本文關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)相變儲(chǔ)熱材料選擇及研發(fā)現(xiàn)狀，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

326 中 國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) 報(bào) 第34卷

水，耐火磚或巖石)的5~14倍，具有其它兩種方式難以比擬的優(yōu)點(diǎn)[8-9]，發(fā)展?jié)摿薮�。相變�?chǔ)熱介質(zhì)性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的性能和成本�，F(xiàn)有資料表明，大量材料可在特定溫度下發(fā)生相變同時(shí)釋放或者吸收潛熱[9-11]，然而要將其用作儲(chǔ)熱工質(zhì)，同時(shí)又要綜合衡量其熱物性、腐蝕性、經(jīng)濟(jì)性等多種因素。面對(duì)多樣化的相變儲(chǔ)熱材料(大于160 000種)[12]和需要同時(shí)考慮的各種因素，要篩選出滿足要求的最佳儲(chǔ)熱材料是一項(xiàng)復(fù)雜費(fèi)時(shí)的工作，卻又是太陽(yáng)能熱利用中厄需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

本文將通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的整理和分析，總結(jié)出相變儲(chǔ)熱材料的篩選原則，對(duì)最具發(fā)展?jié)摿Φ母邷厝埯}材料和相變金屬合金材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)，分析相變儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展中今后應(yīng)該重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問(wèn)題，為今后高溫相變儲(chǔ)熱技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供參考。

的衡量必須綜合考慮多種因素。

文獻(xiàn)[13]介紹了選擇相變材料必須依據(jù)材料在熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)、經(jīng)濟(jì)性等多方面所表現(xiàn)出來(lái)的性能，其作者根據(jù)這些準(zhǔn)則分析比較后給出了大量適用于高溫范圍內(nèi)的相變儲(chǔ)熱材料及基本的熱物性參數(shù)。結(jié)合文獻(xiàn)[8,10,14-20]以及圖1中所示關(guān)系，分析得到相變儲(chǔ)熱材料的篩選原則如下。

1）滿足熱學(xué)性能要求。

①合適的相變溫度。這可使材料的理想工作溫度與其應(yīng)用溫度達(dá)到最佳匹配，進(jìn)而使其處于最佳工作狀態(tài)。

②較大的相變潛熱和較高的比熱容。相變潛熱大意味著相同相變溫度下可以儲(chǔ)存更多的潛熱，比熱容高決定了相同溫差下可以儲(chǔ)存更多的顯熱，因此滿足此要求的材料總儲(chǔ)熱量大，，儲(chǔ)熱密度高。

③較大的導(dǎo)熱系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)大的材料導(dǎo)熱性 能好，對(duì)相同熱量的吸收、釋放過(guò)程所需的溫度梯度小，儲(chǔ)熱、提熱速度快，效率高。

④一致熔融。材料相變前后不同相態(tài)的化學(xué)組成保持一致，可以避免因固液兩相密度不同而導(dǎo)致的相分離現(xiàn)象。

2）滿足物理性能要求。

①良好的相平衡。要求材料的相變過(guò)程完全可逆并只與溫度相關(guān)。

②蒸汽壓低。工作溫度下對(duì)應(yīng)的蒸汽壓力較低則材料不易揮發(fā)損失。

③密度大。對(duì)于相變潛熱和比熱容相當(dāng)?shù)牟煌牧�，其中密度大的單位體積儲(chǔ)熱量大，有助于降低容器成本。

④相變過(guò)程體積變化小。體積膨脹率小意味著允許系統(tǒng)儲(chǔ)熱換熱器的型式簡(jiǎn)單化，同時(shí)可以保證一定的傳熱速率。例如，假設(shè)介質(zhì)凝固時(shí)其體積減小10%，那么對(duì)于水平放置的圓管，當(dāng)空隙在頂部時(shí)，有效傳熱面積將減少25%。由于介質(zhì)的凝固速度、黏度及表面張力等因素的影響，空隙也可能分散在整個(gè)儲(chǔ)熱介質(zhì)中，這會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)熱介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)變小，傳熱速率降低[17]。

3）滿足動(dòng)力學(xué)性能要求。

①凝固時(shí)過(guò)冷度盡可能小，熔化時(shí)無(wú)過(guò)飽和。 ②結(jié)晶快。

4）滿足化學(xué)性能要求。

①化學(xué)穩(wěn)定性好。材料經(jīng)反復(fù)多次吸放熱后不發(fā)生熔析和副反應(yīng)，不易化學(xué)分解，因而長(zhǎng)期服役后儲(chǔ)熱能力衰減小，應(yīng)用的可行性、可靠性強(qiáng)，可

1 相變儲(chǔ)熱材料的篩選原則

用于儲(chǔ)存潛熱的相變材料，其選擇原則依賴于許多因素，如材料性能、存儲(chǔ)容量、工作溫度、傳熱流體性能以及換熱器的設(shè)計(jì)等[12]。所選材料各方面性能的優(yōu)劣將直接影響儲(chǔ)熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱量的多少和儲(chǔ)熱/提熱效率的高低。圖1反映了儲(chǔ)熱裝置主要性能和儲(chǔ)熱材料特性之間的關(guān)系，可見(jiàn)二者多種性能指標(biāo)相互交織、互相影響，對(duì)儲(chǔ)熱材料整體性能

儲(chǔ)熱換熱器的性能 儲(chǔ)熱材料的特性

火用

圖1 儲(chǔ)熱裝置性能和儲(chǔ)熱材料特性間的關(guān)系 Fig. 1 Relationship between performance of heat storage

device and properties of heat storage material

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