一种基于高焓值相变储能材料的储热装置的设计与实验

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相变储能材料具有在相变时温度稳定,储能密度大等优点,在航天工业、太阳能、工业余热利用、建筑节能、生活节能等领域上有广泛的应用。水合盐类相变材料具有高储能密度的优点,但同时也具有易过冷、易发生相分离等影响材料使用效果和材料寿命。本文重点研究了水合盐材料的过冷和相分离问题,探讨了一种蓄热式生活热水装置的可行性。  本文先是研究了七水硫酸镁、五水硫代硫酸钠、三水磷酸钾、三水醋酸钠这几种材料的相变过程,并且通过保温法测量了其相变潜热。结果表明通常情况下七水硫酸镁易风化失去结晶水,不宜作为相变储能材料;另外几种材料中,三水醋酸钠相变潜热最高,为285.1kJ/kg;其单位体积的潜热高达413J/cm3,结合其58℃的相变温度,选择了这一材料作为蓄热式生活热水装置的储热材料。  由于水合盐具有过冷和相分离的问题,针对三水醋酸钠测试了多种成核剂与增稠剂,包括十二水磷酸氢二钠、五水硫代硫酸钠、二氧化钛、气相二氧化硅、磷酸钠、硼砂等成核剂以及聚丙烯酰胺(PAM)羧甲基纤维素(CMC)等成核剂。实验发现三水醋酸钠添加十二水磷酸氢二钠作为成核剂,羧甲基纤维素作为增稠剂可以在一定程度上解决三水醋酸钠的过冷和相分离问题。  最后,针对所制得的复合相变材料设计了蓄热式生活热水系统。基于传热学原理,对换热器做了简要的设计计算,理论校核了通过换热器后的出水温度,换热器体系的加热功率等。分析显示该类储热系统储热能力大,节约蓄水器体积,并且具有减小热损失,能有效利用谷价电的优点。之后设计了基于相变储能材料的储热式生活热水系统的管路系统,用一种商业换热器换热器与制备好的三水醋酸钠复合相变储能材料进行了测试,初步验证了这一方案的可行性。
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