相变储热材料Na2SO4·10H2O的过冷和相分离研究

Na2SO4.10H2O具有较高的相变潜热、良好的导热性能以及合适的相变温度,是比较理想的相变储热材料,具有广阔的应用前景。Na2SO4.10H2O存在过冷和相分离两个致命点亟需解决,有效克服过冷和相分离现象将大大提高无机水合盐的储热性能,延长使用寿命。本文对前人关于过冷和相分离现象的解决方案进行综述,在此基础上提出新的有效解决方案。     

Na2SO4·10H2O共晶盐的热化学研究

采用微量量热法 ,利用Calvet低温微量量热计对Na2 SO4·10H2 O共晶相变畜冷材料进行热化学研究的工作。在不同实验条件下 ,本研究测定出材料的相变热为 118 19J/ g ,固体平均比热容为 5 5 6J/gK-1,液体平均比热容为 14 38J/ gK。测试结果还表明 ,随着悬浮剂的加入 ,材料的相变热增大 ;所测得的升温DSC曲线的相变热略高于降温过程的相变热 ,本研究还测得了材料 4 5℃ ,5 5℃ ,6 5℃和 7 5℃下的等温DSC数据。以Avrami方程作数据处理的结果表明 ,该方程可以良好地描述该体系的结晶过程。温度的降低 ,成核剂适量加入 ,都将导致Avrami方程速率常数逐渐增大。数据处理解得过程的活化能为 95 3 6kJ/mol,数值为 2 32～ 2 4 3的Avrami方程时间指数表明该体系的结晶过程应为三维依热成核机理 ,显微照相的图象结果亦证实了这一结论。本研究表明了以微量量热法进行新型的相变蓄冷材料的研究与开发的有效性     

新型相同钠离子混合熔盐相图预测及物性测量

为了提高第三代聚光式太阳能热发电技术的效率,降低系统的运行成本,需要开发出具有更高使用温度的新型高温储热/蓄热材料.本文基于相同阳离子的原则,选取3种相同钠离子熔盐NaNO3、NaCl、Na2CO3作为基盐,借助相图原理指导混合熔盐的配制,通过FactSage软件对NaNO3-NaCl-Na2CO3三元体系进行相图热力学计算,利用差示扫描量热仪对预测最低共熔点附近多组共晶盐进行热物性分析.结果发现,当三元体系熔盐NaNO3:NaCl:Na2CO3物质的量比例为0.92:0.064:0.016时熔点最低,测得最低共熔点为279.9℃,相变潜热值为194.1 J/g,与相图预测结果(291℃)基本一致,验证了相图计算的准确性.对该体系其他热物性进行测量,得到其分解温度为595℃(质量损失率为3％),比热容为1.60 J/(g·K)(500℃),平均比热容为1.62 J/(g·K),相比于Solar Salt和Hitec平均比热容分别增加了0.12 J/(g·K)和0.28 J/(g·K).该新型三元体系熔盐具有潜热、比热容大和使用温度范围较宽的优点,在制备复合材料潜热储热方面有很大潜力,为开发新型太阳能热发电储热/蓄热材料提供了借鉴,也为借助相图理论指导混合熔盐的开发提供了参考.     

石蜡/改性Al_2O_3相变储能材料的制备与性能研究

以石蜡为相变材料、改性Al2O3为载体、无水乙醇为溶剂,采用溶液插层法制备石蜡/改性Al2O3相变储能材料。差示扫描量热(DSC)结果表明PCM-2储能材料的熔化潜热值为142.7 kJ/kg,相变温度为60.9℃;扫描电镜(SEM)和红外(FT-IR)测试表明,吸附后的石蜡与Al2O3载体间具有很强的表面张力,可防止熔化后的石蜡从载体材料中流失;添加少量膨胀石墨后,PCM-2的导热系数从0.389 W/(m·K)提高到2.068 W/(m·K)。连续1000次吸放热试验后,未发现漏液和储热性能明显衰减情况,说明该储能材料具有良好的热稳定性和兼容性。     

双层相变材料组合式蓄冷装置的性能研究CSCD

实验测试了两种相变温度分别为-5.4℃和-9.6℃、相变焓分别为132 kJ/kg和173 kJ/kg的十三烷和十二烷在不同组合模式下对蓄冷装置温度变化的影响。结果表明,十三烷在外层、十二烷在内层的组合模式,尽管总相变潜热在所有组合中仅排第三,但蓄冷装置将内壁温度控制在0℃以下的时间最长,与双层同为十二烷的工况相同,高于双层同为十三烷及十三烷在内十二烷在外层的模式。相变温度更高的材料在外层,可以降低环境热量传递至蓄冷装置内部的速率,延长蓄冷时间,有利于提高蓄冷装置的性能。     

空调蓄冷材料及蓄冷球内非固定融化问题的研究

通过实验方法研究了空调蓄冷材料的相变温度、相变潜热和比热等热学性能。并对该种蓄冷材料制成的蓄冷球进行了释冷特性的研究,探讨了蓄冷球内固液密度差引起的固态物上浮对蓄冷球融化释冷的影响,得到了融化率随时间的变化关系。结果表明:该蓄冷材料融解热为149.4kJ/kg,相变温度为7.9℃,该相变材料可作为空调蓄冷材料,蓄冷球的直径及固液密度差对融化释冷特性有较大影响。     

芒硝/蛭石复合材料蓄冷-释冷性能研究

采用真空浸渍法制备了芒硝/膨胀蛭石（EV）复合蓄冷材料（CPCM），其中9wt%的氯化铵为相变温度调节剂，3wt%的硼砂(Borax)为成核剂；经筛选得到，EV与相变材料的最大负载质量比为1：6。制备的CPCM相变温度为16.2℃，潜冷蓄冷量为105.98kJ/kg，因为EV载体材料提高了比热容，使总蓄冷量达到120.68kJ/kg。芒硝基相变材料(PCM)与CPCM因EV的负载导热系数有所提升，并有效改善了无机盐类相变材料所产生的相分离问题。搭建循环测试装置，确定了CPCM的最优工况，并对CPCM进行100次融化-凝固循环，循环后对CPCM片层进行了SEM测试。结果表明，CPCM热性能稳定，片层无明显破裂，无相分离发生。复合相变蓄冷材料在24℃进口温度时释冷效果明显。故所制备的复合蓄冷材料CPCM适用于空调冷能储存，提高用冷经济性。     

含碳二元系相变储热材料储热性能分析选择北大核心CSCD

相变储热技术与聚光太阳能发电技术相结合可以提高太阳能的利用率,减缓化石燃料燃烧带来的环境压力。本文通过分析相变储热材料的选择标准,对筛选出具有研究价值的含碳二元系相变储热材料的性能特别是热物理性能进行分析。研究发现,硅、硼、铝、铬、铁单质材料与碳元素形成的二元化合物或固溶体具有较高的熔点,形成的含碳二元系相变储热材料在高温相变储热领域应用前景广阔。在含碳二元系相变储热材料中,Fe-C二元合金可满足高温相变储热系统1100~1500℃的相变储热要求,当合金为含碳4.3%的Fe-C共晶成分时,Fe-C二元合金的相变潜热理论值为611 kJ/kg,热导率约为(40±16)W/(m·K),相变温度为1148℃,具有相对其他合金成分更为优异的综合储热性能可用于聚光太阳能热发电系统储热。     

天然气吸附剂的开发及其储气性能的研究Ⅳ--相变储热材料对吸附热效应的影响

实验制备出一种相变储热材料(PCM),其质量百分比基本组成为Na2HPO4·12H2O(87.0%),Na2B4O7·10H2O(8.7%),CaCO3(4.3%).DSC测得其相变热与热容分别为95.97 J/g和0.75J/(g·K).利用该相变储热材料进行了甲烷吸附储存时吸附热效应的控制实验,结果表明在吸附罐中加入体积含量为6.1%的相变储热材料后,甲烷吸附时能使储罐中心最高温度降低21.3℃,而脱附时能使储罐中心最低温度提高22.3℃.在吸附储罐内加入PCM能使甲烷的有效释放体积比提高37%.     

LNK碳酸熔盐热物性能研究

简述了碳酸熔盐在热化学催化反应、清洁燃烧、燃料电池、太阳能制氢中的应用研究,指出碳酸熔盐能够满足太阳能高温传热蓄热的要求。采用热分析技术TG-DSC、重量法、阿基米德法、回转振荡法等对(Li-Na-K)_2CO_3熔盐(LNK碳酸熔盐)的熔点、比热、相变潜热、密度、黏度和热稳定性等性质进行了表征。实验结果表明:LNK碳酸熔盐具有熔点低(404.89℃)、比热容(500℃,2.70kJ/(kg·K))和相变潜热(159.7kJ/kg)高、密度大(2g/cm~3)、黏度小(4C_p)以及在800℃下热稳定性好的特点,是一种比较理想的高温热载体。     

填充开孔泡沫铝的固液相变蓄冷器设计与实验研究

为进一步满足固液相变蓄冷器需求,在计算固液相变蓄冷器漏热的基础上进行了相应优化,使用开孔泡沫铝作为固液相变蓄冷器填充材料,搭建实验台进行不同负载功率下的液氮固体蓄冷系统性能实验研究。实验结果表明：所设计的固体蓄冷系统能够在0.5 W的热负载下工作4.23 h;2 W热负载实验条件下,固体蓄冷系统能够在温度小于65 K条件下工作1 h。     

管翅式相变蓄热器性能的实验研究

为了改善光管螺旋式相变蓄热器的蓄放热效果,在圆管上加装了矩形翅片,并通过选择复合体系的相变蓄热材料,实验研究了翅片螺旋式相变蓄热器的蓄热特性。实验结果表明:以80%Na2SO4·10H2O+20%Na2HPO4·12H2O的复合体系为蓄热介质,矩形翅片螺旋相变蓄热器的蓄热速度比光管式蓄热器提高了1/3,蓄热时间缩短了1/3,具有良好的蓄放热性能。     

碱催化制备乙酰胺/SiO2复合相变储能材料

以氨水为催化剂,乙酰胺作相变材料,采用溶胶-凝胶法制备出有机-无机复合相变蓄热材料。通过改变醇盐-醇-水体系配比及相变材料的加入量来控制蓄热能力和相变温度。采用差示扫描量热仪(DSC)和扫描电镜(SEM)进行表征。结果表明:含相变材料35.8%的复合材料的相变温度为32.0℃,相变潜热高达176.4kJ/kg,经过1500次循环后其相变温度和潜热变化不大。氨水和相变材料对复合材料性能的影响显著:随着氨浓度的增加,复合材料粒径增大;相变材料增多,复合材料储热能力提高,材料致密度增加。     

非理想相变特性材料热性能简化分析方法及适用条件

采用焓法、分析了蓄能相变材料相变区比热特性性对其蓄换热性能的影响。该方法对潜热型蓄换热系统的热性能分析和计算是普适的。针对该方法较为复杂而理想相变材料（相变温度为一点）热特性的分析较为简单并有大量结果可供参考的特点，讨论了采用对理想相变材料适用的蓄换热性能分析方法和公式来计算相变温度为一个温度区间的非理想相变材料蓄换热特性的适用条件。所得结论拓宽了理想相变材料蓄换热性能分析方法及结果的适用范围。在很多情况下，大大简化了非理想相变材料蓄换性能的分析和计算，对各种蓄能相变换热器的设计和性能优化具有指导意义。     

可用于低中温热能储存的四元硝酸盐/埃洛石/石墨定型复合材料的制备与研究北大核心CSCD

本工作报道了一种通过冷压-热烧结法制备的具备低熔点、宽温域的复合定型相变材料,其中相变基体材料为硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾和硝酸钙的共晶硝酸盐,结构支撑材料为埃洛石纳米管,导热增强材料为石墨。利用差示扫描量热仪、激光导热仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶红外光谱仪等测试手段对复合相变材料的储热性能和物理化学性能进行实验研究,结果表明:复合材料的相变温度和分解温度分别为91.3℃和627.5℃,可使用温度区间为536.2℃,优于目前文献已有报道数据。在温度为25~625℃内,其储热密度达到630.15 kJ/kg;添加10%的石墨后复合材料的热导率从0.58 W/(m·K)提高到了1.18 W/(m·K);由于埃洛石纳米管具有中空管状结构,经高温烧结后四元硝酸盐能够吸附在埃洛石纳米管中,能有效解决熔盐材料的腐蚀、泄漏以及热分解问题;埃洛石纳米管和石墨的加入没有与熔盐材料发生化学反应,证明了复合材料具备良好的化学稳定性。经100次循环后,复合相变材料的相变温度和相变潜热波动值小于3.5%,具有较好的循环稳定性。本研究丰富了熔融盐复合相变材料的配方体系和使用温度范围,为其在工业余热回收以及低中温储热领域的应用提供了基础。     

相变蓄热式家用太阳热水系统国外研究进展

综述了国外相变蓄热材料在家用太阳热水系统中的应用研究进展情况;指出相变蓄热材料的应用可以提高系统的集热效率;能量蓄积密度和太阳能保证率。材料的性质（如导热系数、熔点、比热容,相变潜热、密度等）、设计参数（蓄热材料的体积、换热管的数量和位置）以及材料的包装方式（形状和大小）影响系统性能（包括效率、出水温度、热水可用时间、热损及蓄放热速率）。     

应用于日光温室墙体的相变材料热物性优化研究

建立日光温室计算传热模型,以室内空气温度和墙体内表面温度为指标,通过实验方法验证了所建立的传热模型准确性,最后分析相变材料相变温度、相变焓、导热系数、密度等热物性对室内最低温度和相变蓄热率的影响规律,确定被动式相变蓄热墙体和主-被动式相变蓄热墙体的最佳相变材料热物性,阐明了实际应用时相变材料选择原则。研究结果表明,所建立的日光温室传热模型具有较高准确性,可用于日光温室墙体相变材料热物性优化;主-被动式相变蓄热墙体最佳相变材料的相变温度为27 ℃,相变焓为200 kJ/kg,导热系数为0.35 W/（m·K）,密度为440 kg/m³,被动式相变蓄热墙体最佳相变材料的相变温度为26 ℃,相变焓为200 kJ/kg,导热系数为0.35 W/（m·K）,密度为792 kg/m³;最佳相变材料热物性应用时,2种墙体室内最低温度均可达到15.0 ℃,但是被动式相变蓄热墙体的相变蓄热率较主-被动式相变蓄热墙体减小29.5%。本研究可为相变材料在日光温室的高效利用提供参考。     

电加热相变储能式地板采暖系统试验研究

建立了一种新型电加热相变储能式地板采暖系统(相变系统),分析了其稳定性、舒适性和经济性。通过用DSC法选取相变材料,其熔点和潜热分别为44.24℃和128.52kJ/kg,应用此相变材料于电加热地板采暖系统,并与普通电加热地板采暖系统(普通系统)进行了两个供暖季节的对比实验研究,分析相变材料的稳定性,测量系统和室内外空气的温度变化以及不同系统的耗电量。表明了相变系统蓄换热性能好,白天的电热负荷基本转移到夜间低谷电价时段。相比普通系统,其运行费用低.3.2a可收回投资。新型的相变系统充分利用了相变材料可储存廉价低谷电热能,在峰平时段释放的特点,有效实现了移峰填谷,具有很好的应用前景。     

RT6/纳米铝相变蓄冷材料的热物性研究

石蜡类相变材料RT6相变潜热高,相变温度低,化学性质稳定,但其具有导热系数低,蓄能时间长的缺点,固采用纳米粒子强化换热。通过粒度观测法选取分散稳定性较好的纳米Al粒子制备纳米相变材料,实验分析强化后的相变过程、纳米流体石蜡/纳米铝的导热性和相变特性。实验结果表明,复合材料稳定性好,相变温度基本不变为4～8℃,相变焓值略有下降,但导热系数明显提高,可以作为蓄冷系统的新型蓄冷材料广泛应用。     

多通道平行流扁管-紧凑式翅片相变蓄热器蓄/放热性能

工业余热浪费严重、利用率较低且实际应用过程中受到时间和空间的限制,需要高效蓄热技术和装置来解决此类问题。提出一种将多通道平行流扁管与紧凑式翅片相结合的新型相变蓄热器,以水为载热流体,月桂酸为相变材料。实验研究了载热流体注入方式、流量、入口温度对蓄热器蓄/放热性能的影响,并分析小温差下蓄热器的传热特性。结果显示,该蓄热器相变材料填充率为82.5%,紧凑式翅片的采用极大强化了相变材料侧换热过程,蓄/放热性能优良。当载热流体入口温度分别为45℃和41℃时,相变材料约在270 min和75 min完成相变,最小蓄/放热温差可达2℃,最小温差时的平均蓄热比功率为25.18 W/kg,平均取热比功率为20.23 W/kg。