复合相变蓄冷材料研究进展及在冷链物流中的应用

分析了国内关于有机、无机、有机-无机等复合相变蓄冷材料在材料成分、制备方法及过程、蓄冷特性、特点及效果、应用对象等方面的研究进展;梳理了相变蓄冷材料在冷链物流中的典型应用现状;并对相变蓄冷材料及在冷链物流中的应用进行了展望。     

复合相变蓄冷材料研究进展及在冷链物流中的应用

分析了国内关于有机、无机、有机-无机等复合相变蓄冷材料在材料成分、制备方法及过程、蓄冷特性、特点及效果、应用对象等方面的研究进展;梳理了相变蓄冷材料在冷链物流中的典型应用现状;并对相变蓄冷材料及在冷链物流中的应用进行了展望。     

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。     

低温复合相变材料研究进展

重点研究了无机-无机低温复合相变材料、有机-有机低温复合相变材料、有机-无机低温复合相变材料的制备方法，如浸渍法、微胶囊法、溶胶-凝胶法等，介绍了这些材料在冷链物流、空调蓄冷、建筑节能领域的应用，并对未来低温复合相变材料的研究方向进行了展望。     

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。     

高吸水性树脂复合相变材料的冻融特性

高吸水性树脂广泛应用于农、林、工业及日常生活等领域,但对它的蓄冷性能及它在食品保鲜中的应用研究较少。本文研究了高吸水树脂复合相变蓄冷材料的冻融特性、相变潜热。结果表明：高吸水树脂复合相变蓄冷材料比冰蓄冷剂的保冷时间长,相变潜热也比冰蓄冷剂的高,为427 kJ/kg。本文还尝试将高吸水树脂复合蓄冷剂应用于果蔬的蓄冷保鲜,并初步设计了保鲜盒的结构,为高吸水树脂在食品保鲜中的应用提供了理论依据。     

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。     

相变材料在建筑节能中的研究进展

对相变材料进行了分类,总结了建筑用相变材料的特性,并概括了相变材料在建筑室外围护结构和建筑室内的应用以及相变材料在建筑室外围护结构和建筑室内的散热、储热、蓄冷性能。综述了相变材料在建筑节能中的研究进展,说明了相变材料的研究以及在建筑节能领域中的应用具有重要意义,最后对相变材料在未来建筑节能中的应用及研究方向进行了展望,为相变材料在建筑节能方面的研究及应用提供参考。     

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。     

基于无机水合盐相变材料的相变蓄冷新风机实验研究

新风系统提高了空气质量,但其温度波动增加了空调系统的负担。相变材料能够利用低品位冷源进行蓄冷,控制新风温度波动。本研究将性能优异的无机复合相变材料与新风机耦合以搭建相变新风机,探究了18、20、22℃的冷水工况下相变新风机的蓄冷性能,发现夜间高温冷源能够满足蓄冷要求,利用相变储热的方式转移用电高峰;此外,相变蓄冷模块能够将28℃的新风温度降低2.4～3℃;基于峰谷电价政策,该装置充分利用电价差可节约54.8%的电力成本。     

气体水合物相变热研究进展

气体水合物作为一种特殊的相变材料,在形成与分解过程中会发生相态改变并伴随着相变热的变化。本文从气体水合物相变热的测定和应用两个方面对气体水合物相变热的研究现状进行了综述。对比分析了两种确定气体水合物相变热的方法,两种方法分别为差示扫描量热仪(DSC)实验直接测定法和基于相平衡的Clausius-Clapeyron方程间接计算法。综述了气体水合物相变热的应用研究现状,尤其是在空调蓄冷技术中的应用,其中气体水合物空调蓄冷技术从蓄冷工质和蓄冷装置两个方面进行了阐述。指出了气体水合物相变热应用研究中的重点和难点,为气体水合物相变热应用的进一步发展提供参考。     

蓄冷技术现状及研究进展

阐述了蓄冷技术的发展及其应用进展情况。蓄冷技术根据蓄冷温度区间不同可以应用于蓄冷空调、空气分离、超临界空气储能系统和低温制冷机领域中。不同应用领域采用不同的蓄冷材料。蓄冷空调主要采用水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷等方式;空气分离和超临界空气储能系统的蓄冷材料为热力学性质适宜的显热材料;低温制冷机采用铅等显热蓄冷材料和具有磁相变的磁性材料蓄冷方式。     

PEG/EG复合相变储能材料蓄冷性能的实验研究

制备了以相对分子质量不超过1 000的聚乙二醇（PEG）为相变基质、膨胀石墨（EG）为导热强化相的PEG/EG低温复合相变储能材料,并分析了不同EG含量时各种因素对这种相变储能材料的蓄冷性能的影响。利用闪光导热分析法研究了EG含量和加压程度对这种复合材料的导热性能的影响,用电子显微镜观察法比较了不同EG含量和加压条件下这种复合材料导热性能差异的微观机理,用工程测量法分析了这种复合材料的蓄冷性能及其相变曲线。结果表明,EG含量和加压程度对这种低温复合材料导热性能的影响是通过改变EG内部导热网络结构而实现的;随着EG含量的增加,复合材料的蓄冷性能呈提升趋势;EG能够减少冷媒温度、蓄冷剂本身质量对蓄冷过程的影响。     

三元复合相变蓄冷材料的制备及传热性能优化

为寻找高潜热的复合相变蓄冷材料,以正癸酸(DA)、十二醇(LA)、十四烷(TD)3种有机物为原料,通过低共熔法得到高潜热的TD-LA二元混合物(质量比为0.68∶0.32),利用此二元混合物为主储能剂,以DA为温度调配剂,制备得到新型三元有机复合相变蓄冷材料。通过DSC测试进行筛选,得到TP(TD∶LA∶DA质量比为0.598∶0.282∶0.12)。针对其热导率低的缺陷,利用膨胀石墨(EG)独特的多孔结构和高吸附性,制备得到高导热复合相变材料TP/EG,并对TP/EG进行100次高低温循环实验。结果表明,TP的相变温度为1.1℃,相变潜热为258.3 J/g,热导率为0.201 W/(m·K),加入EG后得到TP/EG(最优质量比为15∶1),热导率为1.528 W/(m·K),热导率提高7.6倍。在循环过程中热性能均未发生太大变化,具有良好的热稳定性,在冷链物流中具有较大的应用价值。     

月桂酸-正辛酸低温相变材料的制备和循环性能

相变材料在蓄冷空调系统中具有广阔的应用前景。文中利用步冷曲线法绘制了月桂酸-正辛酸溶液的相图,找到了月桂酸-正辛酸溶液的共融点,其质量比为21∶79。经差示扫描量热仪(DSC)测试得到相变温度为7.0℃,相变潜热130.8 kJ/kg,可以作为相变材料使用。对该相变材料进行充冷和放冷的实验后,用DSC测得其循环20次的相变温度为7.58℃,相变潜热为134.4 kJ/kg,循环到40次的相变温度为7.73℃,相变潜热为134.0 kJ/kg,循环稳定性能良好,适合作为蓄冷空调用低温相变材料。     

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。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷（TMP）、氯化铵（NH₄Cl）和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比（TMP∶NH₄Cl∶H₂O质量比为1.0∶2.0∶7.0）。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子（三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁）对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂（羧甲基纤维素（CMC）、聚丙烯酸钠（PAAS））对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明：添加0.40%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO₂纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH₄Cl-H₂O + 0.40%(质量分数)TiO₂ + 1.0%(质量分数) PAAS,其相变温度为－19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷(TMP)、氯化铵(NH_4Cl)和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比(TMP∶NH_4Cl∶H_2O质量比为1.0∶2.0∶7.0)。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子(三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁)对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂(羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸钠(PAAS))对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明:添加0.40%(质量分数)的TiO_2纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO_2纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH_4ClH_2O+0.40%(质量分数)TiO_2+1.0%(质量分数)PAAS,其相变温度为-19.9℃,相变潜热为246.8 kJ/kg,热导率为0.81 W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。     

相变储能材料的应用述评

相变储能技术是通过物态变化来实现能量的存储，多用于太阳能和工业余热的利用，能够提高能源的利用率。相变储能材料种类丰富，可分为无机、有机和复合相变储能材料三大类；已经在建筑、冷链运输、特种防护、军事、航天航空等诸多领域得到广泛应用。本文综合分析了不同类型相变储能材料的基本特征、性能及优缺点，分析了其在建筑，冷链运输、个体防护服领域中的应用情况；并总结了目前相变储能材料存在的问题。     

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%。