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蓄热材料种类
来源: | 作者:jubaolongnaihuo | 发布时间: 2020-01-16 | 229 次浏览 | 分享到:
蓄热材料就是一种能够储存热能的新型化学材料。它在特定的温度( 如相变温度) 下发生物相变化,并伴随着吸收或放出热量,可用来控制周围环境的温度,或用以储存热能。它把热量或冷量储存起来,在需要时再把它释放出来,从而提高了能源的利用率。

按蓄热方式来分,蓄热材料可以分为四类:显热蓄热材料 、相变蓄热材料、热化学蓄热材料和吸附蓄热材料

1、显热蓄热材料

显热蓄热材料是利用物质本身温度的变化过程来进行热量的储存,由于可采用直接接触式换热,或者流体本身就是蓄热介质,,因而蓄、放热过程相对比较简单,是早期应用较多的蓄热材料。在所有的蓄热材料中显热蓄热技术最为简单也比较成熟。

显热蓄热材料大部分可从自然界直接获得,价廉易得。显热蓄热材料分为液体和固体两种类型,液体材料常见的如水,固体材料如岩石 、鹅卵石 、土壤等,其中有几种显热蓄热材料引人注目 ,如Li2O与Al2O3、TiO2等高温烧结成型的混合材料。

由于显热蓄热材料是依靠蓄热材料的温度变化来进行热量贮存的 ,放热过程不能恒温 ,蓄热密度小 ,造成蓄热设备的体积庞大,蓄热效率不高,而且与周围环境存在温差会造成热量损失 ,热量不能长期储存 ,不适合长时间、大容量蓄热 ,限制了显热蓄热材料的进一步发展。

2、相变蓄热材料

相变蓄热材料是利用物质在相变(如凝固/熔化、凝结/汽化、固化/升华等)过程发生的相变热来进行热量的储存和利用。

与显热蓄热材料相比 ,相变蓄热材料蓄热密度高,能够通过相变在恒温下放出大量热量。虽然气一液和气一固转变的相变潜热值要比液一固转变 、固一固转变时的潜热大,但因其在相变过程中存在容积的巨大变化,使其在工程实际应用中会存在很大困难 。根据相变温度高,潜热蓄热可分为低温和高温两种,低温潜热蓄热主要用于废热回收 、太阳能储存以及供热和空调系统。高温相变蓄热材料主要有高温熔化盐类 、混合盐类 、金属及合金等 ,主要用于航空航天等。常见的潜热蓄热材料有六水氯化钙、三水醋酸钠 、有机醇等 。

潜热蓄热方式具有蓄热密度较高(一般都可以达到200kJ/kg以上),蓄、放热过程近似等温,过程容易控制等优点,因此相变蓄热材料是当今蓄热材料研究和应用的主流。

3、热化学蓄热材料

热化学蓄热材料多利用金属氢化物和氨化物的叮逆化学反应进行蓄热,在有催化剂、温度高和远离平衡态时热反应速度快。国外已利用此反应进行太阳能贮热发电的实验研究 ,但需重点考虑储存容器和系统的严密性 ,以及生成气体对材料的腐蚀等问题 。

热化学蓄热材料具有蓄热密度高和清洁、无污染等优点 ,但反应过程复杂 、技术难度高 ,而且对设备安全性要求高,一次性投资大 ,与实际工程应用尚有较大距离。

4、吸附蓄热材料

吸附是指流体相(含有一种或多种组分的气体或液体)与具有多孔的固体颗粒相接触时 ,固体颗粒(即吸附剂)对吸附质的吸着或持留过程。因吸附剂固体表面的非均一性 ,伴随着吸附过程产生能量的转化效应 ,称为吸附热。在吸附 脱附循环中,可通过热量储存、释放过程来改变热量的品位和使用时间,实现制冷、供热以及蓄热等目的。

吸附蓄热是一种新型蓄热技术”,研究起步较晚 ,是利用吸附工质来对吸附/解吸循环过程中伴随发生的热效应进行热量的储存和转化。吸附蓄热材料的蓄热密度可高达800 ~1000kJ/kg,具有蓄热密度高、蓄热过程无热量损失等优点。由于吸附蓄热材料无毒无污染 ,是除相变蓄热材料以外的另一研究热点 ,但由于吸附蓄热材料通常为多孔材料 ,传热传质性能较差 ,而且吸附蓄热较为复杂,是重点研究解决的问题。

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