本发明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。
背景技术：
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。
技术实现要素：
因此，本发明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，本发明采用如下技术方案：
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℃。
本发明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。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明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。本发明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。
本发明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。
本发明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，本发明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.本发明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。本发明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进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供一种低电导率的相变流体，其组成为：选择相变温度为53℃的棕榈酸十六酯(hexadecylesterofhexadecanoicacid)作为相变材料，称取16g；选择硬脂醇聚醚-100和硬脂醇聚醚-2按3:1配比的混合物作为表面活性剂，表面活性剂的质量为4g；选择硬脂酸镁作为成核剂，称取0.25g，去离子水79.75g。
上述相变流体的制备方法为：
(1)先将相变材料、表面活性剂、成核剂和去离子水分别放入烧杯内，置于烘箱内预热至60℃，预热24h，确保所有组分处于液态且组分间无温差；烧杯用铝箔覆盖，密闭容器需留有缝隙，防止内部压力过高。
(2)将相变材料与表面活性剂混合，制备分散相，然后再次加热混合物以确保所有组分均加热60℃；然后再将去离子水与成核剂混合，在保持温度的情况下搅拌分散相，将去离子水和成核剂的混合物加入分散相，制成胶体溶液。
(3)在80000s-1剪切速率条件下，进行高速剪切处理，处理10分钟。分散系制备完成后，以500rpm的速度持续搅拌，直至冷却到室温，在室温下贮存即可。
实施例2
本实施例提供一种低电导率的相变流体，其组成为：选择相变温度为30℃的椰子油甘油酯作为相变材料，称取5g；选择硬脂醇聚醚-2作为表面活性剂，表面活性剂的质量为8g；选择氮化硼作为成核剂，称取1g，去离子水86g。
上述相变流体的制备方法为：
(1)先将相变材料、表面活性剂、成核剂和去离子水分别放入烧杯内，置于烘箱内预热至40℃，预热30h，确保所有组分处于液态且组分间无温差；烧杯用铝箔覆盖，密闭容器需留有缝隙，防止内部压力过高。
(2)将相变材料与表面活性剂混合，制备分散相，然后再次加热混合物以确保所有组分均加热40℃；然后再将去离子水与成核剂混合，在保持温度的情况下搅拌分散相，将去离子水和成核剂的混合物加入分散相，制成胶体溶液。
(3)在100000s-1剪切速率条件下，进行高速剪切处理，处理1分钟。分散系制备完成后，以50rpm的速度持续搅拌，直至冷却到室温，在室温下贮存即可。
实施例3
本实施例提供一种低电导率的相变流体，其组成为：选择相变温度为70℃的硬脂酸十八醇酯作为相变材料，称取30g；选择硬脂醇聚醚-100作为表面活性剂，表面活性剂的质量为4g；选择pva-peg作为成核剂，称取0.01g，去离子水65.99g。
上述相变流体的制备方法为：
(1)先将相变材料、表面活性剂、成核剂和去离子水分别放入烧杯内，置于烘箱内预热至75℃，预热28h，确保所有组分处于液态且组分间无温差；烧杯用铝箔覆盖，密闭容器需留有缝隙，防止内部压力过高。
(2)将相变材料与表面活性剂混合，制备分散相，然后再次加热混合物以确保所有组分均加热75℃；然后再将去离子水与成核剂混合，在保持温度的情况下搅拌分散相，将去离子水和成核剂的混合物加入分散相，制成胶体溶液。
(3)在20000s-1剪切速率条件下，进行高速剪切处理，处理20分钟。分散系制备完成后，以1000rpm的速度持续搅拌，直至冷却到室温，在室温下贮存即可。
实施例4
本实施例提供一种低电导率的相变流体，其组成为：选择相变温度为41℃的月桂醇硬脂酸酯作为相变材料，称取25g；选择月桂酰二乙醇胺作为表面活性剂，表面活性剂的质量为6g；选择硬脂酸镁作为成核剂，称取0.8g，去离子水68.2g。
上述相变流体的制备方法为：
(1)先将相变材料、表面活性剂、成核剂和去离子水分别放入烧杯内，置于烘箱内预热至50℃，预热24h，确保所有组分处于液态且组分间无温差；烧杯用铝箔覆盖，密闭容器需留有缝隙，防止内部压力过高。
(2)将相变材料与表面活性剂混合，制备分散相，然后再次加热混合物以确保所有组分均加热50℃；然后再将去离子水与成核剂混合，在保持温度的情况下搅拌分散相，将去离子水和成核剂的混合物加入分散相，制成胶体溶液。
(3)在30000s-1剪切速率条件下，进行高速剪切处理，处理15分钟。分散系制备完成后，以200rpm的速度持续搅拌，直至冷却到室温，在室温下贮存即可。
实施例5
本实施例提供一种低电导率的相变流体，其组成为：选择相变温度为65℃的季戊四醇硬脂酸酯作为相变材料，称取10g；选择聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯作为表面活性剂，表面活性剂的质量为2g；选择石蜡作为成核剂，称取0.1g，电导率为0.4μs/cm的去离子水87.9g。
上述相变流体的制备方法为：
(1)先将相变材料、表面活性剂、成核剂和去离子水分别放入烧杯内，置于烘箱内预热至75℃，预热30h，确保所有组分处于液态且组分间无温差；烧杯用铝箔覆盖，密闭容器需留有缝隙，防止内部压力过高。
(2)将相变材料与表面活性剂混合，制备分散相，然后再次加热混合物以确保所有组分均加热75℃；然后再将去离子水与成核剂混合，在保持温度的情况下搅拌分散相，将去离子水和成核剂的混合物加入分散相，制成胶体溶液。
(3)在50000s-1剪切速率条件下，进行高速剪切处理，处理12分钟。分散系制备完成后，以600rpm的速度持续搅拌，直至冷却到室温，在室温下贮存即可。
实验例
1.性能测试
将本发明实施例1-5提供的相变流体进行理化性能测试，具体测试结果见表1：
表1性能测试结果
从上表数据可以看出，在同样温差范围内，与去离子水相比，相变流体的吸热能力可以提升约46％以上，最多提升128％，提高了相变流体的冷却能力，相变流体的电导率低于0.3μs/cm，有效降低了相变材料的电导率，满足了特殊领域的使用要求。
2.实际应用
某换流站采用本发明实施例1-5提供的相变流体替代去离子水进行冷却。其去离子水在散热器入口处温度为50℃，出口处温度为60℃，将上述相变流体即直接应用与换流阀冷却系统中。
采用本发明实施例1-5的方法制备出的相变流体，过冷度小于10℃，最佳配方可小于5℃。流体静置稳定性大于50天。运行寿命大于5年。与其它有机相变材料(如脂肪醇类)相比，使用寿命和稳定性明显提高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。