蓄熱材料種類
發(fā)布日期:2022-04-11 07:24:01 來源:風(fēng)機(jī)百科
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按蓄熱方式來分,蓄熱材料可以分為四類:顯熱蓄熱材料 、相變蓄熱材料、熱化學(xué)蓄熱材料和吸附蓄熱材料。1、顯熱蓄熱材料
顯熱蓄熱材料是利用物質(zhì)本身溫度的變化過程來進(jìn)行熱量的儲存,由于可采用直接接觸式換熱,或者流體本身就是蓄熱介質(zhì),因而蓄、放熱過程相對比較簡單,是早期應(yīng)用較多的蓄熱材料。在所有的蓄熱材料中顯熱蓄熱技術(shù)最為簡單也比較成熟。
顯熱蓄熱材料大部分可從自然界直接獲得,價廉易得。顯熱蓄熱材料分為液體和固體兩種類型,液體材料常見的如水,固體材料如巖石 、鵝卵石 、土壤等,其中有幾種顯熱蓄熱材料引人注目 ,如Li2O與Al2O3、TiO2等高溫?zé)Y(jié)成型的混合材料。
由于顯熱蓄熱材料是依靠蓄熱材料的溫度變化來進(jìn)行熱量貯存的 ,放熱過程不能恒溫 ,蓄熱密度小 ,造成蓄熱設(shè)備的體積龐大,蓄熱效率不高,而且與周圍環(huán)境存在溫差會造成熱量損失,熱量不能長期儲存,不適合長時間、大容量蓄熱,限制了顯熱蓄熱材料的進(jìn)一步發(fā)展。
2、相變蓄熱材料
相變蓄熱材料是利用物質(zhì)在相變(如凝固/熔化、凝結(jié)/汽化、固化/升華等)過程發(fā)生的相變熱來進(jìn)行熱量的儲存和利用。
與顯熱蓄熱材料相比 ,相變蓄熱材料蓄熱密度高,能夠通過相變在恒溫下放出大量熱量。雖然氣一液和氣一固轉(zhuǎn)變的相變潛熱值要比液一固轉(zhuǎn)變 、固一固轉(zhuǎn)變時的潛熱大,但因其在相變過程中存在容積的巨大變化,使其在工程實際應(yīng)用中會存在很大困難 。根據(jù)相變溫度高,潛熱蓄熱可分為低溫和高溫兩種,低溫潛熱蓄熱主要用于廢熱回收 、太陽能儲存以及供熱和空調(diào)系統(tǒng)。高溫相變蓄熱材料主要有高溫熔化鹽類 、混合鹽類 、金屬及合金等 ,主要用于航空航天等。常見的潛熱蓄熱材料有六水氯化鈣、三水醋酸鈉、有機(jī)醇等 。
潛熱蓄熱方式具有蓄熱密度較高(一般都可以達(dá)到200kJ/kg以上),蓄、放熱過程近似等溫,過程容易控制等優(yōu)點(diǎn),因此相變蓄熱材料是當(dāng)今蓄熱材料研究和應(yīng)用的主流。
3、熱化學(xué)蓄熱材料
熱化學(xué)蓄熱材料多利用金屬氫化物和氨化物的可逆化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行蓄熱,在有催化劑、溫度高和遠(yuǎn)離平衡態(tài)時熱反應(yīng)速度快。國外已利用此反應(yīng)進(jìn)行太陽能貯熱發(fā)電的實驗研究,但需重點(diǎn)考慮儲存容器和系統(tǒng)的嚴(yán)密性,以及生成氣體對材料的腐蝕等問題 。
熱化學(xué)蓄熱材料具有蓄熱密度高和清潔、無污染等優(yōu)點(diǎn) ,但反應(yīng)過程復(fù)雜 、技術(shù)難度高 ,而且對設(shè)備安全性要求高,一次性投資大,與實際工程應(yīng)用尚有較大距離。
4、吸附蓄熱材料
吸附是指流體相(含有一種或多種組分的氣體或液體)與具有多孔的固體顆粒相接觸時 ,固體顆粒(即吸附劑)對吸附質(zhì)的吸著或持留過程。因吸附劑固體表面的非均一性,伴隨著吸附過程產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)化效應(yīng) ,稱為吸附熱。在吸附 脫附循環(huán)中,可通過熱量儲存、釋放過程來改變熱量的品位和使用時間,實現(xiàn)制冷、供熱以及蓄熱等目的。
吸附蓄熱是一種新型蓄熱技術(shù),研究起步較晚 ,是利用吸附工質(zhì)來對吸附/解吸循環(huán)過程中伴隨發(fā)生的熱效應(yīng)進(jìn)行熱量的儲存和轉(zhuǎn)化。吸附蓄熱材料的蓄熱密度可高達(dá)800 ~1000kJ/kg,具有蓄熱密度高、蓄熱過程無熱量損失等優(yōu)點(diǎn)。由于吸附蓄熱材料無毒無污染,是除相變蓄熱材料以外的另一研究熱點(diǎn),但由于吸附蓄熱材料通常為多孔材料,傳熱傳質(zhì)性能較差,而且吸附蓄熱較為復(fù)雜,是重點(diǎn)研究解決的問題。
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