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相变储热材料研究进展.pdf

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第10卷第6期过程工程学报Vol.10No.6 2010年12月TheChineseJournalofProcessEngineeringDec.2010 相变储热材料研究进展 叶锋，曲江兰，仲俊瑜，王彩霞，孟立静，杨军，丁玉龙 (中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京100190) 摘要：对储热特别是相变储热材料的研究进展进行了综述.根据不同相变温度对相变储热材料进行分类，重点介绍 了目前广泛应用的相变储热材料的重要性能、制备方法、应用及存在的问题，并对相变储热材料的下一步研究进行了 展望，提出将相变材料的研究与相变储热换热器和热管理理念相结合是发展高效储能系统的主流发展方向. 关键词：相变材料；储热；相变温度；潜热 中图分类号：TK02文献标识码：A文章编号：1009−606X(2010)06−1231−11 1前言无机相变储热材料、有机相变储热材料、复合相变储热 材料和金属相变储热材料[8,9]，如图1中(b)分类.其中， 能量储存的研究是能源安全与可持续发展的战略 无机相变储热材料主要有金属盐水合物、碱水合物、活 性课题，其中热能的储存和利用与国计民生息息相关. 性白土及矿棉等.以水合盐为例，代表性的有 储热技术，特别是相变储热技术是合理有效利用现有能 Na2SO4⋅10H2O(芒硝)和CaCl2⋅6H2O,CaBr2⋅6H2O, 源、优化使用可再生能源和提高能源利用效率的重要技 CH3COONa⋅3H2O等，其相变机理为：材料受热时脱去 术，是近20年来世界节能领域一个非常活跃的研究方 结合水，吸收热量；反之，吸收水分，放出热量.有机 向.随着太阳能、工程热物理、航天技术及工业余热回 相变储热材料是利用晶型之间的转变和高分子支链在 收利用等领域的相互渗透和迅猛发展，为相变储热的进 不同温度下的转变而吸热或放热，典型的有石蜡、酯酸 一步研究和发展提供了丰厚的条件[1−5]. 类等；复合相变储热材料是利用网络状物质为基质以维 相变储热利用材料的相变潜热来实现能量的储存 持材料的形状、力学性能，而作为相变材料的物质嵌在 和利用，是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不 网络结构基质中，通过相变吸收或释放能量；纤维复合 匹配的有效方式.相变储热技术的核心是相变材料 储热材料是将导热纤维制成蓬松团置入金属容器或模 (PhaseChangeMaterials,PCMs)，又称潜热储能材料， 腔中，并加入相变储热材料制成的复合材料；而金属相 是在相变过程中可吸收或释放能量的储热材料，其吸收 变储热材料主要为金属及合金的相变储热材料. 或释放的热量称为相变焓或焓变.相变过程的发生仅取 决于温度，可广泛应用于热量储存和温度控制领域[6,7]. Phasechangematerials 相变储热材料蓄热密度高、蓄热装置结构紧凑，且吸放 热过程近似等温、易运行控制和管理，因而较受关注.本 Inorganic 文着重介绍以固−液或固−固相变为主的储热材料的研Liquid−gas Organic 究进展情况.Solid−gas(a)Phase(b)Component Solid−liquidComposite 2相变储热材料分类 (c)Temperature Solid−solidMetal/alloy 根据相变形式的不同，相变材料可分为固−固相变、 固−液相变、固−气相变和液−气相变4类，如图1中(a) 分类.其中固−固相变、固−液相变是研究和实际中采用 LowtemperatureMediumtemperatureHightemperature 较多的相变类型，而固−气相变、液−气相变虽有很大的-50∼90℃90∼400℃>400℃ 相变潜热，但由于相变过程中大量气体的存在，使材料 图1相变储热材料的分类 体积变化较大，难以实际应用.Fig.1Classificationofphasechangematerialsfor 按材料的化学成分划分，相变储热材料一般可分为thermalenergystorage 收稿日期：2010−11−17，修回日期：2010−12−20 作者简介：叶锋(1981−)，女，河南省信阳市人，博士，冶金物理化学专业；通讯联系人，杨军，Tel:010-82544814,E-mail:jyang@mail.ipe.ac.cn;丁玉龙， Tel:010-82544818,E-mail:ylding@mail.ipe.ac.cn. 1232过程工程学报第10卷 根据材料的相变温度不同，相变储热材料可分为低表1一些商用常低温相变储热材料的物性数据[14] Table1Thephysicalandchemicaldataofsomecommercial 温相变材料、中温相变材料和高温相变材