太阳能中温相变储热器热损失的研究

相变储热材料相变储热材料是一种能够在相变过程中吸收或释放大量热量的材料，广泛应用于太阳能热能储存、建筑节能、电力系统调峰等领域。

相变储热材料利用物质在相变过程中吸收或释放的潜热来实现热储存和释放，具有储热密度高、储热温差小、循环稳定性好等优点，因此备受关注。

常见的相变储热材料包括蓄热水、蓄热混凝土、相变蜡等。

其中，相变蜡因其熔点明确、热储存密度大、循环稳定性好等特点，成为相变储热材料中的热门产品。

相变蜡的主要成分是石蜡或蜂蜡，其在固态和液态之间的相变过程可以吸收或释放大量热量，因此被广泛应用于太阳能集热系统、建筑节能材料、电力系统调峰等领域。

相变储热材料的性能对其应用效果起着至关重要的作用。

首先，相变储热材料的相变温度应与应用系统的工作温度相匹配，以确保在需要释放热量时能够准确释放。

其次，相变储热材料应具有良好的循环稳定性，能够经受多次相变循环而不发生明显的性能衰减。

此外，相变储热材料的热导率也是影响其应用效果的重要因素，高热导率可以加快热量的传输速度，提高系统的热效率。

在实际应用中，相变储热材料的设计和制备也是至关重要的。

首先，需要根据具体的应用需求选择合适的相变储热材料，包括相变温度、热储存密度、循环稳定性等指标。

其次，需要设计合理的储热结构，确保相变储热材料能够充分接触传热，并且能够在相变过程中保持稳定的温度分布。

最后，制备工艺也需要精益求精，以确保相变储热材料具有良好的物理结构和热物性。

总的来说，相变储热材料作为一种高效的热能储存和释放方式，在太阳能热能储存、建筑节能、电力系统调峰等领域具有广阔的应用前景。

随着科技的不断进步，相变储热材料的性能和制备工艺也在不断提升，相信其在未来会有更加广泛的应用。

相变储热材料的发展将为推动清洁能源利用和建筑节能领域的发展做出重要贡献。

关于太阳能光热发电熔融盐储热技术的分析关于太阳能光热发电熔融盐储热技术的分析选题说明目前来看，作为集中发电用途，光热发电较光伏发电有着成本低、工作稳定、电网设施要求低的优势。

同时，光热发电有槽式聚光、塔式聚光和太阳池等多种形式，各地可以因地制宜，减少工程成本。

因此，目前规模太阳能发电绝大多数都是光热发电形式。

作为新能源，太阳能也有着发电功率易受外界条件影响、发电品质差的缺点。

为了较少电网功率波动，提高新能源竞争力，对大规模储能技术进行探索是非常必要的。

所以本文在这里以光热发电技术为对象分析熔融盐储能技术的优势与不足。

一、两种主要光热发电技术工作原理简介槽式太阳能热发电如图1槽式热发电利用反光镜将太阳光光线聚焦到集热管中，加热管中的盐，一般是硝酸钾、硝酸钠，也有使用导热油传导热的。

反光镜开口可达4米，而集热管直接只有几厘米，所以集热管内温度可以接近400摄氏度，是比较优质的发电热源。

经过熔融盐泵的泵送，高温熔融盐汇集在热盐储存罐中，再输入正起蒸汽发生装置（未画出）产生高温蒸汽，蒸汽推动透平旋转做功后降温后再次循环到蒸汽发生器。

而冷盐则储存的冷盐储存罐中，之后由泵泵送回集热管中加热。

图1 槽式太阳能热发电示意图图2 塔式太阳能热发电示意图塔式太阳能热发电如图2,塔式热发电也是利用反光镜聚集光线产生高温，只是其采用平面镜阵列远距离点聚光方式，聚光效率要低于近距离线聚光；但这种方式产生的温度较高（500摄氏度以上），作为发电热源更为优质，同时也有利于后面要提到的热蓄电。

其发电原理也与槽式相同，通过泵送熔融盐在热盐储存罐、冷盐储存罐以及聚光加热装置中循环，并在换热器中将热量传递给水，水蒸气推动透平发电，也构成一个封闭回路。

槽式热发电不需要高大的塔结构，聚光效率也更高；而塔式热发电无需复杂的管网结构，热量损失较低。

关于三种主要的光热发电数据摘自文献1，如表1。

表1 三种太阳能热发电发电参数发电方式槽式塔式碟式规模/MW 30-320 10-20 5-25温度/摄氏度30-320 565-1049 750-1382年容量因子23-50 20-77 25峰值效率20 232411-16 4-20 12-25年净效率商业化情况可商业化示范试验模型风险低中高上述两种光热发电占了规模太阳能发电量的绝大多数，尤其是槽式热发电，目前其发电成本已经下降至可商业开发的价格，发展前景广阔。

相变蓄热技术在热泵中的应用汪南，杨硕，朱冬生（华南理工大学化学与化工学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州，510640）摘要：本文综述了蓄热技术的研究进展及其在热泵中的应用，并重点介绍了一种相变蓄热式热泵热水器，最后对这种技术的发展进行了展望。

关键词：蓄热相变热泵热水器0 前言能源是一个国家经济增长和社会发展的重要物质基础，随着人类对能源的需求量不断增大，能源问题越来越引起人们的重视。

但是，大多数能源存在间断性和不稳定性的特点，导致大量热能在时间与空间匹配上的不平衡性，从而使得一方面能源短缺，另一方面又有大量余热被白白浪费。

因此，合理利用能源、提高能源利用率是当务之急。

蓄能技术就是采用适当的方式，利用特定的装置，将暂时不用的或者多余的热能通过一定的储能材料储存起来，等到需要时再利用的方法，是提高能源利用效率和保护环境的重要技术。

相变蓄热技术在太阳能、工业余热、废热利用以及电力调峰等方面具有很大的潜在应用优势，近年来引起了众多科研工作者的重视。

1 蓄热技术的研究进展1983年，美国Telkes博士在蓄热技术方面做了大量工作[1]。

她对水合盐，尤其是十水硫酸钠(Na2S04?10H2O)进行了长期的研究，对Na2S04?10H2O的相变寿命进行了多达1000次的实验，并预测该材料可相变2000次，并在马萨诸塞州建起了世界上第一座PCM被动太阳房。

20世纪70年代早期，日本三菱电子公司和东京电力公司联合进行了用于采暖和制冷系统的相变材料的研究，他们研究了水合硝酸盐、磷酸盐、氟化物和氯化钙。

在相变材料应用方面，他们特别强调制冷和空调系统中的储能。

东京科技大学工业和工程化学系的Yoneda等人研究了一系列可用于建筑物取暖的硝酸共晶水合盐，从中筛选出性能较好的MgCl2?6H20和Mg(NO3)2?6H2O共晶盐(熔点59.1℃)。

位于Ibaraki的电子技术实验室对相变温度范围为200～300℃的硝酸盐及它们的共晶混合物进行了研究。

高温相变材料的研究进展和应用摘要：随着全球性能源与环境的不断恶化，能源充分利用和新能源开发成为业界关注的重点。

相变储热是利用相变材料在其物相变化过程中从环境吸收热(冷)量或向环境释放热(冷)量，从而达到能量的储存或释放的目的，并能与新能源结合应用。

分析了高温相变材料的种类和各自特点，介绍了其在各行各业的应用情况，并对高温相变材料的未来发展进行了展望。

关键词：相变材料；储热材料；相变1引言物质相变过程是一个等温或近似等温过程，在这个过程中伴随有能量的吸收或释放。

相变储热是利用相变材料在其相变过程中，从环境吸收或释放热量，达到储能或放能的目的。

高温相变材料具有相变温度高，储热容量大，储热密度高等特点，它的使用能提高能源利用效率，有效保护环境，目前已在太阳能热利用、电力的“移峰填谷”、余热或废热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域得到了广泛的应用。

现阶段 ,人们关心比较多的新能源是太阳能 ,但是太阳能利用和废热回收存在时间和空间上的不匹配的问题。

相变储能材料可以从环境中吸收能量和向环境释放能量 ,较好地解决了能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾 ,有效地提高了能量的利用率。

同时相变储能材料在相变过程中温度基本上保持恒定 ,能够用于调控周围环境的温度 ,并且能重复使用。

相变储能材料的这些特性使得其在电力“移峰填谷”、工业与民用建筑和空调的节能、纺织品以及军事等领域有着广泛的应用前景。

2相变储热技术储热方法通常有3种：显热储热、化学反应储热和潜热储热(相变储热)。

相变储热可以实现能量供应与人们需求在时间和空间达到一致的目的，又具有节能降耗的作用。

相变储热材料按相变方式一般分为4类：固—固相变、固—液相变、固—气相变及液—气相变材料圈；按相变温度范围可分为高温、中温和低温储热材料；按材料的组成成分可分为无机类和有机类(包括高分子类)储热材料。

由于固一气相变材料相变时体积变化太大，使用时需要很多的复杂装置，在实际应用中很少采用。

太阳能集热循环温度设定1.引言1.1 概述太阳能集热循环是一种利用太阳能转化为可用能源的技术，在当今社会的可持续发展背景下备受关注。

该循环系统利用太阳能辐射的热量，通过特定的装置实现能量的转换和储存，使得我们能够利用这些能源来满足一定范围内的热水供应、空调制冷、热能发电等需求。

太阳能集热循环温度设定是指设置合适的温度范围来控制太阳能集热系统的工作状态。

这个设定的过程是对太阳能热量的充分利用和能源效率的提高非常关键的一步。

恰当的温度设定能够最大限度地提高太阳能集热系统的热利用率，同时还能够有效避免过热或过冷导致的设备损坏和能源浪费。

因此，合理的温度设定是确保太阳能集热循环正常运行和高效利用太阳能的关键要素之一。

在本文中，我们将探讨太阳能集热循环温度设定的基本原理以及其重要性。

首先，我们将介绍太阳能集热循环的基本工作原理，以便读者对整个系统有一个清晰的认识。

然后，我们将重点阐述温度设定的重要性，包括对系统效率和能源利用的影响。

此外，我们还将探讨如何通过优化温度设定来提高太阳能集热循环的性能。

通过深入研究太阳能集热循环温度设定的相关内容，读者将能够更全面地了解该技术，并且在实际应用中能够合理地控制温度，以实现更高的能源利用效率和节能减排的目标。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行展开讨论：第二章将介绍太阳能集热循环的基本原理。

我们将详细讲解太阳能集热循环如何通过吸收太阳能并将其转化为可用能源的过程。

此部分将介绍太阳能集热器、传热介质和热能转换装置等关键组件的工作原理。

第三章将着重探讨太阳能集热循环温度设定的重要性。

我们将分析不同温度设定对太阳能集热循环系统效率的影响，并介绍温度设定对系统性能和能源输出的关键性作用。

在第四章中，我们将总结温度设定对太阳能集热循环的影响，并提出一些优化方法和策略。

这些方法包括通过调整传热介质的流速和温度设定来提高系统的热效率，同时考虑到太阳能资源的变化和季节性变化。

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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。
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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。
在新能源，如太阳能、风能和海洋能等间歇性 绿色能源利用方面，相变储能技术也具有非常重 要的作用。
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。
很明显，相变储能系统要求具有相变材料和换 热器的知识。对相变储能系统的研发要求可以用 下面的流程图来表述。
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相 变 储 能 系 统 研 发 在 不 同 阶 段 的 流 程 图
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相变储能系统较显热储能系统成本高，而且， 相变材料需经历一个固化过程，因此一般情况下， 它在太阳能集热器中不适于作为传热介质。这样 在换热器中就必须使用与相变材料分开的热输运 介质。此外，相变材料的导热系数除金属材料外 均较差，这样换热器就要求较大，如果考虑到腐 蚀问题，利用特殊的容器也导致成本的增加。
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相变储能技术的基本原理：物质从一种状态变 到另一种状态叫相变。物质的相变通常存在以下 几种相变形式：固—气、液—气、固—液，而第 四种固—固则是属于从一种结晶形式转变为另一 形式的相转变。相变过程一般是一等温或近似等 温过程。相变过程中伴有能量的吸收或释放，这 部分能量称为相变潜热。相变潜热一般较大，不 同物质其相变潜热差别较大，无机水合盐和有机 酸的相变潜热在100～300kJ／kg，无机盐LiF可高 达1044kJ／kg，金属在400~510kJ／kg之间。利用 这个特点，我们可以把物质升温过程吸收的相变 潜热，加上吸收的显热一起储存起来加于利用。

储热可行性研究报告一、储热技术的概念及原理储热技术是一种能够将能源进行转化并长时间储存的技术，其原理涉及能量的转化、转移和保存。

通过将电力、热能等形式的能源转化为热能，并将其保存在合适的储热介质中，可以在需要时释放能量。

储热技术主要包括热储存、相变蓄热、化学储热以及压缩空气储能等方面，不同的技术具有各自的特点和应用范围。

1. 热储存技术热储存技术是一种将热能转化为其他形式的能源并储存的技术，常见的储热介质包括水、岩浆、熔盐以及熔蜡等。

通过在高温状态下将热能储存到介质中，可以在需要时释放能量，实现能源的高效利用。

热储存技术应用广泛，可用于太阳能、核能、生物质能等领域。

2. 相变蓄热技术相变蓄热技术是一种利用物质的相变过程吸收或释放热能的技术，常见的相变介质包括冰、盐水、蓄热板等。

通过在相变过程中利用物质的潜热储存能量，可以实现能源的高密度储存和高效释放。

相变蓄热技术具有响应速度快、效率高等优点，适用于太阳能、风能等间歇性能源的存储。

3. 化学储热技术化学储热技术是一种利用化学反应吸热或放热的原理储存和释放热能的技术，常见的化学反应包括水热分解、氢化反应以及碳燃烧等。

通过在化学反应中利用化学键的能量储存和释放热能，可以实现能源的高效储存和转化。

化学储热技术具有储存密度高、循环稳定等优点，适用于电力系统以及制热制冷系统的能源储存。

4. 压缩空气储能技术压缩空气储能技术是一种利用压缩空气储存和释放能量的技术，通过将空气压缩储存到容器中，并在需要时释放能量，可以实现能源的储存和转化。

压缩空气储能技术具有存储效率高、环境友好等优点，适用于消防、工程施工等领域。

二、储热技术发展现状1. 国内外研究进展目前，国际上各国对储热技术的研究进展迅速，德国、美国、日本等国家在太阳能、风能、核能等领域的储热技术上均取得了重要进展。

德国的太阳能热储存技术应用广泛，其通过岩浆、盐水以及沉积盐等介质实现对太阳能的长时间储存。

美国的化学储热技术在锂离子电池、燃料电池等领域应用广泛，通过利用化学反应释放储存的热能。

相变储热材料相变储热材料是一种具有储热和释热功能的材料，它能够在相变过程中吸收或释放大量的热量，因此在太阳能利用、建筑节能、环境控制等领域具有广泛的应用前景。

相变储热材料通过其独特的物理性质，为人们解决能源储存和利用方面的难题，成为绿色、高效的能源利用方式之一。

首先，相变储热材料的工作原理是什么呢？相变储热材料利用物质在相变过程中吸收或释放的潜热来实现储热和释热的功能。

在固液相变过程中，材料吸收热量，将固态转变为液态；而在液固相变过程中，材料释放热量，将液态转变为固态。

这种独特的物理性质赋予了相变储热材料储热和释热的功能，使其在能源利用方面具有重要的应用价值。

其次，相变储热材料有哪些应用领域呢？首先，它在太阳能利用方面具有重要的作用。

太阳能是一种清洁、可再生的能源，但由于日夜温差大、天气变化等因素，太阳能的利用效率较低。

而利用相变储热材料可以将太阳能吸收并储存在材料中，待需要时释放热量，提高太阳能利用效率。

其次，相变储热材料在建筑节能方面也有广泛的应用。

利用相变储热材料可以调节建筑内部的温度，减少空调和供暖的能耗，实现建筑节能的目的。

此外，相变储热材料还可以应用于环境控制领域，如温室种植、冷链物流等方面，为人们提供更加舒适和便利的生活环境。

最后，相变储热材料在未来的发展趋势是什么呢？随着人们对清洁能源和节能环保的重视，相变储热材料将会得到更广泛的应用。

未来，相变储热材料将不断优化材料性能，提高储热和释热效率，拓展应用领域，为人们提供更加高效、便捷的能源利用方式。

同时，相变储热材料的生产技术也将不断进步，降低材料成本，推动其产业化进程，为可持续发展做出贡献。

综上所述，相变储热材料具有独特的物理性质，为人们解决能源储存和利用方面的难题提供了新的思路和方法。

它在太阳能利用、建筑节能、环境控制等领域具有广泛的应用前景，未来将会得到更广泛的应用和发展。

相信随着科技的不断进步，相变储热材料将会为人们的生活带来更多的便利和舒适。

相变储能技术介绍及其展望能动学院能动A02王来升2010201104相变储能技术介绍及其展望摘要：相变储能材料作为一种提高能源利用稳定性以及效率的技术越来越受到人们重视,如何有效的对相变储能技术进行研究越来越受到人们的重视。

关键词：相变材料；应用；展望0引言:能源是人类赖以生存的基础。

随着人类生活以及生产活动的高速发展，我们对能源的需求量越来越大，而化石能源的日益枯竭、能源利用带来的污染问题却越来越严重。

如何提高能源的利用效率、最大限度的利用低品位能源、开发可利用的新能源成为当今社会的研究热点。

自20世纪七十年代石油危机后，热能存储技术在工业节能和新能源利用领域日益受到重视，在我国2000年前后，全面实行分时计度电价政策后，相变储能技术便成为工业和民用的热点，尤其是随着太阳能、风能和海洋能等间歇性绿色能源的发展，相变储能技术越来越受到人们的重视。

1.相变储能技术的发展概况1。

1国外相变储能技术的发展概况20世纪六十年代，美国国家航空航天局就非常重视相变技术在航天领域的应用用。

1980年美国 Birchenall等提出采用合金作为相变材料［1］，提出了三种典型状态平衡图和二元合金的熔化熵和熔化潜热的计算方法。

1991年德国Gluck和Hahne等利用/制成高温蓄热砖，并建立太阳能中央收集塔的蓄能装置［2]。

2001年Faird等以-6O作为相变材料采用微胶囊技术封装制备了相变储能地板［3］。

2006年Hammou等设计了一个含有相变材料的混合热储能存储系统［4]。

1。

2国内相变储能技术的发展概况在我国，二十世纪七十年代末、八十年代初，中国科技大学、华中师范大学、中国科学院广州能源研究所等单位就开始了对无机盐、无机水合盐、金属等相变材料的理论和应用作了详细的研究工作.西藏太阳能研究示范中心和华中师范大学共同利用西藏盐湖盛产的芒硝和硼砂等无机水合盐类矿产加入独特的悬浮剂等成功研制出太阳能高密度储热材料［5]。

光热发电相变储热技术
光热发电相变储热技术是一种应用于光热发电领域的储热技术，它通过熔盐的吸热、储热和换热实现能量的储存和释放。

下面以敦煌百兆瓦熔盐塔式光热电站为例，介绍光热发电相变储热技术的工作原理：- 吸热：1.2万面定日镜将太阳光反射并聚焦到260米高的吸热塔上，其中的熔盐蓄热介质可以将光热能量转化为热能，从而使低温熔盐瞬间升至几百摄氏度的高温。

- 储热：一部分热熔盐进入蒸汽发生器系统产生过热蒸汽，驱动汽轮发电机组发电；另一部分热熔盐被存储在热熔盐罐中，为日落后满负荷发电储存“太阳能”。

- 换热：在夜间或光照不足时，储存的热熔盐可以释放出热量，通过换热系统产生蒸汽，驱动发电机继续发电。

光热发电相变储热技术的优点是储热密度高、成本低、寿命长，并且可以实现长时间的储热，因此在光热发电领域得到了广泛的应用。

相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性实验研究的开题报告一、研究背景及意义能源紧缺和环境污染愈加突出的今天，采用PCM（相变材料）作为储热材料，对于太阳能、热泵和其他形式的集中供热系统得到广泛应用，是现代节能建筑的重要组成部分。

相变材料储热具有高储热密度、释放热量温度稳定、无潜在危险、低成本等优点，近年来，PCM储热技术在集热板和双曲面镜辐射器的热储存中得到了广泛应用。

本课题将研究相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性，该类型的储热系统能够更好地解决现有储热系统在储存效率和温度稳定性方面的问题，有很大的应用前景。

本研究不仅可以为PCM储热技术提供新的思路和方法，同时对于建筑节能、太阳能热利用系统等领域具有一定的指导意义。

二、研究内容和技术路线研究内容：1. 制备相变微胶囊悬浮液。

2. 构建相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统实验平台。

3. 研究相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性。

技术路线：1. 合成相变微胶囊。

2. 制备相变微胶囊悬浮液。

3. 构建相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统实验平台，设计相关实验装置及测量系统。

4. 进行自然对流换热储热实验，测量相变微胶囊悬浮液的内部温度变化及储热性能。

5. 对实验结果进行分析和处理，得出相关结论和建议，最终完成论文撰写和实验报告。

三、预期研究成果本研究将获得相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性的实验结果，并对系统在不同条件下的热传递机理、储热能力等方面进行分析和探讨。

预计将得到以下研究成果：1. 相变微胶囊的制备方法和性质表征。

2. 相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热特性实验结果及分析。

3. 相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统的优化设计和性能评估。

四、研究时间计划1. 第一年：项目开展前期调研工作，熟悉PCM储热技术和自然对流换热储热原理；制备相变微胶囊；设计相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热系统实验平台及测量系统。

2. 第二年：进行相变微胶囊悬浮液自然对流换热储热实验，并进行数据处理和分析；撰写论文初稿。

相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况18?材料导报A:综述篇2011年10月(上)第25卷第10期相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况张洋,李月锋,李明广,张东(同济大学材料科学与工程学院,上海200092)摘要综述了相变储能材料的循环热稳定性以及与容器相容性的研究进展;介绍了各类相变材料的循环热稳定性和太阳能相变储能材料与金属容器的相容性,以及相变材料循环热稳定性,容器腐蚀程度的表征方法;展望了太阳能相变储能技术的重要意义,并提出了相变材料特别是中高温相变材料在热性能及与容器相容性所面临的挑战和解决方向.关键词相变材料热稳定性太阳能热发电金属腐蚀ProgressinCyclicThermalStabilityandCompatibilitywithContainersof PhaseChangeMaterialsZHANGY ang,LIYuefeng,LIMingguang,ZHANGDong (SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092) AbstractThepapersummarizestheresearchsituationofthecyclicthermalstabilityandcomp atibilitywithcontainersofphasechangematerials.Itintroducesthecyclicthermalstabilityandcompatibil ityofdifferentkindsofphasechangematerials,andpresentsthemethodsofcharacterizationofcyclicthermalstabilit yandcompatibilitywithcontainers,anddiscussesandprospectstheimportanceandthechallengeofthephasechange materialsappliedinthesolarpowergeneration.Keywordsphasechangematerials,thermalstability,solarpowergeneration,metalliccorrosi onO引言世界各国都在设法增加可再生能源的开发和利用以应对能源短缺问题.在众多的可再生能源中,太阳能资源非常丰富,而且太阳能热发电系统(SDPS即Solardynamicpowersystem)不会耗用化石能源,无污染,是生态环境和谐的清洁发电系统.然而由于昼夜交替,阴晴雨雪等自然现象,导致太阳能的不连续性和波动性,造成了太阳能的供给和需求之间的不匹配.相变储能材料(Phasechangeenergystoragematerials)可以将能量以相变潜热的形式储存起来,再根据不同的需求将储存的能量释放出来.它对于能源的开发和合理利用具有重要的意义,在太阳能热发电,工业热利用及余热回收方面有着显着优点.现阶段的太阳能储热主要有3种形式,即显热储热,相变储热和化学反应储热.根据储热材料的使用特点,其一般都要满足以下几点要求_】]:①储热密度大.②稳定性好.对单组分材料要求不易挥发和分解;对多组分材料,要求各组分间结合稳定,不发生离析现象.③无毒,无腐蚀,不易燃易爆,且价格低廉.④导热系数大,能量可以及时地储存或取出.⑤不同状态间转化时,材料体积变化要小.⑥合适的使用温度.在实际工程应用中,相变材料在尽量满足上述条件的同时,还应有较长的使用寿命,即材料在多次储放热循环后热物性的可靠性和稳定性.1相变材料的循环性能相变材料按相变的温度范围来看,可分为高温,中温和低温3类.高温相变材料主要是一些熔融盐,金属合金等;中温相变材料主要是一些水合盐,有机物和高分子材料;低温相变材料主要是冰,水凝胶等[3].1.1高温相变材料的循环性能目前高温相变材料中广泛研究的有熔融盐和金属合金等,具有相变潜热高,导热系数大,相变体积变化小等优点,因此未来会广泛应用于太阳能热发电,电力,工业余热,太空站及军事等领域.1.1.1高温无机盐相变材料目前,高温无机盐相变材料主要为高温熔融盐,部分碱,混合盐,高温熔融盐主要有氟化物,氯化物,硝酸盐,硫酸盐*教育部新世纪人才支持计划(NCET-07—0626);上海市"科技创新行动计划"基础研究重点项目(09JC1414400);国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2009AA05Z419)张洋:女,1987年生,硕士研究生,主要从事中高温相变储能复合材料的研究E-mail:zhangyanglucky**********张东:通讯作者,男,1968年生,教授,博导,研究方向为功能材料E-mail:*******************.cn 相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况/张洋等?19?以及它们的混合盐等.它们具有较高的相变温度,导热系数较大,粘度低,相变潜热较大,是一种理想的高温传热储热介质.其中无机盐高温固一固相变储能材料发生相变时,相变焓较高,过冷程度轻,稳定性好且腐蚀轻.目前,已研究过的此类相变储能材料有NHSCN,KHF等物质,KHF.的熔化温度为196~C,熔化热为142kJ/kg[].另外,高温无机混合盐除了熔化热大,传热较好外,最大优点是熔融温度可调,转变温度范围宽,可以根据需要把不同的盐配制成相变温度从几百摄氏度至上千摄氏度的储能材料.表1列出了部分无机盐高温相变储能材料热物性值.表1部分无机盐高温相变储能材料热物性值Table1Thermalpropertiesofsomeinorganicphasechangematerials目前,胡宝华等_7]得到氯化物熔盐的适宜使用温度在550~800oC,为氯化物熔盐在太阳能高温利用中的使用提供了宝贵数据.廖敏等[8利用静态熔融的方法制备了碳酸钠一碳酸钾新型熔盐,氯化钠改性后的碳酸熔盐具有熔点I:L--元碳酸熔盐低,相变潜热大和在850℃以下热稳定性好的特点. 国外对混合熔融硝酸盐进行了深入研究,证明两种混合硝酸盐SolarSalt与Hitec非常适合聚光太阳能高温热发电的使用["].V enkatesetti等.将三元盐NaNO3-NaC1-Na2SO4 (86.3mol一8.4mol一5.3mol)和二元共晶混合物NaNO3一NaOH(70mol一30mol)高温循环140次,200次, 300次后分别用DSC测量,得到结论:二元混合物在400℃以下热性能稳定,三元共晶盐在450℃以下热性能稳定.表2部分金属及合金相变储能材料热物性值Table2Thermalpropertiesofsomemetalandalloy phasechangematerials物质(质量分数/)熔化温度/'c熔化热/(kJ/kg)1.1.2高温金属合金相变材料金属相变材料具有储能密度大,储热温度高,热稳定性好,相变时过冷度小,相偏析小等特点,在高温相变储能的应用中具有极大的优势l_】.相变储热材料除金属外热导率一般比较低,如硝酸盐类导热系数一般低于0.5W/(m?K),这样储放热需要更长时间,或在储放热时需要更大的温差口, 而金属的导热系数大,甚至是有机相变材料的几百倍,因此传热能力特好,相应的储能换热设备的体积也小.例如,A1, Cu,Mg,Si,Zn等,它们的相变温度一般介于700～900K之间,导热系数高,相变潜热大,因此成为主要的金属相变储能材料(见表2).张仁元[1]开发了Al一34Mg-6Zn合金,其相变温度为450℃,经过1000次储热循环,相变温度降低了3℃,相变焓降低了1O,对不锈钢容器的腐蚀也较小,经过1000次循环,质量损失为7.2158mg/cm.,腐蚀速度为0.0829mg/d.李辉鹏等l_】]对储能铝硅合金进行热循环实验,经过1600次循环后相变起始温度及相变潜热变化很小,具有优良稳定的储热性能.沈学忠_l.]对铝硅二元共晶合金相变材料进行1800次的热循环,铝硅合金的熔点升高0.42,潜热降低4.7,铝硅合金具有很好的热稳定性.1.1.3高温相变复合储能材料近年来,高温相变复合储能材料应运而生,其既能有效克服单一的无机物或有机物相变储能材料存在的缺点,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围.(1)金属/无机盐相变复合材料:金属基主要包括铝基(泡沫铝)和镍基等,相变储能材料主要包括各类熔融盐和碱.祁先进等[1胡采用KC03,NaCOLi2CO.,LiOH和NaOH等为相变材料,以多孔质金属镍为原料制备了性能稳定的新型高性能复合蓄热材料.王华等l_2..利用LiF-NaF_ KF,Li2CO3一Na2C03,NaC1一MgC12和Li0H—LiC1分别与多孔质金属镍和铝制成新型的复合相变材料,其具有更高的热储存能力.崔海亭等利用泡沫金属骨架材料附着固一液相变蓄热材料,高温相变蓄热材料占总质量的6O～95.(2)无机盐/陶瓷基相变复合材料:由多微孔陶瓷基体和分布在基体微孔网络中的相变材料(无机盐)复合而成,使用过程中既可以利用陶瓷基材料的显热,又可以利用无机盐的2O?材料导报A:综述篇2011年10月(上)第25卷第1O期相变潜热,而且其使用温度随复合的无机盐种类不同而变化l_2.王华等采用熔渗法进行了LiC1一KC10,I.iF-KF, LiCO.一K:CO.一Na:CO.等相变材料与MgO和SiC多孔陶瓷基体的复合试验研究.黄金等[2制备了NaS()/SiO:定形复合储热材料,并研究了其微观浸润机理和热物理性质.吴建锋等口采用熔融浸渗法将SiC泡沫陶瓷与NaC1复合,成功制备了高温复合蓄热材料.美国Terry等[29,30研究了复合材料的配方,制备工艺和由复合材料制成的元件构成的储热系统的整体性能.Tamme等口完成了NaSO4/SiO和Na—Ba—CO./MgO两种复合储能材料的制备工艺,力学性能和储热性能的研究,并制成了NaSO/SiO.的D30产品,其热物性,力学性能和化学稳定性经多次使用之后并无衰减.(3)多孔石墨/无机盐相变复合材料:此类物质是利用天然矿物本身具有孔洞结构的特点,经过特殊的工艺处理与相变材料复合,如膨胀石墨层间可以浸渍或挤压熔融盐等相变材料l3.DoCoutoAktay等..]用KNO3一NaNO3和膨胀石墨制成导热系数为5～15w/(m?K)的相变储能复合材料,与纯无机混合盐相变材料相比,复合材料的导热系数提高为原来的3～5倍.张焘等_3采用水溶液法制备了二元无机混合盐/膨胀石墨复合相变储能材料,结果表明膨胀石墨对NaNO3-LiNO3(4.5-5.5),Ca(NO3)2一NaNO3(4.0—7.0),Ca(NO3)2-IiNO3(2.0-5.O),Ba(NO.)2-NaNO.(1.0-4.5), LiCI—LiNO.(1.O-10)5种二元无机混合盐的导热系数均有所提高.1.2中温相变材料的循环性能1.2.1水合盐相变材料结晶水合盐通常是中,低温相变储能材料中的重要一类,具有使用范围广,价格较便宜,导热系数大(与有机类相变材料相比),熔解热较大等优点.结晶水合盐的相变温度范围广,提供了熔点从几摄氏度到一百多摄氏度的可供选择的相变材料.一直以来人们在结晶水合盐的研究方面做了很多工作,研究了碱金属,碱土金属以及铝,锌,锰,铁等金属的硫酸盐,磷酸盐,硝酸盐,碳酸盐,醋酸盐,氯化盐等不同结晶水合盐.].Delvalle等利用"doublecell"测试系统对CaC1.?6H.O进行了2000次热循环实验,结果表明相变热和相变温度都没有明显的变化.Jotshi[3.利用铵明矾/硝酸铵共晶盐作为太阳采暖应用,1100次循环后,发现相变热比最初值降低了57o.1.2.2有机类相变材料典型的有机类相变材料有石蜡,酯酸类,多元醇类,高分子交联树脂和一些接枝共聚物等,其优点是固体成型好,不易发生相分离及过冷,腐蚀性较小,但与无机储热材料相比其导热系数较小『3].AtulSharma等[4l_研究了纯度为商品级的乙酰胺,硬脂酸,石蜡经过1500次加速热循环后其融化温度和融化热的变化,发现硬脂酸在一个宽的温度范围融化,有两个熔点并且融化热有大的变化.AhmeSari等[4研究了工业级(纯度为90～97)月桂酸一硬脂酸,肉豆蔻酸一棕榈酸,棕榈酸一硬脂酸共晶混合物作为潜热储存材料的热性能,并且通过360次加速热循环实验研究了这些材料的热稳定性.张东等.]以癸酸(Capricacid,CA),肉豆蔻酸(Myris—ticacid,MA)分子合金为例,研究了脂肪酸类相变材料的高周次热稳定性,并在此基础上分析了利用脂肪酸类相变材料进行建筑物空调用电负荷调峰的应用效果.1.3相变材料的高温循环劣化的表征方法相变材料经过多次相变转换后变得不稳定,会发生缓慢的反应并放出气体,使相变材料的熔点发生变化,甚至导致相变材料的变质.因此,随着实际应用需求的不断提高,对相变材料的热稳定性分析显得尤为重要.目前相变材料的热稳定性分析主要从以下几个方面进行评价¨4】:(1)微量相变材料的DSC分析.利用相变材料多次热循环前后的DSC图像,通过比较分析熔融,结晶的起始,终止温度以及对应相变焓的变化,评定相变材料的热稳定性和劣化程度.(2)质量损失率曲线分析.将一定量的相变材料于相应温度下恒温加热一段时间后取出,冷却称量,用质量损失对时间作图即得到该温度下相变材料的质量损失率.进行多次循环实验,通过质量损失率曲线判定相变材料的劣化程度.(3)热循环储放热分析.以温度对相变材料循环时间作图,得到相变材料的冷热循环曲线.通过在多次升降温的过程中是否保持熔化温度和凝固温度基本不变来衡量相变材料的稳定性及劣化程度.(4)持续高温和热循环前后的组成变化.测定相变材料在热循环前后的X射线衍射图(傅里叶红外光谱图),比较它们的变化.2相变材料与容器的相容性2.1金属材料的腐蚀金属腐蚀是指材料因与环境反应而引起的损坏或变质.金属的腐蚀按照机理可分为化学腐蚀,电化学腐蚀和物理腐蚀.所讨论的相变材料对金属的腐蚀一般属于电化学腐蚀E.根据腐蚀破坏形式的不同,对金属腐蚀程度有不同的评定方法.对于全面腐蚀来说,通常用平均腐蚀速度来衡量.平均腐蚀速度可用失重法,深度法,容量法和电流密度法得NE.2.2相变材料对金属材料的腐蚀相变材料对金属的腐蚀因相变材料种类的不同而不同.一般中低温有机相变材料对金属的腐蚀属于化学腐蚀,而有机液体的腐蚀也属于化学腐蚀;熔盐对金属的腐蚀是电化学腐蚀;熔融金属的腐蚀为物理腐蚀,熔盐与熔融金属对金属容器的腐蚀也可称为高温液态腐蚀.无机盐,金属及合金等在高温下具有较强的腐蚀性,熔盐腐蚀普遍存在于相变材料的应用中.熔盐腐蚀形式分为两类:一类是金属被氧化成金属离子,这是熔盐腐蚀的主要形式,阴,阳极间的电位差是腐蚀反应的推动力,而氧化剂的相变储能材料循环热稳定性及与容器相容性研究概况/张洋等?21? 迁移速度控制腐蚀的反应速度;另一类是以金属态溶解于熔盐中,不伴随氧化作用,如铅浸入氯化铅熔盐中产生的腐蚀.国内外对于相变材料与容器的相容性问题做了大量的研究工作.李辉鹏_4选择铝硅合金作为相变储能材料,在经过240次的热循环测试后,碳化硅试样基本没有被腐蚀,明显比316不锈钢,石墨的抗熔融铝硅合金液腐蚀性能优越.孙立平等_{阳测试了304,316,321不锈钢对熔融盐氯化镁,氯化钾,氯化钠的耐腐蚀性.Heine等[49_研究了4种金属对熔点在235857℃范围的6种熔融盐的耐腐蚀性能.Misra等叨研究了氟化盐和钴基,铁基,镍基结构合金和一些难熔金属的相容性.Faget[5研究了LiOH和氟化物与20种结构合金的相容性,在高于熔点27~28℃的情况下,经过2700次循环和4700次循环后,分析了各种共晶物对不同合金的腐蚀情况.Bradshaw_5]对不锈钢和碳钢在混合硝酸钾和硝酸钠中的腐蚀行为进行了详细的实验.Sandia研究中心(Ns1vrF)_5胡采用6ONaNO3,40KNO3(solarsalt)与硅石(silicasand),石英石(quartziterock)相结合进行研究,研究表明在290~400℃之间,经过553次循环试验后没有出现填料腐蚀性问题.后来,该研究中心又用44Ca(NO.),12%NaNO.,44KNO.(HitecXL)作试验,结果表明在450～5OO℃之间,经过10000次循环试验后,填料与熔融盐相容性仍很好.邹向等_5研究了A3碳钢,1Cr18Ni9Ti,OCrl8Ni9在605℃的铝硅熔体中的腐蚀行为,得出A3碳钢腐蚀层厚度按线性生长,1Cr18Ni9Ti,OCrl8Ni9按抛物线规律生长.余岩等]研究了铝合金处于620℃以下的熔融状态,2mm厚的Q235,OCrl8Ni9Ti,CK;r25Ni20不锈钢等作容器材料的腐蚀行为,并涂以高温涂料进行对比,得出估计使用寿命可在10年以上的结论.张国伟得出了作为电极材料的1Cr18Ni9Ti不锈钢在铝熔液中腐蚀层的厚度约为lO/~m的结论.刘斌等[6对2520,304,321和316L4种常用不锈钢在混合氯化盐中的腐蚀情况进行了实验研究,并与混合硝酸盐的腐蚀特性进行了对比.结果表明,混合氯化熔盐比混合硝酸盐腐蚀性大.2.3应用于相变材料对金属高温腐蚀的研究方法(1)形貌分析对经过多次热循环腐蚀的试样进行表观检查:注意腐蚀产物的形态和分布,以及厚度,颜色,致密度和附着性;对受腐蚀试样进行断口分析,用金相显微镜和SEM扫描电子显微镜观察试片在不同相变材料中腐蚀后的微观表面形貌.(2)表面成分分析采用X射线光电子能谱法和X射线衍射法,显微激光拉曼光谱法,对经不同条件循环腐蚀的容器试片进行表面分析.(3)失重法失重法[45_的具体方法是:选用质量分数为2O的NaOH和浓HC1作剥离液,将腐蚀试样从熔融液中取出,待降至室温后,将其浸人90℃,质量分数为2O%的NaOH溶液中,立即发生剧烈反应,放出大量气体;待反应趋于缓和后取出试样,用大量清水冲洗,并用脱脂棉擦拭试样表面疏松的沉积物;然后浸于室温下的浓HC1中不超过3min,取出后用大量清水冲洗,并用脱脂棉擦拭试样表面疏松的沉积物,最后再浸入9O℃,质量分数为20的NaOH溶液中,重复上述过程数次,直到试样浸入热NaOH溶液中无气泡产生为止, 也就是说表面的氧化物剥离干净了,然后干燥称重.剥离层(腐蚀层)的厚度由式(1)计算:D重=am/(S?p)'(1)式中:D失为腐蚀层的厚度;Am为腐蚀层的质量;S为试样表面积;为材料的质量密度.相应的腐蚀速率:V|一△/(S?)(2)式中:t为腐蚀时间.(4)深度法_446_直接测量腐蚀前后或腐蚀过程中某两个时刻的试样厚度.3结语相变储能材料特别是高温熔盐在节能和合理利用能源方面的应用,其各种化学,物理性质还缺乏一个国家或国际标准来标定;各种相变材料生命周期问的热稳定性(热循环) 以及与容器的相容性(腐蚀性)数据资料不充分,且没有一个国家或国际统一标准来标定腐蚀程度;随着相变材料的相变温度升高,测量相变材料的经典方法面临着挑战,需要发展高温状态下相变材料各种热物理性质的测试方法和测试流程.虽然对相变储能材料的研究还有许多要解决的问题,需要更加深入的研究,但是在不久的将来会有更多类型的相变储能材料应用于社会的各个领域中,特别是太阳能热发电技术日渐成熟,发电成本不断降低,太阳能热发电将进入商业化,为节约能源作出贡献.参考文献1刑玉民,崔海亭,袁修干.高温熔岩相变储热系统的数值模拟EJ].北京航空航天大学,2002,28(3):2952林怡辉.有机一无机纳米复合相变储热材料的研究[D].广州:华南理工大学,20013张仁元.相变材料与相变储能技术[M].北京:科学出版社, 20094BelenZalba,JoseMMarin,LuisaFCabeza,eta1.Review onthermalenergystoragewithphasechangematerials,heat 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基于相变材料的储热器及其传热强化研究进展摘要：能源是人类文明进步的基础和动力，有关国家的生计和国家安全对于促进经济和社会发展至关重要。

能源的开发和利用促进了人类社会的发展和全球经济的繁荣，但也对人类生存所依赖的环境造成了严重破坏。

为促进人类全面生态文明建设和中国的可持续发展，中国向联合国大会发表了相关声明:力争到2030年达到二氧化碳排放高峰，力争到2060年实现碳中和。

实现零排放目标需要对中国目前的能源体系进行重大改革。

根据中国能源基金会发表的《2020年中国碳中和报告》，中国实现零碳净排放量的道路必须基于五项战略:可持续能源消费、电力部门碳中和、最终能源部门电气化、低碳燃料转换关键词：相变储热；储热器件；结构优化；传热强化引言利用清洁可再生的太阳能是解决环境污染和能源紧缺的途径之一。

然而，太阳能的间歇性和时空分布不均匀性易造成能源供需不匹配的问题。

储热（ThermalEnergy Storage,TES）技术能够缓解上述不足。

相较于显热储热（Sensible Heat Therma lEnergy Storage，SHTES）系统，采用相变材料（Phase Change Material,PCM）储热的潜热储热（Latent Heat Thermal Energy Storage，LHTES）系统具有储热密度大、储热过程几乎恒温、系统占地面积小等特点，被广泛应用于太阳能集热、绿色建筑、电子器件冷却、冷链运输等领域。

1相变储热器件结构分类目前来说，基于LHS的研究主要分为3个方面：一是使用高导热添加剂和多孔介质来增强PCM的导热性；二是改善传热流体(heattransferfluid，HTF)和PCM之间传热均匀性；三是储热器件层面的传热强化。

增强PCM的导热性主要是通过复合不同种类的PCM，提升复合材料的导热性能，拓宽PCM使用范围。

总结了LHSS中PCM强化技术的最近进展，目前国内外主要研究将高导电材料/颗粒用于PCM中，进而增加PCM的导热性，除此以外，级联布置PCM和复合多种PCM也是强化技术的热门研究方向。