PDF《相变储能的工作原理及应用》

相变储能的工作原理及应用 摘要:相变储能的原理是什么?它有什么合适的应用场景,和其他储能方式比又有什么优劣?希望本文能够帮助您 深入浅出地了解相变储能.

相变储能 相变储能是热储能的一种利用相变材料(Phase Change Material,PCM)储热特性,来储存或者是释放其中的热量 ,从而达到一定的调节和控制该相变材料周围环境的温度,从而改变能量使用的时空分布,提高能源的使用效率. 相变储能的工作原理 相变储能利用的是材料在从一种物态到另外一种转换过程中热力学状态(焓)的变化.比如冰在融化为水的过程中 要从周围环境吸收大量的热量,而在重新凝固时又要放出大量的热量.这种吸热/放热的过程中,材料温度不变,即 在很小的温度变化范围能带来大量能量的转换过程,是相变储能的主要特点. 相变材料有一些特定的要求,比如说:(1)化学性能方面:在反复的相变过程中化学性能稳定,可多次循环利用, 对环境友好,无毒,安全.(2)物理性能方面:材料发生相变时的体积变化小,容易储存;

放热过程温度变化稳定.( 3)经济性方面:材料的价格比较便宜,并且较容易制备.常见的相变状态中,固-气相变和液-气相变在过程中有气体 产生,自身体积变化较大,因此较少被应用,固-固相变类型本身较少,固-液相变成为了应用中的主流. 相变储能的发展历史 对于相变材料的研究开始于上世纪50年代,Maria Telkes博士观察到了硼砂相变吸热降温的效果,并研究了其相变循 环次数.60年代美国NASA展开了相变材料应用研究,以控制温度对航天器内宇航员与仪器的影响.之后美国科学实 验室将其应用于建筑领域,将十水硫酸钠共熔混合物做为相变芯材,组成太阳能建筑板,并进行试验性应用,取得了 较好的效果.90年代以来,相变储能材料作为冷却剂或者活化剂,也被用于光热、核能系统中的换热器里.近几年, 相变储能的研究热点在探索复合相变材料,以及结合纳米技术的包装应用等领域. 典型的相变材料 页面

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2 水是我们最常见的相变材料,在0℃水凝结成冰时释放的热量就大致等于将水从0℃加热到80摄氏度释放的热量. 这是因为材料在相变时的焓变(334KJ/Kg)比起温度变化时的焓变(4.19 KJ/Kg) 高了很多倍,这也成为相变材料的一个明显优势――能量密度高而且体积小. 常见的无机盐类相变材料包括溶解盐类和结晶水合盐类.比如铝硅盐类的融化温度在577℃,远高于冰-水作为相变 储能的工作温度,一般应用于高温领域.此外,无机盐类的相变潜热也更大,如铝硅盐类的能够达到560KJ/kg. 石蜡作为相变材料时,工作温度在水与无机盐类之间,一般为40℃到70℃之间,适合于常温工况,相变时潜热在20 0-240KJ/Kg之间.石蜡作为相变储能材料,与无机盐类比不存在过冷及析出现象、无毒性和腐蚀性,成本低.缺点是 导热系数小,密度小,单位体积储热能力差. 目前相变材料的研究中,正在结合无机盐类和石蜡为代表的有机小分子类材料的优势,制成复合相变材料,如在石 蜡中添加高热导率材料如铝、铜、石墨等,改善热物特性,提高储热能力. 相变储能材料的应用 在建筑领域相变储能材料常用于大容量储冷储热,一般与供热系统或建筑材料结合,可成为建筑组成中的一部分, 如内墙、楼板等,也可在冷热源处配置,如冰蓄冷设备.近年来较为火热的"被动式房屋"中,相变储能材料就得到 了很好的应用,与采暖通风系统结合.由于舒适性的需要,需选择工作温度在21℃至26℃之间的复合相变材料.和冰 蓄冷系统相比,在建材中结合的相变储能材料不需要复杂的控制系统,吸热和放热都是被动过程,由材料物性决定. 下图为德国达姆施塔特大学的实验住宅,使用了巴斯夫制作的PCM石灰板为吊顶. 除此之外在汽车领域,相变材料也有用武之地.发动机的废热被储存后,可以在冷启动的时候重新使用.对于电动 汽车,PCM材料,主要是石墨烯 - 石墨复合材料或泡沫金属(铜,镍或铝)/石墨复合材料,能够保证电池的工作温 度恒定在一个合适的范围,并保证电池温度的一致性,防止电池过热以保证安全,同时也能够避免冬天气温降低带来 的续航里程缩短. 原文地址:http://www.china-nengyuan.com/news/141305.html Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) 页面