制冷用的相变材料.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划制冷用的相变材料　　相变材料　　1、无机相变材料的研发背景　　随着社会经济的发展，人类对能源的需求日益增加为此，人们开始寻找绿色可再生能源去取代地球上日趋匮乏的资源，例如太阳能、风能、地热能等然而，这些能源的间歇性给人类的利用带来极大不便，如何将能源进行很好的储存就显得尤为重要　　目前在热能领域，尽管多数采用显热方式进行储能，但其储热量小，放热不恒温、储热装置庞大等缺点已经影响了其进一步的应用是否能够找到一种储热量大，且吸/放热量时其温度保持不变的材料呢？潜热储能方式的发现恰好解决了显热储能的缺憾在此，以水为相变材料对显热和潜热进行比较：　　从图1可以看到，如果利用显热进行332KJ/Kg左右的储能，则水需要从1℃升高到80℃；而对于潜热只需要1Kg的冰变为水即可　　2、伟大自然能量、神奇无机相变材料　　在自然界，物质的状态普遍以固态、液态、气态存在，对于物质的每一种状态都可以称作一种“相态”当物质与外界环境进行热量交换，并达到某一“特殊温度点”时，其物理状态就会从一种相态转变为另一种相态。

这种相态的转变就是“相变”，相变时的特殊温度点就是“相变温度”而能够发生相转变的材料，称之为“相变材料”　　在物体从固态到液态这两种相变过程中，所储存或释放的能量也称为“相变潜热”物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大　　无机相变材料是一种能够利用自然界能量进行能量储存和温度控制的功能性材料相比于其它能量储存方式，相变蓄热材料具有以下特点：相变材料的单位质量(体积)的蓄热密度大；相变过程保持恒温；化学稳定性好；安全性高以上这些优点也为相变材料的应用推广起到了潜在的作用(来自:写论文网:制冷用的相变材料)　　3、无机相变材料的研究进展　　随着科学技术的快速发展，能源逐渐成为人类赖以生存的基础，但是能源的供应与需求都有较强的时间性，为了提高能源利用效率、保护环境、解决热能供给与需求失配的矛盾，在太阳能利用，电力的“移峰填谷”，废热回收利用以及建筑与空调的节能中，相变蓄热技术已正成为世界范围内研究的热点　　国外对于相变材料的研究要追溯到20世纪60年代当时，美国宇航和太空总署(NASA)为了保护宇宙飞船内的精密仪器和宇航员不受外界剧烈变化的温度的影响，开始重视对相变材料的研究工作。

此后，美国空军(USAF)、海军(NAVY)、能源部(DOE)、农业部(DOA)和美国国家基金(NSF)陆续多次资助该方面的研究项目特别受80年代能源危机的影响，相变储热(LTES)的基础理论和应用技术研究在发达国家(如美国、加拿大、日本、德国等)迅速崛起并得到不断发展　　在相变材料的研究上，最初的研究主要集中于单一的固-液相变材料，例如无机和有机相变材料，其中无机相变材料的储热密度大，导热性能好，廉价易得，使其更易推广应用但是，在相变时产生的液体的泄露也限制了其实际的应用有机相变材料存在着成本高，导热性能差等缺点，同样也受到了应用限制　　目前，对于相变材料的研究主要集中于解决相变材料本身的这些缺陷为了防止材料泄露以及提高导热速度，各国科学家采取了不同的方法例如，将相变材料与大分子进行接枝发展成固-固相变材料，由于大分子的熔点高于相变材料，使得其变成液体时也不会发生流动性的泄露利用高分子聚合技术将相变材料做成微米或者纳米级的胶囊，既提高了导热速度，又防止了泄露尤其是微胶囊技术，是一个研究热点之一当前，微胶囊相变材料的研究多数集中在其制备方法、囊芯和囊壁的选择以及成本控制　　近年来，对相变贮能的理论和应用研究发展更是非常之快，使其已成为涉及物理化学、材料科学、太阳能、传热学、工程热力学、相图理论、量热技术及热分析等学科领域的新的学科方向。

　　国外已经将相变材料的实际应用推广到许多领域中，例如建筑节能领域、太阳能利用、余热/废热利用、电力调峰、日常生活应用及电子元器件热保护、纺织服装、农业上的应用等　　国内的实际应用推广还较少，主要集中于无机相变材料的延伸产品，例如：市场上流行的冰垫，消防用相变材料衣服有关相变潜热蓄能　　系统(LHTES)的优化设计和强化传热的研究、附加价值高的产品还有待发展　　总之，合理的选择将最终决定相变材料的储能效果和应用前景，在选择和应用相变材料时可将以上标准作为依据，这对相变材料的开发以及相变储能技术的发展是十分有益的　　4、无机相变材料的应用方向　　通信、电力、信息领域　　传统的设备冷却主要应用空调进行冷却,这就导致大量的电力消耗如果利用相变材料和冷却设备的相互交替进行冷却或相变空调冷却，大大的节省了电力的消耗　　传统的设备一般放在机房内，不论是城市还是野外建设一个机房都会面临占地面积大、耗时、耗材等问题，建好的机房还需要安装制冷备，完成这样的过程是非常不容易的如果能把设备直放在一个恒温的机柜内这些问题迎刃而解，室外一体机柜即可代传统的机房　　高舒适性纺织品领域　　将微胶囊相变材料与纤维进行混合得到智能纤维相变材料，它可根据外界温度的变化，对人体皮肤表层做出相应的吸热或放热，从而使体表温度波动相对较小，进而提高舒适感、增强抵御恶劣环境的作用。

目前，已利用这种技术研制出自调温被褥、自调温服装、自调温窗帘等产品　　节能建筑领域　　微胶囊相变材料可用于室内地板、墙体、天花板，相变材料玻璃等相变材料通过与室内环境进行热量交换，使室内保持人体感觉较为舒适的温度　　救生领域　　将相变材料填装于设计好的救生舱中并配备一定的食品营养补给，放置于井下煤矿作业的固定地方当发生意外时，作业人员快速进入相变救生舱，相变材料可提供一个舒适环境的作用，配备的食品延长了逃生人员的存活几率同时，救生舱的固定位置也给营救节省了搜救时间，更有利营救的开展　　用于冷却循环液　　将微胶囊添加到冷却循环液中，悬浮的冷却液极大的提高了热传递能力和热储存能力实验证明，含有微胶囊的冷却液其传热能力是单纯水的3倍多　　废热回收　　高温相变相变材料，可将工业上产生的大量废热予以储存，然后将其转移到生活、工作、生产等需要热量的领域，例如生活供暖，生活用热水等　　农业领域　　将含水的相变材料胶囊与种子一起埋入土壤，以保证种子能够在沙漠等环境恶劣地区发芽生长同时也可用于温室大棚，相变材料的吸热和放热功能，可以使白天和夜晚的棚内温度保持相对恒定，更好的促进农作物生长　　课题相变制冷　　总备课时数：______授课时间：200年月日第_____周第_____节200年月日　　1文献综述　　相变蓄热材料　　相变蓄热材料的研究背景　　随着全球能源形势的日益紧张，节能与环保受到世界各国越来越多的重视。

但是由于能源的供给与需求具有较强的时间性和空间性，在许多能源利用系统中(如太阳能系统、建筑物空调和采暖系统、冷热电联产系统、余热废热利用系统等)存在着供能和耗能之间的不协调性(失配)，从而造成了能量利用的不合理性和大量浪费例如：在不需要热时，却有大量热的产生，有时候供应的热却有很大一部分作为余热被损失掉，这些都需要一种类似于储水池储水一样的物质把热量储存起来，需要时再释放出来，这样的物质称为热能储存材料(蓄热材料)人们对蓄热材料，特别是相变蓄热材料的认识和研究是近几十年的事情二十世纪二十年代以来，特别是七十年代能源危机的影响，相变蓄热的基础和应用技术研究在发达国家迅速崛起，并得到不断的发展，日益成为受人重视的新材料在太阳能利用、电力的“削峰填谷”、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑采暖与空调的节能领域具有广泛的应用前景，近年来已成为世界范围的研究热点相变储能材料作为储能技术的基础，在国内外得到了极大的发展　　相变蓄热材料的分类　　根据蓄热材料的化学组成分类　　(1)无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐、金属或合金结晶水合盐通常是中、低温相变蓄能材料中重要的一类，价格便宜，体积蓄热密度大，熔解热大，熔点固定，热导率比有机相变材料大，一般呈中性，且工作温度跨度比较大，更重要的是可在高温下进行蓄热。

例如KNO3-NaNO3熔盐、K2CO3-Na2CO3熔盐、CaCl2·6H2O、Na2HPO4·12H2O、Na2CO3·10H2O、Na2SO4·5H2O等[1]但其在使用过程中会出现过冷、相分离等不利因素，严重影响水合盐的广泛应用[2-3]　　(2)有机相变材料主要包括石蜡,脂肪酸、某些高级脂肪烃、醇、羧酸及盐，包括石蜡类、非石蜡类、某些聚合物等大部分的脂肪酸都可以从动植物中提取,其原料具有可再生和环保的特点,是近年来研究的热点其他还有有机类的固-　　固相变材料,如高密度聚乙烯,多元醇等这种材料发生相变时体积变化小,过冷度轻,无腐蚀,热效率高,是很有发展前途的相变材料[4]　　(3)复合材料蓄热主要是指相变材料和高熔点支撑材料组成混合储热材料的蓄热方式与普通固-液相变材料相比，它不需要封装器具，减少了封装成本和封装难度，避免了材料泄漏的危险，增加了材料使用的安全性，减小了容器的传热热阻，有利于相变材料与传热流体间的换热，例如定形石蜡丸、表面交联型HDPE[5]材料的复合化可将各种材料的优点集合在一起,制备复合相变材料是潜热蓄热材料的一种必然的发展趋势　　根据蓄热方式进行分类　　(1)显热蓄热是通过蓄热材料的温度的上升或下降来储存热能。

这种蓄热方式原理简单、技术较成熟、材料来源丰富及成本低廉，因此广泛地应用于化工、冶金、热动等热能储存与转化领域常见的显热蓄热介质有水、水蒸汽、沙石等，这类材料储能密度低且不适宜工作在较高温度下　　(2)潜热蓄热是利用相变材料发生相变时吸收或放出热量来实现能量的储存，具有单位质量(体积)蓄热量大、温度波动小(储、放热过程近似等温)、化学稳定性好和安全性好等特点常见的相变过程主要有固-液、固-固相变两种类型固-液相变是通过相变材料的熔化过程来进行热量储存，凝固过程来放出热量；而固-固相变则是通过相变材料的晶体结构发生改变或固体结构进行有序-无序的转变而可逆地进行储、放热当前正在考虑的潜热蓄热材料有：氟化物、硫酸盐、硝酸盐以及石蜡等有机蓄热材料　　(3)化学反应蓄热是利用可逆化学反应通过热能与化学热的转化来进行储能的它在受热或冷却时发生可逆反应，分别对外吸热或放热，这样就可以把热能储存起来其主要优点是蓄热量大，不需要绝缘的储能罐，而且如果反应过程能用催化剂或反应物控制，可长期储存热量　　根据蓄热温度范围进行分类　　(1)低温范围——100℃以下的蓄热低温蓄热主要用于废热回收、太阳能低温热利用及供暖空调系统。

蓄热系统组成简单、成本较低，常用的蓄热材料有水、水-砂、岩石等，其中热水应用的最为广泛在此应用温度范围内的蓄热技术基本成熟　　(2)中温范围——100～250℃的蓄热中温PCM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，经常作为产业的加热源，可用于化工生产、冶金、发电等场合　　(3)高温范围——250℃以上的蓄热高温蓄热常用于高温余热回收利用、热机、太阳能热发电、太阳能热解制氢、磁流体发电以及人造卫星等场合对于回收的热能，无论数量和温度随时间变动都比较小时，可采用余热锅炉，以高温　　高压的水蒸气形式回收，或转换为电力或作为热源进行有效地利用　　相变蓄热材料的遴选原则　　在能源供给渐趋紧张的今天,相变材料以其独特性越来越受到人们广泛的重视,越来越多的领域开始应用相变材料相变材料是利用相变潜热来储能和放能,因此在相变材料的研制中,选择合适的材料。