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太阳能相变储热材料.pdf

太阳能相变储热材料

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2012-06-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《太阳能相变储热材料pdf》,可适用于工程科技领域

太阳能相变储热材料唐枉成郑瑞佩部俐聪河北省科学院能源所「一、储热在太阳能开发利用中的重要性及其分类太阳能自古以来就被人类在原始的技术水平上加以利用,但直到目前为止,太阳能的实际应用并不广泛,在整个人类的能源消耗中所占比例很小。其原因是由于太阳能本身有它的弱点一是分散性,地面上每平方米面积可接受的太阳能在一千瓦以下二是间断性,当夜间和阴天需要能源时,却不能及时供应。这在太阳能采暖、温室、以及其它工农业应用中,都是突出的问题。因此、,必须研究储存太阳能的方法,这是一个困难而又必须解决的问题。只有建立各种经济实用的储存方法,才真正谈得上太阳能的广泛利用。由于在近期利用太阳能主要在热能方面,所以仅就储热方法的分类作一概述。储存的方法,按储存时间长短来划分,有长期季节性储热和短期储热。长期储热例如在夏季将太阳能加热的热水注入地下,通过管道使周围土壤加热冬季通过管道换热,将土层中所储存的热量取出,供房屋采暖。短期一天或几天储热是将白天过剩的太阳能储存起来供夜间或阴雨天使用。按照储热过程的物理,化学转换机理不同,又可划分为以下几』种储热方式显热储热利用水、石块、砖墙、混凝土等材料做为储热介质,在受热时温度上升,取出热量时温度下降,在此‘过程中储存和放出热量。这种储热方式,工作原理简单,材料容易得到,但缺点是体积和重量比较大。,潜热储热利用某些物质在一定的温度范围发生相变时的吸热及放热效应,来储存热量,故称相变储热。例如,固态物质转变为液态,液态转变为气态,或由固态直接转化为气态升华都将吸收相变热,在逆过程中释放出相变潜热,这就是潜热式储热所依据的基本原理。潜热式储热比显热式储热优越之处,是它的单位体积储热能力大是水的倍,是岩石的倍,储存相同数量热能时,所需设备的容积小得多。例如,用于被动式太阳房的吸热墙,如用相变材料,其厚度仅为混凝土墙的二十分之一。因此,在空间和承重量受限制的场所,采用潜热式储热比较有利。此外,由于相变时温度恒定,故而采用相变材料储热,可以方便地控制较恒定的温度,而显热式储热,则温度波动较大。化学反应储热应用于储热的化学反应,可以是由光能直接引起的,也可以是用太阳能作为高温热源而产生的。前者多选用适当的有机物做为储热介质,如降冰片二烯、二苯二烯、日不饱和酮的异构化。后者选用无机物,用于中、高温储热,如氢氧化钙、碳酸镁、硝酸盐类。此外,光化学作用产生氢气,也是储存太阳能的重要途径。按照储热工作温度来划分,大体上可分为低温以下、中温一和高温℃以上储热。二、以芒硝为主体的相变储热材料的研制由于近期太阳能利用技术以低温热利用最有实用价值,因此,我们自年以来着©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet重研究了低温热能的储存。适合低温范围使用的相变储热材料有石蜡和某些种类的水合盐。水合盐类的相变行为远比石蜡复杂,除了简单的熔化凝固外,还同时发生水合脱水过程。水合盐类一般具有三种类型的相变行为,共熔、半共熔和非共熔。对于储热来说,希望具有共熔性,熔冻过程最简单。但是,有适合熔点的共熔水合盐价格昂贵。半共熔水合盐如六水合氯化钙、五水合硫代硫酸钠、非共熔水合盐如十水合硫酸钠价格都很低廉,虽然这些材料的相变过程相当复杂,但仍具有实用价值。可以充作相变储热材料的水合盐种类很多,结合我国资源情况及材料本身特点,我们选用芒硝一卜水合硫酸钠做为储热的主体材料,这是由于芒硝具有以下一些优点芒硝的相变潜热比较大,可以从表中所列数据看出。表某些水合盐的相变温度和相变潜热一度温℃变,相︸水合盐名称分子式相变潜⋯芒硝十水合硫酸钠六水合氛化钙十水合碳酸钠十二水合磷酸氢钠四水合硝酸钙五水合硫代硫酸钠六水合硝酸镁六水合氛化镁三水合醋酸钠‘··忿·‘·····,·。。。。。。芒硝在我国有丰富的资源,沿海晒盐场和西北、内蒙等地出产芒硝,某些化工、制药工业也副产芒硝。芒硝价格低,工业品无水硫酸钠售价元。芒硝是中性、化学性稳定,对容器腐蚀性小。无毒性、不易燃、使用安全。芒硝相变温度在一℃,可藉加人一定数量的氯化物,调节相变温度到℃以下,适合于房屋采暖等低温热利用的温度范围。为了使芒硝储热达到实用化,最主要的技术关键是克服过冷和分层现象。当熔化了的芒硝逐渐降温冷却到理论上的相变点,往往由于缺少结晶中心,而不能形成结晶,要继续下降温度多达十几度,才能形成结晶,这种过冷现象对相变储热非常不利。当加人重量比的硼砂,可以基本消除过冷现象,因为硼砂和芒硝的晶型晶格相似。造成芒硝储热性能退化的主要原因,是在冷热循环多次反复熔冻过程中,无水硫酸钠只有可溶解到释放出的结晶水中去。其余未能溶解的无水盐下沉到容器底部,形成固、液两相的分离,即上层为硫酸钠饱和水溶液,下层为固相无水硫酸钠。当冷却结晶时,新生成的水合盐结晶体,沉积在固液两相界面上,阴碍水分子和无水硫酸钠进一步的水合作用。由于水合作用进行的不完全,与之对应的相变潜热必然减少,造成相变材料的储热性能衰减。要保证芒硝这一类相变储热材料有较长的使用寿命,其技术关键即在于如何有效地防止上述分层现象。防止水合盐相变材料分层的措施,可分为下列三类飞©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet一将相变材料装入浅盘式容器中。相变材料的厚度不超过毫米,即使分层,由于固相与液相距离很近,扩散作用较易进行,固液两相仍可进行水合作用。减轻了分层作用对相变储热的影响。此法的缺点是容器用的材料多,造价高,需要封闭的边缘多,加工比较困难,容易漏损。相变材料处于搅动状态。固液两相因搅动而混合,不分层。搅动的方式可用滚筒式容器,或用传热工质直接与相变材料接触,鼓泡起搅动作用。此法的缺点是消耗动力,装置复杂,不便于管理。夕一加人一定种类和数量的增稠剂。在相变材料中加人某种增稠剂,使相变材料成为十分粘稠的体系,阻止固体成分因重力作用而下沉。这种方法没有运动部件,只要增稠剂选择适当,寿命长,就可避免相变储热材料因分层而退化。我们曾经试验研究过的增稠防沉方法有以下五类用多孔性无机物或有机物做防沉剂用一定数量的多孔材料与芒硝混合均匀,使水合盐均匀分布在孔隙中,减缓固相下沉的趋势。在自动循环装置中反复加热、冷却一定次数以后,观察相变材料是否分层,实验结果列于表中。表多孔材料防沉试验材料的小孔不是全封闭的,不能将水合盐固、液两相牢固地包围在小孔内。用叛甲基纤维素做增稠剂致甲基纤维素的水溶液粘稠度虽然很大,但试验用来作为芒硝储热材料的增稠剂,效果并不好。原因是在硫酸钠这种强电解质作用下,梭甲基纤·维素高分子之间产生凝聚现象,成为一团树脂块状物质,失去粘稠性,不能防止分层。由此可见所选用的增稠剂必须在强电解质溶液中是稳定的。也就是说,要具有“抗盐性”。用白炭黑做增稠剂白炭黑是微细的二氧化硅颗粒,表面存全二彝、,。甘,二、。、。甘门上准习夕、生】人口闷上日子之咨、一口二一一孟少,比拜人右签、石、六与介,才十,,己,卜二吊,一卜,八一。几刃一少。匕”汉梦口之二叫月场川比石仁乙、夕多孑材料加入数量观察到分层的热名称克八克芒硝循环次数锯‘棉花‘·泡抹塑料‘·“珍珠岩⋯‘硅藻土⋯‘。些石捉粉“‘。石棉纤维⋯⋯。玻璃棉”止退竺二一蕊二一一匕一一止一一一由表可看出,采用这类多孔材料防止分层的效果并不十分显著。原因是这些多孔子以氢键结合形成聚集结构。当浓度较低时,这些粒子在水溶液中联结成链状,随着浓度的增大,这种链的长度和数量也增加,互相交联形成三维网状结构,并且吸附大量水分子,使整个体系的粘稠度大为增加。采用国产白炭黑做增稠剂,试验了多种不同配方,观察结果得知,白炭黑增稠剂与芒硝的相容性较好。白炭黑颗粒愈细增稠悬浮年用愈大,燃烧法白炭黑加入一重最比最适宜。在热循环老化试验中可看出,这种体系的稳定性还不够,需加入稳定促进剂,如脂肪酸钠、丙三醇、乙二醇、乙二胺、烷基磺酸钠、。等表面活性剂,用来增加白炭黑的悬浮增稠作用,试验表明,效果最好。用凹凸棒土做增稠防沉剂凹凸棒土是另一种价格低廉的触变增稠剂,其价格仅为燃烧法白炭黑的二百分之一。我国华东地区出产的凹凸棒土,外观呈灰白色,土质细腻,粒度微米以下部分占纬。在电子显微镜下观察,是毫微米©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet宽,微米长的棒状体,交叉聚集成束,具有触变性。四凸捧土的化学成分不同于普通粘土,含镁量高。凹凸棒土中所含交换性阳离子,大部分吸附在分子结构孔道中,而不在分子的外表而,不易被电解絮凝。因而在芒硝储热材料中能起稳定的悬浮作用,阻碍因相成分下讥。用水溶性聚合物做防沉剂水溶性聚合物有天然和合成两大类。天然聚合物稠厚剂,如动物胶、淀粉、交联淀粉、藻院酸盐等,它们的性能不稳定,水解或生物降解,不抗盐。合成的聚合物比天然聚合物稳定。合成的水溶性聚合物种类也很多。但要在相变储热材料中发挥防沉作用,最主要的条件有二。一是在强电解质溶液中仍保持粘稠特性,即能抗盐。二是原料来源广,价格不太贵。经实验室筛选试验,效果最好的是一种经过改性处理的水溶性聚合物一,其外观为黄褐色胶粘状液体,固体成分含量约。从红外吸收光谱可以看出,一的高聚物大分子链中,含有大量致基、酚胺、毅基等亲水基团。用扫描电子显微镜摄影观察,放大倍时,这种水溶性聚合物呈多孔海绵状。当放大倍数为倍时可进一步观察其微细结构,是许多细长条状颗粒聚集在一起,每个颗粒宽约微米,长约一微米,颗粒成卷曲状或环状。颗粒之间及环内存在大量空隙。因而,可以容纳大最水分子及水合盐,于一高聚物的人分子链了了大量亲水篆团,以及多孔性结构,使它能与水任何比例混容。当一与少量交联剂混合均匀后,交联剂分子与聚合物大分子中适当的功能团交联,形成稳定的三维网状结构凝胶。实验证明,这种凝胶在大量强电解质存在下,也不聚集成块状。因此,将芒硝等水合盐彻底分散在这凝胶中,可以形成稳定的相变储热材料,在长期反复的融冻循环中,保持固、液两相不分离。表列出用水溶性聚合物增稠的相变材料的储热性能。表用水溶性聚合物增稠的相变材料的储热性能‘下花带寡攀犷下下丁了戈一一下”下飞’一””‘”热循环次数」一相变潜热一千焦公斤衰减呱⋯。。⋯。。,。·。。·。尹叫吻倒帅‘嘛‘鲡“卜哗学会动态第二次中日农药座谈会在日本召开酝川姗洲、洲训、,,、,川、‘,磷中国化工学会农药学会代表团一行七人,应日本农药学会的邀请于一九八四年十月十五日至廿九日对日本进行了访问。此次访问是参加日本第十七次农药科学讨论会和第二次中日农药科学技术交流座谈会。会后在日本农药学会的安排下,参观了一些大学及公司的科研单位和工厂。十月十七日至十九日在日本山中湖召开的第二次中日农药科学技术交流座谈会,共有人到会。与会者双方就杀虫剂、杀菌剂、除草剂的农药发展情况农科研体制进行了发言,在讨论中日本方面最关心的是关于中国农药管理法,特别是关于中国登记注册的规定,对中国的某些科研单位和企业的联合也引起有关公司的关注,日方在发言中钟谈到日本主要是采取严格的栽培管理措施,已经消灭了白叶枯病这一点值得我们借鉴。这次访问按预定的计划进行,取得了圆满的结果。〔秘书处爪©ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:wwwcnkinet

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