膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料实验研究

随着社会经济快速发展，人类赖于生存和发展的常规能源受到严重挑战。太阳能是一种普遍存在的清洁能源，是新世纪最具有开发和利用前景。但是太阳能热利用受到间断性、不稳定性、热利用效率低等因素的制约。为了解决这种不稳定性、间断性等问题，蓄热技术在太阳能热利用扮演着重要角色。尤其是相变蓄热技术，其蓄热密度大、相变过程温度恒定容易控制等优点，受到人们的欢迎。为了适应太阳能热利用温度，本文利用石蜡作为相变蓄热材料的基本材料，采用膨胀石墨的多孔性能和较高的吸附性能提高石蜡的导热性能，并与之混合成复合相变蓄热材料。 本文搭建一个立方体蓄热装置实验平台。研究膨胀石墨/石蜡作为复合相变蓄热材料的性能为基础，以蓄热装置复合相变蓄热材料的蓄热性能为研究对象，通过实验比较方法，制备了不同配比膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料。首先用差示扫描量热法(DSC)对各种配比膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料的热物性参数进行测试；然后对各种配比的复合相变蓄热材料在给定热源温度(60℃、65℃、70℃、75℃、80℃)和给定流体流量（160L/h）下进行蓄热、放热实验研究；最后选择配比4%的复合相变蓄热材料运用在太阳能集热器热水系统中。研究结果表明，制备复合相变蓄热材料的膨胀石墨质量含量不宜大于5%；添加的膨胀石墨对石蜡相变点和焓变的影响很小；材料在蓄热过程中：分为三个阶段，即固相显热蓄热阶段、固液潜热蓄热阶段和液相显热蓄热阶段，在升温过程中，蓄热装置内的复合相变蓄热材料温升步调不一致，上层位置温升速度大于中下层位置温升速度；而在放热过程中，蓄热装置内的复合相变蓄热材料温降速度步调协调一致。当热源温度为60℃、65℃、70℃时，膨胀石墨质量含量为3%、4%、5%对复合相变蓄热材料的蓄热过程影响较大；当热源温度为75℃、80℃时，添加膨胀石墨对复合相变蓄热材料的蓄热过程影响较小。膨胀石墨含量为4%复合相变蓄热材料的蓄热装置运用在太阳能集热器热水系统中，经过测试可以提高了太阳能热利用率10%左右，在理论上可以多提供1～3个人40℃热水淋浴用水。 本文主要是对膨胀石墨/石蜡复合相变蓄热材料蓄热性能实验研究，结合热管式太阳能集热器进行实际应用研究，所研究的结果，为相变蓄热技术研究者作为参考，为今后太阳能蓄热系统提供基础依据。