一种低电导率的相变流体及其制备方法技术

本发明专利技术属于相变材料技术领域，具体涉及一种低电导率的相变流体及其制备方法。本发明专利技术中以所述相变流体的总质量计，由如下质量百分含量的组分组成：相变材料5‑30％；表面活性剂0.1‑8％；成核剂0.01‑1％；去离子水补足至100％；其中，所述相变材料为一种脂肪酸酯或两种以上脂肪酸酯的混合物。本发明专利技术通过各组分之间的协同配合作用，尤其是相变材料的选择，使得相变流体的绝缘性好，电导率小于0.3μS/cm，满足对电导率要求严格的特定领域的使用需求。

【技术实现步骤摘要】
一种低电导率的相变流体及其制备方法
本专利技术属于相变材料
，具体涉及一种低电导率的相变流体及其制备方法。
技术介绍
相变材料(Phasechangematerials，PCMs)在发生相态变化时，可以吸收环境的热量，并在需要时放出热量，从而达到控制周围环境温度的目的。相变材料作为储能载体，可缓解能源紧张的难题，已被广泛应用于空调储冷、智能建筑物的自动恒温及太阳能应用的能量储存和交换技术中，此外，在保暖服装、冷敷保健、仪器散热等领域也具有潜在的应用前景和市场。相变材料主要包括无机和有机相变材料两大类。无机相变材料主要包括结晶水合物类、熔融盐类、金属或合金类化合物等类型，具有导热率高、溶解热大等特点；有机相变材料主要包括长链烷烃类、脂肪酸类、脂肪醇类、酯类等化合物，常见的材料如十四烷、十六烷、石蜡、十四醇、十六醇等，它们具有腐蚀性小、化学性能稳定、相变可逆性好、相变温度选择范围较广、成本低等优点。由于相变材料在相变过程中固相到液相的转变，使得其在使用过程中会出现泄露、污染环境等问题，这极大地限制了相变材料的应用，因此解决相变材料的泄漏等问题一直是该领域非常重要的研究方向。目前来说，常见的解决相变材料泄漏的方法主要有三类：第一类是通过化学改性，将有机相变材料接枝到其他材料的分子链上从而形成固固相变材料；第二类是定型相变材料，通过与无机多孔类材料混合制得；第三类是微胶囊相变材料，将相变材料作为芯材通过化学合成的方法包裹在壳材料之中，防止其在相变过程中流动泄漏。上述方法均对制备条件提出了更高的要求，操作复杂，不易控制；除此之外，还往往伴随着过冷度和电导率的增大等现象的发生，上述相变流体的电导率一般大于100μS/cm，但在一些应用领域(如电子电力设备)中，对于相变材料的电导率有着非常严格的要求，电导率如果超过一定阈值，将会导致系统故障，甚至破坏设备，因此，无法在对电导率要求严格的行业内得到应用。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的相变材料过冷度和电导率增大不能满足特定领域使用要求，制备条件复杂、不易控制等缺陷，从而提供一种低电导率的相变流体及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种低电导率的相变流体，以所述相变流体的总质量计，由如下质量百分含量的组分组成：相变材料5-30％；表面活性剂0.1-8％；成核剂0.01-1％；去离子水补足至100％；其中，所述相变材料为一种脂肪酸酯或两种以上脂肪酸酯的混合物。进一步地，以所述相变材料的总质量计，由如下质量百分含量的组分组成：相变材料10-25％；表面活性剂2-6％；成核剂0.1-0.8％；去离子水补足至100％。进一步地，所述成核剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇-聚乙二醇共聚物(PVA-PEG)、氮化硼、石蜡或硬脂酸镁。进一步地，所述表面活性剂为多元醇酯、聚氧乙烯、硬酯醚、烷醇酰胺等类型的表面活性剂。进一步地，所述脂肪酸酯的相变温度在20-70℃。本专利技术还提供一种上述的低电导率的相变流体的制备方法，包括以下步骤：预热：将相变材料、表面活性剂、成核剂和去离子水分别预热至相变材料的熔点以上，备用；混合：在搅拌状态下将相变材料与表面活性剂混合，得分散相；将去离子水与成核剂混合，然后在搅拌和保温状态下，加入所得分散相中，得胶体溶液；分散处理：对所述胶体溶液进行高速剪切处理，然后在低速搅拌状态下冷却至室温，即得所述相变流体。进一步地，所述高速剪切处理的速率为20000-100000s-1。进一步地，所述高速剪切处理的时间为1-20min。进一步地，所述分散处理步骤中低速搅拌的速度为50-1000rpm。进一步地，所述去离子水经过净化处理，净化处理至电导率小于0.6μS/cm。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的低电导率的相变流体，以所述相变流体的总质量计，由如下质量百分含量的组分组成：相变材料5-30％；表面活性剂0.1-8％；成核剂0.01-1％；去离子水补足至100％；其中，所述相变材料为一种脂肪酸酯或两种以上脂肪酸酯的混合物。本专利技术通过各组分之间的协同配合作用，尤其是相变材料的选择，所得相变流体的绝缘性好，电导率小于0.3μS/cm，满足对电导率要求严格的特定领域如换流阀等大功率电力电子设备的使用需求。所述的相变流体在运行中，能在相变点附近在温度变化较小的情况下吸收或释放大量热能，从而在不扩大系统规模，不改变原有设备的基础上提高冷却能力。所述相变流体在对发热元件进行冷却时，将发热元件释放的热量以潜热的方式储存，其储热密度很大，在质量相同的情况下，能够提升冷却流体吸收/释放热能46-128％。所述相变流体中的相变材料无毒，对环境无害，容易清洁，可自然降解。所述相变材料在发生相变过程中可以吸收大的热，且与此同时其自身温度变化很小。外界温度高时，材料相变速度加快，在降低外界温度的同时，流体温度保持稳定，可以显著提高换热效率。因此所述相变流体在散热器内能够依据发热元件表面温度分布，以不同速率进行相变以吸收热量，从而实现稳定均一的温度控制。因此散热元件在运行中不容易产生高温热点，从而保证其正常工作。所述相变流体在实际运行中，在流速不变的情况下，将当发热元件的工作温度突然上升时，相变流体将会以相变的形式大量吸收热能。从而在保障系统稳定运行的基础上实现冷却过程的智能化，自动化，简化了系统的控制。对相变流体进行外部冷却时，相变材料中的热量以潜热的方式释放，放热过程中的相变流体温度变化相对较小，从而提升了外冷却换热器对其的冷却效果，使其中的热量更有效率的被释放到空气中。本专利技术选用脂肪酸酯作为相变材料，克服了其它有机材料使用过程中存在的缺陷，例如长链烷烃，即石蜡有清洗困难的问题，在大型工程中难以应用。脂肪酸和脂肪醇的使用寿命较短，容易发生老化和分解等问题。本专利技术通过对各组分的用量以及相变材料、表面活性剂、成核剂的选择，进一步降低材料的电导率，保持相变流体的稳定性，同时，成核剂的选择还避免了“过冷”现象的发生。在对电导率要求较高的领域，现有技术一般采用去离子水作为冷却流体，但其在冷却过程中热量完全以显热的方式进行传输，存在冷却能力不足等问题，本专利技术提供的相变流体能够替代传统的去离子水作为冷却流体以提高冷却流体冷却能力，为保证该流体的应用领域得到扩展，与去离子水相比，电导率没有明显提高，完全可以应用于使用去离子水的冷却系统中。2.本专利技术提供的低电导率的相变流体的制备方法，包括以下步骤：先将相变材料、表面活性剂、成核剂和水分别预热至相变材料的熔点以上，备用；在搅拌状态下将相变材料与表面活性剂混合，得分散相；将去离子水与成核剂混合，然后在搅拌和保温状态下，加入所得分散相中，得胶体溶液；最后对所述胶体溶液进行高速剪切处理，然后在低速搅拌状态下冷却至室温，即得所述相变流体。本专利技术提供的制备方法简单，便于控制；通过该方法制备得到的相变流体能够在水中形成稳定的非包裹状的微小相变颗粒，不存在泄露问题，且其绝缘性良好。其中，通过对原料进行预热，保证原料全部溶解，降低相变材料的结晶风险。通过对分散步骤的条件进行控制，能够保证相变流体在水中形成稳定的非包裹状的微小相变颗粒，避免颗粒过大或过小，进一步影响体系的稳定性。具体实施方式提供下述实施例是为了更好地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电导率的相变流体，其特征在于，以所述相变流体的总质量计，由如下质量百分含量的组分组成：相变材料5‑30％；表面活性剂0.1‑8％；成核剂0.01‑1％；去离子水补足至100％；其中，所述相变材料为一种脂肪酸酯或两种以上脂肪酸酯的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种低电导率的相变流体，其特征在于，以所述相变流体的总质量计，由如下质量百分含量的组分组成：相变材料5-30％；表面活性剂0.1-8％；成核剂0.01-1％；去离子水补足至100％；其中，所述相变材料为一种脂肪酸酯或两种以上脂肪酸酯的混合物。2.根据权利要求1所述的低电导率的相变流体，其特征在于，以所述相变流体的总质量计，由如下质量百分含量的组分组成：相变材料10-25％；表面活性剂2-6％；成核剂0.1-0.8％；去离子水补足至100％。3.根据权利要求1或2所述的低电导率的相变材料，其特征在于，所述成核剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇-聚乙二醇共聚物(PVA-PEG)、氮化硼、石蜡或硬脂酸镁。4.根据权利要求1或2所述的低电导率的相变流体，其特征在于，所述表面活性剂为多元醇酯、聚氧乙烯、硬酯醚、烷醇酰胺类型的表面活性剂。5.根据权利要求1或2所述的低电导率的相变流体，其特征在于，所述脂肪酸酯的相变温度在20-70℃。6.一种权利要求1-5任一项所述的低...

【专利技术属性】
技术研发人员：谯耕，雷宪章，埃内斯托·穆拉，卢德格尔·费舍尔，西尔凡·冯·阿克斯，
申请(专利权)人：全球能源互联网欧洲研究院，全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE