CN105300152A - 一种相变储能材料载体及其封装相变储能材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相变储能材料载体及其封装相变储能材料的方法，采用中空的金属材料装置作为相变储能材料的载体，其外围密封，只在顶部设置了一个圆孔进料口，仅需对其进行密封即可，封装工艺简便，而且所述金属材料装置为中空，相变材料复合量高，并且金属材料的导热性好，可以较好地进行热交换，因此有利于充分发挥相变储能材料的节能作用，取得较好的储能调温效果。

Description

一种相变储能材料载体及其封装相变储能材料的方法

技术领域

本发明涉及相变储能技术领域，尤其涉及的是一种相变储能材料载体及其封装相变储能材料的方法。

背景技术

相变材料（PhaseChangeMaterial，PCM）是一种利用潜热来储存或释放能量的储能材料。相变材料具有储能密度大、在吸收或释放热量过程中材料本身能保持近似等温等优点，因而被应用于许多领域，如，智能控温建筑物、太阳能发电系统、保温衣服、航天航空等。

将相变储能材料应用于建筑领域，在温度较高时，蓄热降温；在温度较低时，放热升温，实现能量在不同时、空之间的转换。因此，建筑应用相变材料后，可降低建筑物内部环境温度波动，始终维持室内热舒适度，以提高能源使用效率，降低建筑能耗，对于整个社会节约能源和保护环境都具有显著的积极作用。与之相关的研究是近年来能源科学、材料科学及建筑科学等交叉学科领域内一个十分活跃的前沿研究方向。目前，相变储能材料的种类及分类方法很多，其中，有机的固-液相变储能材料具有无过冷现象且导热系数大，相变潜热高，相变温度可控等优点。其与建筑材料复合作为一种具有相变储能调温功能的新型建筑材料被广泛应用于建筑节能领域。固-液相变储能材料吸收热量后，会发生相态的转变，即由固态变成液态，因此，防止液态相变储能材料发生渗漏，是将固-液相变储能材料应用于建筑领域并发挥相变储能调温作用的关键所在。选择固-液相变储能材料的载体及其封装方法是基础及必不可少的环节。

目前，固-液相变储能材料应用于建筑领域的方式主要有两种：1）以多孔材料作为载体。通过真空吸入法将液态的相变储能材料吸入多孔材料（例如，多孔陶粒）载体内，然后采用有机类封装材料（比如，环氧树脂胶）对其进行表面封装。将封装好的多孔材料基相变储能材料与建筑材料（如石膏、混凝土等）复合成具有相变储能调温功能的建筑材料。2）以微胶囊为载体。这种方法是把相变材料作为微胶囊的囊芯，树脂类材料作为微胶囊的囊壁，通过不同的合成方法，将相变材料制备为小的相变胶囊。然后将相变微胶囊添加到建筑材料中（如石膏、混凝土等）使其具有相变储能调温功能。

对于多孔材料来说，大多数多孔材料都是在高温条件下烧制而成，由于其内部不是完全空腔结构，致使其内部孔隙率不高。虽然有些多孔材料孔隙率相对较高，但是，孔隙结构会影响多孔材料对液态相变储能材料的吸收。开口且连通的孔隙率越高，其吸收的液态相变储能材料越多，反之，其吸收液态相变储能材料的量就越少，而多孔材料内部或多或少肯定会存在封闭和不连通的孔隙。内部孔隙率不高，加之连通孔数量的影响，这就使得多孔材料对液态相变储能材料的吸收量有限。目前，最大的吸附量不会超过多孔材料质量的65%。

对于微胶囊技术来说，微胶囊直径较小，胶囊壁占一定的厚度，封装效率也不高，通常在50%左右。

相变材料的数量对储能调温效果有直接影响，相变材料数量较少会影响其在建筑中应用后的储能调温的效果。

多孔材料作为固-液相变储能材料的载体的一个重要前提是在其吸附了液态相变储能材料后要对其进行表面封装，以防止液态相变储能材料发生渗漏。目前，大多数封装方法由于材料性能限制及操作复杂，封装质量难以保证，封装的效果并不理想，经过多次相变循环后，相变储能材料会发生渗漏，造成上述多孔材料相变储能调温的效果减弱，且随着时间的推移，最终会导致其相变储能功能失效。

目前，大多数相变多孔材料的表面的封装材料是树脂，其导热系数较低。相变微胶囊的壁材也是树脂类材料，其导热系数也是较低的。低导热系数的封装材料或者壁材会造成热量进出困难，内部的相变材料热交换效率低，使相变储能材料不能完全发生相变，或造成其完成相变所需的时间很长，不能完全发挥相变材料的相变储能调温效果。

因此，现有技术有待于进一步地改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种相变储能材料载体及其封装相变储能材料的方法，克服现有技术中相变储能载体的复合量少、孔隙利用率低，且导热性差的缺陷。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种相变储能材料载体，用于承载相变储能材料，其中，包括：中空的金属材料装置和密封装置；

所述金属材料装置的顶部设置有相变储能材料的进料口；

所述密封装置，用于对所述进料口进行封口。

所述相变储能材料载体，其中，所述金属材料装置的形状为球型。

所述相变储能材料载体，其中，所述金属材料装置为钢材装置。

所述相变储能材料载体，其中，所述密封装置包括：紧固件和密封件；

所述紧固件为铆钉；所述密封件为橡胶圈或金属薄垫圈。

所述相变储能材料载体，其中，所述铆钉包括：铆钉本体、设置在铆钉本体上端部的铆钉帽和设置在铆钉本体中间部的铆钉抽芯杆。

一种相变储能材料载体封装相变储能材料的方法，其中，包括：

A、将中空的金属材料装置放入盛有液体相变储能材料的容器内；

B、对所述容器抽真空，则相变储能材料通过进料口，进入金属材料装置的内部；

C、将金属材料装置从容器中取出，放置到冰箱内冷却；

D、使用密封装置对内部相变材料凝固的金属材料装置的进料口进行密封。

所述封装相变储能材料的方法，其中，所述密封装置包括：紧固件和密封件；

所述紧固件为铆钉；所述密封件为橡胶圈或金属薄垫圈；

所述铆钉包括：铆钉本体、设置在铆钉本体上端部的铆钉帽和设置在铆钉本体中间部的铆钉抽芯杆。

所述封装相变储能材料的方法，其中，所述步骤D中包括：

D1、将橡胶圈或金属薄垫圈套在铆钉抽芯杆上，插入进料口；

D2、使用铆钉枪抽出铆钉抽芯杆；

D3、使用密封胶将铆钉抽芯杆抽出后的抽芯孔密封。

所述封装相变储能材料的方法，其中，所述密封胶为双组分的凝结时间可调的液体胶，在步骤D3中，将液体的密封胶均匀地注入抽芯孔，对所述抽芯孔进行密封。

有益效果，本发明提供了一种相变储能材料载体及其封装相变储能材料的方法，采用中空的金属材料装置作为相变储能材料的载体，其外围密封，只在顶部设置了一个进料口，仅需对其进行密封即可，封装工艺简便，而且所述金属材料装置为中空，复合量高，并且金属材料的导热性高，可以较好地进行热交换，因此有利于充分发挥相变储能材料的节能作用，取得较好的储能调温效果。

附图说明

图1是本发明提供的金属材料装置的结构示意图。

图2是本发明提供的一种相变储能材料载体的平面结构示意图。

图3是本发明提供的密封圈的结构示意图。

图4是本发明提供的所述相变储能载体中密封件的结构示意图。

图5是本发明提供的相变储能载体封装相变储能材料的方法步骤流程图。

图6是本发明提供的相变储能载体封装后的立体示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种相变储能材料载体，用于承载相变储能材料，其包括：中空的金属材料装置和密封装置。

结合图1和图2所示，所述金属材料装置1的顶部设置有相变储能材料的进料口2。所述密封装置，用于对所述进料口2进行封口。

将相变储能材料封装在所述金属材料装置1内，由于其空心，因此可以承载的相变储能材料必定高于多孔材料，由于其为金属材料，因此具有金属的硬度和导热性能，可以较快地为相变储能材料传递热量。

优选的，所述金属材料装置1的形状为球型，其材料选择为钢材，即所述金属材料装置为钢球，不仅容易制造，而且对其顶端的进料口密封方便。当然可以想到的是，所述金属材料装置也可以设计成其他的形状，比如：正方体形状或者长方体形状，只要其中空，为空心的，而且材料为高导热性材料，即可以满足需求。

优选的，为了实现对所示金属材料装置的密封，防止封装在其内部的相变储能材料溢出，所述密封装置，包括：紧固件4和密封件3。

如图3所示为所述密封件的结构示意图，所述图4所示为所述紧固件的结构示意图，所述紧固件4和密封件3适配连接，用于对金属材料装置1的进料口2进行密封。在具体应用时，所述紧固件可以为铆钉；所述密封件为橡胶圈。如图4所示，所述铆钉包括：铆钉本体41、设置在铆钉本体上端部的铆钉帽42和设置在铆钉本体中间部的铆钉抽芯杆43。

采用铆钉密封空心钢球顶部的进料口，铆钉顶部会与空心钢球顶部的进料口周围部位接触，由于空心钢球顶部的进料口周围部位是不平的，导致二者不能充分接触而存在间隙，液态相变储能材料就可能通过此间隙发生渗漏；为解决这个问题，在密封空心钢球顶部的进料口时，使用了密封圈，此密封圈具有一定的弹性，其作用是填补铆钉顶部与空心钢球顶部的进料口周围接触部位之间的间隙，由于其具有一定的弹性，所以，此密封圈能很好地填补上述间隙，使铆钉顶部与空心钢球顶部的进料口周围部位紧紧地接触在一起，从而增强了密闭性，有效地阻止液态相变储能材料发生渗漏。

在上述相变储能材料载体的基础上，本发明还公开了一种相变储能材料载体封装相变储能材料的方法，如图5所示，其包括步骤：

S1、将中空的金属材料装置放入盛有液体相变储能材料的容器内；

S2、对所述容器抽真空，则相变储能材料通过进料口，进入金属材料装置的内部；

S3、将金属材料装置从容器中取出，放置到冰箱内冷却；

S4、使用密封装置对内部相变材料凝固的金属材料装置的进料口进行密封。

所述密封装置包括：紧固件和密封件；

所述紧固件为铆钉；所述密封件为橡胶圈；

所述铆钉包括：铆钉本体、设置在铆钉本体上端部的铆钉帽和设置在铆钉本体中间部的铆钉抽芯杆。

所述步骤S4中包括：

S41、将橡胶圈套在铆钉抽芯杆上，插入进料口；

S42、使用铆钉枪抽出铆钉抽芯杆；具体为，用抽芯杆套有密封圈的铆钉堵住吸附有液态相变储能材料的空心钢球顶部的进料口，使铆钉顶部与空心钢球顶部的进料口周围部位接触，二者之间隔着密封圈；

S43、使用密封胶将铆钉抽芯杆抽出后的抽芯孔密封。

使用铆钉枪将铆钉的抽芯杆抽出，这样，铆钉本体就伸入到所述进料口里并发生膨胀而固定在所述进料口里，从而将所述进料口密封。

所述密封胶为液体胶，在步骤S43中，将液体的密封胶均匀地注入抽芯孔，对所述抽芯孔进行密封。

采用铆钉作为封装材料，通过抽芯的方式来密封空心钢球顶部的进料口，会在铆钉上留下一个抽芯孔，液态相变储能材料可能会通过此孔发生渗漏；为解决此问题，采用液体胶作为封装材料，使用液体胶枪通过注入的方式，将液体胶均匀地注入到铆钉的抽芯孔里，从而将其密封。因为液体胶具有流动性，故其能很好地密封铆钉的抽芯孔，从而有效地阻止液态相变储能材料通过铆钉的抽芯孔发生渗漏。

下面以金属材料装置为空心钢球为例，该方法的具体实施例步骤如下：

（1）采用直径为20mm的空心钢球作为相变储能材料的载体，其内部空腔、外围密封，只在顶部设置有一个直径为3mm的进料口，将其放置于盛有液态相变储能材料的容器中；

（2）将上述容器放置于抽真空装置中，然后，抽真空30分钟，通过真空吸入法，液态相变储能材料就会从空心钢球顶部的进料口进入到空心钢球的内部，从而使空心钢球内空腔充满液态相变储能材料。

（3）将吸附有液态相变储能材料的空心钢球放置于冰箱中24小时，使液态相变储能材料发生相变变成固态，其作用是防止在密封空心钢球顶部的进料口时，液态相变储能材料发生渗漏。

（4）把外直径为6mm、内直径为1mm、厚度为1mm的密封圈套在铆钉的抽芯杆上，铆钉各部分的具体尺寸为：铆钉本体的直径为2.5mm，铆钉顶部直径为5mm，铆钉抽芯杆的直径为1.5mm。

（5）用抽芯杆套有密封圈的铆钉堵住吸附有相变储能材料的空心钢球顶部的进料口，具体地，铆钉的抽芯杆通过空心钢球顶部的进料口伸入到空心钢球的内部，使铆钉的顶部与空心钢球顶部的进料口周围部位接触，二者之间隔着密封圈，然后，使用铆钉枪将铆钉的抽芯杆抽出，这样，铆钉本体就伸入到所述进料口里并产生膨胀而固定在所述进料口里，从而将所述进料口密封。

（6）使用AB胶枪将AB双组分胶均匀地注入到所述铆钉的抽芯孔里，从而将其密封。

如图6所示的相变储能载体封装后的立体示意图，其中金属材料装置1（即空心钢球）的顶端设置有一个进料口，密封装置（即紧固件4和密封圈3）将进料口封住，防止金属材料装置内部的相变储能材料渗出，并使用液体胶将铆钉的抽芯孔5封住。

与现有技术相比，本申请所述载体及封装方法具有以下优点：

（1）载体的内空间大，相变储能材料的吸收量大。作为相变储能材料的载体，空心钢球的内部为全空腔结构，容量大，对相变储能材料的吸收量大，最大可达钢球质量的100%。有利于相变储能材料大规模地应用于建筑领域。

（2）载体的导热系数大。换热效率是决定相变储能材料能否在建筑领域发挥节能作用的一个重要因素。作为相变储能材料的载体，空心钢球的导热系数较大，有利于相变储能材料与外界的热量交换，增强相变储能材料的换热效率，有利于其完成相变循环，充分发挥节能作用。

（3）封装效果好。作为相变储能材料载体的空心钢球，其外围密封，只在顶部设置了一个进料口，仅需对其进行密封即可；采用抽芯杆套有密封圈的铆钉作为封装材料，通过抽芯的方式对所述进料口进行密封，抽芯使所述铆钉本体伸入到所述进料口里并产生膨胀，故而能很好地密封所述进料口，套在铆钉抽芯杆上的密封圈使铆钉顶部与所述进料口周围的部位充分地接触在一起，增强了二者之间的密闭性；然后，采用液体胶以注入的方式对铆钉的抽芯孔进行密封，由于液体胶具有流动性，故其能均匀地注入到铆钉的抽芯孔内，并能充分地与抽芯孔接触，从而将其很好地密封。采用铆钉作为封装材料对空心钢球顶部的进料口进行密封，采用液体胶作为封装材料对铆钉上的抽芯孔进行密封，二者保证了封装效果，能有效地防止液态相变储能材料发生渗漏。

（4）可操作性和应用性强。作为相变储能材料载体的空心钢球、作为封装材料的铆钉、密封圈和液体胶以及作为封装工具的铆钉枪和液体胶枪在市场上都容易获得，且封装工艺简便和封装效果好，可广泛应用于实际中；因此，可操作性和应用性强。

本发明提供了一种相变储能材料载体及其封装相变储能材料的方法，采用中空的金属材料装置作为相变储能材料的载体，其外围密封，只在顶部设置了一个进料口，仅需对其进行密封即可，封装工艺简便，而且所述金属材料装置为中空，复合量高，并且金属材料的导热性高，可以较好地进行热交换，因此有利于充分发挥相变储能材料的节能作用，取得较好的储能调温效果。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种相变储能材料载体，用于承载相变储能材料，其特征在于，包括：中空的金属材料装置和密封装置；

所述金属材料装置的顶部设置有相变储能材料的进料口；

所述密封装置，用于对所述进料口进行封口。

2.根据权利要求1所述相变储能材料载体，其特征在于，所述金属材料装置的形状为球型。

3.根据权利要求1或2所述相变储能材料载体，其特征在于，所述金属材料装置为钢材装置。

4.根据权利要求1所述相变储能材料载体，其特征在于，所述密封装置包括：紧固件和密封件；

所述紧固件为铆钉；所述密封件为橡胶圈或金属薄垫圈。

5.根据权利要求4所述相变储能材料载体，其特征在于，所述铆钉包括：铆钉本体、设置在铆钉本体上端部的铆钉帽和设置在铆钉本体中间部的铆钉抽芯杆。

6.一种利用如权利要求1所述相变储能材料载体封装相变储能材料的方法，其特征在于，包括：

A、将中空的金属材料装置放入盛有液体相变储能材料的容器内；

B、对所述容器抽真空，则相变储能材料通过进料口，进入金属材料装置的内部；

C、将金属材料装置从容器中取出，放置到冰箱内冷却；

D、使用密封装置对内部相变材料凝固的金属材料装置的进料口进行密封。

7.根据权利要求6所述封装相变储能材料的方法，其特征在于，所述密封装置包括：紧固件和密封件；

所述紧固件为铆钉；所述密封件为橡胶圈或金属薄垫圈；

所述铆钉包括：铆钉本体、设置在铆钉本体上端部的铆钉帽和设置在铆钉本体中间部的铆钉抽芯杆。

8.根据权利要求7所述封装相变储能材料的方法，其特征在于，所述步骤D中包括：

D1、将橡胶圈或金属薄垫圈套在铆钉抽芯杆上，插入进料口；

D2、使用铆钉枪抽出铆钉抽芯杆；

D3、使用密封胶将铆钉抽芯杆抽出后的抽芯孔密封。

9.根据权利要求8所述封装相变储能材料的方法，其特征在于，所述密封胶为液体胶，在步骤D3中，将液体的密封胶均匀地注入抽芯孔，对所述抽芯孔进行密封。