第二章相變儲(chǔ)能材料的分類和選擇2、1

儲(chǔ)熱得幾種方式顯熱儲(chǔ)能潛熱儲(chǔ)能熱容:對(duì)不發(fā)生相變化與化學(xué)變化,且非體積功等于零得封閉系統(tǒng),系統(tǒng)每升高單位熱力學(xué)溫度(1K)所吸收得熱。

利用材料得熱容,通過(guò)升高或降低材料得溫度而實(shí)現(xiàn)熱量得存儲(chǔ)或釋放得過(guò)程。平均熱容：顯熱儲(chǔ)能如:太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存方式水、土壤、砂石及巖石就是最為常見(jiàn)得顯熱儲(chǔ)熱材料。德國(guó)漢堡生態(tài)村得設(shè)計(jì)中,采用了一個(gè)容量為4500L得大儲(chǔ)水罐作為儲(chǔ)存一年四季中采集得太陽(yáng)能得儲(chǔ)存設(shè)備。美國(guó)華盛頓地區(qū)利用地下土壤儲(chǔ)存太陽(yáng)能,用于供暖與提供生活熱水。在夏季結(jié)束時(shí),土壤溫度可上升至80℃,而在供暖季節(jié)結(jié)束時(shí),溫度降低為40℃顯熱儲(chǔ)能得特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)原理簡(jiǎn)單、材料來(lái)源豐富、成本低廉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便缺點(diǎn)儲(chǔ)能密度小、儲(chǔ)能裝置體積大潛熱儲(chǔ)能

利用物態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中伴隨得能量吸收與釋放進(jìn)行得。相變潛熱:相變過(guò)程中伴有得能量得吸收或釋放,這部分能量稱為相變潛熱。比顯熱儲(chǔ)能高得多得儲(chǔ)能密度。潛熱儲(chǔ)能得優(yōu)點(diǎn)如:水水在大氣壓力下,水沸騰其潛熱約為2260kJ/kg,冰融化其潛熱為355kJ/kg、水在1個(gè)大氣壓力下,從20℃加熱到40℃,溫差為20℃得顯熱僅為84kJ/kg(4)SolidGas(1)SolidSolid(2)SolidLiquid融化或熔化凝固或固化(3)LiquidGas汽化或蒸發(fā)液化或凝結(jié)升華凝華實(shí)際很少利用相變過(guò)程中氣體所占體積太大可行得相變儲(chǔ)能方式材料得體積變化小2、2儲(chǔ)能材料得相變形式2、3相變儲(chǔ)能材料得定義及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)利用某些物質(zhì)在相轉(zhuǎn)變過(guò)程中得吸熱與放熱,可以進(jìn)行熱能得儲(chǔ)存與溫度調(diào)節(jié)控制,這種具有熱能存儲(chǔ)與溫度調(diào)控功能得物質(zhì)稱為相變材料(Phasechangematerials,PCMs)

不就是所有物質(zhì)得相變過(guò)程都可以用于儲(chǔ)能目得,PCMs能夠“…經(jīng)受無(wú)限制次數(shù)得熔化與凝固循環(huán),其物理與化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有變化”

1、定義熔點(diǎn),在需要得溫度范圍內(nèi)。單位質(zhì)量潛熱大,以便以較少得數(shù)量即能儲(chǔ)存給定數(shù)量得熱能。密度高,這樣盛裝得容器會(huì)更小。比熱大,以提供額外得顯熱效果。熱導(dǎo)率大,以便儲(chǔ)、放熱時(shí)儲(chǔ)存物質(zhì)內(nèi)得溫度梯度小。協(xié)調(diào)融解,材料應(yīng)該熔化完全,以使液相與固相在組成上完全相同。否則,因液體與固體密度差異發(fā)生分離,材料得化學(xué)組成改變。相變過(guò)程得體積變化小,以使盛裝容器形狀簡(jiǎn)單。2、3相變儲(chǔ)能材料得定義及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)2、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(1)熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)凝固時(shí)無(wú)過(guò)冷現(xiàn)象或過(guò)冷度很小。熔體應(yīng)該在其熱力學(xué)凝固點(diǎn)結(jié)晶。這可通過(guò)高得晶體成核速度(Nucleationrate)及生長(zhǎng)速率來(lái)實(shí)現(xiàn),有時(shí)也可向儲(chǔ)熱材料中加入成核劑或“冷指”(Coldfinger)來(lái)抑制過(guò)冷現(xiàn)象。(2)動(dòng)力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)2、3相變儲(chǔ)能材料得定義及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)2、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)高穩(wěn)定性。不發(fā)生分解,以使?jié)摕醿?chǔ)能材料具有長(zhǎng)期得使用壽命。對(duì)構(gòu)件材料無(wú)腐蝕作用。材料應(yīng)該無(wú)毒性、不燃、無(wú)爆炸性。(3)化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)2、3相變儲(chǔ)能材料得定義及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)2、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(4)經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)可大量獲得。廉價(jià)。先考慮有合適得相變溫度與較大得相變熱,再考慮各種影響研究與應(yīng)用得綜合性因素。2、4相變儲(chǔ)能材料得分類高溫儲(chǔ)能材料(250℃以上)中溫儲(chǔ)能材料(100～250℃)低溫儲(chǔ)能材料(100℃以下)按照相變溫度得范圍相變材料無(wú)機(jī)類有機(jī)類混合類結(jié)晶水合鹽(如Na2SO4·10H2O)熔融鹽有機(jī)類與無(wú)機(jī)類相變材料得混合金屬(包括合金)石蠟類酯酸類其它有機(jī)類其它無(wú)機(jī)類相變材料(如水)按照材料得組成成分2、4相變儲(chǔ)能材料得分類

2、4、1固－液相變材料

1、無(wú)機(jī)類:結(jié)晶水合鹽結(jié)晶水合鹽提供了熔點(diǎn)從幾攝氏度到一百多攝氏度得可供選擇得相變材料結(jié)晶水合鹽得通式:AB·mH2O相變機(jī)理:AB·mH2OAB+mH2O加熱（T>Tm)冷卻（T<Tm)AB·mH2OAB·pH2O+(m-p)H2O加熱（T>Tm)冷卻（T<Tm)Na2SO4·10H2O(芒硝)(Glauber’ssalt)MgCl2?6H2OCaCl2?6H2O常用得結(jié)晶水合鹽2、4、1固－液相變材料

就是中、低溫儲(chǔ)熱相變材料中重要得一類優(yōu)點(diǎn):使用范圍廣、價(jià)格較便宜、導(dǎo)熱系數(shù)較大(與有機(jī)類相變材料相比)融解熱較大、密度較大、體積儲(chǔ)熱密度較大、一般呈中性結(jié)晶水合鹽得特點(diǎn)2、4、1固－液相變材料

導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，℃），在1秒鐘內(nèi)（1S）（非1H，1小時(shí)內(nèi)），通過(guò)1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米·度（W/(m·K)，此處為K可用℃代替）。(1)過(guò)冷現(xiàn)象:物質(zhì)冷凝到“冷凝點(diǎn)”時(shí)并不結(jié)晶,而須到“冷凝點(diǎn)”以下得一定溫度時(shí)方開(kāi)始結(jié)晶。導(dǎo)致物質(zhì)不能及時(shí)發(fā)生相變,從而影響熱量得及時(shí)釋放與利用產(chǎn)生原因:水合鹽結(jié)晶時(shí)成核性能差解決辦法:①加成核劑(如:芒硝,成核劑為硼砂)②冷指法:即保留一部分冷區(qū),使未融化得部分晶體作為成核劑。存在問(wèn)題:2、4、1固－液相變材料

存在問(wèn)題:2、4、1固－液相變材料

(2)相分離:當(dāng)溫度上升時(shí),釋放出來(lái)得結(jié)晶水得數(shù)量不足以溶解所有得非晶態(tài)固體脫水鹽,由于密度得差異,這些未溶脫水鹽沉降到容器底部,在逆相變過(guò)程中,即溫度下降時(shí),沉降到底部得脫水鹽無(wú)法與結(jié)晶水結(jié)合而不能重新結(jié)晶,使得相變過(guò)程不可逆,形成相分層,導(dǎo)致溶解得不均勻性,從而造成儲(chǔ)能能力逐漸下降解決辦法:

①加增稠劑,可防止混合物中成分得分離②加晶體結(jié)構(gòu)改變劑③盛裝相變材料得容器采用薄層結(jié)構(gòu)④搖晃或攪動(dòng)。2、有機(jī)類:(石蠟)高級(jí)脂肪烴類、脂肪酸、醇類多羥基碳酸類、聚烯烴類、聚多元醇類同系有機(jī)物得相變溫度與相變焓會(huì)隨著其碳鏈得增長(zhǎng)而增大,但隨著碳鏈得增長(zhǎng),相變溫度得增加值會(huì)逐漸減小,其熔點(diǎn)最終將趨于一定值高分子化合物類得相變材料,由于它就是具有一定分子量分布得混合物,并且由于分子鏈較長(zhǎng),結(jié)晶并不完全,因此它得相變過(guò)程有一個(gè)熔融溫度范圍,而不像低分子量得物質(zhì)有一個(gè)熔融尖峰。2、4、1固－液相變材料

優(yōu)點(diǎn):①在固體狀態(tài)時(shí)成型性較好②一般不容易出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象與相分離③材料得腐蝕性較?、苄阅鼙容^穩(wěn)定⑤毒性?、蕹杀镜?。有機(jī)類相變材料得特點(diǎn)2、4、1固－液相變材料

缺點(diǎn):①導(dǎo)熱系數(shù)?、诿芏容^小,從而單位體積得儲(chǔ)能能力較?、廴埸c(diǎn)較低,不適于高溫場(chǎng)合中應(yīng)用④易揮發(fā)、易燃燒甚至爆炸或被空氣中得氧氣緩慢氧化而老化2、4、2固-固相變儲(chǔ)能材料1、無(wú)機(jī)鹽類利用固體狀態(tài)下不同種晶型得變化而進(jìn)行吸放熱得材料。主要有層狀鈣鈦礦、Li2SO4

、KHF2

等,它們得相變溫度較高,適合高溫范圍得儲(chǔ)能與控溫中、低溫得材料較少,且由于其相變焓一般較小,因此不能完全滿足人們得需要,目前在實(shí)際中應(yīng)用也不就是很多2、多元醇類季戊四醇、新戊二醇、2-氨基-2-甲基-1、3-丙二醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基氨基甲烷該相變材料儲(chǔ)能原理就是利用晶型之間得轉(zhuǎn)變來(lái)進(jìn)行吸熱或放熱得。它們得相變焓較大,相變溫度適合于中、高溫儲(chǔ)能應(yīng)用,對(duì)低溫儲(chǔ)能不太適用。2、4、2固-固相變儲(chǔ)能材料3、高分子類一些高分子交聯(lián)樹(shù)脂:如交聯(lián)聚烯烴類、交聯(lián)聚縮醛類與一些接枝共聚物。2、4、2固-固相變儲(chǔ)能材料高分子類相變材料目前種類較少,尚處在研究開(kāi)發(fā)階段。2、4、2固-固相變儲(chǔ)能材料固－固相變材料得優(yōu)點(diǎn)①它無(wú)需容器盛裝,可以直接加工成型;②固－固相變膨脹系數(shù)較小,體積變化小;③無(wú)過(guò)冷現(xiàn)象與相分離現(xiàn)象;④無(wú)毒、無(wú)腐蝕、無(wú)污染;⑤性能穩(wěn)定,使用壽命長(zhǎng);⑥使用方便,裝置簡(jiǎn)單。固－固相變材料就是最有前途得研究領(lǐng)域之一。由于對(duì)固－固相變研究得時(shí)間相對(duì)較短,尚有大量得未開(kāi)墾得領(lǐng)域。2、4、3復(fù)合相變材料

(1)膠囊包覆

將相變材料封閉在球形得膠囊中,制成膠囊型復(fù)合相變材料來(lái)改善應(yīng)用性能。優(yōu)點(diǎn):能有效解決相變材料得泄漏、相分離以及腐蝕性等問(wèn)題缺點(diǎn):膠囊體材料大都采用高分子物質(zhì),其熱導(dǎo)率較低,從而降低了相變材料得儲(chǔ)熱密度與熱性能。2、4、3復(fù)合相變材料

(2)與多孔基質(zhì)復(fù)合

利用具有大比表面積微孔結(jié)構(gòu)得無(wú)機(jī)物作為支撐材料,通過(guò)微孔得毛細(xì)作用力將液態(tài)得有機(jī)物或無(wú)機(jī)物相變儲(chǔ)熱材料(高于相變溫度條件下)吸入到微孔內(nèi),