蓄熱材料蓄熱材料的發(fā)展
發(fā)布日期:2022-04-11 09:24:01 來源:風機百科
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相變蓄熱材料具有蓄放熱過程近似等溫、過程容易控制等優(yōu)點是當今蓄熱材料的研究熱點。1992年,法國首次研制出用于儲存能量的小球,把球態(tài)可變鹽襯裝在聚合物小球中,然后把小球盛裝在可變體積的容器里,蓄熱量為同樣體積水的10倍。1998年,美國對銨礬和硝酸銨二元相變材料體系進行了研究,并將其應用于太陽能熱水器。我國在19世紀80年代初開始開展相變蓄熱材料的研究,早期集中于相變蓄熱材料中的無機水合鹽類。由于絕大多數(shù)無機水合鹽都具有腐蝕性,相變過程存在過冷和相分離等缺點,而有機物相變材料則熱導率低,相變過程的傳熱性能差。為了克服單一無機物或有機物相變蓄熱材料存在的缺點,許多研究者開始開發(fā)復合相變蓄熱材料,如Udidn等以石蠟為相變材料、阿拉伯樹脂和明膠為膠囊體材料制備出膠囊型復合無機相變材料,實驗表明,膠囊化石蠟經(jīng)過1000次熱循環(huán),仍能維持其結(jié)構形狀和儲熱密度不變,膠囊化技術有效地解決了無機相變材料的泄漏、相分離以及腐蝕性問題。
Xavier制備出有機復合相變材料,將有機物相變蓄熱材料石蠟吸附在具有多孔結(jié)構的膨脹石墨內(nèi),明顯提高了蓄熱材料的熱導率,如純石蠟的熱導率僅為0.24W/m,而復合石墨后的熱導率提高到4一7W/m。
近年來,有機/無機納米復合材料在聚合物改性以及研制新型蓄熱材料方面得到了廣泛應用。張正國等將有機/無機納米復合材料擴展到蓄熱材料領域,提出將有機相變材料與無機物進行納米復合的方案,制備出硬脂酸/膨潤土納米復合相變蓄熱材料,復合材料的相變潛熱值基本不變而儲放熱速率明顯提高,且經(jīng)1500次循環(huán)試驗后復合相變材料仍具有很好的結(jié)構和性能穩(wěn)定性。有機/無機復合相變蓄熱材料的制備,不僅可利用無機物的高熱導率來提高有機物相變蓄熱材料的導熱性能,而且納米復合技術將有機相變儲熱材料和無機載體充分結(jié)合起來,提高復合相變蓄熱材料的蓄熱密度和循環(huán)穩(wěn)定性。
在沸石、硅膠等多孔材料對水發(fā)生物理吸附的過程中,伴隨著大量的物理吸附熱,可以用于熱量的儲存和利用。Close等首先利用開式吸附床的吸附/解吸循環(huán),以沸石為吸附材料、濕蒸汽(水)為載體實現(xiàn)了低溫熱儲存。吸附蓄熱材料克服了傳統(tǒng)蓄熱方法的缺陷,在蓄熱過程中無熱量損失,為蓄熱技術開辟了新天地。
由于分子篩作為吸附蓄熱材料時對水的吸附屬于物理吸附,吸附平衡量和吸附循環(huán)量不高,因此有研究者利用沸石分子篩規(guī)整而穩(wěn)定的孔隙結(jié)構,把對水吸附容量比較高的氯化鈣填充進去,從而制備出既具有高吸附蓄熱容量又具有穩(wěn)定吸附蓄熱性能的復合吸附蓄熱材料。朱冬生等以分子篩為基體,使氯化鈣填充進人分子篩制備出吸附蓄熱復合材料,實驗發(fā)現(xiàn)復一合吸附劑的最大吸附量可達0. 55 kg/kg,,用于蓄熱時其蓄熱密度達到1000 kJ/kg以上,與顯熱蓄熱和相變潛熱蓄熱材料相比在蓄熱能力上具有明顯的優(yōu)勢。
除分子篩吸附蓄熱材料的應用外,硅膠等其他多孔材料也被用于吸附蓄熱技術。如Aristov將CaCl2植人中孔硅膠內(nèi)部,崔群等發(fā)現(xiàn)在復合吸附劑的制備過程中還需加入擴孔劑以增加孔容和孔徑,才可改善復合吸附材料的吸附性能,以使其吸附量顯著提高。
在進一步提高復合吸附蓄熱材料的蓄熱能力和循環(huán)方面,MrowierBialon用四乙氧基硅烷制成復合多孔材料,1kg該吸附劑的水蒸氣吸附量超過1kg,而且經(jīng)過50次循環(huán)實驗,該復合吸附材料的吸附性能無明顯改變。 這種由分子篩等多孔材料和吸濕性無機鹽復合而制得的吸附蓄熱材料,一方面使無機鹽的化學吸附蓄熱循環(huán)過程發(fā)生在多孔材料的孔道內(nèi),改善了吸附蓄熱過程的傳熱和傳質(zhì)性能;另一方面,多孔材料對吸附質(zhì)也具有吸附作用,不僅提高了復合吸附材料的總吸附量和蓄熱密度,而且物理吸附作為化學吸附的前驅(qū)態(tài)還促進了無機鹽的化學吸附。
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