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1、第19卷第1期河北工业大学成人教育学院学报Vol.19No.12004年3月JournalofAdultEducationSchoolofHebeiUniversityofTechnologyMar.2004无机相变贮能材料的应用研究进展刘 乐(河北工业大学 天津市 300130)摘 要 主要介绍了无机固液相变贮能材料的种类,重点说明了其固有的缺陷以及相应的解决办法。并着重总结了两种常用的无机固—液相变贮能材料———十水合硫酸钠、六水合氯化钙。关键词无机固—液相变贮能材料;十水含硫酸钠;六水合氯化钙由于能源危机愈演愈烈,环境恶化日趋严重,利用相变材料的相变潜热进行能量的贮存和应用,在太
2、阳能、废热、废冷等节能领域中有着诱人的应用前景,目前已成为日益受到人们重视的一种新兴材料。特别是在贮能相变材料的性能、选配及其热物性的测定,相图相律,晶体生长,相变传热,相变贮能设计及相变贮能的若干应用等研究方面取得了很大的突破。近年来美、日、德等国都发表了许多关于相变材料的研究论文和专利,并开始了实用性实验。研究表明,相变材料的温控系统有如下优点:(1)简单的装置,不必要成套的管路装置和设备。(2)管理和维修简便,方便使用。(3)可充分利太阳能和废热(冷),并有显著的节能效率。根据相变温度,相变材料可分为高温、常温和低温材料。高温材料在200—1000℃范围,主要是一些无机盐类,适用
3、于一些特殊的高温环境。常—低温材料在-20—200℃范围,主要是一些无机盐水合物、有机物、高分子,适用于工农业、民用等。根据相变材料的性质,一般可分为有机分合物和无机化合物二大类。据相变材料相变过程的形态不同,又可分为固一液、固—固、固—气,液—气四种相变形态。由于后两种相变方式在相变过程中伴随有大量气体的存在,使材料体积变化较大,因此尽管它们有很大的相变焓,但在实际应用中很少被选用,固—固相变通常也易发生严重过冷、贮热性能衰退快且容器价格高,因此研究和应用较多的是固—液相变材料。1 无机固—液相变贮能材料的种类目前国内外研制的作为无机固—液相变贮能材料主要包括无机物的结晶水合盐类。结
4、晶水合盐类是中、低温相变贮能材料中的重要类型,其相变温度一般在0—150℃之间不等,具有较大的熔解热和固定的熔点。它们具有使用范围广、导热系数大、溶解热较大、贮热密度大、相变体积变化小、一般呈中性、毒性小、价格便宜等优点。1.1 醋酸钠类三水醋酸钠(CH3COONa·3H2O)的熔点是58.2℃,熔解热250.8J/g,属于中低温贮热材料。但三水醋酸钠作为贮热材料,其最大的缺点是易产生过冷,使释热温度发生变动。而且由于随温度降低过冷液体粘度不断增加,分子的定向排列运动受到障碍,从而在过冷程度很大时,会形成非晶态物质,相应的相变潜热也会随之减小。为了消除这种过冷现象,通常要加入防过冷剂以
5、消除此过冷现象。可作为三水醋酸钠防过冷剂的物质有Zn(OAC)2Pb(OAC)2Na4P2O7·10H2OLi2TiF6等。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收稿日期:2003-12-4 刘 乐 男 1980年生 硕士研究生第1期 刘 乐 无机相变贮能材料的应用研究进展15此类防相分离剂。三水醋酸钠在用于人体及玻璃暖房或住宅等控温保暖时,熔点显得稍高些,需加入低熔点的水合盐类等凝固点调整剂,但溶解潜热也随之降低。和田隆博等采用醋酸钠、尿素与水以适当比例配合,既降低了相变温度,桑中维持相高的相变潜热。1.2 氟化物
6、氟化物是非含水盐,主要为某些碱及碱土金属氟化物、某些其他金属的难溶氟化物等,熔高点,熔融潜热大,属于高温型贮热材料。为调整其相变温度及贮热量,氟化物作为贮热剂时多为几种氟化物配合1.3 磷酸盐类虽然磷酸盐通常只作为辅助贮热剂使用,但磷酸氢二钠的十二水盐(Na2HPO4·12H2O)却可作为主贮热剂。它的熔点为35℃,溶解潜热205J/g,是一种高相变贮热材料。但它的过冷温差较大,凝固的开始温度通常为21℃。一般可利用粉末无定形碳或石墨、分散的细铜粉、硼砂以及Ca2SO4、CaCO3等无机钙盐作为防过冷剂。Na2HPO4·12H2O类贮热剂较适合于人体的应用,在太阳能贮热、热泵及空调等使
7、用系统中也具有非常合适的相变温度和高的熔化热。1.4 氯化钙类氯化钙的含水盐(CaCl2·6H2O)熔点为29℃,溶解潜热180J/g,是低温型贮热材料。氯化钙的含水盐的过冷非常严重,有时甚至达0℃时其液态熔融物仍不能凝固。常用的防过冷剂为BaS、CaHPO4、CaSO4、Ca(OH)2及某些碱土金属过渡金属的醋酸盐类等。此类水合盐熔点接近于室温,无腐蚀、无污染,溶液是中性,所以最适合于温室、暖房、住宅及工厂低温废热的回收等方面。1.5 硫酸钠
