中温相变蓄热材料研究进展_左远志
聚氨酯型复合定形相变储能材料研究进展
随着经济社会的发展，人们对能源的需求日益增加，不可再生能源的急剧消耗及其产生的环境污染已成为当今社会面临的严峻问题。
因此，开发新的能量存储技术，提高能源利用率，与开发新能源同等重要。
热能作为能源供应最重要和最基本的能量形式，其储存方式分为显热储热、化学反应储热和潜热储热，其中潜热储热（相变储热）是利用相变材料（PCMs）作为储能介质，利用其相态转变吸收或释放热量，达到储能调温的目的。
在各种相态转变过程中，固液转变具有体积变化小、相变焓值大、相变温度易于调节等优点，因此固-液相变材料是相变储能材料最重要的类别，但相变后易流动、需容器额外封装。
为解决此问题，人们通过物理或化学的方法将固-液相变材料与支撑材料复合，制备定形相变材料，防止其相变后流动。
在各种定形相变材料中，聚氨酯定形相变材料除了能解决以上问题，同时还具有高分子材料良好的可加工性能以及力学强度高、耐腐蚀性强等优点，在聚氨酯分子链中，由硬段形成的硬段微区作为聚氨酯相变材料的结构框架，软段作为功能载体，软段结晶和硬段微区形成的“物理交联点”赋予聚氨酯定形相变功能。
因此其不仅本身可以经历定形相变，同时还能作为支撑材料进一步负载其他固-液相变材料形成复合结构。
本文对聚氨酯型相变材料按线性嵌段结构、交联网状结构、复合型与导热增强型进行介绍，归纳、总结了聚氨酯定形相变储能材料的制备途径、相变储能特性与应用性能等方面的研究进展。
摘要：为提高热能利用效率，发展相变储能材料备受关注，传统相变储能材料具有较高的相变焓值和适宜的相变温度，储放热过程近似等温，过程易控制，但也存在着定形性差、相变后易流动、需额外封装的问题。
聚氨酯型相变储能材料不仅解决了以上传统相变材料的缺点，同时具有储能密度大、相变温度易于调节、可加工性能好、力学强度高、耐腐蚀等优点，具有广阔的应用前景。
以聚氨酯相变材料的结构特征为依据进行分类，从其合成路径、相变储热特性进行了总结与分析，归纳了其在建筑节能、智能纺织、公路交通等方面的应用进展，并对其未来研究方向进行了展望。
相变材料蓄能研究进展及其应用
相 变 材料 蓄 能 研 究进 展 及 其应 用
刘 芳 于航
同济 大学 暖通 空 调 及 燃气 研 究 所
摘
要： 低碳经济下 ， 研究 高效而经济 的蓄能技术成为摆在各国学 者面前 的共 同课题 ， 中相变材料的研究近年 其
来尤其成为热点 。 本文总结并评价 了相变材料 蓄能技术的研究进展 ， 包括相变材料 的分类 、 热物性及特点 ， 强化传 热机理的分析以及相变传热数学物理模 型的建立等热物理 问题 ， 在此基础上 ， 归纳了相变材料在诸 多领域 的应用
情况和前景 ， 希望为该领域研究者提供参考 。 关键词 ： 相变材料 蓄能 强化传热 数学模 型 应用
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ａｎｄ ｐｐｌｃａｔ ｏｎ ｏｆＴｈｅｒ ａｌＳｔ ａｇｅ ｉ ｈ Ａ ｉ ｉ ｍ ｏｒ ｗ ｔ Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｍ ａｔ ｉ ｓ ｅｒ ａｌ
Ｔｈ ｐ ｌ ａｉｎ ｎ ｒ ｓ ｃｓｏ ＣＭ ｓｕ ｅ ｎ ｍａ ｙｆｅｄ ｒ ｕ ｍ ａ ｉｅ ， ｉｈｈ ｐ ｏｐ ｏ ｉ ｅｒ ｆｒｎ ｅ ｏ ｅ ｅａ ｐ ｉ ｔ ｓａ ｄｐ ｏ ｐｅ ｔ ｆＰ ｃ ｏ ｓ ｄｉ ｎ ｌ ｓｗｅ ｅｓ ｍ ｉ ｒｚ ｄ ｗｈ ｃ ｏ ｅｔ ｒ ｖ ｄ ｅ ｅｅ ｃ ｓｆｒｔ ｈ ｏｈ ｒｒ ｓ ａ ｃ ｅｓ ｔｅ ｅ ｒ ｈ ｒ． ｅ Ｋｅ ｗ ｏｒ ｓ ｐ ａ ｅｃ ａ ｇ ｔｒａｓ ｔ ｅｍ ａ ｔ ｒ ｇ ， ｅ ｔ ｒｎｓｅ ｎ ａ ｃ ｍ ｅ ， ａｈ ｍ ａｉａ ｏ ｅ， ｐ ｌ ａ ｉｎ ｙ ｄ ： ｈ ｓ ｈ ｎ ｅｍａｅ ｉｌ，ｈ ｒ ｌ ｏ ａ ｅ ｈ ａ ａ ｆ ｒｅ ｈ ｎ ｅ ｎｔｍ ｔ ｅ ｔ ｌ ｓ ｔ ｃ ｍ ｄ ｌａ ｐｉ ｔ ｃ ｏ
ＬＩ Ｆ ｎ ． Ｕ ａ ｇ ＹＵ ｎ Ｈａ ｇ
常温相变储热材料
常温相变储热材料一、引言随着社会的发展，能源需求日益增长，如何高效、安全地储存和释放热能已成为当前研究的热点。
常温相变储热材料作为一种新型的储热技术，因其独特的优势，正逐渐受到广泛关注。
本文将深入探讨常温相变储热材料的原理、特点及应用前景。
二、常温相变原理相变材料（PCM）是指在一定温度范围内，可从一个相态转变为另一个相态的物质。
当环境温度发生变化时，PCM可以通过吸收或释放潜热，改变自身的状态。
在常温下，PCM能够从固态转变为液态，或者从液态转变为固态，并在此过程中储存或释放大量热能。
这一特性使得PCM在储热领域具有广泛的应用前景。
三、常温相变材料的特点1. 温度稳定性：PCM在常温下表现稳定，不易受环境温度和湿度的影响，保证了储热效果的稳定性。
2. 体积变化小：相较于其他储热技术，PCM在相变过程中体积变化较小，对设备的影响较小。
3. 环保：PCM的相变过程不会产生有害物质，是一种环保的储热材料。
4. 适用范围广：PCM可应用于建筑节能、工业余热回收、可再生能源等领域，具有广泛的应用前景。
四、常温相变材料的应用领域1. 建筑节能：PCM可应用于建筑物的供暖和制冷系统，通过储存和释放热量，实现能源的有效利用。
2. 工业余热回收：在工业生产过程中，会产生大量的余热。
利用PCM进行余热回收，可降低能源浪费，提高能源利用效率。
3. 可再生能源储存：PCM可以储存太阳能、风能等可再生能源，确保其在不适用期间仍能保持一定的能量水平，为可再生能源的大规模应用提供支持。
4. 航天领域：在航天器中，PCM可用于储存和释放热量，调节舱内温度，提高航天器的舒适度。
五、如何选择合适的常温相变材料1. 根据应用场景选择：不同的应用场景对PCM的性能要求不同，应根据实际需求选择合适的PCM。
2. 考虑成本和性能：在选择PCM时，应综合考虑其性能、价格和可靠性等因素。
3. 关注安全性能：对于可能接触食品或药物的领域，应选择安全可靠的PCM。
空调蓄冷相变材料强化传热的研究进展
空调蓄冷相变材料强化传热的研究进展摘要相变材料在蓄冷空调中的应用越来越受到重视，然而多数相变蓄冷材料均具有极低的导热系数，因此相变蓄能材料的应用就要求热传导技术的提高。
概述了近年来关于相变蓄冷材料的研究和强化传热两方面的研究进展。
关键词相变蓄冷材料；强化传热；导热系数在能源危机越来越尖锐的形势下，节能己成为现代科技界研究的问题之一。
作为国民经济基础产业之一的电力工业的节能在其中具有重要的地位，解决电力不足的问题，一方面是靠增加对电力的投入，加快电力建设的步伐；另一方面则是通过国家对电力政策的调整，节约用电、移峰填谷，是解决电力供需矛盾的有效方法，蓄冷技术正是在此背景下在70年代后获得了较大发展。
使用蓄冷空调系统的目的就是使制冷机在夜间用电低谷时段制冷蓄冷，在白天用电高峰时段释冷，籍以全部或者部分转移用电高峰时段空调用电负荷，实现“削峰填谷”，合理利用能源的目的。
由于能量的供应和需求在很多情况下都有很强的时间依赖性，为了合理地利用它，人们常需要把暂时不用的能量储存起来，在需要的时候释放出来。
因此，相变蓄能材料的利用在最近几年受到极大的重视，这是因为相变蓄能材料在转熔过程中具有极大的蓄能能力和等温性能。
然而具有高蓄能密度的多数相变蓄能材料均具有极低的导热系数，因此相变蓄能材料的应用就要求热传导技术的提高。
1相变材料在空调中的应用相变材料（PCM）在蓄冷方面的应用较为成熟的技术是主动式蓄冷，即蓄冷系统和空调系统相结合，组成空调蓄冷系统。
所谓空调蓄冷系统是指在电价低、空调负荷低的时间内蓄冷，在电价高、空调负荷高时释冷，以此从时间上全部或局部转移制冷负荷的空调系统。
蓄冷用相变材料主要包括水、冰、无机盐相变材料和有机物相变材料。
水是自然界的主要资源，用水作为蓄冷剂投资省，技术要求低、维修费用少。
但由于水的贮能密度低，占地面极大，冷耗较大，所以不是蓄冷的最佳选择；冰作为蓄冷物质，蓄冷密度较大，蓄冷温度恒定，与水蓄冷相比，其蓄冷密度约为水蓄冷的18倍以上，而且占地面较小，因此具有广泛的应用范围，它特别适合于冷负荷变化较大的场所。
温室中应用相变储热技术研究进展
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有机相变储能材料研究进展
有机相变储能材料研究进展摘要：有机相变储能材料凝固时无过冷和相变温度可调的特性对能源的开发和合理利用具有重要意义，主要包括固-液相变，固-固相变，复合相变三类。
本文详细介绍了它们各自的特点，综述了近年来有机相变储能材料的研究进展，并探讨了有机相变储能材料在建筑节能、纺织业领域的应用。
关键词：有机相变材料；储能；复合1. 引言化石能源的枯竭性危机及伴随而来的严重环境污染已成为制约社会发展的主要瓶颈[1]，因此开发新的能源以及提高能源利用率已成为迫在眉睫的社会问题。
但能源的供应和需求在很多情况下对时间有很强的依赖性，为了解决能量供给在时间上失衡的矛盾，需要通过储能装置把暂时不用的能量储存起来，在需要的时候再让它释放出来[2]，而相变储能材料利用材料的相变特性，储、放热量大，以水为例，熔化1kg 冰（固-液相变）所吸收的热量是使1kg水升温1℃（显热储热）所需热量的80 倍，即相变潜热储能技术用少量材料就可储存大量的能量[3] ，因此相变储能材料的研究已得到科研工作者的极大关注。
相变材料（PCM）是指在一定的温度范围内可改变物理状态（固-液，液-气，固-固）的材料，以环境与体系的温度差为推动力，实现储、放热功能，并且在相变过程中，材料的温度几乎保持不变。
具有储能密度大、储能能力强、温度恒定等优点，因而在智能调温服装[4]、建筑[5]及电子器件[6]等应用领域得到了广泛关注，主要包括无机、有机、无机有机复合材料三大类。
无机相变材料虽具有导热系数大、价格便宜的优点，但存在过冷、相分离及腐蚀性强等缺陷[7]。
与无机相变材料相比，凝固时无过冷现象，可通过不同相变材料的混合来调节相变温度是有机相变材料的突出优点，成为相变储能材料研究的新热点，有机相变储能材料主要包括固-液相变，固-固相变，复合相变三大类。
本文主要从有机相变材料的类型和应用两方面阐述有机相变储能材料的研究进展。
2. 有机固-液相变储能材料有机固-液相变储能材料主要包括脂肪烃类、脂肪酸类、醇类、聚烯醇类等，其优点是不易发生相分离及过冷，腐蚀性较小，相变潜热大[8]，缺点是易泄露。
相变蓄能围护结构材料的研究现状与进展
相变蓄能围护结构材料的研究现状与进展【大中小】文章页数：[1][2]马保国, 王信刚, 张志峰，袁洪斌摘要：相变蓄能围护结构材料是相变材料与建材基体复合制备的一种环保节能型的建筑功能材料。
本文在分析相变材料的筛选和改进方法及其封装技术的基础上，介绍了相变材料与建材基体复合工艺，阐述了相变蓄能围护结构的调温机理，并综述了相变蓄能围护结构材料的研究发展现状，最后展望了相变蓄能围护结构材料的发展前景。
关键词：围护结构；相变储能；建筑节能Abstract：Phase change energy storage building envelope material is a novel building material for energy conservation and environmental protection, which is made by incorporating phase change materials(PCM) into traditional building materials. Selection, modification and encapsulation technology of PCM were reviewed. Composite methods of PCM and building materials matrix were also introduced. The adjustable temperature mechanisms of phase change energy storage building envelope material and its applications at home and abroad were detailedly presented. And its development prospect is also anticipated in the field of building energy conservation.Key words：building envelope; phase change energy storage; building energy conservation随着人们对工作与居住环境要求的提高以及节能和环保意识的增强，对建筑围护结构的要求也越来越高。
多孔介质蓄热过程中的非热平衡温差分析
储热材料研究现状及相变储热研究进展
储热材料研究现状及相变储热研究进展
刘芮;王振兴;张文静;张生德;张清华
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】储热作为一种具有广阔前景的规模化储能技术,可有效缓解能源供求不匹配、优化能源结构。
综述了近几年来关于化学储热、显热储热和相变储热(潜热储热)的材料体系、制备工艺及性能特点,对各种储热材料的组成、结构、性能特点、面临的困难、应用前景及发展趋势进行了分析讨论。
其中,利用相变材料在相变过程中,吸收或放出相变潜热来进行能量储存与释放的相变储热反应易于控制、安全可靠且具有高能量密度。
基于此,进一步对相变储热的分类、储热系统强化传热技术以及应用等方面的研究进展进行了总结。
【总页数】17页(P44-60)
【作者】刘芮;王振兴;张文静;张生德;张清华
【作者单位】上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司;东华大学材料科学与工程学院;上海送变电工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ9
【相关文献】
1.相变储热研究进展：（1）相变材料特性与储热系统优化
2.相变储热研究进展——（2）组合相变材料储热与应用潜力
3.废旧混凝土基定型相变储热材料的储热研
究4.封装相变材料的红柱石蜂窝陶瓷储热材料及储热装置的研究5.储热技术现状及相变储热材料的研究进展
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高温熔融盐蓄热系统的若干工程问题
收稿日期：2014-07-25 ；修改稿日期：2014-09-23。 基金项目：国家自然科学基金（21376052 ）项目，国家重点基础研究发 展计划（973） （2010CB227306 ）项目。 第一作者： 郭小娟（1981—） ，女，博士，讲师，研究方向为有机废弃 物热裂解工艺及技术和熔盐蓄热技术等， E-mail：82491120@ ； 通讯联系人 ： 秦贯丰， 博士， 教授， 研究方向为高温熔融盐蓄热， E-mail ： qingf@ 。
第4卷 第1期 2015 年 1 月
储 能 科 学 与 技 术 Energy Storage Science and Technology
Vol.4 No.1 Jan. 2014
进展与评述
高温熔融盐蓄热系统的若干工程问题
郭晓娟，丁 旃，秦贯丰，杨小平，黄斯敏，蒋润花，马远琼，尹辉斌，左远志，杨敏林，杨晓西
（东莞理工学院，广东省分布式能源系统重点实验室，广东 东莞 523808） 摘 要：高温熔盐蓄热单元对平衡太阳能热发电过程中的能量供求和延长日落后的发电时间有着不可替代的作 用，并已经成为现代太阳能热发电站中的一个不可或缺的子系统。本文作者结合所在重点实验室的 850 ℃的二 元碳酸优态盐高温熔盐蓄热实验系统的安装与操作经验，讨论了高温熔融盐蓄热系统中常见的一些工程问题， 包括熔盐输送管道的连接、熔盐回路的预防凝固和加热保温、熔盐的充装与排放、熔盐长轴泵、事故工况的研 究和预防等。 关键词：熔盐；蓄热；太阳能；热发电；管道连接；伴热；长轴泵；事故预防 doi: 10.3969/j.issn.2095-4239.2015.01.003 中图分类号： TK 513 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2015）01-032-12
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MgCl2·6H2O 赤藻糖醇
117 16816
01570
1450
118 33918
01326
1300
Mg(NO3) 2·2H2O
130
反式- 1 ,4- 聚丁二烯 (TPB) 145 144
6811 %KCl + 3119 %ZnCl2 235 198
2160
NaNO3
307 172
015
2260
KNO3
333 2
015
2110
KOH
380 14917
015
2044
(3815 %MgCl2 + 6115 %NaCl) 435 328
2480
(1118 %NaF + 5413 %KF +
449
2160
2616 %LiF + 713 %MgF2)
Na2CO3- BaCO3/ MgO
500～ 41514
1 中温 PCM 的发展现状
111 国外中温 PCM 的发展现状 国外对蓄热 PCM 的研究主要集中在制冷 、低温
收稿日期 :2005 - 08 - 25 ;修回日期 :2005 - 10 - 10 基金项目 :国家高技术研究发展计划项目 (2004AA516010) ;广东省重点科技项目 (2004B40401006) 资助 作者简介 :左远志 (1968 - ) ,男 ,博士生 ,副教授 ,主要从事相变蓄热技术的研究 ,zuoyz @dgut . edu. cn ,13652680988 ; 杨晓西 (1953 - ) ,男 ,博士 ,教
太阳能热利用与建筑节能等领域的需要使得低 温范围蓄热材料具有广泛的应用前景 ;在高温工业 炉蓄热室 、工业加热系统的余热回收装置以及太空 中的应用推动了高温相变蓄热技术的迅速发展 。因 此 ,国内外对制冷 、低温和高温相变蓄热材料 ( PCM) 做了相当多的研究 ,但中温 PCM 则较少使用 。不 过 ,近年来相关领域的发展给中温 PCM 的应用创造 了很大空间 。笔者将重点针对中温 PCM 的发展近 况以及可能的应用需要进行概述 。
Dongguan 523106 , China)
Abstract: The definition , category , applications , and current development status of medium2temperature phase change materials (PCM) are reviewed. These PCM have a promising application in thermodynamic environment with its temperature varying from 90 to 550 ℃, especially in solar thermal power , organic Rankine cycle , mobile thermal energy storage and distributed energy resources system. It is pointed out that the further development direction is to exploit application fields , rationalize the characterization and measurement technique for long2term stability ,and integrate with the development of heat exchanger and applications. And molten nitrate salt mixtures are also suggested to be near2term solutions and potential commercial PCM.
授 ,博士生导师 ,主要从事传递过程强化与多相流体力学基础理论和工程应用方面的研究 。
·16 ·
现代化工
第 25 卷第 12 期
和高温范围 。许多物质作为潜在的 PCM 已经被研 究过 ,但只有部分物质已经实现工业化生产 ,其中制 冷与低温范围的技术与产品相对比较成熟 ,很多已 实现商品化 ,法国 Cristopia 、澳大利亚 TEAP、日本三 菱化学 (Mitsubishi Chemical) 、瑞典 Climator 、美国陶氏 化学 (Dow Chemical) 、德国 Rubitherm GmbH 与 Merck KgaA 等公司生产的 PCM 产品类型主要是盐溶液 、 水合盐 、石蜡类和脂肪酸类 ,其熔点范围为 - 33～ 110 ℃。对高温蓄热材料方面的研究也获得了政府 、 企业和研究机构的大量投入 ,特别是 20 世纪 80 年 代中期美国自由号空间站计划的实施 ,极大地推动 了高温相变潜热蓄热技术的发展 。当前研究较多的 是氟盐及其共晶混合物 、金属及合金 、高温熔融盐与 陶瓷基或金属基复合蓄热材料 、纳米复合材料等 。
5
2600
850
注 :百分数表示质量分数 。
TES 技术的目的是为了降低发电成本 ,提高发电的 有效性 ,它可以实现 : ①容量缓冲 ; ②可调度性和时 间平移 ; ③提高年利用率 ; ④电力输出更平稳 ; ⑤高 效满负荷运行 。
(上接第 14 页) 采用国内外高效塔盘和填料等新技术 ,不断完善我 国 EO/ EG 生产技术 , 开发低原料消耗 、低能耗的 EO/ EG生产新工艺 , 打破国际上几大化工公司在 EO/ EG 生产技术上的垄断状况 ,提高我国企业的竞 争能力 。
第 25 卷第 12 期 2005 年 12 月
现代化工 Modern Chemical Industry
Dec. 2005 ·15 ·
中温相变蓄热材料研究进展
左远志1 ,2 ,丁 静1 ,杨晓西1 (1. 华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室 ,广东 广州 510640 ;
2. 东莞理工学院机电工程系 ,广东 东莞 523106)
US 5739075 ,1998 - 04 - 14. [ 7 ] Scientific Design Company Inc. Selective extraction of argon from ethy2
lene oxide recycle stream[ P] . US 4904807 ,1990 - 02 - 27. [8 ] 刘晓勤. 光辉. 梅华 ,等. [J ] . 高校化学工程学报 ,2003 ,17 (6) :
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[11 ] 华强 ,刘定华 ,马正飞 ,等. [J ] . 石油化工 ,2003 ,32 (4) :317 - 320. [12 ] The Halcon SD Group Inc. Preparation of glycols from ethylene oxide
表 1 一些中温 PCM 的热物性数据
熔点/ 熔解热/ 导热系数/ 密度/ ℃ kJ ·kg - 1 W·(m·℃) - 1 kg·m - 3
高密度聚乙烯 ( HDPE)
100～ 200
150
CaBr2·4H2O Al2 (SO4) 3·16H2O RT110 石蜡
110 112 112 213
盐混和物将是今后一段时期内中温 PCM 研发和培育的重点产品对象 。
关键词 :蓄热 ;相变材料 ;固- 液相变
中图分类号 :TK02
文献标识码 :A
文章编号 :0253 - 4320 (2005) 12 - 0015 - 05
Advances in medium temperature phase change materials used for thermal energy storage ZUO Yuan2zhi1 , 2 , DING Jing1 , YANG Xiao2xi1
622 - 626.
[ 9 ] Union Carbide Chemicals and Plastics Company Inc. Monoalkylene gly2 col production using mixed metal framework compositions [ P ] . US 4967018 ,1990 - 10 - 30.
(1. Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation of the Ministry of Education , South China University of Technology , Guangzhou 510640 , China ; 2. Department of Mechanical Engineering , Dongguan University of Technology ,
摘要 :对中温相变蓄热材料 (PCM) 的定义范畴 、应用领域 、国内外发展现状进行了评述 。中温 PCM 主要针对 90～550 ℃的热
动力环境 ,在太阳能热发电 、有机朗肯循环 、移动蓄热技术 、分布式能源系统等方面有广阔的应用前景 。指出进一步的研究方向
是拓展中温 PCM 的应用场合 ,规范长期稳定性的表征与测试手段 ,重视与换热器开发以及应用领域的整合 ,并提出硝酸盐熔融
这里对中温范围的定义是基于一个简单的事 实 :90～550 ℃温度段 ,足够为其他设备或应用场合 提供热动力高温热源 ,550 ℃以上高温段也能提供热 动力源 ,但两者的区别是 :前者效率相对较低 ,体积 和质量相对庞大 ,各方面要求相对也低 ,适合大规模