三水醋酸钠的过冷机理与实验研究

为了解决相变蓄热材料三水醋酸钠的过冷问题,对无机水合盐的过冷机理进行了分析,以三种不同配方的试验样品在相同的实验条件下进行对比实验,从样品的实验照片和记录的步冷温度曲线两方面分析了其凝固过程.实验结果表明,质量百分比为5%的成核剂十二水磷酸氢二钠能一定程度上抑制无机水合盐三水醋酸钠的过冷度,但其过冷度仍然较大;使用质量百分比5%的十二水磷酸氢二钠和质量百分比3%的增稠剂明胶做添加剂后,三水醋酸钠的过冷性能得到明显改善.     

无机水合盐相变储能材料研究进展

无机水合盐相变储能材料(PCMs)具有化学性质稳定、工作温度恒定、相变温度适中、相变潜热及导热系数大、潜热值高、成本低等优点，在实际的生产生活中具有广阔的使用前景和发展空间。然而，过冷、相分离、导热系数问题、循环稳定性差等问题限制了此材料的实际应用。主要介绍了无机水合盐相变储能材料最新的研究进展和成果、分类以及解决过冷度和相分离等问题的改性方法，最后，指出了目前水合盐相变储能材料存在的不足并对未来的重点研究方向做出了展望。     

基于跨季节储热的相变材料的制备及研究

制备了4组不同浓度的醋酸钠水溶液。将纯三水醋酸钠分别在70℃、75℃、80℃、85℃不同加热温度中熔化后进行冷却,来研究加热温度对过冷度的影响。4组样品在85℃水槽中熔化后分别在10℃和0℃低温槽中冷却,手动播种三水醋酸钠晶粒触发结晶放热,来研究醋酸钠水溶液的稳定过冷和放热性能;并通过DSC测试醋酸钠水溶液的相变温度和潜热值。结果发现,过冷度随着加热温度的升高而增大,加热温度超过80℃时,三水醋酸钠可以实现稳定过冷。醋酸钠水溶液的相变温度与潜热值随着浓度的降低而降低,且过冷液体随浓度的降低过冷状态越稳定。其中60%浓度的醋酸钠水溶液相变温度为58.4℃,潜热值最大,达到265.4kJ/kg,无相分离,适合作为跨季节储热的相变材料。     

CH3COONa·3H2O相变储能性能研究

三水醋酸钠(CH3COONa.3H2O)由于潜热较高而常作为相变储能材料被众多学者研究;而其适宜的熔点,使其能适用于家用热水储能系统等。然而,三水合醋酸钠在相变过程中存在着严重的过冷和相分离的问题。本文以三水合醋酸钠作为相变基体材料,经研究、比较分别以羧甲基纤维素、明胶作为增稠剂,添加各种成核剂后的各体系的相变储能性能,从而得出羧甲基纤维素比明胶作为该体系的增稠剂的效果好得多,Na2SiO3.9H2O、Na2B4O7.10H2O的成核效果较好。     

不同盐水比对三水醋酸钠混合体系稳定过冷影响的研究

相变材料的过冷在蓄热方面一直被认为是一大缺点,但是使材料处于长期、稳定的过冷状态,可以使季节性储热成为可能。为了保持稳定高效的内能,保持储热材料过冷的稳定是一个重要的前提。采用三水醋酸钠作为储热介质,加入不同比例的去离子水形成盐水质量比不同的混合体系,研究其在不同冷却速度和冷却温度条件下溶液过冷的稳定情况及多次循环后的过冷度。结果表明,冷却速度越快、冷却温度越低,溶液的过冷稳定性越差;溶液中含水比例越高,其过冷的稳定性越好但相变温度越低。经过100次循环后,在-20℃的冷却环境中,混合体系过冷度降低约10℃,在0℃以上依旧保持稳定过冷。差示扫描量热分析表明,盐水质量比为3∶3的三水醋酸钠混合体系的平均相变潜热值最高,为291.6kJ/kg。与商用热袋相比,盐水质量比为3∶3的三水醋酸钠混合体系具有更高潜热值和相变温度并有更好的过冷稳定性,具有较大应用潜力。     

有机-无机混合相变材料的热物性研究

目的获得有效改善过冷,同时保持较高潜热、性能稳定的混合相变储能材料。方法分别制备不同质量比的硬脂酸/Mg(NO_3)_2·6H_2O、硬脂酸/Na_2HPO_4·12H_2O的混合材料,使用高低温交变箱测试长期循环性能,用温度记录仪测其步冷曲线,得到相变温度和过冷度,再使用参比温度曲线法对相变材料循环前后的相变潜热进行测试比较。结果硬脂酸/Na_2HPO_4·12H_2O混合材料的过冷度降低至3℃左右,经300次融化/凝固循环后过冷度维持恒定,潜热衰减率在20%以内。结论采用结构相似的2种混合相变材料均可改善无机水合盐的过冷度。硬脂酸与Mg(NO_3)_2·6H_2O相容性不佳,相变潜热的衰减加剧,循环稳定性变差,而硬脂酸与Na_2HPO_4·12H_2O的相容性良好,性能表现稳定,是一种良好的储能材料。     

相变温度可调的无机混盐体系相变储能材料

现阶段,利用无机水合盐制备相变储能材料已成为一大研究热点,但是单组份无机水合盐相变储能材料的相变温度高,较难适用于温室大棚、室内节能材料等低温应用领域。为了解决这一问题,将CaCl2·6H2O、MgCl2·6H2O以及H2O混合配制出了CaCl2-MgCl2-H2O混盐体系,并采用Thistory方法和差示扫描量热法研究了混盐的体系组成、成核剂添加量等因素对材料相变性能的影响。制备的CaCl2-MgCl2-H2O混盐相变材料可以在25℃以下完全熔解,并且通过改变混盐体系的组成可使材料凝固温度在10℃~20℃范围内可调。此外,本研究在一定程度上解决了无机水合盐相变储能材料在相变过程中的过冷和相分离现象。     

正构烷烃热物性的理论预测及实验研究

选取正十七烷、正十八烷、正二十烷有机相变材料进行两两混合,制备二元混合物,利用差示扫描量热仪研究二元混合物的相变温度及相变潜热。选取理论计算公式对不同质量配比的二元混合物的相变温度及相变潜热进行理论预测,并与实验值进行对比。结果表明,制备的二元混合物的相变温度及相变潜热的实验值与理论计算值吻合较好,证明所选取的理论计算公式应用于正构烷烃相变温度和相变潜热的预测是可行的。     

基于T-history曲线计算材料相变潜热方法的改进

目的改进以T-history曲线为基础计算相变材料潜热的方法。方法对相变材料降温过程用温度记录仪测得的数据,分别以高次多项式和三次样条插值法拟合,而后分别计算去离子水和水合盐的相变潜热。对于无过冷度相变材料,以拟合后降温曲线一阶导数最高点、一阶导数突变点和拐点分别作为相变起始位置计算相变潜热。结果三次样条插值法拟合后求得相变潜热值与理论值偏差小于10%,对于无过冷度的相变材料,一阶导数最高点作为相变起始点时,相变潜热计算值与理论值偏差最大为8.01%,最小为1.55%。结论采用三次样条插值拟合法计算PCM的相变潜热,最稳定且接近理论值,以一阶导数最高点为相变起始点计算无过冷度的相变材料的相变潜热结果更精确。     

Na_2SO_4·10H_2O/EG复合相变材料的制备与性能分析

以十水硫酸钠为相变材料,采用真空吸附法制备十水合硫酸钠/膨胀石墨复合相变储能材料(Na_2SO_4·10H_2O/EG),对其融化-凝固、相分离、过冷、潜热等热物性进行测试分析。结果表明:在Na_2SO_4·10H_2O中添加2%(质量分数,下同)硼砂和8%EG后,可得到理想的Na_2SO_4·10H_2O/EG固-固复合相变材料。此时,Na_2SO_4·10H_2O相分离得到消除,过冷度由13.6℃降低到0.6℃以下,相变潜热和体储能密度分别为225.77kJ·kg~(-1)和218.09MJ·m~(-3)。此外,导热率也得到提高,相比于只添加成核剂硼砂的Na_2SO_4·10H_2O PCM,储热时间缩短52.6%,放热时间缩短55.1%,经过500次急剧升温-降温循环后也未出现性能衰减,储/放热性能较好。     

八水合氢氧化钡复合相变材料的制备及热力学性能研究

采用两步法制备了八水合氢氧化钡/碳酸钡/纳米铁复合相变蓄热体系。八水合氢氧化钡是一种质量储热密度较大的低温相变材料,其熔点温度为78℃,相变潜热为264kJ/kg,但其在相变过程中存在过冷且导热性能差的问题。通过在八水合氢氧化钡中添加碳酸钡为成核剂,纳米铁粉作为添加剂改善其热力学性能。实验结果表明,复合蓄热体系添加质量分数为1.0%的碳酸钡和0.2%的纳米铁时效果最优。通过DSC测试以及导热系数测量,其相变潜热为276.4J/g,导热系数为1.368 W/(m·K),比八水合氢氧化钡溶液上升11.7%。添加BaCO3后,过冷问题得到有效解决,也没有出现化学降解问题。     

冷冻型复合相变蓄冷材料的制备与性能评价

提出自行研制的一种低温(-25～-23℃)复合相变材料。该材料由氯化钠作为主储能剂,碳酸钾与氯化钾作为降温剂,并且筛选合适的成核剂及防相分离剂进行复合。样品的热物理性能(相变温度、相变潜热等)和热循环性能通过差示扫描量热仪(DSC)来表征;过冷度和热循环稳定性通过温度记录仪表征。结果表明:制备的两种蓄冷剂的相变温度为-25～-23℃,相变潜热200J/g以上,过冷度较小且循环100次后不会出现相分离现象。     

冷链物流中二元有机相变储能材料的制备与热物性能

有机相变储能材料相变潜热高、化学性质稳定、无过冷度和相分离现象。通过对正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸及十四烷进行热力学分析并进行两两复配,得到正癸酸-月桂酸甲酯(摩尔比为30∶70)、正癸酸-正癸醇(摩尔比为36∶64)及月桂酸-十四烷(摩尔比为21∶79)三种二元有机复配物,其相变温度均在0～5℃且相变焓较高。利用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)凝胶对二元有机复配物分别吸附,得到一类适用于果品保质包装与物流技术的相变储能材料;并在凝胶制备过程中加入聚乙二醇1000 (PEG1000)致孔剂,可有效提高凝胶在二元有机复配物的溶胀度。结果表明,PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯相变储能材料的相变温度为3.2℃,相变潜热为188.10 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇相变储能材料的相变温度为1.2℃,相变潜热为177.74 J/g;PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷相变储能材料的相变温度为4.2℃,相变潜热为206.17 J/g。     

工业石蜡和脂肪酸二元混合物储热性能研究

以工业石蜡和脂肪酸二元混合物为研究对象,通过差示扫描量热仪研究其相变温度、相变潜热以及过冷度,旨在降低单纯脂肪酸作为相变材料的应用成本,并拓宽相变温度范围,增加相变潜热值。研究结果表明:相比于单一脂肪酸,石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物降低了相变温度且提高了相变潜热,适合围护结构储能。石蜡-肉豆蔻酸、石蜡-硬脂酸、石蜡-棕榈酸混合物的相变温度虽然在某些配合比条件下比单一脂肪酸的相变温度低,但仍在40℃以上,不适合应用在围护结构储能中,可用在余热回收用相变换热器等其他节能系统。石蜡-癸酸和石蜡-月桂酸二元混合物的过冷度较小,是围护结构储能的理想材料。     

水合盐相变储能材料的研究进展

水合盐相变储能材料具有化学性质稳定,无刺激性气味,材料来源广泛且价格低廉等优点,有望成为中低温热利用领域理想的储热材料,在实际生活与生产中具有重要的意义.详细介绍了水合盐相变材料的研究发展和最新研究成果,以及解决过冷度和相分离所需成核剂与增稠剂的研究现状,并对水合盐相变储能材料未来的研究重点与方向做出了展望.     

脂肪酸类混合物热物性的理论预测及实验研究

以癸酸、硬脂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸有机相变材料两两混合制成脂肪酸二元混合物为研究对象,选取理论计算公式,对不同配合比的脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行理论预测,并对脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行测试分析研究,将实验值与理论值进行对比,旨在证明所选取的理论计算公式应用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的预测是可行的。研究结果表明,脂肪酸二元混合物相变温度的实验值与理论值偏差较小,总体偏差均小于4.64℃,实验值与理论值吻合良好;相变潜实验值与理论值对比,除了硬脂酸/棕榈酸混合物个别条件下实验值与理论值偏差稍大为39.28J/g,其他混合物基本偏差不超过11.54J/g;理论计算公式用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的理论预测是可行的。     

用稳态平板法测定储热材料导热系数的实验研究

为了改善无机水合盐三水醋酸钠储热材料的导热系数,可以加入一定量的高导热系数的膨胀石墨.采用稳态平板法测定了含不同体积分率膨胀石墨的复合相变储能材料的导热系数,经过比较分析,储热材料加入膨胀石墨后,导热系数明显改善,10%体积分率的膨胀石墨能将以三水醋酸钠为储热基质的储热材料的导热系数提高一倍;固态储热材料的导热系数随温度上升,变化幅度不大,在实际贮能工程计算中可作常数处理.     

低温复合相变材料正辛酸-癸酸的制备及性能分析

将正辛酸(OA)与癸酸(CA)按比例混合制备二元复合相变材料OA-CA,用于相变温度2～8℃的医药冷藏运输系统中。首先通过理论计算预测了二元混合物的共晶点,确定它的共晶点比例、相变温度及潜热值,然后围绕共晶点比例配制6种不同比例的混合物。结果表明:OA-CA的过冷度为0.4℃、共晶点质量比为71∶29、相变温度为1.7℃、相变潜热为122.1J/g、热导率为0.3231W/(m·K)。对OA-CA低温复合相变材料进行100次循环蓄放冷实验,发现其相变温度、潜热值、热导率均未发生明显变化。     

水溶液法制备硝酸盐/膨胀石墨粉复合相变材料的实验研究

在制备(KNO3-LiNO3-Ca(NO3)2)/膨胀石墨粉(Expanded graphite,EG)复合相变材料过程中,硝酸共晶盐与EG的混匀程度直接影响着复合相变材料的蓄放热性能。KNO3、LiNO3、Ca(NO3)2按一定比例熔融混合制备得到共晶盐,然后再加入不同质量的水使共晶盐溶解,最后再将设定质量比的EG加入并搅拌混匀,加热将水分蒸发完全后得到复合相变材料。利用电子扫描显微镜(SEM)观察EG的微观形貌,用综合热分析仪(DSC Q600)测定所制备的复合相变材料的相变潜热值并用导热仪测量其导热系数。实验结果表明,对于EG质量分数为5%的复合相变材料,当溶解水量大于200g时,热物性较为理想。另外,EG含量越多,复合相变材料的导热系数越大。     

纳米蒙脱土/混盐复合相变储能材料结构及性能研究

以三水乙酸钠-尿素共熔物、纳米蒙脱土为原料,采用熔融插层法制备低温水合盐复合相变储能材料,用XRD、SEM、FTIR和DSC测试了材料结构、结晶机理、成核性、过冷度、热性能及稳定性。研究结果表明,三水乙酸钠-尿素复合盐使纳米蒙脱土片层呈剥离形态,其片层相互搭建构成腔体包容复合盐;纳米蒙脱土作为成核剂使复合盐结晶温度提高18℃,晶粒尺寸减小;当纳米蒙脱土质量分数为33.3%时,所制备材料的过冷度比未加纳米蒙脱土时降低19℃,相变温度为32℃,熔融焓为132.0kJ/kg,纳米蒙脱土降低了复合盐的过冷度,避免了相变分层,赋予了复合盐成型性。