相变材料与相变储能技术.ppt

相变储能材料主要内容第一节概述能量储存的方式包括机械能、电磁能、化学能和热能储存等。热能储存又包括显热储存和潜热(相变热)储存，显热储存是利用材料所固有的热容进行的；潜热储存，或称相变储能，它是利用被称为相变材料的物质在物态变化(固—液，固—固或气—液)时，吸收或放出大量潜热而进行的。由于热能储存在工业和民用中用途广泛，因此，在储能技术领域占有极其重要的地位。相变材料(phasechangematerials，PCM)或称相变储能材料，它属于能源材料的范畴。广义来说，是指能被利用其在物态变化时所吸收(放出)的大量热能用于能量储存的材料。狭义来说，是指那些在固—液相变时，储能密度高，性能稳定，相变温度适合和性价比优良，能够被用于相变储能技术的材料。显然，相变储能(热和冷)技术是以相变储能材料为基础的高新技术，因为它储能密度大且输出的温度和能量相当稳定，所以具有显热储能难于比拟的优点。目前，相变储能技术可作为工业节能系统和高新技术产品开发的基础，用以满足人们对系统和产品的特殊性能及成本的要求。它可以利用电热蓄能(冷和热)来“电力削峰填谷”,也可用于新能源、工业余热利用、新型家用电热电器的开发及航空航天等领域。我国的能源利用率很低，大约30％以上，与发达国家的40％～50％相比，还有较大的距离。我国的环境保护还存在许多问题，因此，研究、掌握和利用一切可行的高新技术，包括相变储能技术来提高我国的能源利用率及改善环境。是我国从事材料与能源工作的科技人员、企事业管理人员和工人的神圣职责，也是我们研究和应用相变储能技术的意义。第二节相变材料和相变储能技术的研究和应用现状相变储能材料是基础，因此在相变储能技术领域，首先是研究和开发相变潜热大，性能稳定和性价比高的相变材料。其次是应用，主要涉及储能元件，储能换热器和储能系统的相变传热，相变材料与换热流体的对流耦合换热，材料的腐蚀与防护，系统的设计等方面。除了对传统的无机盐、无机水合盐、有机和金属相变材料进行研究外，近年来，对新相变储能材料的研制，存在从无机到有机、从单一成分到复合材料、从宏观到纳米／微胶囊化的趋势，定形相变材料、相变材料的微胶囊化、功能储能流体等及其在建筑、太阳能等领域的应用成为研究的热点。国外的发展状况：Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料的石膏墙板的热动态特性进行了测试国内的发展状况：863计划研究将金属相变储能锅炉应用于太阳能热发电第三节相变储能材料(1)固—气相变材料。(2)液—气相变材料(这两种相变材料一般不用)。(3)固—液相变材料。①无机相变材料：结晶水合盐、无机熔盐、定形复合相变材料、功能热流体；②金属及其合金相变材料：Al—Si、Al—Si—Mg、A1—Si—Cu等；③有机相变材料：石蜡、脂酸、其他有机酸；④有机与无机混合相变材料。(4)固—固相变材料。包括无机盐类、多元醇类和交联高密度聚乙烯等。一、固—液相变储能材料固—液相变储能材料的研究起步较早，是现行研究中相对成熟的一类相变材料。其原理是，固—液相变储能材料在温度高于材料的相变温度时，吸收热量，物相由固态变为液态；当温度下降至低于相变温度时，物相由液态变成固态，放出热量。该过程为可逆过程，因此材料可重复多次使用。且它具有成本低、相变潜热大、相变温度范围较宽等优点。目前国内外研制的作为固—液相变储能材料主要包括无机类和有机类两种。1.固-液分类二、固—固相变储能材料固—固相变储能材料是由于相变发生前后固体的晶体结构的改变而吸收或释放热量的，因此，在相变过程中无液相产生，相变前后体积变化小，无毒、无腐蚀，对容器的材料和制作技术要求不高，过冷度小，使用寿命长，是一类很有应用前景的储能材料。目前研究的固—固相变储能材料主要有无机盐类、多元醇类和交联高密度聚乙烯。1.无机盐类该类相变储能材料主要是利用固体状态下不同种晶型的转变进行吸热和放热，通常它们的相变温度较高，适合于高温范围内的储能和控温，目前实际应用的主要是层状钙钛矿、Li2SO4、KHF2等物质。2.多元醇类此类材料是目前国内研究较多的一类固—固相变储能材料，其作为一种新型理想的太阳能储能材料而日益受到重视。多元醇类相变储能材料主要有季戊四醇(PE)、新戊二醇(NPG)、2—氨基2—甲基—1，3—丙二醇(AMP)、三羟甲基乙烷、三羟甲基氨基甲烷等，种类不多，但通过两两结合可以配制出二元体系或多元体系来满足不同相变体系的需要。该相变材料的相变温度较高(40～200℃)，适合于中、高温的储能应用。其相变焓较大，且相变热与该多元醇每一分子所含的羟基数目有关，即多元醇每一分子所含的羟基数目越多，相变焓越大。这种相变焓来自于氢键全部断裂而放出的氢键能。多元醇类3.交联高密度聚乙烯高密度聚乙烯的熔点虽然一般都在125℃以上，但通常在100℃以上使用时会软化。经过辐