相變材料與相變儲能技術(編輯修改稿)
2025-03-20 21:26 本頁面
【文章內容簡介】 的顯熱僅為 84kJ／ kg。這就可以看出這兩種儲能方式效果的明顯差別。 相變儲能技術的基本原理：物質從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)叫相變。物質的相變通常存在以下幾種相變形式：固 — 氣、液 — 氣、固 — 液，而第四種固 — 固則是屬于從一種結晶形式轉變?yōu)榱硪恍问降南噢D變。相變過程一般是一等溫或近似等溫過程。相變過程中伴有能量的吸收或釋放，這部分能量稱為相變潛熱。相變潛熱一般較大，不同物質其相變潛熱差別較大，無機水合鹽和有機酸的相變潛熱在 100～ 300kJ／ kg，無機鹽 LiF可高達 1044kJ／ kg，金屬在 400~510kJ／ kg之間。利用這個特點，我們可以把物質升溫過程吸收的相變潛熱，加上吸收的顯熱一起儲存起來加于利用。 固 — 氣和液 — 氣這兩種相變，雖然有很高的潛熱，但是由于在這兩種形式的相變過程中，氣體所占據的體積太大，因此，實際上很少利用。固 — 液相變潛熱雖然比氣化潛熱小很多，但與顯熱相比就大得多。而更重要的特點還在于在固 —液相變過程，材料的體積變化甚小，因此，固 —液相變是最可行的相變儲能方式。 固 — 固相變時，材料從一種晶體狀態(tài)轉移至另一狀態(tài)，與此同時也釋放相變熱。不過，這種相變潛熱與固 — 液相變潛熱比，一般情況下，它就比較小。可是，由于固 — 固相變過程，體積變化很小，過冷也小，不需要容器，因此，它也是很吸引人和可行的相變儲能方式。 因此，可以看出，固 — 液相變是目前具有最大實用價值的相變儲能方式。對于相變儲能來說，這種固 — 液相變的熔化過程包括了共熔和轉熔相變和溶解。相變材料在熔化溫度范圍的熔化熱是可以利用的。在實際的系統中，由于沒有達到熱動力學平衡，熔化和固化溫度并不是恒定的。同化溫度與傳熱率、反應動能以及存在的雜質有關。 因此，相變儲熱 (冷 )能技術的基本原理是，由于物質在物態(tài)轉變 (相變 )過程中，等溫釋放的相變潛熱通過盛裝相變材料的元件，將能量儲存起來，待需要時再把熱 (冷 )能通過一定的方式釋放出來供用戶使用。 二、相變儲能系統的基本要求 任何相變儲能系統至少包括三個基本組成部分：①在要求的溫度范圍，有合適的相變材料；②為了盛裝相變材料，必須有合適的容器；③具有合適的換熱器，這個換熱器使熱能有效地從熱源傳給相變材料，然后從相變材料傳給使用點。 很明顯，相變儲能系統要求具有相變材料和換熱器的知識。對相變儲能系統的研發(fā)要求可以用下面的流程圖來表述。 相變儲能系統研發(fā)在不同階段的流程圖 相變儲能系統較顯熱儲能系統成本高，而且，相變材料需經歷一個固化過程，因此一般情況下，它在太陽能集熱器中不適于作為傳熱介質。這樣在換熱器中就必須使用與相變材料分開的熱輸運介質。此外，相變材料的導熱系數除金屬材料外均較差，這樣換熱器就要求較大，如果考慮到腐蝕問題，利用特殊的容器也導致成本的增加。 但是，在以下三種情況下，使用相變儲能最為合適：①要求具有高儲能密度，使體積和質量保持最?。虎谪摵梢缶哂泻愣ǖ臏囟然驕囟戎辉试S在極小范圍變動；③要求儲能裝置緊湊，使熱損失保持最小的情況下。 三、相變儲能技術的特點 ?儲能過程是通過相變材料來實現的．因此，相變材料是相變儲能技術的基礎； ?相變材料相變時的潛熱大，因此，它比顯熱儲能密度要大得多； ?物質相變時是在等溫或近似等溫條件下發(fā)生的，因此．在蓄和放能的過程中，溫度和熱流基本恒定； ?換熱流體不能與 PCM直接接觸，因此，必須通過耐 PCM腐蝕的儲能換熱器來實現儲放能，初投資成本較高。 第四節(jié) 相變儲能材料 我們知道，具有合適的相變溫度和較大相變潛熱的物質，一般情況下均可作為相變儲熱材料，但實際上必須綜合考慮材料的物理和化學穩(wěn)定性、熔融材料凝固時的過冷度對容器材料的腐蝕性、安全性及價格水平。目前，可應用于相變儲熱技術的相變儲能材料，也就是 PCM。我們可以對相變材料進行如下的分類： 相 變 儲 能 材 料 固 — 氣相變材料 液 — 氣相變材料 固 — 液相變材料 固 — 固相變材料 有機與無機混合相變材料 有機相變材料 金屬及其合金相變材料 無機相變材料 交聯高密度聚乙烯 多元醇類 無機鹽類 (1)固 — 氣相變材料。 (2)液 — 氣相變材料 (這兩種相變材料一般不用 )。 (3)固 — 液相變材料。①無機相變材料：結晶水合鹽、無機
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