[发明专利]相变储能微囊及其制备方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及相变储能微囊及其制备方法与装置。

背景技术

能源是人类社会赖以存在和发展的基础，随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，人类对能源的需求日益增加，必将导致一次能源的短缺，特别是化石燃料。因此，回收、存储、利用热能越来越受到重视。

生产和生活中有许多的热能源，如太阳能、地热能、工业余热、废热等。这些能源的特点是总量大，但是具有间歇性和不稳定性等缺点。相变储能技术利用材料的相变潜热，可以缓解能量供需在时间-空间上的矛盾，因此在当今突显能源和环境问题的社会中，相变储能材料在建材、纺织、航空、太阳能利用、国防和军事等领域倍受关注。

相变储能材料包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机相变储能材料具有腐蚀性，而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响其使用。而有机相变储能材料在使用中没有上述缺点，而且化学性质稳定，价格也便宜，因此实际应用最多的是有机相变材料。相变储能材料在使用过程中存在着流失、腐蚀等问题。为了解决这些问题，必须对相变储能材料进行封装。

目前，对相变储能材料进行的封装主要分为两种：定形化、微囊化。相变储能材料的定形化主要是将相变材料与一些支撑材料进行复合，形成固化的相变储能材料，比如聚乙烯-石蜡定形相变储能材料等，某些定形相变储能材料，存在一些与外部相连通的孔洞，导致其密封性能比较差，需要在其表面再包覆一层聚合物膜。而且定型化相变储能材料的颗粒度较大，在有些场合不适宜使用，如纺丝领域和墙体的粉刷。相变储能材料的微囊化是指在相变储能材料表面比较均匀地包覆一层固体囊壁材料或将相变储能材料分散于高分子微球中形成多核微囊，从而达到密封的效果。与定形化相比其密封性能要好，用微囊法制成的相变材料为固体粉末，有利于使用、运输和保存。

目前微囊的制备方法主要有：乳液核壳聚合(公开号CN1695788)、聚合物溶液沉淀聚合(公开号CN1695789)、原位胶囊化(公开号CN1908257)等，这些方法在制备微囊过程中存在着许多问题，例如微囊粒径大小可控程度小，制备过程工艺和反应条件复杂、生产连续化程度低等问题，而限制了微囊化相变储能材料的应用。

用作相变储能微囊壁材的材料有多种，如公开号为CN1161364的专利采用密胺树脂作为微囊壁材、公开号为CN1844269的专利采用二氧化硅沉积物作为微囊壁材、公开号为CN1715359的专利采用动物蛋白缩醛作为微囊壁材、公开号为CN1695787的专利采用乙烯基及双乙烯基类自由基单体为外壳聚合物来源、等等，采用此类材料作为壁材，均需要严格控制反应条件，诱导聚合物单体聚合包囊，因此操作工艺过程复杂，不宜于大规模生产，而且现有的微囊化方法制备的微囊多为单核微囊，存在微囊化学稳定性和热稳定性差、机械强度低、应用范围窄等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种新的相变储能微囊。通过选取一种新的包封材料来生产出化学稳定性和热稳定性良好、机械强度高、应用范围宽的相变储能微囊。

本发明的另一个目的是提供所述相变储能微囊的制备方法。

本发明的还有一个目的是提供实现所述方法的装置。

本发明的相变储能微囊包括包封材料和相变材料，其特征是所述包封材料由海藻酸钠与碱土金属盐反应生成的交联网状聚合物组成，所述相变材料为有机相变材料。

作为优选方案，所述包封材料占微囊总质量的5-15％，所述相变材料占微囊总质量的95-85％。

所述的有机相变材料是常温相变储能石蜡。

所述相变储能微囊的制备方法，是将海藻酸钠溶液与液态相变储能石蜡混合后采用膜孔法包封成微囊，具体地包括以下步骤：

(1)海藻酸钠溶液配置：海藻酸钠、水和表面活性剂在温度45-50℃水浴中加热，搅拌至完全溶解；各组分用量：海藻酸钠3-5份质量、水90-98份质量、表面活性剂1-3份质量；

(2)相变储能石蜡分散于海藻酸钠溶液中：将相变储能石蜡在45-50℃水浴中熔融成液态，将液态相变储能石蜡与步骤(1)海藻酸钠溶液按1∶3-5质量比混合，在1000-1500r/min下搅拌，40-50分钟，得到均匀的乳液；

(3)包封和固化：将步骤(2)中得到的乳液装入储料罐中，加压后采用膜孔法进入流动相碱土金属盐水溶液形成凝胶，生成表面光滑的多核囊，经过继续固化、水洗、过滤、低温烘干，得到所述的相变储能微囊。

作为优选方案，步骤(1)所述表面活性剂为Tween-80。