热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl₂/SrCl₂/NH₃作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl₂和SrCl₂都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36 kJ·kg^-1;SrCl₂复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl₂和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19 kJ·kg^-1。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。     

MnCl2-CaCl2-NH3再吸附温度提升系统储能特性

吸附储热因其储热密度高、储热周期长、工作模式灵活而备受关注。基于热化学变温再吸附原理,构建了低品位热能温度提升实验系统,并采用吸附工质对MnCl₂-CaCl₂-NH₃对其升温储能特性进行了理论分析和实验研究。结果表明在储热、释热温度分别为135℃和140℃的条件下,最大储热密度和最大潜热显热比分别为614 kJ·kg^-1、0.418。在储热、释热温度分别为125℃和130℃的条件下,最大储热效率为28.57%。实验验证了热化学温度提升系统的可行性。     

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl_2/SrCl_2/NH_3作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl_2和SrCl2都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36kJ·kg~(-1);SrCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19kJ·kg~(-1)。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。     

活性氧化铝基质新型复合吸附剂的制备和储热性能

研制了一种以活性氧化铝为基质、CaCl₂为吸湿盐的新型复合吸附剂,可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其内部结构、吸附性能和储热性能进行了研究。利用恒温恒湿箱确定出现溶液泄漏现象的最大含盐量,并对30℃和多种相对湿度工况下的动态和平衡吸附特性进行测量,研究了含盐量和相对湿度对吸附剂的吸附特性的影响,结果表明含盐量和相对湿度越大,复合吸附剂的吸水能力越强。利用全自动比表面积与孔隙度分析仪测量材料的比表面积和孔体积,利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,其中含盐量最高的复合吸附剂的储热密度最高,质量和体积储热密度分别达到0.51 kW·h/kg和610.2 kW·h/m³,具有良好的储热性能。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠（SAT）为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素（CMC）和十二水磷酸氢二钠（DHPD）作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明：添加0.5% CMC和2% DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 kJ·kg^-1,相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 kW,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

基于活性碳纤维毡复合吸附剂的储热性能

研制了一种以活性碳纤维毡为基质、氯化锂（LiCl）为吸湿盐的复合吸附剂,并辅以硅溶胶进行固化成型。该复合吸附剂可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其微观结构、吸附性能和储热性能进行了表征研究。制备了不同含盐量的复合吸附剂样品,并根据样品的溶液泄漏现象,确定ACFLi30为最佳样品。通过试验测量,获得ACFLi30样品的热导率、孔比表面积、孔体积和孔径等参数。并对多种温湿度工况下的平衡和动态吸附性能进行测试,研究了不同温湿度条件下样品的吸附特性。结果表明样品的吸水量可达1.1 g/g（20℃、75% RH）。利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,ACFLi30的质量和体积储热密度分别达到1.08 kW·h/kg和588.2 kW·h/m³。与膨胀蛭石和活性氧化铝等基质相比,活性碳纤维毡基质在体积储热密度更具优势。     

增稠剂对NH4Al(SO4)2·12H2O蓄放热性能的影响

利用电热恒温水槽、高低温交变试验箱搭建蓄放热实验平台,研究了9种增稠剂对NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O蓄放热性能的影响,测试分析了NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O改性后的循环稳定性能。结果表明,质量分数为2%的黄原胶、1%的瓜尔豆胶或1%的羟乙基纤维素均能较好改善NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O的放热性能且对相变潜热的削弱程度不大,对应改性NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O的主要参数变化为：熔点分别降低1.0℃、1.3℃、1.3℃,蓄热时长分别增加94%、35%、9%,蓄热相变平台分别增加125%、63%、5%,过冷度分别减小43%、45%、34%,结晶过程温度变化分别减小84%、87%、73%,放热时长分别增加27%、11%、50%,相变潜热分别减小5.8%、8.3%、4.1%。增稠剂对NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O放热性能的改性效果会受到降解反应影响,而2%黄原胶的改性效果相对其他两种增稠剂较好,循环过程中改性材料的结晶过程温度始终保持在60℃以上。60次循环后,改性材料主要参数相比纯材料的变化为：熔点下降0.2℃,蓄热相变平台减小15%,蓄热时长增加13%,结晶过程温度变化减小87%,过冷度减小42%,放热时长增加36%,相变潜热减小1.6%。     

三水醋酸钠相变储能复合材料改性制备及储/放热特性

水合盐相变储热材料普遍存在的过冷和相分离现象是影响其热稳定性和热性能的关键问题。以中低温水合盐相变储热材料三水醋酸钠(SAT)为研究对象,采用熔融共混法将羧甲基纤维素(CMC)和十二水磷酸氢二钠(DHPD)作为添加剂对三水醋酸钠进行了改性研究,通过各成分的配比优化制备了高性能相变储热复合材料,利用DSC及熔融-凝固装置对改性材料进行了热物性和稳定性的测试,分析了不同质量分数的添加剂对相变储热复合材料的相变焓、相变温度、过冷度及相分离现象的影响;在此基础上采用改性的SAT相变储热复合材料构建了高密度储热器并搭建了相变储能热水实验系统,研究了不同运行工况下相变储热器的储/放热性能。结果表明:添加0.5%CMC和2%DHPD的相变储热复合材料有效改善了纯SAT的相分离严重和过冷度大的问题,具有良好的热稳定性,多次循环后复合样品的相变焓为258 k J?kg~(-1),相变温度为57℃,过冷度在2℃以内;相变储能热水系统在不同放热工况下出口水温度均超过50℃,放热过程中相变材料温度变化平稳,储热器的储放热效率高于90%,放热功率大于10 k W,且随着入口水温下降,放热功率、放热量及储放热效率都提高,相变储热器的储能密度是传统水箱的2.6倍。     

水合盐基中低温热化学储热材料性能测试及数值研究

以水合盐K₂CO₃·1.5H₂O和膨胀石墨（EG）分别作为化学蓄热材料和多孔基质,研制了复合储热吸附剂K₂CO₃@EG。对该复合吸附剂和未掺杂膨胀石墨的纯水合盐就脱附储热、吸附性能、循环稳定性等方面进行了对比分析。结果表明,复合吸附剂所需的脱附温度降低,对吸附质的吸附动力学性能也有明显提升且可有效避免潮解现象。经过连续15次的脱附-水合循环实验后,纯盐和复合吸附剂的储热密度分别下降27.6%和10.9%。此外,对储热单元的数值研究结果初步验证了该蓄热体系的可行性。     

六水硝酸镁相变储热复合材料改性制备及储/放热性能研究

水合盐相变材料因具有较高的相变焓和较低的成本在中低温储热领域有着广泛的应用前景,但其在储放热过程中通常存在过冷度大和热循环稳定性差的问题。以六水硝酸镁为主要研究对象开展相变储热复合材料的改性制备及相变储热装置的研制,采用熔融共混法制备了以二水硫酸钙为成核剂的六水硝酸镁相变储热复合材料,利用差示扫描量热仪及步冷曲线法测试了相变储热复合材料的热物性和循环热稳定性。在此基础上设计并构建了储热量为152 kWh的相变储热装置和相变储热系统,并对其储/放热性能进行了测试。结果表明：添加了2%（质量）二水硫酸钙的相变储热复合材料具有较好的循环热稳定性,且在经过50次熔化-凝固循环后其过冷度一直保持在0.5℃内,相变温度保持在87℃左右,相变焓保持在150 kJ/kg以上;相变储热装置可实现高达27 kW的平均储热功率,在保证放热过程中出水温度不低于56℃的情况下,可实现8 kW的平均放热功率和92.3%的储-放热效率,可满足建筑采暖及日常生活热水需求。     

镁-氢化镁热化学蓄热系统数值分析

蓄热系统是解决热量供需不匹配的有效方式之一。根据热量储存原理的不同,可以将系统分为显热、潜热和热化学蓄热三种类型,其中热化学蓄热有其独特的优点。基于镁-氢化镁热化学蓄热系统蓄放热时的物理化学过程,建立了系统的二维非稳态数学模型,考虑了不同边界条件对系统的影响,通过数值计算,获得了系统的温度、反应速率、反应进度分布及系统的对外放热功率。研究结果表明:系统的蓄热密度为0.85 kW·h·(kg Mg)^-1,热量的传递是影响系统蓄放热效率的关键因素之一,并且当边界对流传热系数保持一定时,存在一个最佳的外界流体温度,使系统的平均放热功率达到最大。在系统以定壁温为边界条件时,系统最大的平均放热功率/质量值为0.79 kW·(kg Mg)^-1。     

蛭石/氯化钙复合吸附剂的吸附特性和储热性能

为了储存120℃以下的热能,提出了以水为介质的热化学吸附储热方法。配制了一种以膨胀蛭石为多孔基质、氯化钙为反应盐的新型复合吸附剂,并对其进行了微观形貌表征、吸附性能测试、同步热分析测试和储热密度的理论计算。扫描电子显微镜（SEM）观测显示膨胀蛭石特有的片层状的大孔结构产生了相对巨大的孔体积;利用恒温恒湿箱实验排除有溶液泄漏问题的含盐量;通过恒温恒湿箱对30℃、3种相对湿度下的动态吸附过程进行测试,分析了含盐量和相对湿度对吸附特性的影响,证实了该复合吸附剂具有3个不同的吸水阶段,包括物理吸附、化学吸附和溶液的气-液吸收过程;利用同步热分析测试（STA）和数值计算进一步对上述3个吸附过程的吸水量、吸附热和反应温度进行分析。最终优选出含盐量47.9%（质量分数）的复合吸附剂,其吸水量高达1.24 g·g^-1,质量和体积储热密度分别高达1.25 kW·h·kg^-1和213.56 kW·h·m^-3。     

吸附蓄热材料性能研究进展

可再生能源的利用不仅可降低环境污染,还有助于实现“碳中和”目标,蓄热技术是有效利用太阳能等不稳定可再生能源的重要途经之一。热化学蓄热材料由于储能密度高、热损失小等优点可实现低品位热能的跨季节应用。本文对现有文献内吸附蓄热材料的蓄热性能进行总结分析,对比四类蓄热材料在不同运行工况下的储能密度、输出功率与蓄热效率等蓄热性能,并论述各类材料的典型应用案例。文中指出：溶液吸收材料脱附温度较低,但系统传热传质性能较差,实际应用中无法满足建筑供暖需求;固体吸附材料循环稳定性好,可采用太阳能集热器作为热源使其再生,它是目前建筑供暖中具有较大潜力的蓄热材料;纯热化学反应材料储能密度最高,然而其循环稳定性差,仍处于实验室研究阶段;兼有固体吸附材料与无机盐优点的复合材料有望成为建筑内理想的蓄热材料。最后文章针对各类材料提出其未来的研究方向。     

氯化物熔盐材料的制备及其热物理性质研究

制备了NaCl-CaCl₂、 NaCl-KCl-CaCl₂、 NaCl-CaCl₂-MgCl₂、 KCl-CaCl₂-MgCl₂、 NaCl-KCl-MgCl₂、 NaClKCl-CaCl₂-MgCl₂六种氯化物熔盐材料。采用差示扫描量热法确定它们的低共熔点和组成,测量其比热容、密度、黏度等热物性。测试熔盐材料的质量损失曲线确定工作温度上限,根据测试的结果,对其储能密度进行计算。研究结果表明:NaCl-KCl-CaCl₂-MgCl₂熔盐材料熔点为380.3℃,流动性较好,工作温度范围为430～700℃,储能密度为625.1 J·cm^-3,是六种熔盐中熔点最低、储能密度最大的熔盐,适合作为传热储热材料。NaCl-KCl-CaCl₂熔盐熔点为503.8℃,工作温度范围为550～850℃,储能密度为559.9 ...     

七水硫酸镁化学储热材料与应用研究进展

七水硫酸镁是一种具有高储热密度（2.8GJ/m³）、低工作温度（<150℃）的无机盐水合物化学储热材料。开发基于七水硫酸镁的高效热化学储热材料和储热系统,有望在太阳能热利用、工业余热回收、季节性储能、建筑供热等领域取得良好的节能减排应用效果。本文对七水硫酸镁的储热原理、基本物性进行了详细介绍。针对七水硫酸镁在实际应用过程中存在传质阻力大、使用寿命受限、传热性能不足等缺点,文章综述了通过沸石、高分子泡沫、碳材料等改性制备硫酸镁高性能复合材料及储热器的相关研究,并对此材料的未来发展趋势作出评价。