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1、(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。
2、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 1064794。
3、46 A 2017.03.08 CN 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。
4、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。
5、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。
6、； 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 2 CN 106479446 A 2 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。
7、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色能源， 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。
8、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。
9、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。
10、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 说明书 1/4 页 3 CN 106479446 A 3 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。
11、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。
12、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。
13、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。
14、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。
15、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； 说明书 2/4 页 4 CN 106479446 A 4 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。
16、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。
17、， 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。
18、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。
19、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 VV0-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)。 说明书 3/4 页 5 CN 106479446 A 5 0043 分别将在起始温度5、 7、 9条件下传热稳定后的相变材料， 放入水温分别为 25、 23、 21、 19的恒温水箱中进行熔化实验。 设定凝点测定仪恒定水温为t1， 将初 始温度为t2的相变材料放进装置， 然后记录刻度。
20、管的读数V0。 并开始计时， 接下来每隔 1min记录一次相对应时间条件下刻度管的读数Vi。 直至最后相变材料由固态完全熔化为液 态后， 刻度管体积不再变化时， 记录相变材料完全熔化的时间T， 熔化结束后刻度管的读数 V1。 0044 实施例1 0045 将十六烷作为一元固液相变材料， 相变温度为17.4， 相变体积变化率为10.5， 5-19温度区间内完全熔化的时间为： 149min。 0046 实施例2 0047 将十六烷作为一元固液相变材料， 相变温度为17.4， 相变体积变化率为10.5， 5-25温度区间内完全熔化的时间为： 30min。 0048 实施例3 0049 将十六烷作为一。
21、元固液相变材料， 相变温度为17.4， 相变体积变化率为10.5， 5-23温度区间内完全熔化的时间为： 37min。 0050 实施例4 0051 将十六烷作为一元固液相变材料， 相变温度为17.4， 相变体积变化率为10.5， 5-21温度区间内完全熔化的时间为： 119min。 0052 实施例5 0053 将十六烷、 对二甲苯以质量比为2:98复配成二元固液相变材料， 相变温度为16.6 ， 相变体积变化率为9.8， 5-21完全熔化时间为： 72min； 在相同温度区间完全熔化时 间相对十六烷缩短了39.5。 0054 实施例6 0055 将十六烷烃、 正辛烷按照质量比1： 99复配。
22、成二元固液相变材料， 相变温度为16.1 ， 相变体积变化率约为10.2， 5-19、 5-21、 5-23、 5-25温度区间内完全熔化的时 间分别为： 120min、 79min、 34min、 27min， 在相同温度区间完全熔化时间相对十六烷分别缩 短了： 19.5、 33.6、 8、 10。 0056 实施例7 0057 将十六烷烃、 正辛烷按照质量比10： 90复配成二元固液相变材料， 相变温度为12.8 ， 相变体积变化率约为9.8， 5-19、 5-21、 5-23、 5-25温度区间内完全熔化时间 分别为： 89min、 39min、 30min、 23min， 在相同温度区间完全熔化时间相对十六烷分别缩短 了： 40.26、 67.2、 18.9、 23.3。 说明书 4/4 页 6 CN 106479446 A 6 图1 说明书附图 1/1 页 7 CN 106479446 A 7 。