相变贮能材料的研究进展

-来源网络，仅供个人学习参考 相变储能材料及其应用

物质的存在通常认为有三态，物质从一种状态变到另一种状态叫相变。相变的形式有以下四种：(1)固—液相变；(2)液—汽相变；(3)固—汽（4）固-固相变。相变过程个伴有能量的吸收或释放，我们就可以利用相变过程中有能量的吸收和释放的现象，利用相变材料来存储能量。比如用冰贮冷，冬天，在寒冷的地区，人们从湖面、河面冻结的厚冰层中获取冰块，贮存于“冰屋”中，利月锯末隔热、冰块可存放到夏季结束。这是冰块就可以起到现在冰箱的效果了。

储能想变成材料

一般而言，储热相变材料可以这么进行分类

下面我们对相变储能材料进行逐一分析：

1、固-液相变材料：

（1）结晶水合盐：结晶水合盐种类繁多，其熔点也从几度到几百度可供选择，其通式可以表达为AB?nH2O。结晶水合盐通常是中、低温贮能相变材料中重要的一类，其特点是：使用范围广，价格较便宜、导热系数较大(与有机类相变材料相比)、溶解热较大、密度较大、体积贮热密度较大、一般呈中性。但此类相变材料通常存在过冷和析出两大问题。所谓过冷是指当液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶，而须冷却到“凝固点”以下一定温度时方开始结晶；而析出现象指在加热过程中，结晶水融化，此时盐溶解在水中形成溶液。结晶水合盐的代表有芒硝、六水氯化钙、六水氯化镁、镁硝石等

（2）石蜡：石蜡主要由直链院烃混合而成，可用通式CnH2n+2表示，短链烷烃熔结晶水合盐（如Na2SO4?10H2O）

熔融盐

金属（包括合金）

其他无机类相变材料（如水） 无机物

有机物 石蜡

酯酸类

其他有机混合类有机类与无机类相变材料的混合 相变材料

-来源网络，仅供个人学习参考 点较低，但链增长熔点开始增长较快，而后逐渐减慢。随着链的增长，烷烃的熔解热也增大，由于空间的影响，奇数和偶数碳原子的烷烃有所不同，偶数碳原子烷烃的同系物有较高的熔解热，链更长时熔解热趋于相等。在C7H16以上的奇数烷烃和在C20H44以上的偶数烷烃在7℃一22℃范围内会产生两次相变：

邱　林等：蓄能采暖地板用相变材料ＴＨ２９热特性的实验研究　

蓄能采暖地板用相变材料ＴＨ２９热特性的实验研究　

邱林，刘　星　

（北京建筑工程学院环能学院，北京１０００４４）　

摘要：　在地板采暖中使用相变蓄能材料不仅可以实　

现舒适供热的要求，还可以很好的起到节能和调节能量　

分配的作用。对一种符合地板采暖的水合盐类相变材料　

ＴＨ２９的热特性进行实验研究，测试ＴＨ２９的蓄放热特　性、循环熔冻的热稳定性；分析了自然冷却与受迫冷却　

两种冷却凝固方式下的材料温度的变化曲线、材料中不　

同位置处相变过程的滞后现象；实验结果得出，在本实　验条件下，ＴＨ２９经相当数量的溶化与凝固循环后，相　

变的可逆性较好，可以保持热特性的稳定。　

关键词：　相变材料；采暖地板；循环熔冻；热稳定性　中图分类号：ＴＫ０２；０４８２．２　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１．９７３１（２００７）增刊．１５９１．０３　

１　引　言　

相变材料（ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，简称ＰＣＭｓ）具　

有温度变化范围小，蓄能密度大的优势，在太阳能利用、　峰谷电供热、工业余热和废热回收及建筑采暖和空调节　

能等领域有着广阔的应用前景。在地板采暖中使用相变　材料，利用ＰＣＭｓ相变潜热蓄热可以起到很好的能量调　

节作用，同时满足人的热舒适要求。本文针对一种适宜　

于采暖地板应用的水合盐类相变材料ＴＨ２９的热特性及　热稳定性进行试验研究。　

２采暖地板用相变蓄能材料　

用于地板采暖工程中的相变材料，基于一般住宅冬　季室内设计温度范围是１８￣２２￣Ｃ，则要求所选相变材料　

能满足其释放热量时保证室内温度在设计范围内；同　

时，由于人脚部直接接触地板表面，因此还要求相变材　料释放出热量时，能保证地板的表面温度在人体可接受　

范围内。除以上两点外，①具有足够大的相变潜热：②　

相变时膨胀或收缩性要小；③相变的可逆性要好；④无　毒性、无腐蚀性；⑤制作原料廉价易得等，均是用于采　

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. AB2型Laves相贮氢合金的研究进展

张羊换1,2,王国清1,董小平2,郭世海1,任江远2,王新林1

(11钢铁研究总院功能材料研究所,北京　100081;21内蒙古科技大学材料学院,包头　014010)

基金项目:国家自然科学基金重点项目(50131040),国家自然科学基金项目(50071050)。作者简介:张羊换(1959-),男,内蒙古鄂尔多斯人,博士,教授;研究方向:贮氢合金。摘　要:文章主要综述了AB2型Laves相贮氢合金的种类及性能特点以及合金化及制备工艺对合金电化学性能的影响。介绍了AB2型Laves相贮氢合金研究的国内外动态及目前达到的水平,对AB2型Laves相贮氢合金未来的研究重点及发展方向提出了看法。关键词:AB2型Laves相贮氢合金;电化学性能;制备工艺中图分类号:TG13917 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2005)04-0025-06

DevelopmentResearchofAB22Type

LavesPhaseHydrogenStorageAlloy

ZHANGYanghuan1,2,WANGGuoqing1,DONGXiaoping2,GUOShihai1,

RENJiangyuan2,WANGXinlin1

(11DepartmentofFunctionalMaterialResearch,CentralIron&SteelResearchInstitute,Beijing100081;21SchoolofMaterial,ScienceandTechnologyUniversityofInnerMongolia,Baotou014010,China)

总第!"#期$%%&年第$期安徽化工目前对国内外相变材料（!"#$%&’"()*%+,(-%./(0，!’,）储热性能的研究越来越多，相变材料有独特的潜热性能：它在其物相变化过程中，可以从环境吸收热（冷）量或向环境放出热（冷）量从而达到热量储存和释放的目的。利用此特性不仅可制造出各种提高能源利用率的设施，同时由于其相变时温度近似恒定，可以用于调整控制周围环境的温度，并且可以多次重复使用123。从现在应用普遍程度来看，相变储热材料主要使用的是固液相变储热材料和固固相变储热材料。固液相变材料主要优点是价廉易得。但是固液相变储热材料存在过冷和相分离现象，会导致储热性能恶化，易产生泄露、污染环境、腐蚀物品、封装容器价格高等缺点。固固相变材料在发生相变前后固体的晶格结构改变而放热吸热143，与固液相变材料相比，固固相变材料具有更多优点：可以直接加工成型，不需容器盛放。固固相变材料膨胀系数较小，不存在过冷和相分离现象，毒性腐蚀性小，无泄露问题。同时组成稳定，相变可逆性好，使用寿命长，装置简单。固固相变材料主要缺点是相变潜热较低，价格较高153&。67&相变储热材料的分类686&固—液相变储热材料68686硫酸钠类硫酸钠水合盐（9(:;<=>?:<）的熔点5:8=’，溶解潜热:@A8BCD*，它具有相变温度不高、潜热值较大两个优点。硫酸钠类储热剂不仅储热量大，而且成本较低，温度适宜，常用于余热利用的场合。然而十水硫酸钠在经多次熔化—结晶的贮放热过程后，会发生相分离，为了解决这个问题，可加入防相分离剂1=3。6868:醋酸钠类三水醋酸钠的熔点是@B8:’，熔解热:@A8BCE*，属于中低温储热材料。三水醋酸钠作为储热材料，其最大的缺点是易产生过冷，使释热温度发生变动，通常要加入防过冷剂1=3。为防止无水醋酸钠在反复熔化—凝固可逆相变操作中析出，还要加入明胶、树胶或阳离子表面活性剂等防相分离剂。6868577氯化钙类氯化钙的含水盐（F(F0:·G?:<）熔点为:H’，溶解热6BACE*，是低温型储热材料。氯化钙的含水盐的过冷非常严重，有时甚至达A’时其液态熔融物仍不能凝固。常用的防过冷剂为I(;、F(?J<=、F(;<=、F(（二羟甲基—丙醇（!N）、新戊二醇（9!N）等。低温时，它们具有相变储热材料的种类、应用及展望王志强曹明礼龚安华苏青青（武汉理工大学资环学院，=5AAOA）摘要介绍了相变材料的种类以及在国内外的应用，并指出相变储热材料的研究方向和未来的发展趋势。关键词相变材料建筑应用)总第!"#期$%%&年第$期安徽化工高对称的层状体心结构，同一层中的分子以范德华力连接，层与层之间的分子由!"—形成氢键连接。当达到固固相变温度时，将变为低对称的各向同性的面心结构，同时氢键断裂，分子开始振动无序和旋转无序，放出氢键能。若继续升温，则达到熔点而熔解为液态。多元醇的相变温度较高，很大程度上限制了其实用。为了得到较宽的相变稳定范围，满足各种情况下对储热温度的相应要求，可将多元醇中两种或三种按不同比例混合#$%，调节相变温度，也可以将有机物与无机物复合，以弥补二者的不足。&’(’(高分子类这类相变材料主要是指一些高分子交联树脂。如交联聚烯烃类、交联聚缩醛类和一些接枝共聚物。如纤维素接枝共聚物、聚酯类接枝共聚物、聚苯乙烯接枝共聚物、硅烷接枝共聚物。目前使用较多的是聚乙烯。聚乙烯价廉，易于加工成各种形状，表面光滑，易于与发热体表面紧密结合，导热率高，且结晶度越高其导热率也越高。尤其是结构规整性较高的聚乙烯，如高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯等，具有较高的结晶度，因而单位重量的熔化热值较大。&’(’)层状钙钛矿层状钙钛矿是一种有机金属化合物。它被称为层状钙钛矿是因为其晶体结构是层型的，与矿物钙钛矿的结构相似。纯的层状钙钛矿以及它们的混合物在固—固转变时有较高的相变焓（*(’&*$+,-+.），转变时体积变化较小（/0’&10），适合于高温范围内的储能和控温使用。由于其相变温度高、价格较贵，较少使用。(22相变储热材料的应用(’&太阳能供暖系统上的应用相变储热材料用于储热具有环保、高效、节能、安全等多项优势，非常适合于太阳能供暖系统储热，以替代传统的取暖设备。组合式相变储热单元换热器为方形结构，主要由钢板、折流板、高密度聚乙烯管组成。内部结构由)个区构成，每个区内都有几十根高密度聚乙烯管，管外径(/33，壁厚&’(33，相变储热材料用石蜡封装在管内，每根管内都留有/0’&10的空余空间，用来避免储热材料受热膨胀将管胀裂。)个区内的石蜡相变点温度值是不相同的，沿高温水流动方向依次降低，根据实际需要，各区之间相差(’/(’/’/(。每个区内各有(块折流板，用以增加流体的扰动，提高换热效果#4%，这种供暖系统在实际中已有应用。(’(太阳能热水系统上的应用为了弥补太阳能受气候影响的缺陷，并降低运行费用，在低谷电时段运行电锅炉储热，被锅炉加热的高温热水循环流过储热水箱，储热水箱内的相变材料由固态变成液态，吸收大量的热；当连续阴雨天太阳能水箱温度无法达到设定温度时启动循环水泵，相变储热水箱开始放热，相变材料由液态变成固态，放出大量的热，使太阳能水箱内水温升高。同常规热水箱比较，相变储热水箱储存等量的热量可以缩小体积/10同时减少散热面积，而且放热过程平稳#5%，优点十分明显。(’)热泵干燥机组中的应用热泵干燥既能节约能量又可提高产品的质量。当干燥温度满足干燥要求后，热泵干燥机组往往通过排放掉一部分热量来维持干燥温度的稳定，这样降低了热泵干燥的能源利用效率#6%2。利用相变材料（相变温度为/1’/((的切片石蜡）相变热效应，回收这部分能量，而且又在机组需要热量时将贮存的能量释放给干燥空气，实验结果证明相变材料在热泵干燥机组中的应用具有明显的节能潜力。(’*工业加热过程的应用在工业加热设备的余热利用系统中，传统的储热器通常是采用耐火材料作为吸收余热的储热材料，由于热量的吸收仅仅是依靠耐火材料的显热容变化，这种储热室具有体积大、造价昂贵、热惯性大、输出功率逐渐下降等缺点，在工业加热领域难以普遍应用。相变储热系统是一种可以替代传统储热器的新型余热利用系统，它主要利用物质在固液两态变化过程中潜热的吸收和释放来实现热能的贮存和输出，潜热与显热容相比较不仅包含有更大的能量，而且潜热的释放是在恒定温度下进行。与常规的储热室相比，相变储热系统体积可以减少)10’/10，因此，利用相变储热系统替代传统的储热器，不仅可以克服原有蓄热器的缺点，使加热系统在采用节能设备后仍能稳定地运行，而且有利于余热利用技术在工业加热过程的广泛应用#&1%。(’/医药工业中的应用许多医疗电子治疗仪要求在恒温条件下使用，这样就需要利用温控储热材料来调节，使仪器在允许的温度内工作。日本有专利报导用78(9!*·&1"(!和:.9!*·4"(!的混合物作为相变材料用于仪器室的控温，可使室温保持在(/(左右#&&%。也可将特种仪器埋包在用相变材料制成的热包中，来维持仪器使用的温度。近年来国内市场有种热袋，相变材料是水合盐，相变温度//(左右，利用一块金属片作为成核晶种材料，当用手挤压金属片时，使它的表面成为晶体生长中心，从而结晶放热，再配备某些具有活血作用的中药袋，从)总第!"#期$%%&年第$期安徽化工而达到理疗的作用，对于治疗类风湿等疾病具有一定的疗效。!"#现代农业中的应用温室在现代农业中举足轻重，它在克服恶劣的自然气候、拓展农产品品种、提高农业生产效率等方面具有重要的价值。温室的核心是控制适宜农作物生长的温、湿度环境，在这方面相变材料大有用武之地。将相变材料用于农业中温室的研究开始于上世纪的$%年代。最先采用的相变材料为&’&(!·#)!*，随后又先后尝试了+’,*-·.%)!*、石蜡等。研究结果表明：相变材料不仅能为温室储藏能量，还具有自动调节温室内湿度的功能，能够有效节约温室的运行费用和能耗。!"/纺织行业中的应用在纺织服装中加入相变材料可以增强服装的保暖功能，甚至使其具有智能化的内部温度调节功能0.!1。根据使用要求可以生产具有不同的相变温度的产品，如用于严寒气候的-.级纤维的相变温度在#2’$2(34（.$"5’!6"-)），用于运动服装的-5级纤维的相变温度在6%’..%(3（5!"!’-5"5)）。相变储能纤维的智能调温机理是：当人体处于剧烈活动阶段会产生较多的热量，利用相变材料将这些热量储藏起来，当人体处于静止时期，相变材料储藏的热量又会缓慢地释放出来，用于维持服装内的温度恒定。!"$相变储能复合材料在电子行业中的应用近年来随着电子设备向高速、小型、高功率等方向发展，集成电路的集成度、运算速度和功率迅速提高，导致集成块内产生的热量大幅度增加。如果集成块产生的热量不能及时扩散，将使集成块的温度急剧上升，影响其正常运行，严重的还可能造成集成块烧坏。而如果在集成块上应用相变材料，可以有效缓解其过热问题。因为相变材料在其发生相变过程中，在很小的温升范围内，吸收大量热量，从而降低其温度上升幅度。!"6相变材料应用于相变储能墙体建筑围护结构的相变墙体，是由适宜的相变材料与建材基体复合而成。这种墙体可充分利用夜间低价电蓄热，供次日白天作辅助热源，降低采暖系统的投资与能耗，改善室内环境。相变墙体的研制，选择合适的相变材料至关重要。在实际研制过程中，要找到满足这些理想条件的相变材料非常困难。因此，人们往往先考虑有合适的相变温度和有较大相变潜热的相变材料，而后再考虑各种影响研究和应用的综合性因素。近年来，国际上出现了一类新型相变材料———定形相变储热材料。这类材料的出现，使建筑行业中利用墙体储热成为可能。这类相变材料在相变前后均能维持原来的形状（固态），它对容器要求很低，这就大大降低了相变储热系统的成本，而且某些性能优异的定形相变材料可以与传热介质直接接触，使换热效率得到很大提高0.51。5相变储热材料的未来展望目前，关于相变材料的研究和应用工作开始不久，它们的分子结晶态及能量的转变过程机理还有待进一步探明，其热性能、机械性能、化学稳定性也有待进一步提高。但是，由于其相变过程独有的优点，而且在不久的将来，居民收入越来越高，住房装修消费越来越高，能源将会越来越紧张，科学界会将相变材料应用的目光投向建筑、装潢上。可以预见，固固相变材料在建筑节能领域将是很有应用前途的一类相变材料0.-1。相变墙体的出现将对储能材料的建筑用途有很大的推动作用。居民住房逐渐走向绿色环保化。现在武汉市开始推行节能房，就是将一些保温材料放于墙体和顶部，可以节能-57，相信如果相变材料应用于节能房之后，将会更加节能，也会更受欢迎。由于应用的多样性，单一的相变墙体不能满足社会的需求，而且这种墙体只适合前期建设，对于已建成的大量住房没有任何办法，所以今后其他的相变材料也将会相继出现。现在国外已经研制出储热地板，国内也有相变储热水泥。现在，国内部分学者正在研究和家具、墙纸、墙面涂料融为一体的相变材料。同时由于矿物具有天然多孔性能，固固相变储热材料也将和矿物有更紧密的结合。我们有理由相信，在不久的将来这种材料会深入人类生活的每一个角落。参考文献0.1陈爱英，汪学英"相变储能材料及应用081"洛阳工业高等专科学校学报，!%%!，.!（-）0!1周恩泽，董华"相变储热在建筑节能中的应用081"哈尔滨商业大学学报（自然科学版），!%%5，.6（.）051钟学明，肖金辉，邓安民，等"相变材料及其在贮热中的应用081"江西化工，!%%5（.!）0-1刘乐"无机相变贮能材料的应用研究进展081"河北工业大学成人教育学院学报，!%%-，.6（.）021贺洛夫，阮德水"有机物在相变储热中的应用081"益阳师专学报，.66-，..（#）0#1周恩泽，董华"相变储热在建筑节能中的应用081"哈尔滨商业大学学报（自然科学版），!%%5，.6（.）0/1王永川，陈光明，洪峰，等"组合相变储热材料应用于太阳能供暖系统081"热力发电，!%%-（%!）0$1陈立"相变蓄热式太阳能热水系统及其应用081"能源技术，!%%!，!5（2）!%