相变蓄冷材料及系统应用研究进展

相变蓄冷技术利用相变材料在相变时伴随着的吸热或放热过程对能量进行储存和应用，起到控制温度、降低能耗和转移用能负荷的作用。本文综述了相变温度在25℃以下的相变蓄冷材料及其在不同应用场景的筛选依据，介绍了相变蓄冷材料在食品医疗冷链物流、建筑节能控温与数据中心应急冷却、人体热管理和医疗保健的相变纺织品等领域的应用。从调节相变蓄冷材料相变温度、过冷度、热导率和循环稳定性等方面总结了材料热物性的调控策略，分析了不同调控策略存在的优缺点，指出相变蓄冷系统可通过增强蓄冷系统热导率和强化传热结构来改善普通材料传热性能差的问题。最后从复合相变材料制备到系统设计优化和应用场景拓展等方面对相变蓄冷技术研究方向进行了展望。     

相变蓄冷材料的合成及性能研究

研究了不同无机盐对单一无机盐水溶液最低共熔点的影响,结果表明:添加无机盐可降低单一无机盐水溶液的最低共熔点;添加5％无机盐Kx可以使10．9％KNO3水溶液的最低共熔点从-2．5℃下降到-5．4℃,其相变潜热为307．16 kJ／kg,从而开发出一种新的铁路冷藏车相变蓄冷材料。     

空调用纳米有机复合相变蓄冷材料制备与热物性

针对目前空调用有机相变蓄冷材料热导率低的问题,将具有高导热性的纳米材料(MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃)添加到所开发制备的二元复合有机蓄冷材料(质量比73.7:26.3的辛酸/肉豆蔻醇)中,从纳米材料的种类和浓度两方面,研究其对复合有机蓄冷材料热物性的影响。实验发现:对于MWNTs、Al₂O₃、Fe₂O₃ 3种纳米材料,当其质量分数分别小于0.3%、0.4%、0.8%时,对应纳米复合材料热导率随纳米材料浓度的增加幅度较为明显;与原二元复合有机相变蓄冷材料相比,添加0.3%的MWNTs,热导率提高26.3%;添加0.4%的Al₂O₃,热导率提高13.1%;添加0.8%的Fe₂O₃,热导率提高32.1%;当在一定纳米材料质量分数(如0.7%)下,加入纳米颗粒的复合材料导热性能效果依次为Fe₂O₃>MWNTs>Al₂O₃。不同纳米粒子的添加对原蓄冷材料的相变温度和相变潜热影响很小,相变温度变化波动最大为0.4℃,相变潜热变化波动范围最大为1.4%。     

十水硫酸钠相变蓄冷材料的制备及性能研究

针对果蔬保鲜冷链运输对温度的要求,制备出一种具有适宜相变温度和潜热值的十水硫酸钠相变蓄冷材料。本研究考察了成核剂硼砂的含量对材料过冷度的影响,分析了增稠剂聚丙烯酸钠的含量对材料相分离问题的改善效果,探究了氯化铵和氯化钾的配比对材料蓄冷温度的调节效果,并进行了冷热循环测试。结果表明,十水硫酸钠水合盐体系的最优配比为：4%硼砂+0.75%聚丙烯酸钠+15%氯化铵+5%氯化钾,此时相变体系基本无过冷和相分离,相变温度为11.42℃,相变焓为97.99J/g,经过30次冷热循环后相变温度和焓值基本没有发生变化。     

硫酸钠水合盐相变蓄冷材料的制备及性能优化

针对空调系统应用场合,提出一种以十水硫酸钠（sodium sulfate decahydrate,SSD）为主材的相变蓄冷材料新型制备配方,并对材料的各方面性能加以优化。首先采用步冷曲线法确定成核剂比例,消除材料过冷现象,在此基础上研究分析了不同种类、含量的增稠剂[聚丙烯酸钠（PAAS）、聚丙烯酰胺（PAM）、羧甲基纤维素（CMC）、聚阴离子纤维素（PAC）、黄原胶（XG）]对材料相分离及相变潜热的影响,接着加入熔点控制剂氯化铵、氯化钾改变十水硫酸钠的相变温度,调配出满足空调温区的相变材料,最后加入膨胀石墨（expanded graphite,EG）进一步改善材料的导热性和稳定性,并进行了热循环测试。结果表明：添加质量分数3%的硼砂对降低材料过冷度效果最佳;添加质量分数1.0%~2.0%的PAAS可以消除材料的相分离现象,且对材料的相变潜热影响较小。SSD-BPA∶EG质量比为93∶7时材料具有较高的导热性和形状稳定性。经优化后复合相变蓄冷材料的相变温度为7.4℃,相变潜热为117.4J/g,热导率为1.876W/(m·K),经200次循环后材料的相变温度保持稳定,潜热衰减率为14.05%。     

相变蓄冷材料在冷链物流中的研究进展

综述了相变蓄冷材料在冷链物流中的研究进展;介绍了冷链物流在我国的发展形势;总结了国内外关于相变蓄冷材料在组成成分、方法制备、蓄冷性能及应用效果等方面的研究概况;梳理了关于冷链物流过程中的各种储运设备在结合相变蓄冷材料前后的性能对比,对相变蓄冷材料在冷链物流中的应用发展前景做出了展望。     

相变蓄冷浆体材料研究进展

相变蓄冷浆体材料具有良好的流动性和高蓄冷密度,既可用作蓄冷材料,也可作为载冷剂来输送冷量,应用前景广阔。相变蓄冷浆体材料包含冰浆、笼型水合物浆体、微胶囊乳液、相变乳状液和微乳液等,其中笼型水合物又包含CO₂水合物、有机制冷剂水合物和季盐类水合物。本文综述了上述相变蓄冷浆体材料的基础物性、制备方法和流动传热特性,并介绍了水合物浆体生成的强化以及浆体流动特性的改善研究,分析比较了几种相变蓄冷材料的优缺点,列举了浆体材料在蓄冷空调系统中的典型应用,并指出了蓄冷技术未来的发展趋势,如尿素–水,乙醇–水和乙二醇–水等自然工质良好的热学性能均为其制备相变蓄冷材料提供了可能。     

空调相变蓄冷技术实验测试与分析

相变蓄冷系统兼备冰蓄冷系统和水蓄冷系统的特点,该技术克服了普通离心空调机组蒸发温度难以达到0℃以下、城市土地紧张无法建设大容积蓄冷槽等现实问题,为中央空调系统等提供一种更高效的蓄冷技术.     

新型0℃相变蓄冷材料制备及蓄冷特性

针对冷链物流应用场合,提出并制备了相变温度在0℃左右、潜热较高、过冷度较小的以质量分数5%的山梨醇水溶液为基液的相变蓄冷材料,并通过采用纳米材料对其热物性进行了优化研究,设计制作了一种可直接充冷式蓄冷保温箱,以苹果作为保温对象进行了山梨醇蓄冷保温箱的保冷性能实验。结果显示,采用纳米材料（TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃）可以有效降低蓄冷剂溶液的过冷度并增强其热导率;当TiO₂质量分数为0.50%时,可使质量分数5%山梨醇水溶液过冷度降低至1.4℃;当TiO₂质量分数为0.40%时,5%山梨醇水溶液热导率达到最大值,为0.612W/（m·K）;山梨醇水溶液本身并无相分离现象,但因纳米材料沉淀问题需加一定量的增稠剂,最终经优化所得蓄冷材料的配比为5%山梨醇水溶液+0.40%TiO₂+1.0%聚丙烯酸钠（PAAS）,其相变温度为-2.9℃,潜热焓为293.8kJ/kg,热导率为0.62W/(m·K)。本文提出的蓄冷剂溶液可以使苹果在-1～7℃区间保温20h以上,可满足冷链物流“最后一公里”甚至更长距离冷藏运输的时间要求。     

矿工降温服蓄冷材料的实验研究

矿工降温服的研制与应用对于解决矿山人员的防暑降温具有重要意义,而蓄冷材料作为矿工降温服的重要组成部分,其性能决定降温服的使用效果。用差示扫描量热仪(DSC)测定该蓄冷材料的融点、相变潜热;用低温冰箱测试凝固融化过程材料的均匀稳定性。实验结果表明,矿工降温服所采用的复合蓄冷材料相变温度为-5.1℃,融解潜热242.1J/g,具有相变温度合适、相变潜热大且重复性好的特点,适合用作矿工降温服的蓄冷材料。     

巴基管/纳米SiC陶瓷材料的研究

本文研究了巴基管／纳米ＳｉＣ陶瓷材料。初步讨论了在热压条件下,巴基管、烧结温度和添加剂对其机械性能的影响。结果表明,添加了巴基管后,纳米ＳｉＣ的抗弯强度（室温）和断裂韧性有所提高。优化的工艺方案是在ＳｉＣ中添加１０ｗｔ％的巴基管、１ｗｔ％的Ｂ４Ｃ,烧结温度２０００℃（保温１ｈ,压力２５ＭＰａ）;其性能达到：相对密度９４．７％、抗弯强度（室温）３２１．２２ＭＰａ、断裂韧性３．８２ＭＰａ·ｍ＾１／２。     

SiO2陶瓷基体复合相变储能材料制备工艺的探讨

SiO2陶瓷基体的复合相变储能材料主要是由SiO2陶瓷基体和Na2SO4相变材料组成。通过实验探讨基体材料的粒度、成型压力、烧成温度对结果的影响。采用示差扫描量热仪(DSC)测定所制备的样品的融解热,采用热重分析仪(TG)表征样品的热稳定性。     

Experimental Investigation of Performances of Microcapsule Phase Change Material for Thermal Energy Storage

Performances of microcapsule phase change material (MPCM) for thermal energy storage are investigated. The MPCM for thermal energy storage is prepared by a complex coacervation method with gelatin and acacia as wall materials and paraffin as core material in an emulsion system. A scanning electron microscope (SEM) was used to study the microstructure of the MPCM. In thermal analysis, a differential scanning calorimeter (DSC) was employed to determine the melting temperature, melting latent heat, solidification temperature, and solidification latent heat of the MPCM for thermal energy storage. The SEM micrograph indicates that the MPCM has been successfully synthesized and that the particle size of the MPCM is about 81 μm. The DSC output results show that the melting temperature of the MPCM is 52.05 °C, the melting latent heat is 141.03 kJ/kg, the solidification temperature is 59.68 °C, and the solidification latent heat is 121.59 kJ/kg. The results prove that the MPCM for thermal energy storage has a larger phase change latent heat and suitable phase change temperature, so it can be considered as an efficient thermal energy storage material for heat utilizing systems.     

相变储能材料的应用展望

综述了相变储能材料的研究进展状况，对相变储能材料的分类和应用情况进行了介绍，对相变储能材料未来的发展进行了展望，针对不同的环境进行相变材料的研究，指出如何解决军用和民用领域中需要控制温度的问题。     

硬脂酸-二氧化硅复合相变材料的制备

随着全球工业的高速发展，能源问题日益受人们的重视。充分利用相变潜热蓄能成为科研领域伯热点。本文介绍一种用溶胶－凝胶法制轩有机－无机纳米复合材料的方法，并对实验制备的新材料进行了差示扫描量热分析（DSC），扫描电镜分析（STM）和透射电镜分析（TEM）。分析结果表明，该材料是具有良好的蓄热能力的复合纳米材料，可广泛应用于太阳能利用，工业废热，余热回收及民用建筑材料。     

Na_2SO_4/MgO复合相变蓄热材料的制备及性能研究

研究利用熔融盐Na2SO4的高潜热和陶瓷材料MgO的耐腐蚀等特性,采用粉末烧结工艺制备复合相变蓄热材料;对制备过程工艺参数进行初步研究,通过化学热力学分析、SEM-EDS、TG-DTA检测,对所制备材料的性能进行初步分析,这种新型复合材料兼备了固相显热蓄热材料和相变蓄热材料两者的长处,具备了快速蓄热、快速放热及蓄热密度高的性能。     

复合相变储能砂浆性能实验研究

通过将复合相变储能材料应用在建筑墙体材料中,达到调节室内热舒适度、降低建筑能耗目的.研究了普通砂浆和复合相变储能材料不同龄期的抗折强度和抗压强度,热循环对不同龄期复合相变储能砂浆抗折强度和抗压强度的影响,以及石蜡相变储能砂浆的控温性能.结果表明:复合相变储能砂浆可以满足普通砂浆的基本力学性能要求;热循环后对复合相变控温砂浆力学性能影响很小;相变储能砂浆模拟房内的温度波动小于普通砂浆,可改善居住舒适度.     

相变储能材料在温室大棚中应用研究进展

采用相变储热材料(PCMs)潜热储蓄技术是最有效热能贮存方式之一,将其应用于温室节能有重要意义.本文综述了低温相变储热材料在温室大棚中的应用条件及类型,国内外低温相变储热材料的研究现状.分析了温室储热材料的性能与存在问题,展望了低温相变储能材料的发展方向和应用前景.     

节能型相变储能建筑材料及其研究进展

相变储能建筑材料是一种新型的功能材料,在建筑节能、储能等方面具有较好的应用前景。文章介绍了相变储能建筑材料的理论基础和相变储能材料在建材中的应用,并对相变储能建筑材料的三种复合技术,即浸泡法、掺加能量微球法和直接混合法,进行了简单的概述。最后指出相变储能建筑材料的主要研究方向和内容。     

聚烯烃/石蜡复合相变储能材料的研究

分别以低密度聚乙烯(PE-LD)、高密度聚乙烯(PE-HD) .聚丙烯(PP).聚苯乙烯(PS)为支撑材料、石蜡为相变材料,采用加热熔融法制备聚烯烃石蜡复合相变储能材料。考察了不同种类的聚烯烃材料对复合材料储能的影响,通过DSC测出PE-LD/石蜡、PE-HD/石蜡、PP/石蜡、PS/石蜡复合相变材料的相变烩分别为68.44J/g、45.52J/g、40.06J/g、1.19J/g。结果表明,PE-LD是其中最好的基体材料,具有最大的相变烩。随着石蜡含量的增加,PE-LD/石蜡复合材料的相变烩逐渐增大。此外,硅藻土和活性炭填料的加人有利于提高相变烩,增强复合材料的稳定性。