相变材料及其在贮热中的应用

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1、2003年12月相变材料及其在贮热中的应用27相变材料及其在贮热中的应用1211钟学明肖金辉邓安民舒红英(1南昌航空工业学院环境与化学工程系,江西,南昌,3300342南昌航空工业学院环境与化学工程系2003届毕业生)摘要:相变材料是绿色材料,种类达4300多种,用于贮热具有清洁和节能的特点。本文系统地介绍了相变材料分类及其特点,主要讨论了相变材料在太阳能、电力、工业热能、建筑物、纺织品等工业与民用方面的应用。关键词:相变材料贮热应用相变材料在特定的温度(相变温度)发生物程时则释放热能。对于固液相变材料而言,当相变化,材料的分子排

2、列在有序与无序之间迅温度升高时,相变材料吸收热能而熔化,贮存热速转变,伴随吸收或释放热能的现象来贮存或能;反之,当温度降低时,相变材料释放热能而放出热能,进而调整、控制工作源或材料周围环结晶,放出热能。这就是潜热式贮热所依据的境温度。二十世纪三十年代以来,特别是受二基本原理。材料的相变潜热约为其升高1℃热十世纪七十年代世界性能源危机的影响,相变容的100倍。与显热贮热材料相比,相变贮热贮热的基础理论和应用技术研究在美国、德国、材料具有贮热密度高、能够在近似恒温下贮存日本、加拿大等发达国家迅速崛起并且不断发或放出大量热能、贮存或放出

3、热能的过程容易展。能源消耗快速增长以及伴随而来的环境控制等优点。因此,潜热式贮热材料的研究和污染,使得相变材料在贮热中的应用,成为近年应用更加广泛。来受到国内外广泛重视的课题。1.1相变材料的分类1相变材料的分类和特点相变材料的种类很多,存在形式各种各样,从贮热材料的贮热方式看,可分为显热式迄今为止,人们研究过的天然和合成的相变材贮热和潜热式贮热。所谓显热式贮热,就是通料已超过4300多种。从材料的化学组成来看,过贮热加热介质,使贮热材料的温度升高吸收可分为无机相变材料、有机相变材料和混合相热能而贮热,又称为“热容式贮热”。所谓潜

4、热变材料三类。无机相变材料包括结晶水合盐、式贮热,就是通过加热贮热介质到相变温度,使熔融盐、金属合金等无机物;有机相变材料包括贮热材料发生相变吸收大量热能而贮热,又称石蜡、羧酸、酯、多元醇等有机物;混合相变材料为“相交式贮热”。物质由固态转变为液态(熔主要是有机和无机共融相变材料的混合物。从解),由液态转变为气态(气化),或由固态直接贮热的温度范围来看,可分为高温、中温和低温转变为气态(升华),都会吸收热能;而进行逆过三类。高温相变材料主要是一些熔融盐、金属28江西化工2003年第4期合金;中温相变材料主要是一些水合盐、有机物料通

5、常为多组分的,包括主贮热剂、相变温度调和高分子材料;低温相变材料主要是冰、水凝整剂、防过冷剂、促进剂、防相分离剂等。胶,应用于贮冷。从贮热过程中材料相态的变有机相变材料具有固体成型好、不易发生化方式来看,又可分为固液相变、固固相变、固相分离及过冷现象、腐蚀性较小、性能稳定等优气相变和液气相变四类。固液相变材料和固固点,但与无机物相比,其导热性较差,熔点较低,相变材料两大类研究较多、发展较快。目前,研相变潜热较低且易挥发、易燃烧、价格昂贵等缺究和应用最为广泛的是固液相变材料。固液相点。变材料包括水合盐、石蜡等;固固相变贮热材料固液相

6、变材料主要优点是价格便宜,但是并不是发生了相态的变化,而是相变材料的晶存在过冷和相分离现象,从而导致贮热性能恶型发生了变化,当然在晶型变化过程中也有热化;易产生泄露问题,污染环境;腐蚀性较大,封量的吸收和放出。固固相变材料包括高密度聚装容器价格高等缺点。乙烯、多元醇、以及具有“层状钙钛矿”晶体结构与固液相变材料相比,固固相变材料具有的金属有机化合物。因为气体占有的体积大,不少优点。可以直接加工成型,不需容器盛装;固气相变和液气相变体系体积变化大,设备复固固相变材料膨胀系数较小,相变时体积变化杂,经济实用性差,所以尽管其相变潜热较大

7、,较小;不存在过冷和相分离现象,不需要加入防实际上一般很少用于贮存热能。过冷剂和防相分离剂;毒性很低,腐蚀性很小;1.2相变材料的特点无泄露问题,对环境不产生污染;组成稳定,相理想的相变贮热材料应具有以下特点:相变可逆性好,使用寿命长;装置简单,使用方便。变温度合适、相变潜热高、相变可逆性好,相变固固相变材料主要缺点是相变潜热较低,价格时体积变化小、廉价易得、组成稳定、安全无毒、较高。[8]无腐蚀性。然而,同时满足这些要求的相变2相变材料的应用材料并不多。利用相变材料贮热和放热的特性,可做成无机相变材料中最典型的是结晶水合盐各种贮

8、热节能装置和温控系统,并且具有以下类,这类材料具有相变潜热高、导热系数大、相优点:装置简单;使用方便;节能效率高;管理和变时体积变化小、价格便宜等优点。但是,这类维修简便;经济效益好。相变贮热材料适用于材料易出现过冷和相分离现象,对容器腐蚀性热能的