自20世纪70年代的世界能源危机以来,相变蓄能技术的基础应用研究在发达国家迅速崛起并不断发展,现已成为开发新能源、协调能量供求在时间和强度上的不匹配、提高能源利用率的重要技术之一。现在我国有越来越多的地区在推行峰谷电价制度,相变蓄能技术能起到移峰填谷的作用,既可以缓解电网负荷,又能由此而产生巨大的经济效益。在相变蓄能技术的研究中,蓄能材料的开发是最为人们所关注的。固—液相变蓄能材料因具有蓄能密度大、蓄能过程近似恒温、体积变化小、过程易控制等优点而得到各国科学家的广泛重视。
固—液相变蓄能材料的种类很多。根据相变温度,材料可分为高温、中温和低温材料。中低温材料主要是一些无机盐水合物、有机物、高分子材料,此温度范围内的相变材料是常用的储能材料,是近年来国内外在能源利用和材料科学方面开发研究十分活跃的领域。
固—液相变蓄能技术需研究的问题很多,主要归结为两大类。一类是相变材料性质的研究,包括材料的热物性及相变传热过程的机理、材料的寿命及稳定性等。这些涉及到热物性测定、量热技术分析和热分析以及物理化学领域。另一类是相变材料应用的研究,包括材料与容器的相容性,相变换热器的设计,提高相变材料导热能力的措施,储热装置的强化传热及运行工况的控制等等。
本文从现有的多种中低温相变蓄能材料中选取硬脂酸、石蜡、六水合氯化镁、十二水合硫酸铝钾以及氯化铝&氯化钾混合物5种相变材料,进行理论与试验研究,通过DSC测试、温度曲线法测试和循环熔冻试验方法测试其相变温度、相变潜热、比热等热物性参数,并且对其相变性能进行考察。硬脂酸和石蜡有着较高的相变潜热,并且在循环熔冻中保持着很好的相变性能,但储能密度较低且导热系数偏低;六水合氯化镁和十二水和硫酸铝钾虽然储能密度较高,但其过冷、析出等性质制约了它们的应用;氯化铝&氯化钾混合物因为混合比例和材料本身性质的问题而被淘汰。
之后,利用前面试验中筛选出的性能较优的硬脂酸作为相变材料,设计了一种相变蓄能电热水器蓄热装置。该热水器与市场主流的电热水器相比具有体积小、成本低、运行费用低、安全性好等优点,还可以缓解电网负荷,具有很大的开发潜力。
