一种快速相变蓄冷剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种快速相变蓄冷剂，包括功能剂、添加剂以及水；所述功能剂为氟代烃和/或碳氢化合物；所述添加剂为有机相变材料、表面活性剂、助表面活性剂中的一种或几种；所述添加剂含有有机相变材料；所述助表面活性剂为醇、胺、酯中的一种或几种。本发明专利技术首先添加含有有机相变材料的添加剂形成乳液或微乳液，再加入功能剂，增加功能剂与水接触面积，减小水合物结晶诱导时间，提高水合物的生长速度，降低水合物相变蓄冷过程的能耗；利用本发明专利技术的蓄冷剂经过快速相变可以得到制冷剂水合物，解决了现有技术水合物形成相变引导时间长、生长困难、过冷度大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空调蓄冷
，具体涉及一种快速相变技术，尤其涉及一种快速相变蓄冷剂及其制备方法与应用。
技术介绍
相变形式一般可分为四类：固-固相变、固-液相变、气-液相变和气-固相变。在相变储能
，气-液相变和气-固相变由于产生气体，相变物质的体积变化很大，虽然这两种相变过程的相变潜热很大，但实际难以采用。固-液和固-固相变是相变储能采用的主要方式。蓄冷是空调系统中调节能量供给与用户需求在时间和空间上不一致常用方法，空调蓄冷方式主要显热蓄冷（如水蓄冷）和潜热蓄冷（如冰蓄冷）。水蓄冷是利用显热蓄冷，具有系统简单，是早期空调蓄冷的主要方式。水蓄冷的密度低，系统占用的面积大，冷损耗也大。冰蓄冷是相变蓄冷，相同体积的冰蓄冷能力达到水蓄冷的十几倍，是目前空调蓄冷的主要方式。冰蓄冷要求制冷机组冷冻液出口温度在0℃以下，故制冷机组的蒸发温度低，能耗高。共晶盐蓄冷属于高温相变蓄冷，其蓄冷温度在空调冷冻水温度范围，可使用常规制冷机组，蓄冷时机组能效高；但共晶盐蓄冷在使用过程中存在蓄冷剂老化等问题，需要研究解决。制冷剂水合物蓄冷属于相变蓄冷，其蓄冷密度与冰相当，是理想的空调蓄冷材料，是空调蓄冷的发展方向。现有大多数制冷剂与水不相溶，水和制冷剂接触面小，通常条件下水合物形成相变引导时间长、生长困难；另外，水合物形成与水结冰一样存在过冷度，导致水合物实际相变温度降低。因此解决水合物形成引导时间长、过冷度大和生长速度慢的问题是促进水合物蓄冷技术走向应用的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速相变蓄冷剂及其制备方法与应用，本专利技术的蓄冷剂用于空调蓄冷时可快速相变制备制冷剂水合物，减少水合物相变引导时间、促进水合物生长。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种快速相变蓄冷剂，包括功能剂、添加剂以及水；所述功能剂为氟代烃和/或碳氢化合物；所述添加剂为有机相变材料、表面活性剂、助表面活性剂中的一种或几种；所述添加剂含有有机相变材料；所述助表面活性剂为醇、胺、酯中的一种或几种。本专利技术使用的添加剂包括有机相变材料或有机相变材料+表面活性剂或有机相变材料+表面活性剂+助表面活性剂，可以有效促进水合物形成；通过高速搅拌或超声乳化等方法混合功能剂与添加剂形成乳液，得到快速相变蓄冷剂。上述技术方案中，所述氟代烃包括HFC-134a、HFC32、HFC125、HFC143a、HFC-152a、HCFC22、HCFC-141b、HCFC123等；所述碳氢化合物包括丙烷（C3H8）、正丁烷（C4H10）、异丁烷（C4H10）、环戊烷（C5H10）等；所述表面活性剂可为阳离子、阴离子、两性离子和非离子表面活性剂，如油酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、Tween表面活性剂、Span表面活性剂、卵磷脂等，实际使用时为单一表面活性剂或几种表面活性剂的混合物；所述助表面活性剂包括醇类、胺类和酯类的一种或几种的混合物，如乙醇、乙二醇、正丁醇、丙基三甲基氯化铵、正己胺、磷酸三丁酯等；所述有机相变材料为相变温度4～15℃的单一或混合有机相变材料，有机相变材料可为环戊酸、壬酸、正癸醇、十四烷、十五烷、正癸酸、十二醇中的一种或几种的混合物等，本专利技术的有机相变材料相变温度在0℃以上相变，同时温度在空调范围内。上述技术方案中，以水的质量为基准，添加的有机相变材料的质量浓度在0.1%～6%之间，表面活性剂的质量浓度为0～8%；助表面活性剂的质量浓度为0～3%。本专利技术还公开了快速相变蓄冷剂的制备方法，具体为通过搅拌或超声乳化的方法混合功能剂、添加剂与水，得到快速相变蓄冷剂。上述技术方案中，搅拌转速为8000～15000r/min；超声功率为90～110W，频率40kHz；本专利技术的分散方式下，功能剂与添加剂以及水分散性好，增大功能剂与水的接触面积；而且不破坏两相之间的界面效果，保持蓄冷剂的稳定性。优选的，首先将添加剂加入水中，搅拌形成乳液，再加入功能剂，继续搅拌，得到快速相变蓄冷剂；功能剂均匀分散在液体中，增大与水的接触面积，减少水合物相变引导时间、促进水合物生长。本专利技术的快速相变蓄冷剂水合物结晶诱导时间短，水合物的生长速度快，因此本专利技术进一步公开了上述快速相变蓄冷剂在制备蓄冷剂中的应用。本专利技术还公开了一种蓄冷剂，由上述快速相变蓄冷剂结晶得到。优选的，结晶时间为20～120min。与现有制冷剂水合物制备技术相比，本专利技术首先添加含有有机相变材料的添加剂形成乳液或微乳液，再加入功能剂，增加功能剂与水接触面积，减小水合物结晶诱导时间，提高水合物的生长速度，降低水合物相变蓄冷过程的能耗；利用本专利技术的蓄冷剂经过快速相变可以得到制冷剂水合物，解决了现有技术水合物形成相变引导时间长、生长困难、过冷度大的问题，为水合物蓄冷技术工业化提供基础。附图说明图1为正癸酸和十二醇对HCFC-141b水合物形成过程影响图；图2为添加剂对HCFC-141b水合物形成过程影响图。具体实施方式实施例一首先将正癸酸和十二醇的混合物添加到水中，其中正癸酸与十二醇的质量比为1:1，正癸酸和十二醇的混合物在水中的浓度为3wt%，用12000r/min的转速搅拌20min形成乳液；然后把HCFC-141b滴加到上述乳液中，HCFC-141b与水的质量比为1:2.62，再搅拌10min，得到快速相变蓄冷剂；冷却降温，当快速相变蓄冷剂的温度降低到3℃后，再过102min可形成水合物，水合物快速生长。图1为正癸酸和十二醇对HCFC-141b水合物形成过程影响图，可以看出，本专利技术蓄冷剂的温度降低到3℃后，再过102min可形成水合物，水合物生长快速；而HCFC-141b的纯水溶液在上述温度条件下，24h内没有水合物形成。实施例二首先将十五烷、Tween80和正丁醇添加到水中，十五烷、Tween80和正丁醇在水中的质量浓度分别为2.5%、2%和0.1%，用10000r/min的转速搅拌30min形成乳液；然后把HCFC-141b滴加到上述乳液中，HCFC-141b与水的质量比为1:2.62，再搅拌10min，得到快速相变蓄冷剂；冷却降温，当快速相变蓄冷剂的温度降低到1℃后，再过41min可形成水合物，水合物快速生长。图2为十五烷、Tween80和正丁醇添加剂对HCFC-141b水合物形成过程影响图，可以看出，本专利技术蓄冷剂的温度降低到1℃后，再过41min可形成水合物，水合物生长快速；而HCFC-141b的纯水溶液在上述温度条件下，24h内没有水合物形成。实施例三首先将正癸酸和十二醇混合物以及十二烷基硫酸钠加到水中，其中正癸酸与十二醇的质量比为1:1，正癸酸和十二醇的混合物在水中的浓度为1wt%，十二烷基硫酸钠的浓度为0.1wt%，用12000r/min的转速搅拌25min形成乳液；然后把HFC-134a添加到上述乳液中，HFC-134a与水的质量比为1:3，再搅拌15min，得到快速相变蓄冷剂；冷却降温，当快速相变蓄冷剂的温度降低到1.3℃后，再过45min可形成水合物。而HFC-134a的纯水溶液在上述温度条件下，24h内没有水合物形成。实施例四首先将壬酸、十二烷基硫酸钠加到水中，其中壬酸在水中的浓度为1.5wt%，十二烷基硫酸钠为2.5wt%；用9000r/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速相变蓄冷剂，其特征在于：所述快速相变蓄冷剂包括功能剂、添加剂以及水；所述功能剂为氟代烃和/或碳氢化合物；所述添加剂为有机相变材料、表面活性剂、助表面活性剂中的一种或几种；所述添加剂含有有机相变材料；所述助表面活性剂为醇、胺、酯中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种快速相变蓄冷剂，其特征在于：所述快速相变蓄冷剂包括功能剂、添加剂以及水；所述功能剂为氟代烃和/或碳氢化合物；所述添加剂为有机相变材料、表面活性剂、助表面活性剂中的一种或几种；所述添加剂含有有机相变材料；所述助表面活性剂为醇、胺、酯中的一种或几种。2.根据权利要求1所述快速相变蓄冷剂，其特征在于：所述氟代烃包括HFC-134a、HFC32、HFC125、HFC143a、HFC-152a、HCFC22、HCFC-141b或者HCFC123；所述碳氢化合物包括丙烷、正丁烷、异丁烷或者环戊烷。3.根据权利要1所述快速相变蓄冷剂，其特征在于：所述表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂或者非离子表面活性剂。4.根据权利要1所述快速相变蓄冷剂，其特征在于：所述助表面活性剂为乙醇、乙二醇、正丁醇、丙基三甲基氯化铵、正己...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志高，朱明贵，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32