相變蓄熱材料綜述

1、相變虛熱材料綜述蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護(hù)環(huán)境的重要技術(shù)，可用于解決熱 能供給與需求失配的矛盾，在太陽(yáng)能利用、電力“移峰填谷”、廢熱和余 熱的回收利用以與工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前 景，是世界圍的研究熱點(diǎn).目前，主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱 和化學(xué)反應(yīng)蓄熱三種.顯熱蓄熱是利用物質(zhì)的溫度升高來(lái)存儲(chǔ)熱量的.利 用瓷粒、水、油等的熱容進(jìn)行蓄熱，把已經(jīng)高溫或低溫變換的熱能貯存起 來(lái)加以利用，如固體顯熱蓄熱的煉鐵熱風(fēng)爐、蓄熱式熱交換器、蓄熱式燃 燒器等，通常的顯熱蓄熱方式簡(jiǎn)單，成本低，但儲(chǔ)存的熱量小，其放熱不 能恒溫的缺點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)蓄熱是指利用可逆化學(xué)反應(yīng)的結(jié)合熱儲(chǔ)存熱能

2、.發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，可以有催化荊，也可以沒(méi)有催化劑一種高密度高能量的蓄 熱方式，它的儲(chǔ)能密度一般高于顯熱和潛熱，此種儲(chǔ)能體系通過(guò)催化劑和 產(chǎn)物分離易于能量長(zhǎng)期儲(chǔ)存.潛熱蓄熱（相變蓄熱）是利用物質(zhì)在凝固/ 熔化、凝結(jié)/氣化、凝華/升華以與其他形式的相變過(guò)程中，都要吸收或 放出相變潛熱的原理來(lái)進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存的技術(shù).利用相變材料相變時(shí)單位質(zhì) 量（體積）潛熱，蓄熱量非常大能把熱能貯存起來(lái)加以利用，如空間太陽(yáng) 能發(fā)電用蓄熱器，深夜電力調(diào)峰用蓄熱器，其儲(chǔ)能比顯熱一個(gè)數(shù)量級(jí)，而 且放熱溫度恒定，但其儲(chǔ)熱介質(zhì)一般有過(guò)冷、相分離、易老化等缺點(diǎn)。一相變蓄熱材料的分類根據(jù)相變種類的不同，相變蓄熱一般分為四類：固一固相

3、變、固一液相 變、液一氣相變與固一氣相變。由于后兩種相變方式在相變過(guò)程中伴隨有 大量氣體的存在，使材料體積變化較大，因此盡管它們有很大的相變熱，1 / 16 但在實(shí)際應(yīng)用中很少被選用，固一固相變和固一液相變是實(shí)際中采用較多 的相變類型。根據(jù)材料性質(zhì)的不同，一般來(lái)說(shuō)相變蓄熱材料可分為：有機(jī)類、 無(wú)機(jī)類與混合類相變蓄熱材料。其中，石蠟類、脂酸類是有機(jī)類中的典型 相變蓄熱材料；結(jié)晶水合鹽、熔融鹽和金屬與合金等是無(wú)機(jī)類中的典型相變 蓄熱材料?；旌项愑挚煞譃椋河袡C(jī)混合類、無(wú)機(jī)混合類與無(wú)機(jī)一有機(jī)混合類。根據(jù)使用溫度圍的不同，潛熱蓄熱材料(相變蓄熱)又可分為分為高、 中、低溫三種.1低溫相變蓄熱材料低溫相變

4、蓄熱材料主要有無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類無(wú)機(jī)相變材料主要包括結(jié)晶 水合鹽、熔融鹽、金屬或合金.結(jié)晶水合鹽通常是中、低溫相變蓄能材料 中重要的一類，具有價(jià)格便宜，體積蓄熱密度大，熔解熱大，熔點(diǎn)固定， 熱導(dǎo)率比有機(jī)相變材料大，一般呈中性等優(yōu)點(diǎn).但在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)過(guò) 冷、相分離等不利因素，嚴(yán)重影響了水合鹽的廣泛應(yīng)用決過(guò)冷的方法主要 有兩種，一種是加入微粒結(jié)構(gòu)與鹽類結(jié)晶物相類似的物質(zhì)作為成核劑.例 如，Dr. Telkes經(jīng)過(guò)千余次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)在Na2SO 10HzQH口入硼酸能明 顯地降低過(guò)冷度；另一種是保留一部分固態(tài)相變材料，即保持一部分冷區(qū)， 使未融化的一部分晶體作為成核劑，這種方法文獻(xiàn)上稱為冷指(Cold

5、 finger) 法，雖然操作簡(jiǎn)單，但行之有效-J.為了解決相分離的問(wèn)題，防止殘留固 體物沉積于容器底部，人們也研究了一些方法，一種是將容器做成盤狀， 將這種很淺的盤狀容器水平放置有助于減少相分離；另一種更有效的方法 是在混合物中添加適宜的增稠劑，防止混合物中成分的分離，但并不妨礙 相變過(guò)程。2 / 16有機(jī)相變材料主要包括石蠟，脂肪酸與其他種類.石蠟主要由不同長(zhǎng) 短的直鏈烷炫混合而成，可用通式 C。H抖：表示，可以分為食用蠟、全精 制石蠟、半精制石蠟、粗石蠟和皂用蠟等幾大類，每一類又根據(jù)熔點(diǎn)分成 多個(gè)品種.短鏈烷炫的熔點(diǎn)較低，隨著碳鏈的增長(zhǎng)，熔點(diǎn)開(kāi)始增長(zhǎng)較快， 而后逐漸減慢，再增長(zhǎng)時(shí)熔點(diǎn)將趨

6、于一致。V. H. Moreo冷人研究了將不 同形狀的翅片管用于潛熱蓄熱系統(tǒng)中增強(qiáng)換熱睜引，L. F. Cabez一人研究了將高導(dǎo)熱率粉末、碳纖維植入相變材料中以增強(qiáng)導(dǎo)熱率，該法同時(shí)也 能有效地減少石蠟相變時(shí)的容積變化103.脂肪酸的性能特點(diǎn)與石蠟相似 1卜12,其分子通式為GH。Q .大部分的脂肪酸都可以從動(dòng)植物中提 取，其原料具有可再生和環(huán)保的特點(diǎn)，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn).其他還有有 機(jī)類的固一固相變材料，如高密度聚乙烯，多元醇等.這種材料發(fā)生相變 時(shí)體積變化小，過(guò)冷度輕，無(wú)腐蝕，熱效率高，是很有發(fā)展前途的相變材 料復(fù)合相變材料材料的復(fù)合化可將各種材料的優(yōu)點(diǎn)集合在一起，制備復(fù) 合相變材料是潛熱

7、蓄熱材料的一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)合相變材料的支撐目前，國(guó)外學(xué)者研制的支撐材料主要有膨脹石墨、 瓷、膨潤(rùn)土、微膠囊等.膨脹石墨是由石墨微晶構(gòu)成的疏松多孔的蠕蟲(chóng)狀 物質(zhì)，它除了保留了鱗片石墨良好的導(dǎo)熱性外，還具有良好的吸附性1引.瓷材料有耐高溫、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被大量地選做工業(yè)蓄 熱體.主要的瓷材質(zhì)有石英砂、碳化硅、剛玉、莫來(lái)石質(zhì)、錯(cuò)英石質(zhì)和堇 青石質(zhì)等.膨潤(rùn)土有獨(dú)特的納米層問(wèn)結(jié)構(gòu)，采用“插層法”將有機(jī)相變材 料嵌入其層狀空間，制備有機(jī)/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料，是開(kāi)發(fā)新型納米功能3 / 16 材料的有效途徑，微膠囊相變材料口陽(yáng)是用微膠囊技術(shù)制備出的復(fù)合相變 材料。在微膠囊相變材料中發(fā)生相變的物

8、質(zhì)被封閉在球形膠囊中，有效地 解決了相變材料的泄漏、相分離與腐蝕等問(wèn)題，有利于改善相變材料的應(yīng) 用性能，并可拓寬相變蓄熱技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。中溫相變蓄熱材料太陽(yáng)能熱利用與建筑節(jié)能等領(lǐng)域?qū)ο嘧冃顭岵牧系男枨?，使低溫圍?熱材料具有廣泛的應(yīng)用前景；高溫工業(yè)爐蓄熱室、工業(yè)加熱系統(tǒng)的余熱回 收裝置以與太空應(yīng)用，推動(dòng)了高溫相變蓄熱技術(shù)的迅速發(fā)展.因此，國(guó)外 對(duì)制冷、低溫和高溫相變蓄熱材料（PCM）故了相當(dāng)多的研究，但中溫PC惻 較少使用.不過(guò)，近年來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展給中溫 PCM）應(yīng)用創(chuàng)造了很大的空 間。高溫相變蓄熱材料高溫相變材料的熱物性相變材料的熱物性主要包括：相變潛熱、導(dǎo)熱 系數(shù)、比熱容、膨脹系數(shù)、相變

9、溫度等直接影響材料的蓄熱密度、吸放熱 速率等重要性能，相變材料熱物性的測(cè)量對(duì)于相變材料的研究顯得尤為重 要。高溫相變材料通常具有一定的高溫腐蝕性，通常需要對(duì)其進(jìn)行封裝。 微封裝的相變材料具有許多優(yōu)點(diǎn)，促使人們對(duì)此進(jìn)行研究。Heine等人研究了4種金屬對(duì)熔點(diǎn)在235857c的6種熔融鹽的耐腐蝕性能。Lane對(duì)不同的 材料在不同尺寸下封裝的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并對(duì)材料的兼容性進(jìn)行了 研究.由于用途廣泛，很多個(gè)人和公司。如 BASIE加入了相變材料微封裝 的研究行列。微封裝相變材料在不同熱控制領(lǐng)域的潛在應(yīng)用將受到其成本4 / 16的限制，但對(duì)于太空應(yīng)用，熱控制性能遠(yuǎn)重于其成本。一些研究人員認(rèn)為， 相

10、變材料微封裝技術(shù)將是太空技術(shù)的一個(gè)里程碑高溫相變復(fù)合材料的研究進(jìn)展將相變材料同耐腐蝕性好的常規(guī)材料復(fù)合是高溫相變材料的研究方向 之一.目前，高溫相變復(fù)合材料可分為瓷基和金屬基兩大類.鄒向采用瓷 技術(shù)將碳酸鹽共熔物蓄熱介質(zhì)與瓷基體復(fù)合在一起，制成一種新型高溫相 變復(fù)合材料.該材料的致密度和高溫相變潛熱分別達(dá)到了理論值的90%和70%,使用溫度可達(dá)800C;王華等人采用融浸工藝，將性能優(yōu)良的高溫熔 融鹽分別與不同的金屬基復(fù)合，得到一種新型高溫相變復(fù)合材料.該金屬 基相變復(fù)合材料具有高的吸熱一放熱率、高蓄熱密度等優(yōu)點(diǎn).他們還進(jìn)行 了高溫熔融鹽相變蓄熱材料與不同高性能瓷復(fù)合的研究，成功制備出燃料 工業(yè)

11、爐用高溫相變復(fù)合材料.相變蓄熱系統(tǒng)的數(shù)值模擬目前，文獻(xiàn)中提出的模型較多，但因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、傳熱方式和相變材料 的差異，模型的通用性較差.以下選出的文獻(xiàn)中對(duì)高溫相變蓄熱系統(tǒng)的數(shù) 值模擬具有代表性的研究.邢玉明等人采用給方法建立了以控制體單元為 對(duì)象的單管相變蓄熱模型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值分析，得到了循環(huán)工質(zhì)氣 體出口溫度、相變材料容器最高溫度和平均壁溫等參數(shù)的瞬態(tài)變化曲線， 數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好；王華等人建立了球形相變蓄熱復(fù)合材料的 放熱模型，采用始增法研究了相變材料的相變潛熱、基體的導(dǎo)熱系數(shù)、復(fù) 合材料的尺寸以與復(fù)合蓄熱材料與流體間的傳熱系數(shù)等因素對(duì)放熱過(guò)程的 影響；Gon狒人29建立了以管側(cè)

12、為傳熱流體、殼側(cè)填充相變材料的管殼5 / 16式換熱器的蓄一放熱模型，研究了蓄熱過(guò)程和放熱過(guò)程對(duì)相變蓄熱系統(tǒng)效 率的影響.采用有限元法對(duì)導(dǎo)熱型融解進(jìn)行數(shù)值分析.結(jié)果說(shuō)明，導(dǎo)熱型 相變材料的蓄熱系統(tǒng)的傳熱流體以同側(cè)布置較好；CostaE艦3婦認(rèn)為，熱慣性、系統(tǒng)不穩(wěn)定、熱損失、密度的變化、假定熱物性為常數(shù)等因素造成理 論值和實(shí)驗(yàn)值偏差較大；也有人認(rèn)為相變材料部發(fā)生的物理性變化，傳熱 數(shù)學(xué)模型很復(fù)雜，對(duì)整個(gè)相變系統(tǒng)來(lái)說(shuō)但各項(xiàng)變系統(tǒng)的的傳熱和傳質(zhì)可以 忽略，或總結(jié)成經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，傳熱數(shù)學(xué)模型很簡(jiǎn)單相變蓄熱的熱力學(xué)優(yōu)化BjurstrorJl和Carlson首次將驗(yàn)證性因素分析引入相變蓄熱系統(tǒng)，結(jié)果說(shuō)明，效率

13、比人們預(yù)想的要低的多，只有 12%,與顯熱蓄熱系統(tǒng)的效率 相當(dāng)，從而激勵(lì)人們對(duì)熱力學(xué)優(yōu)化進(jìn)行更進(jìn)一步的研究.Adebiyic353對(duì)圓柱型單元蓄熱系統(tǒng)進(jìn)行了研究，結(jié)果說(shuō)明，雖然相變材料的蓄熱密度大， 但是效率可能低于顯熱蓄熱系統(tǒng)；王劍峰等人 3陽(yáng)建立了組合式柱封裝相 變材料熔化一固化循環(huán)相變蓄熱系統(tǒng)的物理模型，用有限差分法進(jìn)行了數(shù) 值模擬求解，結(jié)果說(shuō)明，組合相變材料可以提高相變速率15%25%; Lucia 等人n7對(duì)以導(dǎo)熱為主和以對(duì)流為主的蓄熱過(guò)程進(jìn)行了分析，結(jié)果說(shuō)明，當(dāng) 相變材料的相變溫度Tc為環(huán)境溫度L和熱源溫度T ”的幾何平均值時(shí)，效率 最局.相變蓄熱技術(shù)的應(yīng)用人們對(duì)相變蓄熱技術(shù)的研究

14、雖然只有幾十年的歷史，但它的應(yīng)用十分 廣泛，已成為日益受到人們重視的一種新興技術(shù)。該技術(shù)主要有以下幾個(gè) 方面的應(yīng)用。6 / 16工業(yè)過(guò)程的余熱利用工業(yè)過(guò)程的余熱既存在連續(xù)型余熱又存在間斷型余熱。對(duì)于連續(xù)型余 熱，通常采取預(yù)熱原料或空氣等手段加以回收，而間斷型余熱因其產(chǎn)生過(guò) 程的不連續(xù)性未被很好的利用，如有色金屬工業(yè)、硅酸鹽工業(yè)中的部分爐 窯在生產(chǎn)過(guò)程中具有一定的周期性，造成余熱回收困難，因此，這類爐窯 的熱效率通常低于30%相變蓄熱突出的優(yōu)點(diǎn)之一就是可以將生產(chǎn)過(guò)程中多 余的熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)并在需要時(shí)提供穩(wěn)定的熱源，它特別適合于間斷性的工 業(yè)加熱過(guò)程或具有多臺(tái)不同時(shí)工作的加熱設(shè)備的場(chǎng)合，采用熱能儲(chǔ)存

15、系統(tǒng) 利用相變蓄熱技術(shù)可節(jié)能15%45%根據(jù)加熱系統(tǒng)工作溫度和儲(chǔ)熱介質(zhì)的不 同，應(yīng)用于工業(yè)加熱的相變蓄熱系統(tǒng)可分為蓄熱換熱器、蓄熱室式蓄熱系 統(tǒng)和顯熱/潛熱復(fù)合蓄熱系統(tǒng)三種形式。蓄熱換熱器適用于間斷性工業(yè)加熱 過(guò)程，是一種蓄熱裝置和換熱裝置合二為一的相變蓄熱換熱裝置。它采取 管殼式或板式換熱器的結(jié)構(gòu)形式，換熱器的一側(cè)填充相變材料，另一側(cè)則 作為換熱流體的通道。當(dāng)間歇式加熱設(shè)備運(yùn)行時(shí)，煙氣流經(jīng)換熱器式蓄熱 系統(tǒng)的流體通道，將熱量傳遞到另一側(cè)的相變介質(zhì)使其發(fā)生固液相變，加 熱設(shè)備的余熱以潛熱的形式儲(chǔ)存在相變介質(zhì)中。當(dāng)間歇式加熱設(shè)備從新工 作時(shí)，助燃空氣流經(jīng)蓄熱系統(tǒng)的換熱通道，與另一側(cè)的相變材料進(jìn)行

16、換熱， 儲(chǔ)存在相變材料中的熱量傳遞到被加熱流體，達(dá)到預(yù)熱的目的。相變蓄熱 換熱裝置一個(gè)特點(diǎn)是可以制造成獨(dú)立的設(shè)備，作為工業(yè)加熱設(shè)備的余熱利 用設(shè)備使用時(shí)，并不需要改造加熱設(shè)備本身，只要在設(shè)備的管路上進(jìn)行改 造就可以方便地使用。蓄熱室式蓄熱系統(tǒng)在工業(yè)加熱設(shè)備的余熱利用系統(tǒng) 中，傳統(tǒng)的蓄熱器通常采用耐火材料作為吸7 / 16收余熱的蓄熱材料，由于熱量的吸收僅僅是依靠耐火材料的顯熱熱容 變化，這種蓄熱室具有體積大、造價(jià)貴、熱慣性大和輸出功率逐步下降的 缺點(diǎn)，在工業(yè)加熱領(lǐng)域難以普與應(yīng)用。相變蓄熱系統(tǒng)是一種可以替代傳統(tǒng) 蓄熱器的新型余熱利用系統(tǒng)，它主要利用物質(zhì)在固液兩態(tài)變化過(guò)程中的潛 熱吸收和釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)

17、熱能的儲(chǔ)存和輸出。相變蓄熱系統(tǒng)具有蓄熱量大、體 積小、熱慣性小和輸出穩(wěn)定的特點(diǎn)。與常規(guī)的蓄熱室相比，相變蓄熱系統(tǒng) 體積可以減小30%50%太陽(yáng)能熱儲(chǔ)存太陽(yáng)能是巨大的能源寶庫(kù)，具有清潔無(wú)污染，取用方便的特點(diǎn)，特別 是在一些高原地區(qū)如我國(guó)的、和等地，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大，而其他能源短缺, 故太陽(yáng)能的利用將更加普遍。但到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射，能量密度卻很 低，而且受到地理、晝夜和季節(jié)等因素的影響，以與陰晴云雨等隨機(jī)因素 的制約，其輻射強(qiáng)度也不斷發(fā)生變化，具有顯著的稀薄性、間斷性和不穩(wěn) 定性。為了保持供熱或供電裝置的穩(wěn)定不間斷的運(yùn)行，就需要蓄熱裝置把 太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來(lái)，在太陽(yáng)能不足時(shí)再釋放出來(lái)，從而滿足生產(chǎn)和

18、生活用能 連續(xù)和穩(wěn)定供應(yīng)的需要。幾乎所有用于采暖、供應(yīng)熱水、生產(chǎn)過(guò)程用熱等 的太陽(yáng)能裝置都需要儲(chǔ)存熱能。即使在外層空間，在地球軌道上運(yùn)行的航 天器由于受到地球陰影的遮擋，對(duì)太陽(yáng)能的承受也存在不連續(xù)的特點(diǎn)，因 此空間發(fā)電系統(tǒng)也需要蓄熱系統(tǒng)來(lái)維持連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行。太陽(yáng)能蓄熱技術(shù) 包括低溫和高溫兩種。水是低溫太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)普遍使用的蓄熱介質(zhì)，石 蠟以與無(wú)機(jī)水合鹽也比較常用；高溫太陽(yáng)能蓄熱系統(tǒng)大多使用高溫熔融鹽 類、混合鹽類、金屬或合金作為蓄熱介質(zhì)。另外，能源儲(chǔ)存技術(shù)也可以用8 / 16 在建筑物采暖方面。在夏天日照強(qiáng)烈時(shí)，利用太陽(yáng)能加熱器加熱水并儲(chǔ)存 于地下蓄水層或隔熱良好的地穴中，到冬天來(lái)臨時(shí)，利用

19、儲(chǔ)存的熱水就可 取暖。1982年，美國(guó)已成功研制出一種利用NaZSO410H29熔物作為蓄熱 芯的太陽(yáng)能建筑板，并在麻省理工學(xué)院建筑系實(shí)驗(yàn)樓進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用。太空中的應(yīng)用早在20世紀(jì)50年代，由于航天事業(yè)的發(fā)展，人造衛(wèi)星等航天器的研制 中常常涉與到儀器、儀表或材料的恒溫控制問(wèn)題。因?yàn)槿嗽煨l(wèi)星在運(yùn)行中， 時(shí)而處于太陽(yáng)照射理工大學(xué)博士學(xué)位論文緒論之下，時(shí)而由于地球的遮蔽 處于黑暗之中，在這兩種情況下，人造衛(wèi)星表面的溫度相差幾百度。為了 保證衛(wèi)星溫度恒定在特定溫度下（通常為巧35c之間），人們研制了很多控 制溫度的裝置，其中一種就是利用相變蓄熱材料在特定溫度下的吸熱與放 熱來(lái)控制溫度的變化，使衛(wèi)星正

20、常工作。當(dāng)外界溫度升高，高于特定溫度（如 30 C）時(shí)，相變蓄熱材料開(kāi)始熔融，大量吸收熱量；而當(dāng)外部溫度降低，低 于特定溫度時(shí)，相變材料又開(kāi)始結(jié)晶，大量放出熱量，從而維持部溫度恒 定在30c左右。蓄熱技術(shù)在太空中的另一個(gè)應(yīng)用便是空間太陽(yáng)能熱動(dòng)力發(fā) 電技術(shù)，空間熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)主要分為四大部分 ：聚能器、吸熱/蓄熱器、 能量轉(zhuǎn)化部分與輻射器。能量轉(zhuǎn)化部分又主要包括渦輪、發(fā)電機(jī)和壓氣機(jī)。 它的主要工作原理是：利用拋物線型的聚能器截取太陽(yáng)能，并將其聚集到吸 熱/蓄熱器的圓柱形空腔，被吸收轉(zhuǎn)換成熱能其中一緲熱能傳遞給循環(huán)工質(zhì) 以驅(qū)動(dòng)熱機(jī)發(fā)電，另一部分熱量則被封裝在多個(gè)小容器的相變材料加以儲(chǔ) 存。在軌道陰

21、影期，相變材料在相變點(diǎn)附近凝固釋熱，從當(dāng)熱機(jī)熱源來(lái)加 熱循環(huán)工質(zhì)，使得空間站處于陰影期時(shí)仍能連續(xù)工作發(fā)電。吸熱 /蓄熱器的9 / 16性能參數(shù)是空間熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)之一。美國(guó)從20世紀(jì)60年代就開(kāi)始了吸熱/蓄熱器的研究，Garrett公司先后設(shè)計(jì)了 3姍、10.5KW的空間 熱動(dòng)力裝置，試制了各主要部件，并對(duì)它們進(jìn)行了大量的性能試驗(yàn)。在1994 年和1996年，分別在哥倫比亞號(hào)和奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)上進(jìn)行了兩次蓄熱容器 的搭載試驗(yàn)，以驗(yàn)證空間環(huán)境下相變蓄熱材料的蓄放熱性能以與與容器材 料的相容性能，采用的相變材料分別為 LIF和80.SLIF 19.SCaFZ作為一 種先進(jìn)的空間太陽(yáng)能供電方

22、式，空間太陽(yáng)能熱動(dòng)力電站對(duì)未來(lái)的空間探索 有著重要意義。隨著人類對(duì)太空探索不斷深入，如探索月球、火星，甚至 到未來(lái)的探索太陽(yáng)系以外的宇宙，特別是建立永久空間站，電力需求將是 一個(gè)十分緊迫的任務(wù)。另外，這種先進(jìn)的空間太陽(yáng)能供電方式也將為解決 地面的能源危機(jī)提供很好的解決方案。美國(guó)已經(jīng)提出在21世紀(jì)中葉左右研發(fā)一個(gè)1.6GW的空間電站，再利用微波系統(tǒng)將電力傳回地面利用。如果這 一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的話，將是人類能源技術(shù)的一個(gè)歷史性的進(jìn)步。當(dāng)然要達(dá)到這 一目標(biāo)，還有大量的技術(shù)難題有待人類攻克。其他方面的應(yīng)用隨著研究的不斷深入，相變蓄熱材料的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷地?cái)U(kuò)展。如 PCMs（phase changemater

23、ials即相變材料）在建筑物采暖、保溫以與被動(dòng)式 太陽(yáng)房等領(lǐng)域的應(yīng)用，是近年來(lái)PeMSf究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。早在 1975TelkesBarklnannandWeSSling就開(kāi)始使用PCM蚱為建材的組分用以控制建筑物的溫度。由于安全、 經(jīng)濟(jì)和材料等因素，該項(xiàng)研究當(dāng)時(shí)并未得到應(yīng)用。隨著研究的不斷深入、 材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展，PCM在建筑物采暖、保溫以與被動(dòng)式太陽(yáng)房等10 / 16領(lǐng)域逐步走向?qū)嵱秒A段。近年Kedzandst。valz，6, andsalyerandsirear，等提出了將石蠟熔滲入墻板，制成 PCMK墻體用于被動(dòng)式利用太陽(yáng)能和建筑物采暖、保溫。采用該工藝已能成功地制備大尺寸的復(fù)

24、合墻體。同時(shí)還有大量的研究說(shuō)明除了石蠟外，一些脂肪酸以與脂肪酸和石蠟的混合物也是適合的建筑用PCM Athienitis 等781報(bào)道采用含有PCI量比為 25%勺復(fù)合石膏板作為試驗(yàn)房的外墻，白天最多可降低室溫 4C,夜間可以 大大的降低加熱負(fù)荷。我國(guó)1987年設(shè)計(jì)建造了一座農(nóng)用被動(dòng)式太陽(yáng)房，部 設(shè)置了用相變材料制成的潛熱蓄熱增溫器。它利用相變材料的特性，貯存農(nóng)用栽培溫室中白天過(guò)量的太陽(yáng)能。當(dāng)夜間溫度下降到一定圍后釋放出貯 存的這部分熱能，使一天之中溫室溫度曲線的高峰區(qū)有所下降，而低谷區(qū) 有所上升，晝夜之間溫差變小，以保證冬季農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，而不需要 另設(shè)常規(guī)的燃料增溫設(shè)備，節(jié)約了蒸汽鍋爐、

25、燃油暖風(fēng)機(jī)等設(shè)備的投資和 日常運(yùn)行費(fèi)用。使用后發(fā)現(xiàn)，溫室冬季夜間最低溫度可以提高6C,增溫效果明顯。盡管PCM在建筑物采暖、保溫以與被動(dòng)式太陽(yáng)房等領(lǐng)域逐步走向 實(shí)用，但仍存在著一些應(yīng)用的主要障礙，如長(zhǎng)期的熱性能適合室溫應(yīng)用的 相變材料種類偏少等。相變材料應(yīng)用于人體取暖、溫度敏感材料的運(yùn)輸和保存7卿。近年來(lái)利用相變材料作為人體取暖已有許多報(bào)道，例如利用 25c左右的相變材料罐裝于塑料床墊或睡袋中，這樣構(gòu)成的床或睡袋可以 維持25c恒溫達(dá)數(shù)小時(shí)。英國(guó)日本等專利均先后報(bào)道了利用相變材料作塑 料取暖袋，通常這種取暖袋的溫度在 5060C,供寒冷地區(qū)的工作使用，當(dāng) 熱量釋放完畢變硬后，從新放入熱水中浸泡

26、后又可繼續(xù)使用。日本專利報(bào) 道了一種人體取暖墊，將相變材料放置在柔軟的、用硅橡膠涂在尼龍布上11 / 16 制成的包裝材料中，制成柔軟蓄熱墊用于人體取暖。近年來(lái)國(guó)市場(chǎng)上也有此類產(chǎn)品，相變材料也是水合鹽，相變溫度 55 c左右，利用一塊金屬片作 為成核材料，當(dāng)用手?jǐn)D壓金屬片時(shí)，使它表面成為晶體生長(zhǎng)中心，從而結(jié) 晶放熱，達(dá)到取暖的作用。止匕外，相變材料還廣泛的應(yīng)用于溫度敏感材料 的運(yùn)輸和保存，如一些食物、藥物的運(yùn)輸和保存都需要嚴(yán)格的控制在一定 的溫度圍，溫度既不能高于一定值，也不能過(guò)低，在這種情況適合于采用 相變材料來(lái)控制溫度。相變材料的這種用途已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，市場(chǎng)上可 見(jiàn)到很多此類產(chǎn)品。另外，相變蓄熱材料還可以應(yīng)用于需嚴(yán)格控溫的電子 器件、儀表。采用相變材料制成的蓄熱式馬達(dá)，可以使馬達(dá)在優(yōu)化的工作 溫度下運(yùn)行，有效地降低能耗，提高效率。含有相變材料的瀝青地面或混 凝土可以防止橋梁結(jié)冰。采用微?；虼至７庋b技術(shù)將相變材料顆粒植入纖 維中，制成的衣服能大提高衣服在冷、熱環(huán)境時(shí)的保溫能力。由相變材料和熱泵組成的夜間通風(fēng)制冷系統(tǒng)，可以成為空調(diào)的替代