中温相变蓄热材料研究进展_左远志

KNO3
333 262
015
2110
KOH
380 14917
015
2044
(3815 %MgCl2 + 6115 %NaCl) 435 328
2480
(1118 %NaF + 5413 %KF +
449
2160
2616 %LiF + 713 %MgF2)
பைடு நூலகம்
Na2CO3- BaCO3/ MgO
500～ 41514
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 。
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
参考文献
[ 1 ] 王跃志. [J ] . 江苏化工 ,2002 ,30 (1) :48 - 50. [ 2 ] 于春梅. [J ] . 现代化工 ,2002 ,22 (10) :51 - 54. [3 ] 沈菊华. [J ] . 化工科技市场 ,2003 ,26 (6) :12 - 15. [4 ] 谭国林. [J ] . 化工技术经济 ,2003 ,21 (4) :23 - 28 ,32. [5 ] 沈景馀. [J ] . 当代石油化工 ,2001 ,9 (5) :15 - 18. [6 ] Shell Oil Company. Process for preparing ethylene oxide catalysts[ P ] .
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
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由于中温 PCM 的温度范围比较宽 ,其物质形态 几乎遍及 PCM 的所有类型 ,因此也开始受到人们的 重视 。一些中温 PCM 的热物性数据见表 1[1 - 2] 。 11111 太阳能热发电
20 世纪 90 年代以来 ,美国 、欧盟都制定了“太 阳能热发电计划”,以积极推动其商业化进程 ,预计 2020 年前后 ,太阳能热发电将在发达国家实现商业 化 。太阳能热发电优于光伏发电的一个重要特点就 是能采用相对经济的 TES 技术 , 而蓄电则非常昂 贵 。经济型的蓄热设计是太阳能热发电成功走向市 场化的一个关键技术要素 。太阳能热发电站采用
(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 ,
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.
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
应用 ,主要针对地面民用领域 ;后者却可以达到较高 效率 ,运行设备相对紧凑 ,质量相对较轻 ,主要针对 太空中的应用 。
Key words : thermal energy storage (TES) ; phase change materials(PCM) ; solid2liquid phase change
蓄热 ( TES) 技术是合理有效利用现有能源 、优 化使用可再生能源和提高能源效率的重要技术 。蓄 热技术 ,特别是相变材料 ,最近 20 多年来已成为世 界范围内的研究热点 。蓄热技术主要应用于以下 3 个方面 : ①在能源生产与消费之间提供时间延迟并 保障有效使用 ; ②提供热惰性和热保护 (包括温度控 制) ; ③保障能源供应安全 。对于蓄热材料的分类 , 有不同的分类指标 。笔者仅根据蓄热介质的相变温 度高低 ,人为地划分为制冷范围 (小于 15 ℃) 、低温 范围 (15～90 ℃) 、中温范围 (90～550 ℃) 以及高温范 围 (大于 550 ℃) 4 种蓄热材料 。
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
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 。
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 。
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) :
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
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.
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)