变温度13℃时对二甲苯的质量分数为9.2％。
权 利 要 求 书1/1页CN 106479446 A
固液相变材料相变温度调节方法
技术领域
[0001]本发明属于复合材料技术领域，涉及海洋温差能发电技术领域，具体涉及一种固液相变材料相变温度调节方法。
背景技术
[0002]近些年来，人们对海洋资源开发、海洋科学研究和海洋环境探测的需求越来越重视，因此，海洋观测平台及其相关技术得到了迅速发展。海洋观测平台具有结构简单、工作效率高、工作区域宽、隐蔽性能好、续航能力强等优点，是获取海洋环境资源信息的主要设备。然而，海洋观测平台的动力供应问题一直是制约其远距离、长时间作业的主要瓶颈。海洋观测平台的续航能力对其工作效率起着至关重要的作用，研发高续航能力的海洋观测平台已经成为一种必然的趋势。海洋温差能作为一种可再生的绿能源，具有非常广阔的应用前景。尤其是利用海洋温差能进行发电，从而可以保证海洋观测平台长时间、长距离开展工作。海洋温差能发电技术主要是利用固液相变材料在发生固液相变时产生的体积收缩与膨胀，从而可将不同海洋深度上存在的温差能转化成液压能，再利用微型液压马达进行发电的海洋观测平台供电技术。在海洋温差能发电技术中，最为重要的环节在于海洋温差能的获取，而在获取海洋温差能的环节中最为关键的是热交换工质的选择。现有技术为此，开发一种海洋温差能发电用固液相变热交换工质，对海洋资源开发和海洋环境探测具有十分重要的意义。
[0003]公开号为CN201410291682.6的一种海洋温差能发电用固液相变热交换工质及其制备方法，该方法首先通过用正十五烷、正十七烷对正十六烷的相变温度进行调节(14.5-17.5℃)，然后在复配后的三元相变材料添加微纳米粒子的膨胀石墨粉，并采用超声震荡和添加分散剂的方式，最终制备出性能比较稳定的膨胀石墨石蜡基固液相变复合材料，该方法可以调节相变材料的相变温度和十六烷导热性能差的问题，制备过程分为三步。公开号为CN201410291682.6的一种海洋温差能发电用固液相变热
交换工质及其制备方法，该发明虽然可以通过添加高导热纳米颗粒的方法加快十六烷相变材料熔化时间，但由于纳米颗粒在相变材料中的不稳定性，需要借助加分散剂或超声波震动的方法解决其分散性不稳定的问题，而且相变材料的相变温度和导热性两个指标是分步进行调节，因此该方法步骤繁琐。
发明内容
[0004]本发明目的在于提供一种固液相变材料相变温度调节方法。
[0005]一种固液相变材料相变温度调节方法，所述固液相变材料由十六烷中加入复配剂组成；
[0006]所述复配剂为正辛烷、正壬烷、正庚烷、对二甲苯、苯中的任意一种；所述固液相变材料的相变温度调节范围为12.4-15℃。
[0007]按上述方案，所述复配剂为正辛烷；相变温度12.4℃时正辛烷的质量分数为8.6％；相变温度15℃时正辛烷的质量分数为3.1％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的
相变温度与正辛烷的质量分数呈线性关系。
[0008]按上述方案，所述复配剂为正壬烷；相变温度12.4℃时正壬烷的质量分数为9.8％；相变温度15℃时正壬烷的质量分数为5.4％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与正壬烷的质量分数呈线性关系。
[0009]按上述方案，所述复配剂为正庚烷；相变温度12.4℃时正庚烷的质量分数为10.7％相变温度15℃时正庚烷的质量分数为6.4％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与正庚烷的质量分数呈线性关系。
[0010]按上述方案，所述复配剂为对二甲苯；相变温度12.4℃时对二甲苯的质量分数为10.4％；相变温度15℃时对二甲苯的质量分数为4.7％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与对二甲苯的质量分数呈线性关系。
[0011]按上述方案，所述复配剂为苯；相变温度12.4℃时苯的质量分数为9.6％；相变温度15℃℃时苯的质量分数为5.1％；所述固液相变材料在12.4-15℃之间的相变温度与苯的质量分数呈线性关系。
[0012]按上述方案，所述复配剂为正辛烷，相变温度13℃时正辛烷的质量分数为7.8％。[0013]按上述方案，所述复配剂为正壬烷；相变温度13℃时正壬烷的质量分数为8.9％。[0014]按上述方案，所述复配剂为正庚烷；相变温度13℃时正庚烷的质量分数为9.8％。[0015]按上述方案，所述复配剂为对二甲苯；相变温度13℃时对二甲苯的质量分数为9.2％。
[0016]按上述方案，所述复配剂为苯；相变温度13℃时苯的质量分数为8.5％。
[0017]固液相变材料利用其固态与液态之间的相互转化而进行能量的吸收与释放，在固液相变材料发
生固态-液态相变时，通常会伴随着体积的改变，若将这种体积变化转化成液压能，进而利用微型液压马达进行发电，就可以将海洋温差能最终转化成可供利用的电能。石蜡基固液相变材料具有相变温度较低、可调范围较宽，固液相变体积变化率较高，高压下体积变化率较稳定等特点，比较适合应用于海洋剖面观测平台的温差能供电系统中。[0018]通过对石蜡基固液相变材料的熔点、传热特性和相变体积膨胀率等特性进行研究、分析，本发明选择以体积膨胀率相对较高的十六烷为固液相变的传热工质母体材料。石蜡类相变材料能较大范围的符合传热工质的性能要求，本发明通过加入复配剂的方式制备出满足温度要求的相变材料，并且石蜡类相变材料具有较大的体积膨胀率、无过冷现象、无腐蚀性、化学性能稳定等优点。
[0019]传热工质在融化过程中，大致经过三个阶段：
[0020]第一阶段，熔化过程开始之前，由于此时内外环境温差较大，热量极易由环境传热给传热工质，因此升温较快；
[0021]第二阶段，相变过程阶段，传热工质由外向内逐渐熔化，液态传热工质逐渐增多，此时传热工质温度在一定范围内基本保持不变，所以升温速率减慢；
[0022]第三阶段，熔化过程结束，此时内外环境温差较大，传热工质温升速率逐渐增大，温度最终趋于环境温度。
[0023]同样，复合相变材料的凝固过程中也大致经历了3个阶段：
[0024]第一阶段，由于内外温差非常大，自然对流起着非常强烈的作用，致使热流量很高，从而热量极易由传热工质传给恒温槽中的水；
[0025]第二阶段，发生相变的过程，降温速率有所减缓，这是由于发生液固相变过程，随着液态相变材料的减少，自然对流所起的作用也逐渐变小，相变潜热渐渐释放出来，固液相交界面由外逐渐向内移动，热阻变大，热量由内向外传导变慢；
[0026]第三阶段，在相变过程的后期，固态的相变材料导热占主导地位，降温有所加快，最后相变材料的温度趋于平缓直至接近环境温度。
[0027]相对于现有技术，本发明有益效果如下：
[0028]本发明加入的复配剂能够对十六烷的相变温度进行调节，相变温度可以在13.4℃-17.4℃之间任意调节。
[0029]本发明加入的复配剂可以大幅缩短二元固液相变材料完全熔化时间。
[0030]复配后的二元固液相变材料的相变体积变化率较十六烷体积变化率改变量不大。[0031]本发明在
十六烷中加入复配剂，复配剂与十六烷相溶性好，复配后的相变材料不仅可以对其相变温度进行调节，而且加入复配剂后可以减少相变材料的完全熔化时间，同时对其相变体积变化率的影响很小，而且操作简单。
附图说明
[0032]附图1：检测装置示意图。
[0033]其中，1-刻度管；2-凝点测定仪；3-水；4-试管；5-相变材料；6-橡胶塞。
具体实施方式
[0034]以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。[0035]参照附图1所示，该实验装置可以用来测定相变材料的相变温度、相变体积变化率和相变材料的融化时间。该装置主要有2石油凝点测定仪构成，该仪器可以精确调节水箱中3水的温度(0.1℃)，实验开始时将装有相变材料5的试管4用橡胶塞6将试管进行封塞，橡胶塞并连接刻度管1，具体实验测试步骤如下：
[0036]在十六烷中加入不同质量比的复配剂，由于十六烷的密度小于水，本装置采用十六烷倒置用水作为液封的方法。首先固定好测定装置，调节水箱温度为25℃，维持30min，以保证试管中的相变材料的初始温度为25℃，并记录此时刻度管液面的读数为V0。每隔30min 调节凝点测定仪的温度，使其
依次降低2℃，并记录相对应温度条件下刻度管的读数。当在温度为T0的条件下试管中的相变材料开始凝固，并且此时刻度管的读数会发生突变，则该相变材料的相变温度为T0。当测出相变材料的相变温度之后继续按照上述方法，每隔30min 调节凝点测定仪的温度依次降低2℃，直至使凝点测定仪中水的温度达到5℃为止，并记录此时刻度管的读数V1。则相变材料在相变过程中的相变体积变化量为：
[0037]ΔV＝V0-V1
[0038]其中，V0：25℃刻度管初始读数；
[0039]V1：5℃刻度管初始读数；
[0040]相变材料的体积变化率率为：
[0041]
[0042]其中，V：相变材料的体积(60ml)。
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