2018年第1期（总第148期）
承与节
社
纯
源
ENERGYANDENERGYCONSERVATION
有机相变储能材料强化换热的途径
赵健，杨春光
（大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连116023）
2018年1月
摘要：相变储能技术是利用相变材料在相变过程的潜热进行储能。为了强化有机相变材料的换热能力，从提高材料
热导率和改善储热装置两方面介绍了强化换热的措施。关键调：相变储能；相变材料：热导率
中图分类号：TK02
文献标识码：A
文章编号：20950802-(2018)01-0144-02
The Way to Srengthen Heat Exchange by Organic Phase Change Energy Storage Material
ZHAO Jian, YANG Chunguang
(Machinery and Power Engineering College, Dalian Ocean University, Dalian 116023, Liaoning, China)
Abstract: The latent heat of phase transition material is used to store energy in phase change energy storage technology. In order to enhance the heat transfer ability of organic phase change materials, two kinds of measures were introduced in terms of increas-
ing its thermal conductivity and optimizing thermal energy storage equipments in the paper. Key words: phase change energy storage; phase change material; thermal conductivity
0引言
相变储能技术利用的是相变材料在相变过程中的潜热进行储能：因此选取较好的相变材料是研究相变储能技术的关键一步。按照组成成分可分为有机类材料和无机类材料"，有机类材料主要有石蜡、脂肪酸、醇类及部分酯类。无机类材料的相变潜热大、价格低、导热系数高，但其突出缺点是易析出，与无机类材料相变相比，有机类材料性能稳定，无过冷及析出现象，但其突出缺点是导热系数较低。将从提高材料热导率和改善储热装置两方面介绍提高有机相变材料热导率的研究。
提高材料热导率
提高材料热导率主要是通过向纯物质中加入导热系数高的材料来提高有机相变材料的导热系数，同时也可通过几种物质进行混合，用以提高放热速率，改善相变材料的应用效率，并应用此方法改善相变材料
的应用范围。 1.1炭材料
炭材料来源丰富、密度低，具有较高的导热系数，其热稳定性和化学稳定性较好，因此，如果将炭材料加人到相变材料中，便可改善相变材料导热系数低、导热性差等问题。炭材料包括：膨胀石墨、泡沫石墨、
碳纳米材料等。 1.1.1膨胀石墨
膨胀石墨是由天然石墨先经插层后经膨化得到的收稿日期：2017-12-04
基金项目：辽宁省自然科学基全(2013020130)
第一作署简介：赵健，1992年生，男，辽宁辅芦岛人，2015年毕
业于大连海洋大学热能与动力工程专业，在读硕士研究生。·144·
一种疏松多孔且具有蟠虫状结构的物质，其端虫状结构使得膨胀石墨具有良好的吸附性和包覆性，由于膨胀石墨仍然由石墨微晶组成，使得膨胀石墨保留了石墨良好的导热性能，因此利用膨胀石墨作为吸附相变材料的基体，可有效改善有机相变材料导热性能差的缺点。
大量研究表明，将膨胀石墨与有机相变材料混合制得的复合相变材料，由于膨胀石墨对相变材料只是简单吸附，并未有新物质生成，因此膨胀石墨与相变材料均呈现较好的相容性，且相变材料的导热系数均有明显提高。纯二十二烷的导热系数为0.3128W/(m·K)，将熔融状态的二十二烷与膨胀石墨均勾混合制得二十二烷/膨胀石墨复合相变材料，当膨胀石墨含量达到20% 时，复合相变材料的导热系数变为5.9321W/(m·K)，与纯二十二烷相比提高了约19倍。但膨胀石墨质量分数的增加会导致复合相变材料相变潜热的降低，而复合相变材料的导热系数却呈现上升趋势，因此膨胀石
墨与相变材料的具体配比应根据实际而定。 1.1.2泡沫石墨
泡沫石墨是一种新型的多孔型石墨化炭材料，这种材料的内部呈现中空的蜂窝状微孔，且微孔分布均匀，孔径在100μm~600μm之间，孔隙率在60%~85%左右，泡沫石墨优点很多，其导热系数高，有效导热系数最高可达200W/(m·K)，密度小，耐腐蚀性能好，可与多数有机相变材料相容。泡沫石墨的含量、孔径及孔隙率都会对相变材料强化换热的结果有影响，在复合相变材料的制备过程中，物理掺混可能导致相变材料添加量不能达到最大，所以通常采用真空法进行制备图。以赤藓糖醇为例，赤藓糖醇/泡沫石墨复合相变储能材料的导热系数为3.77W/(m·K)与纯赤藓糖醇相比增加了5 倍多，这样储放热速率明显提高。