新型相變貯熱材料

《新型相變貯熱材料》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、新型相變貯熱材料--------------------------------------------------------------------------------在太陽能熱利用、工業(yè)余熱回收、采暖及空調(diào)領(lǐng)域中，為了調(diào)整熱能供應(yīng)與人們需求之間的不一致，熱能的貯存是極為關(guān)鍵的一環(huán)。目前普遍使用的貯熱方式有兩大類：顯熱式貯熱和潛熱式貯熱。所謂顯熱式貯熱，就是通過加熱介質(zhì)，使其溫度升高而貯熱，它也叫“熱容式貯熱”。潛熱式貯熱是利用貯熱介質(zhì)被加熱到相變溫度時吸收大量相變熱而貯熱，它也叫“相變式”貯熱。物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)(熔解)，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(氣化)，

2、或由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)(升華)，都會吸收相變熱；而進行逆過程時則釋放相變熱。這是潛熱式貯熱所依據(jù)的基本原理，在沒有專門說明時，“相變式貯熱”一般是指固液相變貯熱。與顯熱式貯熱相比，潛熱式貯熱有兩大明顯優(yōu)點：貯熱密度大，即可以用很小的體積貯存很多的熱能；吸熱過程和放熱過程幾乎是在恒溫條件下進行，有利于與熱源和負載相配合。4/4傳統(tǒng)的相變貯熱材料主要有用于常、中溫貯熱的部分水合鹽及某些有機物(石蠟、脂肪酸等)和用于高溫貯熱的熔鹽。水合鹽因易于獲取、成本較低且貯熱密度大而一度被認為是較理想的相變貯熱介質(zhì)，但這種材料有兩大缺點：過冷和析晶。前者指相變材料在經(jīng)歷一定次數(shù)

3、的相變過程后不能在預(yù)定溫度下發(fā)生相變；后者則指相變材料出現(xiàn)分層現(xiàn)象，導(dǎo)致相變潛熱降低。另外，盡管水合鹽材料本身費用較低，但為了防止其中水分減少引起相變潛熱降低，所用容器必須密封，而且許多水合鹽對容器有腐蝕性，這些就大大增加了投資。如在加拿大，CaCl2·6H2O每噸價格只有90美元，而以其作為相變材料制成的貯能模塊每噸零售價達3000美元。有機相變材料本身成本雖然較水合鹽為高，但它們無過冷現(xiàn)象，比較穩(wěn)定，對容器要求較低，故貯熱器總成本并不高。但有機相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)偏低，為了達到較高的換熱效率需要對換熱器進行特殊設(shè)計。熔鹽的相變溫度一般在200℃以上，主要用于

4、高溫貯熱；由于熔鹽對某些容器有腐蝕性，故對容器材料的選擇有比較嚴格的要求。上面所述傳統(tǒng)相變材料在使用過程中都需要特定容器，以防止相變材料泄漏；它們不能與傳熱介質(zhì)直接接觸。以上因素不僅增加了熱阻，降低了換熱效率，而且使成本大大提高，阻礙了相變貯熱系統(tǒng)的推廣使用。為了獲得低成本的相變貯熱系統(tǒng)，所選用相變貯熱材料成本應(yīng)該較低，且對容器要求不高；而為了獲得較高的換熱效率，則希望傳熱介質(zhì)能夠與相變貯熱材料直接接觸。由此，一類新型相變材料——定形相變貯熱材料引起了人們的極大興趣。這類相變材料在相變前后均能維持原來的形狀(固態(tài))，它對容器要求很低，這就大大降低了相變貯熱系統(tǒng)

5、的成本，而且某些性能優(yōu)異的定形相變材料可以與傳熱介質(zhì)直接接觸，使換熱效率得到很大提高?！　∧壳岸ㄐ蜗嘧儾牧习聪嘧儥C理及結(jié)構(gòu)可分成三大類，下面分別作簡要介紹。固—固定形相變材料此類定形相變材料在受熱或冷卻時通過晶體有序—無序結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)變而可逆地吸熱、放熱，主要包括交聯(lián)高密度聚乙烯和多元醇。多元醇的固—固轉(zhuǎn)變熱較大，一般在100kJ/kg以上，如季戊四醇的固—固轉(zhuǎn)變熱為209.45kJ/kg。但由于多元醇易于升華，雖然所發(fā)生的是固—固轉(zhuǎn)變，但是它作為相變貯熱材料使用時仍然需要容器，而且是密封的壓力容器。高密度聚乙烯的熔點雖然一般都在125℃以上，但通常在100℃

6、以上使用時會軟化。經(jīng)過輻射交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)之后，其軟化點可提高到150℃4/4以上，而晶體的轉(zhuǎn)變卻發(fā)生在120至135℃之間(見表1)。但是交聯(lián)會使高密度聚乙烯的相變潛熱有較大降低，普通高密度聚乙烯的相變潛熱為210—220kJ/kg，而交聯(lián)聚乙烯只有180kJ/kg。在氬氣氣氛下使用等離子體轟擊的辦法能使高密度聚乙烯表面產(chǎn)生交聯(lián)，這種方法可以基本上避免因交聯(lián)而導(dǎo)致相變潛熱的降低，但因技術(shù)原因這種方法目前還沒有大規(guī)模使用。表1　定形高密度聚乙烯的熱物性轉(zhuǎn)變溫度范圍(℃)熔解熱(kJ/kg)比熱容(kJ/kg·K)熱傳導(dǎo)系數(shù)(h/m·K)125—1301802.5

7、10.25固—液定形相變材料這類定形相變材料實質(zhì)上是一類復(fù)合相變材料。即選擇一種熔點較高的材料為基體，將相變材料分散其中，構(gòu)成復(fù)合相變貯熱材料。在發(fā)生相變時，由于基體材料的支撐作用，雖然相變材料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，但整個復(fù)合相變材料仍然維持在原來的形態(tài)，即固態(tài)。如在常用建筑材料中摻入硬脂酸丁酯所制成的復(fù)合相變貯熱材料即是其中一種。這種復(fù)合相變貯熱材料可應(yīng)用在太陽房、建筑物采暖及空調(diào)系統(tǒng)中，但其中相變材料所占質(zhì)量百分比較少(1/3以下)，相變潛熱僅37kJ/kg左右，一般只能作為輔助調(diào)節(jié)之用。近年來出現(xiàn)的一種新型復(fù)合定形相變材料(FSPPC)有良好的穩(wěn)定性，易于加

8、工，成本較低，其相變溫度在較大范圍內(nèi)可