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蓄熱材料種類
來源: | 作者:jubaolongnaihuo | 發布時間: 2020-01-16 | 1254 次瀏覽 | 分享到:
蓄熱材料就是一種能夠儲存熱能的新型化學材料。它在特定的溫度( 如相變溫度) 下發生物相變化,并伴隨著吸收或放出熱量,可用來控制周圍環境的溫度,或用以儲存熱能。它把熱量或冷量儲存起來,在需要時再把它釋放出來,從而提高了能源的利用率。

按蓄熱方式來分,蓄熱材料可以分為四類:顯熱蓄熱材料 、相變蓄熱材料、熱化學蓄熱材料和吸附蓄熱材料。

1、顯熱蓄熱材料

顯熱蓄熱材料是利用物質本身溫度的變化過程來進行熱量的儲存,由于可采用直接接觸式換熱,或者流體本身就是蓄熱介質,,因而蓄、放熱過程相對比較簡單,是早期應用較多的蓄熱材料。在所有的蓄熱材料中顯熱蓄熱技術最為簡單也比較成熟。

顯熱蓄熱材料大部分可從自然界直接獲得,價廉易得。顯熱蓄熱材料分為液體和固體兩種類型,液體材料常見的如水,固體材料如巖石 、鵝卵石 、土壤等,其中有幾種顯熱蓄熱材料引人注目 ,如Li2O與Al2O3、TiO2等高溫燒結成型的混合材料。

由于顯熱蓄熱材料是依靠蓄熱材料的溫度變化來進行熱量貯存的 ,放熱過程不能恒溫 ,蓄熱密度小 ,造成蓄熱設備的體積龐大,蓄熱效率不高,而且與周圍環境存在溫差會造成熱量損失 ,熱量不能長期儲存 ,不適合長時間、大容量蓄熱 ,限制了顯熱蓄熱材料的進一步發展。

2、相變蓄熱材料

相變蓄熱材料是利用物質在相變(如凝固/熔化、凝結/汽化、固化/升華等)過程發生的相變熱來進行熱量的儲存和利用。

與顯熱蓄熱材料相比 ,相變蓄熱材料蓄熱密度高,能夠通過相變在恒溫下放出大量熱量。雖然氣一液和氣一固轉變的相變潛熱值要比液一固轉變 、固一固轉變時的潛熱大,但因其在相變過程中存在容積的巨大變化,使其在工程實際應用中會存在很大困難 。根據相變溫度高,潛熱蓄熱可分為低溫和高溫兩種,低溫潛熱蓄熱主要用于廢熱回收 、太陽能儲存以及供熱和空調系統。高溫相變蓄熱材料主要有高溫熔化鹽類 、混合鹽類 、金屬及合金等 ,主要用于航空航天等。常見的潛熱蓄熱材料有六水氯化鈣、三水醋酸鈉 、有機醇等 。

潛熱蓄熱方式具有蓄熱密度較高(一般都可以達到200kJ/kg以上),蓄、放熱過程近似等溫,過程容易控制等優點,因此相變蓄熱材料是當今蓄熱材料研究和應用的主流。

3、熱化學蓄熱材料

熱化學蓄熱材料多利用金屬氫化物和氨化物的叮逆化學反應進行蓄熱,在有催化劑、溫度高和遠離平衡態時熱反應速度快。國外已利用此反應進行太陽能貯熱發電的實驗研究 ,但需重點考慮儲存容器和系統的嚴密性 ,以及生成氣體對材料的腐蝕等問題 。

熱化學蓄熱材料具有蓄熱密度高和清潔、無污染等優點 ,但反應過程復雜 、技術難度高 ,而且對設備安全性要求高,一次性投資大 ,與實際工程應用尚有較大距離。

4、吸附蓄熱材料

吸附是指流體相(含有一種或多種組分的氣體或液體)與具有多孔的固體顆粒相接觸時 ,固體顆粒(即吸附劑)對吸附質的吸著或持留過程。因吸附劑固體表面的非均一性 ,伴隨著吸附過程產生能量的轉化效應 ,稱為吸附熱。在吸附 脫附循環中,可通過熱量儲存、釋放過程來改變熱量的品位和使用時間,實現制冷、供熱以及蓄熱等目的。

吸附蓄熱是一種新型蓄熱技術”,研究起步較晚 ,是利用吸附工質來對吸附/解吸循環過程中伴隨發生的熱效應進行熱量的儲存和轉化。吸附蓄熱材料的蓄熱密度可高達800 ~1000kJ/kg,具有蓄熱密度高、蓄熱過程無熱量損失等優點。由于吸附蓄熱材料無毒無污染 ,是除相變蓄熱材料以外的另一研究熱點 ,但由于吸附蓄熱材料通常為多孔材料 ,傳熱傳質性能較差 ,而且吸附蓄熱較為復雜,是重點研究解決的問題。

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