CN116083055A - 一种蓄热储能相变充填体及其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓄热储能相变充填体及其制备方法及应用，属于蓄热储能技术与充填技术领域领域。以所述相变充填体的质量为100％计，包括以下质量百分含量的原料：水泥为10.3％～14.4％、尾砂和相变微胶囊一共为57.6％～61.7％，余量为水。所述方法包括：将水泥、尾砂、相变微胶囊混合后进行干拌，均匀混合得到混合干拌物；将混合干拌物加入水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物；迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在55～75mm时，得到蓄热储能相变充填体。本发明应用于深部与浅部矿山充填领域，包括深部矿井以及矿山采空区的充填，在开采的同时对地热资源进行开发、储存、提取和利用。

Description

一种蓄热储能相变充填体及其制备方法及应用
技术领域
本发明属于蓄热储能技术与充填技术领域，涉及一种蓄热储能相变充填体及其制备方法及应用。
背景技术
伴随着浅部矿产资源的逐渐减少和枯竭，以及工业化、城市化的快速发展，我国矿产资源供需矛盾日渐突出，深部开采成为必然趋势。深部矿井开采具有“三高”环境特征，即:高井深、高应力和高地温，势必带来众多科学技术难题。其中，高地温是导致深部矿床开采出现热害的罪魁祸首，却也为地热资源的开发提供了有利条件。地热能被认为是用于产生热量的最有前途和最清洁的能源之一，将深部采矿与地热开发相结合，开展矿产资源－清洁地热资源的绿色协同开发与利用，对于实现深部矿山的绿色可持续发展具有重要意义。
矿山蓄热/储能功能性充填一种在满足传统充填体结构性和体积性的基础上，兼顾蓄热/储能功能的充填采矿方式。矿山蓄热/储能功能性充填材料通过吸收来自深部围岩、采场等热源的热量储存地热能。在开采地热能时，换热管路中通入的采热流体(如水、有机工质等)吸收矿山蓄热/储能功能性充填材料储存的地热能后温度升高，以热流体的形式将热量送至地面的热利用设备，实现地热能的开采与利用。因此，提升矿山蓄热/储能功能性充填材料的蓄热储能能力为成为了新的研究热点。矿山蓄热/储能功能性充填材料需要具备相变温度适宜、蓄热潜力大、导热率高、相变可逆、化学性能稳定、体积膨胀率小、密度大和经济性好的特点，即在满足深部矿井高应力条件的同时还需满足充填料浆流变性能需求。
相变材料(phase change material，PCM)是一种通过自身相态的变化对热能进行存储，从而对材料周围环境温度进行调节的一种新型功能材料，目前广泛应用于航天、军事、建筑和制冷等领域。在一定的相变温度下，相变材料能够在不同的相态之间相互转变，转变时吸收或释放大量的相变潜热。根据相变类型，相变材料可分为固固相变材料、固液相变材料、固气相变材料和液气相变材料4类。目前固液相变储能材料的研究和应用最为广泛，其工作原理为：当环境温度高于相变温度时，材料由固态转变为液态并吸收热量；而当环境温度低于相变点时，材料由液态转变为固态释放热量，从而维持环境温度在适宜水平。
近年来，有研究者将相变材料应用于钻井液、混凝土中进行研究。中国专利CN202210615950.X公开了一种高原环境下桥梁主塔用智能温控混凝土及其制备方法，解决了混凝土在较大的温差和紫外线环境下容易出现开裂的问题。中国专利CN202210615950.X公开了一种纤维增强型相变储能混凝土及其制备方法，应用于大体量老旧建筑的安全、节能一体化加固改造。但是，上述专利侧重于混凝土稳固性和保温的研究，无法广泛应用于专门的大量热量能源存储。
综上所述，现有技术中还未出现利用相变材料应用于矿产和地热能开采的专门大量储热功能的研究。基于此，本发明提出将相变材料掺入尾砂充填体，相变材料的热学性能可直接影响蓄热/储能充填体的蓄热/释热性能。相变材料应具有较大的相变潜热和比热容，以蓄积/释放更多的热能。但是向充填体中直接掺入相变材料虽然操作较简单，但是可能会与充填材料(尾砂、水泥或其他外加剂)反应而影响充填体的结构性能与热学性能，并且相变时容易发生液相渗漏问题，因此对相变材料进行胶囊化封装形成相变微胶囊(MicroPCM)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中相变材料无法广泛应用于专门的大量热量能源存储的问题。本发明研究相变微胶囊与充填体形成相变储能充填体后，在确保其储热能力有效吸收采场热量的同时，充填体抗压强度和抗拉强度均需满足采场稳定性需求。因此，有必要研究充填体配比和相变材料添加量等对相变储能充填体的抗压强度和抗拉强度影响，同时需对相变储能充填体的热学特性进行研究，提升充填体的蓄热储能能力，找到相变微胶囊应用于充填体的适用范围。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种蓄热储能相变充填体，以所述相变充填体的质量为100％计，包括以下质量百分含量的原料：水泥为10.3％～14.4％、尾砂和相变微胶囊一共为57.6％～61.7％，水为28％。
优选地，所述相变充填体中的水泥、尾砂和相变微胶囊的总质量占相变充填体总质量的72％，所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％～20％。
优选地，所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的15％时，蓄热效益与经济效益为最优。
优选地，所述相变微胶囊的芯材为有机类中的固液相变材料，所述相变微胶囊中的相变材料含量不超过80％，所述相变微胶囊的相变潜热值范围为120～180kJ/kg，所述相变微胶囊的粒径范围在5～100微米之间，所述相变微胶囊的导热系数在0.2～0.5W/(m·K)之间；所述尾砂为金属矿尾砂。
优选地，蓄热储能相变充填体在现有技术中的普通充填体基础上加入了相变微胶囊材料(MicroPCM)，相变微胶囊材料作为一种清洁可重复使用的高效储能储热技术，它具有以下特征：使芯材与外界环境相隔离，可抵抗氧、光的作用；可以使液体固态化，便于使用、贮存和运输；相变潜热高，在相变中能贮能或放出较多的热量；相变材料密度大，比热容大；储能密度大，体积小巧；性能稳定，可反复使用。
优选地，将所述相变微胶囊材料(MicroPCM)视为细骨料，所述相变微胶囊材料(MicroPCM)具有良好的储热能力，化学稳定性，储能密度大，且不与水泥中成分发生反应，能在不影响充填体水化热的同时，提升充填体的蓄热能力。
一种蓄热储能相变充填体的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水泥、尾砂和相变微胶囊混合后进行干拌，均匀混合得到混合干拌物。
优选地，所述水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥，所述尾砂为铜矿尾砂，所述相变微胶囊的壳材为聚甲基丙烯酸甲酯；芯材为相变蜡，其主要成分为石蜡，由直链烷烃混合而成，分子式为CnH2n+2；粒径在5～10微米，密度为0.88kg/m3，潜热值在160kJ/kg，导热系数为0.23W/(m·K)。
S2、将混合干拌物加入水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物。
优选地，所述水泥、尾砂、相变微胶囊、水的质量分数配比为：水泥为14.4％、尾砂和相变微胶囊一共为57.6％，水为28％；所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％～20％。
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在55～75mm时，得到蓄热储能相变充填体。
优选地，塌落度是指充填体的和易性，用于判断施工能否正常进行。和易性是指充填体是否易于施工操作和均匀密实的性能，是一个很综合的性能，其中包含流动性、黏聚性和保水性。影响和易性主要有单位体积用水量、水灰比、砂率以及包括水泥品种、骨料条件、时间和温度、外加剂等几个方面。
优选地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的15％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.6MJ/(m3·K)，导热系数为0.66W/(m·K)，热扩散率为0.41mm2/s，蓄热效益与经济效益为最优。
优选地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.75MJ/(m3·K)，导热系数为0.96W/(m·K)，热扩散率为0.55mm2/s。
优选地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的10％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.69MJ/(m3·K)，导热系数为0.74W/(m·K)，热扩散率为0.44mm2/s。
优选地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的20％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.57MJ/(m3·K)，导热系数为0.61W/(m·K)，热扩散率为0.39mm2/s。
一种蓄热储能相变充填体的应用，所述蓄热储能相变充填体应用于深部与浅部矿山充填领域，包括深部矿井以及矿山采空区的充填，在开采的同时对地热资源进行开发、储存、提取和利用。
本发明与现有技术相比，本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
上述方案中，根据本发明提供的制备方法制备得到的蓄热储能相变充填体，有望在保证充填体强度的同时，大幅加强充填体的蓄热储能能力，实现地热能的开采与利用，为实现深部矿山的绿色可持续发展提供了一种全新、有效的依据。本发明提供的蓄热储能相变充填体中因为加入了相变微胶囊，从而使得其蓄热能力增大，储能效率增强，在保证充填体自身强度的同时，增加比热容、焓值，降低热扩散率，且制备工艺简单，可提升其应用在矿山充填中的蓄热储热能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种蓄热储能相变充填体的制备方案的流程图；
图2为本发明实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊含量充填体的抗压强度变化图；
图3为本发明实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊含量充填体的抗折强度变化图；
图4为本发明实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊充填体的导热系数变化规律图；
图5为本发明实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊含量充填体的热扩散系数变化规律图；
图6为本发明实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊含量充填体的比热容变化规律图；
图7为本发明不同相变微胶囊(MicroPCM)含量充填体的相变温度与焓值变化规律图，图7(a)为含量为0％相变微胶囊(MicroPCM)充填体的相变温度与焓值变化规律图，图7(b)为含量为5％相变微胶囊(MicroPCM)充填体的相变温度与焓值变化规律图，图7(c)为含量为10％相变微胶囊(MicroPCM)充填体的相变温度与焓值变化规律图，图7(d)为含量为15％相变微胶囊(MicroPCM)充填体的相变温度与焓值变化规律图，图7(e)为含量为20％相变微胶囊(MicroPCM)充填体的相变温度与焓值变化规律图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案和解决的技术问题进行阐述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部实施例。
一种蓄热储能相变充填体的制备方法，其工艺流程如图1所示，包括以下步骤：
S1、将水泥、尾砂、相变微胶囊进行干拌，使材料均匀混合，得到混合干拌物。
进一步地，所述水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥，所述尾砂为铜矿尾砂，所述相变微胶囊的壳材为聚甲基丙烯酸甲酯，芯材为十八烷，粒径在5～10微米，密度为0.88kg/m3，潜热值在160kJ/kg，导热系数为0.23W/(m·K)。
S2、将混合干拌物加入水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物。
进一步地，所述水泥、尾砂、相变微胶囊、水的质量分数配比为：水泥为14.4％、尾砂和相变微胶囊一共为57.6％，水为28％；所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％～20％。
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在55～75mm时，得到蓄热储能相变充填体。
进一步地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的15％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.6MJ/(m3·K)，导热系数为0.66W/(m·K)，热扩散率为0.41mm2/s，蓄热效益与经济效益为最优。
进一步地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.75MJ/(m3·K)，导热系数为0.96W/(m·K)，热扩散率为0.55mm2/s。
进一步地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的10％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.69MJ/(m3·K)，导热系数为0.74W/(m·K)，热扩散率为0.44mm2/s。
进一步地，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的20％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.57MJ/(m3·K)，导热系数为0.61W/(m·K)，热扩散率为0.39mm2/s。
实施例1
S1、将质量配比为300份水泥、1020份铜矿尾砂、180份相变微胶囊(MicroPCM)进行干拌，使材料均匀混合，得到混合干拌物。
所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的15％。
S2、将混合干拌物加入质量配比为583份的水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物。
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在55mm时，得到蓄热储能相变充填体。
实施例2
S1、将质量配比为300份水泥、1140份铜矿尾砂、60份相变微胶囊(MicroPCM)进行干拌，使材料均匀混合，得到混合干拌物。
所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％。
S2、将混合干拌物加入质量配比为583份的水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物。
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在60mm时，得到蓄热储能相变充填体。
实施例3
S1、将质量配比为300份水泥、1080份铜矿尾砂、120份相变微胶囊(MicroPCM)进行干拌，使材料均匀混合，得到混合干拌物。
所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的10％。
S2、将混合干拌物加入质量配比为583份的水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物。
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在65mm时，得到蓄热储能相变充填体。
实施例4
S1、将质量配比为300份水泥、960份铜矿尾砂、240份相变微胶囊(MicroPCM)进行干拌，使材料均匀混合，得到混合干拌物。
所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的20％。
S2、将混合干拌物加入质量配比为583份的水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物。
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在70mm时，得到蓄热储能相变充填体。
对比例1
S1、将质量配比为300份水泥、1200份铜矿尾砂、0份相变微胶囊(MicroPCM)进行干拌，使材料均匀混合，得到混合干拌物。
所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的0％。
S2、将混合干拌物加入质量配比为583份的水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物。
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在75mm时，得到蓄热储能相变充填体。
以下测试针对实施例1～实施例4和对比例1进行性能测试：
1)力学性能测试
为了测定与反映相变微胶囊(MicroPCM)对充填体的抗压强度与抗折强度的影响，对养护28d的实施例1～实施例4和对比例1的充填体试样分别进行立方抗压与劈裂抗拉实验。
分别制备实施例1～实施例4和对比例1的蓄热储能相变充填体共五组试块，试块尺寸70.7mm×70.7mm×70.7mm，为非标准尺寸立方抗压试块，尺寸换算系数需取1.35。每组三个试块进行加载，将三个试块的抗压强度与劈裂抗拉强度取算数平均值作为最终结果。
试验使用仪器为WDW微机控制电液伺服试验机，采用位移加载控制方式，加载速率为0.06mm/min，分别取三个样品的平均值作为抗压强度和劈裂抗拉强度。试验开始前，将充填体试块从养护室中取出，并将试样表面和压力机的上下承压板擦拭干净。将试样放置在试验机下承压板上，并使试样中心与上下承压板中心对齐。开动试验机，使得上承压板与试样接近，并留有一定空隙，随后正式开始进行加载。抗压强度与劈裂抗拉结果如图2和图3。
从图2和图3可以看出，相变微胶囊(MicroPCM)的掺入对充填体的力学性能产生了较大的负面影响。对于抗压强度而言，相变充填体的抗压强度随着相变微胶囊(MicroPCM)添加量的增加呈非线性下降的趋势。相变微胶囊(MicroPCM)添加量为0％时充填体的强度最高，达到13.72MPa，该强度完全满足常规充填体的强度要求。当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到5％时，相变充填体的单轴抗压强度降低51.8％，为6.62MPa。当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到10％时，相变充填体的单轴抗压强度降低56.6％，为5.94MPa。当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到15％时，相变充填体的单轴抗压强度降低62.1％，为5.20MPa。当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到20％时，相变充填体的单轴抗压强度降低64.4％，为4.89MPa。但是尽管充填体的强度由相变微胶囊(MicroPCM)的添加下降一半左右，且随着添加量的增加强度继续缓慢下降，下降趋势有所减弱，但是直至添加量达到20％时的抗压强度也是符合充填强度需求。
对于劈裂抗拉强度，相变充填体的抗拉强度随着相变微胶囊(MicroPCM)添加量的增加呈现线性下降的趋势。0％相变微胶囊(MicroPCM)含量的普通充填体的抗拉强度为0.87MPa；当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到5％时，相变充填体的抗拉强度降低4.9％，为0.83MPa。当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到10％时，相变充填体的抗拉强度降低19.8％，为0.70MPa。当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到15％时，相变充填体的抗拉强度降低27.4％，为0.63MPa。当相变微胶囊(MicroPCM)含量达到20％时，相变充填体的抗拉强度降低53.1％，为0.41MPa。
2)热物性参数测试
相变充填体的热物性参数包括导热系数、比热容、热扩散率、相变温度与焓值。本测试进行分为如下两个测试进行：
(1)对于实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊(MicroPCM)含量的相变充填体试块进行导热系数、比热容和热扩散率的等热热物性参数测试：
该测试采用瑞典HOTDISK-TPS 2500S设备，HOTDISK使用聚酰亚胺(简称Kapton)覆膜探头，探测深度为30mm，每次测量预热十分钟，进行五次测量，测量时间为80s，加热功率为100mW，每次测量间隔1min。设置好设备之后，则需对所要测试的试样进行分组。具体地，对实施例1～实施例4和对比例1中的相变充填体试样个数各为3个，总共15个试样，分为5组，且每一个试样的尺寸均为寸70.7mm×70.7mm×70.7mm。对每组三个试样五次测量的数据取平均值，得到不同相变微胶囊(MicroPCM)含量下导热系数、热扩散系数、比热容的变化规律如图4、5、6。
由图4可知，对实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊(MicroPCM)含量的相变充填体进行导热系数测试，得到其在25℃条件下导热系数变化规律。从图中可以看出，随着相变微胶囊(MicroPCM)含量的增加，相变充填体的导热系数逐渐减小，且数据的拟合曲线表明，充填体的导热系数随相变微胶囊(MicroPCM)含量基本呈现线性变化。全尾砂充填体的导热系数为1.05W/(m·K)，5％、10％、15％、20％相变微胶囊(MicroPCM)含量的相变充填体的导热系数分别下降至0.96W/(m·K)(8.9％)、0.74W/(m·K)(36.2％)、0.66W/(m·K)(40.4％)、0.61W/(m·K)(43.9％)。这表明在充填体中加入相变微胶囊(MicroPCM)会降低其导热系数。相变微胶囊(MicroPCM)的导热系数为0.23W/(m·K)，相变微胶囊(MicroPCM)的添加使得充填体的致密性变差，因此相变微胶囊(MicroPCM)的添加量越大，充填体的导热系数越小。太高的导热系数虽然会有效提高蓄热充填体的内部换热速率，但是同时也提高了热量散失效率。导热系数太小会影响传热效率，蓄热能力太差，因此相变微胶囊(MicroPCM)的含量不应太低。
由图5可知，对实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊(MicroPCM)含量的相变充填体的热扩散系数随着MicroPCM含量的增加而减小。相变微胶囊(MicroPCM)添加量为0％时，热扩散系数为0.69mm2/s；相变微胶囊(MicroPCM)添加量为5％，热扩散系数减小了20.7％，为0.55mm2/s；相变微胶囊(MicroPCM)添加量为10％，热扩散系数继续减小，但是随着相变微胶囊(MicroPCM)添加量的增加，热扩散减小的幅度趋于平缓，相变微胶囊(MicroPCM)添加量为20％时，热扩散系数减小了43.9％，达到0.39mm2/s。曲线通过拟合基本符合二次项函数。
由图6可知，对实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊(MicroPCM)含量的相变充填体的比热容测试结果可知，对比对比例1中的相变微胶囊(MicroPCM)含量为0％的全尾砂充填体，含有相变微胶囊(MicroPCM)的相变充填体的比热容都有所增加，说明相变微胶囊(MicroPCM)可以提升充填体的蓄热储能能力。其中，全尾砂充填体的比热容为1.52MJ/(m3·K)，相变微胶囊(MicroPCM)含量添加量为5％时，比热容提升量最大为14.95％，达到1.75MJ/(m3·K)，随着相变微胶囊(MicroPCM)含量掺量的增加，比热容逐渐减小，减小幅度趋于平缓；相变微胶囊(MicroPCM)含量添加量为20％时，比热容提升幅度减小为3.1％，达到1.57MJ/(m3·K)。综上导热系数、热扩散系数、比热容的研究结果，相变微胶囊(MicroPCM)含量的添加能增强充填体的蓄热储能能力，但会降低传热速率。
(2)对于实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊(MicroPCM)含量的相变充填体试块进行相变温度和焓值测试：
该测试使用美国差示扫描量热仪(DSC)分别对实施例1～实施例4和对比例1中的不同相变微胶囊(MicroPCM)含量的相变充填体进行相变温度和焓值测试。起始温度为0℃，0℃阶段保温5min后以5℃/min温度变化速率升温至50℃，同时50℃阶段保温5min。具体地，取对实施例1～实施例4和对比例1中的相变微胶囊(MicroPCM)质量含量为5％、10％、15％和20％的进行力学强度测试后的粉末，总共4份试样，得到不同相变微胶囊(MicroPCM)含量下相变温度与焓值的变化规律如图7(a)至图7(e)所示。
由DSC结果可知，全尾砂充填体的DSC曲线接近于直线，表明其不具备出热性能。相变微胶囊(MicroPCM)含量为5％的相变充填体起始温度为25.12℃，峰值温度为27.50℃，焓值为1.662J/g；相变微胶囊(MicroPCM)含量为10％的相变充填体起始温度为24.93℃，峰值温度为27.40℃，焓值为1.890J/g；相变微胶囊(MicroPCM)含量为15％的相变充填体起始温度为23.14℃，峰值温度为27.41℃，焓值为6.164J/g；相变微胶囊(MicroPCM)含量为20％的相变充填体起始温度为24.08℃，峰值温度为27.48℃，焓值为7.759J/g。由此可见，相变温度与焓值随着相变微胶囊(MicroPCM)的添加不断增大，添加量在5％和10％时，增长趋势不明显，当相变微胶囊(MicroPCM)添加量达到15％时，焓值迅速增长2.25倍，当含量达到20％时，焓值增长趋势变缓。故相变微胶囊(MicroPCM)含量在15％左右焓值增长的效益最明显。根据综上所述的相变温度和焓值的研究结果，相变微胶囊(MicroPCM)的添加能大幅度增强充填体的储能能力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄热储能相变充填体，其特征在于，以所述相变充填体的质量为100％计，包括以下质量百分含量的原料：水泥为10.3％～14.4％、尾砂和相变微胶囊共计为57.6％～61.7％，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种蓄热储能相变充填体，其特征在于，所述相变充填体中的水泥、尾砂和相变微胶囊的总质量占相变充填体总质量的72％，所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％～20％。
3.根据权利要求1所述的一种蓄热储能相变充填体，其特征在于，所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的15％时，蓄热效益与经济效益为最优。
4.根据权利要求1所述的一种蓄热储能相变充填体，其特征在于，所述相变微胶囊的芯材为有机类中的固液相变材料，所述相变微胶囊中的相变材料含量不超过80％，所述相变微胶囊的相变潜热值范围为120～180kJ/kg，所述相变微胶囊的粒径范围在5～100微米之间，所述相变微胶囊的导热系数在0.2～0.5W/(m·K)之间；所述尾砂为金属矿尾砂。
5.一种根据权利要求1至4任一项所述蓄热储能相变充填体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水泥、尾砂和相变微胶囊混合后进行干拌，均匀混合得到混合干拌物；
S2、将混合干拌物加入水，继续机械搅拌，充分混合后得到混合物；
S3、迅速测定混合物的塌落度，当塌落度在55～75mm时，得到蓄热储能相变充填体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥，所述尾砂为铜矿尾砂，所述相变微胶囊的壳材为聚甲基丙烯酸甲酯；芯材为相变蜡，其主要成分为石蜡，由直链烷烃混合而成，分子式为CnH2n+2；粒径在5～10微米，密度为0.88kg/m3，潜热值在160kJ/kg，导热系数为0.23W/(m·K)。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S1和S2中，所述水泥、尾砂、相变微胶囊、水的质量分数配比为：水泥为14.4％、尾砂和相变微胶囊一共为57.6％，水为28％；所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％～20％。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的15％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.6MJ/(m3·K)，导热系数为0.66W/(m·K)，热扩散率为0.41mm2/s，蓄热效益与经济效益为最优。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中，当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的5％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.75MJ/(m3·K)，导热系数为0.96W/(m·K)，热扩散率为0.55mm2/s；
当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的10％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.69MJ/(m3·K)，导热系数为0.74W/(m·K)，热扩散率为0.44mm2/s；
当所述相变微胶囊的质量含量为尾砂和相变微胶囊总质量的20％时，在25℃温度环境下，所述相变充填体的比热容为1.57MJ/(m3·K)，导热系数为0.61W/(m·K)，热扩散率为0.39mm2/s。
10.根据权利要求1至4任一项所述蓄热储能相变充填体及权利要求5至9任一项方法制备的蓄热储能相变充填体的应用，其特征在于，所述蓄热储能相变充填体应用于深部与浅部矿山充填领域，包括深部矿井以及矿山采空区的充填。
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