高溫?zé)岜脙δ芄嵯到y(tǒng)中相變儲能材料性能分析

劉 鋒，丁錦宏

（廣東省河源市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測所，廣東 河源 517000）

高溫?zé)岜檬菍⒐I(yè)企業(yè)排放、浪費(fèi)的中低溫度的廢水、廢氣中的熱量通過高溫?zé)崮軣岜眠M(jìn)行收集，轉(zhuǎn)換成小于等于150 ℃的水或高溫蒸汽，用于工業(yè)工藝或供暖使用。相變儲能技術(shù)主要利用相變材料發(fā)生物理相變過程時(shí)會吸收或釋放大量相變潛熱的特性，從而實(shí)現(xiàn)能量的儲存。Halawa E.介紹了空氣采暖空氣相變儲熱單元（TSU）熱性能綜合數(shù)值研究的結(jié)果[1]。崔秋娜等對相變材料本身的性能及在實(shí)際應(yīng)用中的選擇上進(jìn)行了介紹說明[2]。本文的主要工作是在綜合考慮配合高溫?zé)岜霉?jié)能技術(shù)的條件下，為高溫?zé)岜脙δ芟到y(tǒng)選擇合適的相變材料，并且對其性能進(jìn)行分析。

1 相變材料選擇及性能研究

高溫?zé)岜檬侵钢茻岢鏊疁囟饶軌蜻_(dá)到85 ℃以上的熱泵恒溫制熱工況下COP 值可大于2.5 以上，為工業(yè)用熱水提供了良好的節(jié)能效果。本文在選擇合適的相變材料上主要從相變材料的相變溫度、導(dǎo)熱系數(shù)及儲能密度這三方面考慮[3-4]。由于一般供熱的溫度要求在60～70 ℃，又有傳熱溫差的存在，該系統(tǒng)應(yīng)用的相變材料的相變溫度范圍在70～80 ℃較好，八水合氫氧化鋇的相變溫度為78 ℃，其測試參數(shù)如1所示。

表1 復(fù)合八水氫氧化鋇的主要熱物性參數(shù)

從復(fù)合八水合氫氧化鋇的熱物性參數(shù)來看，該材料具有較好的熱性能，高溫?zé)岜盟a(chǎn)生的熱量能夠?qū)?fù)合八水氫氧化鋇融化[5]，因此用該材料作為相變材料的基質(zhì)材料是比較好的選擇。

2 材料壓力測試

復(fù)合八水氫氧化鋇具有相對一般相變材料較高導(dǎo)熱系數(shù)和潛熱值，為尋找該材料封裝容器，對材料進(jìn)行了壓力和溫度變化情況測試，如圖1 所示。將相變材料封裝在不銹鋼容器中，完全密封，頂部做熱電偶溫度傳感器和壓力傳感器接頭，測試結(jié)果如圖2 所示。

圖1 相變材料在恒溫條件下溫度和壓力測試示意圖

圖2 相變材料在恒溫條件下溫度和相對壓力變化情況

復(fù)合八水氫氧化鋇在融化過程中，其溫度最高達(dá)到90 ℃，其相對壓力增加不超過0.09 MPa，可見復(fù)合八水氫氧化鋇在融化過程中其壓力增加不會過大。

3 材料穩(wěn)定性

復(fù)合八水氫氧化鋇的循環(huán)穩(wěn)定性采用恒溫金屬浴測試。該儀器可實(shí)現(xiàn)對測試材料的周期加熱、冷卻循環(huán)，加熱溫區(qū)為室溫5～100 ℃，而且加熱時(shí)間較短。循環(huán)測試分別到50 次、100 次、200 次、300 次時(shí)測試復(fù)合八水氫氧化鋇的潛熱值及其過冷度情況，其中潛熱損失系數(shù)=潛熱值的損失/初始測試潛熱值，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 復(fù)合八水氫氧化鋇循環(huán)穩(wěn)定性能測試數(shù)據(jù)

經(jīng)過一定循環(huán)周期內(nèi)，如果相變材料的潛熱值降到初始潛熱值的80%，或者過冷度超過相變溫度10%，則一般認(rèn)為該相變材料失效，按此推算可得出復(fù)合八水氫氧化鋇的使用壽命。按潛熱值損失計(jì)算該材料可循環(huán)使用10 000 次左右，按過冷度計(jì)算該材料可循環(huán)使用3 300 次左右，綜合考慮該材料的使用壽命在3 300 次左右。

4 總結(jié)

本文主要對適用于熱泵儲能供熱系統(tǒng)的相變材料選擇以及對材料的性能方面進(jìn)行了篩選和測試。用八水氫氧化鋇作為相變材料，對其進(jìn)行熱性能測試，該材料具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和潛熱值。對該材料進(jìn)行了壓力測試，結(jié)果表明，容器內(nèi)部的相對壓力不會超過0.09 MPa。測試了該材料的循環(huán)穩(wěn)定性，其使用壽命在3 300 次以上。