一种油水混合相变储冷材料及其制备方法

本发明涉及一种相变储冷材料，具体涉及一种油水混合相变储冷材料及其制备方法，属于相变储冷材料。

背景技术：

1、随着人们对于室内的舒适度要求进一步的提高，人们对于空调的耗电量在总用电量中的比重也随之越来越大。据相关统计，空调控制系统是商业建筑中最大的能量消耗户，占总33％，其中有20％用来给建筑供冷。在某些大型复合建筑中，存在缺乏地下分配管道和冷却塔空间等问题，不利于夏季空调系统的有效供冷。在这个问题存的同时，由于夏季的建筑对于冷负荷的需求巨大，此时空调的使用耗电量巨大，而且建筑的冷负荷高峰与用电高峰相一致，这就加剧了电网峰谷供电与冷负荷需求之间的不平衡的问题。

2、相变储冷材料因其具有在小的相变温度范围内储存能量密度高的优势，被广泛应用于冷链运输、空调节能、建筑节能等领域。相变储冷技术通过将谷价电力转化为冷能并储存，在需要时释放，不仅利于落实电力上“削峰填谷”方针，更能缓解储存冷量分配不均的问题，满足对冷能的紧急需求。冰浆是指有冰晶颗粒和溶液组成的两相溶液，首先具有良好的流动性，有利于传热传质过程中的强化，更有利于快速传热以保障系统温度恒定。冰浆在热传质过程中的强化，更有利于快速传热以保障系统温度恒定。以冰浆为载冷剂的储冷技术应用在空调系统中，可获得较大的冷却效率，同时可利用夜间低价电储冷，达到移峰填谷、降低运行成本的作用。但传统冰浆材料制备工艺相对复杂、制备成本偏高、且所制冰浆稳定性不足，这些问题严重制约了冰浆材料的大规模推广与应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的第一个目的在于提供一种油水混合相变储冷材料，该材料基于各组分之间的协同作用，以烷烃为油相，通过表面活性剂改善油相与水相之间的表面张力，从而将油相均匀分散在水相中，再加入少量醇改善溶液的稳定性，形成稳定的水包油结构，同时少量的纳米级金属氧化物还可以有效降低体系的过冷度。

2、本发明的第二个目的在于提供一种油水混合相变储冷材料的制备方法，该方法具有工艺简单，易于实施和成本低廉等优点，且制备全程无废液废气排出，对环境友好，适合大规模工业化生产。

3、为实现上述技术目的，本发明提供了一种油水混合相变储冷材料，包括以下组分：烷烃、水、表面活性剂、表面活性助剂、纳米级氧化金属粒子；所述纳米级氧化金属粒子为纳米氧化铝、纳米氧化铜和纳米氧化铁中的至少一种。

4、作为一项优选的方案，所述储冷材料包括以下质量百分比组分：烷烃14.1％～48.1％，水45.8％～66.1％，表面活性剂7.6％～8.3％，表面活性助剂7.6％～16.5％，纳米级氧化金属粒子0.4％～1％。

5、本发明所提供的相变储冷材料中各组分要严格按照上述要求执行，才能再保证材料体系为水包油的同时提高油水体系的稳定性；此外，由于纳米级金属颗粒不属于油水两相中的任意一项，其具有良好的稳定性，能够为油水体系提供良好的成核位点，可以作为成核剂，改善材料的过冷问题。

6、作为一项优选方案，所述烷烃与水的质量比为1：2.3～4。本发明所提供的油水体系中，油相均匀的分散于水相中，在形成储冷材料的过程中，由于油相的作用，将水相所形成小冰晶充分的分散开来，从而形具有流动性的冰浆状储冷材料，可有效解决流动浆体中的小冰晶重结晶的问题。

7、作为一项优选的方案，所述烷烃为c12～c16烷烃中的至少一种。

8、作为一项优选的方案，所述表面活性剂为失水山梨醇月桂酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯和十二烷基硫酸钠和油酸钠中的至少两种。

9、作为一项优选的方案，所述表面活性剂由失水山梨醇月桂酸酯、失水山梨醇单硬脂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯和十二烷基硫酸钠和油酸钠中的两种组成，其质量比为1:0.9～2.4。表面活性剂为本发明油水体系中重要的调节组分之一，通过控制表面活性剂的添加量及组成比例，可有效控制油相与水相之间的相互界面力，将油相与水相交联的同时还防止两相相互接触导致液滴聚集难以进行的问题，从而保证界面力向油相弯曲，形成稳定的水包油结构。

10、作为一项优选的方案，所述表面活性助剂为乙醇和/或二甲基己醇。进一步优选，所述表面活性助剂为乙醇和二甲基己醇。乙醇和二甲基己醇具有一定的碳链长度和羟基，能够为参与体系中油水交联形成的胶束，进一步降低油水界面之间的界面力，使得水包油的颗粒进一步缩小，同时还可以强化表面活性剂的作用，进一步使得油水体系中分散成更小的胶束。

11、作为一项优选的方案，所述相变储冷材料的相变温度为-1～1℃，过冷度为10～13℃，导热系数为0.7747wm-1k-1，相变潜热最高约224.4jg-1。

12、本发明还提供了一种油水混合相变储冷材料的制备方法，将烷烃和表面活性剂充分混合后加入表面活性剂和纳米级氧化金属粒子，得悬浮液；向悬浮液中逐滴加入水后经超声振荡，得储冷乳液；储冷乳液经低温搅拌后，即得。

13、该制备方法工艺简单，便于操作，利用表面活性剂降低体系界面力的作用，添加表面活性助剂进一步促进表面力的降低，最终使得形成稳定的油水混合体系，制备全程无废液废气排出，无二次污染，对环境友好。

14、作为一项优选的方案，所述悬浮液的制备全程在恒温加热搅拌的条件下进行，所述恒温加热搅拌的工艺参数为：温度为25～35℃，搅拌速率为600～800rmp，时间为25～35min。

15、作为一项优选的方案，所述向悬浮液中逐滴加入水的过程在恒温加热搅拌的条件下进行，其工艺参数为：温度为25～35℃，搅拌速率为600～800rmp，时间为25～35min。

16、作为一项优选的方案，所述超声振荡的工艺参数为：超声功率为80～120w，时间为20～40min。

17、作为一项优选的方案，所述低温搅拌的工艺参数为：温度为-10～-5℃，搅拌速率为700～900rmp，时间为25～35min。

18、本发明所提供的储冷材料在制备过程中要各组分的添加顺序要严格按照上述要求执行，尤其是水相的添加，要逐滴缓慢的加入，避免因快速加水导致油水体系分散不均匀，降低体系的稳定性的现象。

19、相对于现有技术，本发明的有益技术效果为：

20、1)本发明所提供的油水混合相变储冷材料基于各组分之间的协同作用，利用表面活性剂和表面活性助剂降低油相和水相之间的界面力，使材料具有良好的循环稳定性，同时添加纳米级氧化金属颗粒，降低材料的过冷度，有效的抑制了过冷的发生。

21、2)本发明所提供的制备方法具有工艺简单，易于实施和成本低廉等优点，该方法利用表面活性剂降低体系界面力的作用，添加表面活性助剂进一步促进表面力的降低，最终使得形成稳定的油水混合体系，制备全程无废液废气排出，无二次污染，对环境友好，适合大规模工业化生产。

22、3)本发明所提供的技术方案中，基于各组分之间的协同作用，以烷烃为油相，通过表面活性剂改善油相与水相之间的表面张力，从而将油相均匀分散在水相中，再加入少量醇改善溶液的稳定性，形成稳定的水包油结构，同时少量的纳米级金属氧化物还可以有效降低体系的过冷度，经测试，本发明所提供的储冷材料的相变温度为-1～1℃，相变潜热高达224.4jg-1，适用于冷链运输预冷环节和空调储冷。