无机水合盐相变蓄热材料的过冷和相分离问题
发布者:xylona | 来源:​CHPLAZA清洁供热网 | 0评论 | 497查看 | 2019-06-20 10:49:37    

CHPLAZA清洁供热网报道:低温相变蓄热材料主要有无机和有机两类,其中,无机水合盐有较大的熔解热和固定的熔点,是中低温相变材料中重要的一类,目前被广泛被应用于清洁取暖和热水领域的储能系统中。但在实际应用中,这类材料易出现“过冷”和“相分离”现象,影响蓄热效果和长期使用的稳定性。


过冷度过大则存储热量不能完全释放


过冷度就是理论相变温度和实际相变温度的差值。根据热力学第二定律,固体和液体的自由能不同,而导致液体变成固体的过程中,需要有过冷度作为动力而结晶。因此固液相变材料如无机水合盐,一定会有过冷度。


过冷度的大小与冷却速度密切相关,冷却速度越快,实际结晶温度就越低,过冷度就越大;反之冷却速度越慢,过冷度就越小。如果一种无机水合盐的过冷度过大,就会引起水合盐存储的热量不能完全释放出来,从而也就失去了相变蓄热的目的。


傅里叶新能源(常州)有限公司(简称“傅里叶新能源”)陈博士向CHPLAZA记者介绍称,解决这个问题常见的方法有以下几种:


1)向无机水合盐里添加成核剂,傅里叶新能源与山东润捷环保科技有限公司(简称润捷环保)的合作产品采用的便是此法,其降低了固液界面之间的自由能,晶核在成核剂上形成,使得晶体可以以较小的过冷度结晶;


2)利用超声波诱发无机水合盐在理论结晶温度附近成核;


3)在水合盐熔化过程中,可以保留一部分固态相变材料处于不熔化的状态,在冷却结晶的过程中让这部分未熔化的物质充当成核剂,这种方法被称为“冷指法”;


4)弹性振动诱发结晶法:即在水合盐过冷液内的埋入具有很高弹性的金属片,利用其产生的弹性波动去促使水合盐过冷液进行结晶反应;


5)在储存水合盐的容器中安装一个搅拌回轴,回转轴的搅拌促发水合盐在理论结晶点附近结晶;


6)利用新型复合高分子材料制成的微胶囊来封装水合盐。水合盐结晶时,胶囊内核发生固液相变,外核始终保持固态,可有效抑制过冷度。


加热-冷却重复循环容易导致相分离


不同相之间的相互转变,称为“相变”或称“物态变化”。相分离现象同样也会影响相变蓄热的性能,简单来说,水合盐多次循环后,容器内分为三层,底部为固态无水颗粒,中间层为水合盐晶体,上层为液体,这就是相分离。随着循环次数的增多,底部堆积的固态无水颗粒越多,则势必造成水合盐相变储能特性的丧失。


处理相分离问题常用的方法则包括:


1)向水合盐中添加增稠剂:溶液粘性可以随着增稠剂的添加而得到增强,并同时提高溶液密度,从而导致溶液中均匀分布着固体颗粒,容器底部自然也就不会出现沉积现象。


2)搅拌振动:在水合盐冷却的时候对其进行不断的搅拌或振动,使底部固态颗粒能够和上层液体结合,形成更大的晶核。


3)向水合盐中添加额外水:过量的水使得固态颗粒完全溶解,但是如果量控制不当,则会形成溶液却不能形成水合盐。


4)将水合盐放在很浅的容器中,造成固态颗粒沉积可能性变小,增强与液体接触的机会,从而成核的可能性变大。


无机水合盐相变材料价格便宜,体积蓄热密度大,熔解热大,熔点固定,热导率优于有机相变材料大,一般来说,常见的无机水合盐材料只要解决好过冷度和相分离问题,在合理工况内运行,即可保证比较长的使用寿命。

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