相變蓄熱材料綜述

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1、相變虛熱材料綜述蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護環(huán)境的重要技術(shù)，可用于解決熱能供給與需求失配的矛盾，在太陽能利用、電力“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，是世界范圍內(nèi)的研究熱點．目前，主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學(xué)反應(yīng)蓄熱三種．顯熱蓄熱是利用物質(zhì)的溫度升高來存儲熱量的．利用陶瓷粒、水、油等的熱容進行蓄熱，把已經(jīng)高溫或低溫變換的熱能貯存起來加以利用，如固體顯熱蓄熱的煉鐵熱風(fēng)爐、蓄熱式熱交換器、蓄熱式燃燒器等，通常的顯熱蓄熱方式簡單，成

2、本低，但儲存的熱量小，其放熱不能恒溫的缺點化學(xué)反應(yīng)蓄熱是指利用可逆化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合熱儲存熱能．發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，可以有催化荊，也可以沒有催化劑一種高密度高能量的蓄熱方式，它的儲能密度一般高于顯熱和潛熱，此種儲能體系通過催化劑和產(chǎn)物分離易于能量長期儲存．潛熱蓄熱（相變蓄熱）是利用物質(zhì)在凝固／熔化、凝結(jié)／氣化、凝華／升華以及其他形式的相變過程中，都要吸收或放出相變潛熱的原理來進行能量儲存的技術(shù)．利用相變材料相變時單位質(zhì)量（體積）潛熱，蓄熱量非常大能把熱能貯存起來加以利用，如空間太陽能發(fā)電用蓄熱器，深夜電

3、力調(diào)峰用蓄熱器，其儲能比顯熱一個數(shù)量級，而且放熱溫度恒定，但其儲熱介質(zhì)一般有過冷、相分離、易老化等缺點。一相變蓄熱材料的分類根據(jù)相變種類的不同，相變蓄熱一般分為四類:固一固相變、固一液相變、液一氣相變及固一氣相變。16/16由于后兩種相變方式在相變過程中伴隨有大量氣體的存在，使材料體積變化較大，因此盡管它們有很大的相變熱，但在實際應(yīng)用中很少被選用，固一固相變和固一液相變是實際中采用較多的相變類型。根據(jù)材料性質(zhì)的不同，一般來說相變蓄熱材料可分為:有機類、無機類及混合類相變蓄熱材料。其中，石蠟類、脂

4、酸類是有機類中的典型相變蓄熱材料;結(jié)晶水合鹽、熔融鹽和金屬及合金等是無機類中的典型相變蓄熱材料。混合類又可分為:有機混合類、無機混合類及無機一有機混合類。根據(jù)使用溫度范圍的不同，潛熱蓄熱材料（相變蓄熱）又可分為分為高、中、低溫三種．1低溫相變蓄熱材料低溫相變蓄熱材料主要有無機和有機兩類無機相變材料主要包括結(jié)晶水合鹽、熔融鹽、金屬或合金．結(jié)晶水合鹽通常是中、低溫相變蓄能材料中重要的一類，具有價格便宜，體積蓄熱密度大，熔解熱大，熔點固定，熱導(dǎo)率比有機相變材料大，一般呈中性等優(yōu)點．但在使用過程中會出現(xiàn)

5、過冷、相分離等不利因素，嚴(yán)重影響了水合鹽的廣泛應(yīng)用決過冷的辦法主要有兩種，一種是加入微粒結(jié)構(gòu)與鹽類結(jié)晶物相類似的物質(zhì)作為成核劑．例如，Dr．Telkes經(jīng)過千余次試驗后發(fā)現(xiàn)在Na2SO?！?0HzQ中加入硼酸能明顯地降低過冷度；另一種是保留一部分固態(tài)相變材料，即保持一部分冷區(qū)，使未融化的一部分晶體作為成核劑，這種方法文獻上稱為冷指(Cold16/16finger)法，雖然操作簡單，但行之有效∞J．為了解決相分離的問題，防止殘留固體物沉積于容器底部，人們也研究了一些方法，一種是將容器做成盤狀，將這

6、種很淺的盤狀容器水平放置有助于減少相分離；另一種更有效的方法是在混合物中添加合適的增稠劑，防止混合物中成分的分離，但并不妨礙相變過程。有機相變材料主要包括石蠟，脂肪酸及其他種類．石蠟主要由不同長短的直鏈烷烴混合而成，可用通式C。H抖：表示，可以分為食用蠟、全精制石蠟、半精制石蠟、粗石蠟和皂用蠟等幾大類，每一類又根據(jù)熔點分成多個品種．短鏈烷烴的熔點較低，隨著碳鏈的增長，熔點開始增長較快，而后逐漸減慢，再增長時熔點將趨于一致。V．H．Moreos等人研究了將不同形狀的翅片管用于潛熱蓄熱系統(tǒng)中增強換熱

7、睜引，L．F．Cabeza等人研究了將高導(dǎo)熱率粉末、碳纖維植入相變材料中以增強導(dǎo)熱率，該法同時也能有效地減少石蠟相變時的容積變化[103．脂肪酸的性能特點與石蠟相似[1卜12]，其分子通式為GH。。O：．大部分的脂肪酸都可以從動植物中提取，其原料具有可再生和環(huán)保的特點，是近年來研究的熱點．其他還有有機類的固一固相變材料，如高密度聚乙烯，多元醇等．這種材料發(fā)生相變時體積變化小，過冷度輕，無腐蝕，熱效率高，是很有發(fā)展前途的相變材料復(fù)合相變材料材料的復(fù)合化可將各種材料的優(yōu)點集合在一起，制備復(fù)合相變材料

8、是潛熱蓄熱材料的一種必然的發(fā)展趨勢。16/16復(fù)合相變材料的支撐目前，國內(nèi)外學(xué)者研制的支撐材料主要有膨脹石墨、陶瓷、膨潤土、微膠囊等．膨脹石墨是由石墨微晶構(gòu)成的疏松多孔的蠕蟲狀物質(zhì)，它除了保留了鱗片石墨良好的導(dǎo)熱性外，還具有良好的吸附性[1引．陶瓷材料有耐高溫、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點，被大量地選做工業(yè)蓄熱體．主要的陶瓷材質(zhì)有石英砂、碳化硅、剛玉、莫來石質(zhì)、锫英石質(zhì)和堇青石質(zhì)等．膨潤土有獨特的納米層問結(jié)構(gòu)，采用“插層法”將有機相變材料嵌入其層狀空間，制備有機／無機納米復(fù)合材料，是開發(fā)新型納米功能