固液相變蓄能是指利用物質在固液轉換過程中吸收（或放出）能量的性質來存儲（釋放）能量，以解決能量在供求時間和空間匹配的矛盾，提高能源的利用率。
基本介紹
- 中文名：固液相變蓄能
- 外文名：Solid-liquid phase change energy storage
- 機理：固液轉化吸收或放熱
- 特點：儲熱密度大等
- 套用：太陽能蓄熱等
- 材料：無機材料、有機材料等
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機理
物理狀態發生變化時，材料自身的溫度在相變完成前幾乎維持不變。大量相變熱轉移到環境中時，產生了一個寬的溫度平台。該溫度平台的出現，體現了恆溫時間的延長，並可與顯熱和絕緣材料區分開來（絕緣材料只提供熱溫度變化梯度）。相變材料在熱循環時，儲存或釋放顯熱。
特點
1、固液相變蓄熱具有如下優點
（1）容積儲熱密度大
相變材料在熔化或凝固過程中雖然溫度不變，但吸收或釋放的潛熱卻相當大。以冰一水相變的過程為例，對相變材料在相變時所吸收的潛熱以及普通加熱條件下所吸收的熱量作一比較：當冰熔解時，吸收335J/g的潛熱，當水進一步加熱，溫度每升高1℃，它只吸收大約4J/g的能量。因此，由冰到水的相變過程中所吸收的潛熱幾乎比相變溫度範圍外加熱過程的熱吸收高80多倍。
除冰水之外，已知的天然和合成的相變材料超過500種，且這些材料的相變溫度和儲熱能力各不相同。把相變材料與普通建築材料相結合，還可以形成一種新型的復吾儲能建築材料。這種建材兼備普通建材和相變材料兩者的優點。
（2）溫度波動幅度小
物質的相變過程是在一定的溫度下進行的，變化範圍極小，這個特性可使相變儲器能夠保持基本恆定的熱力效率和供熱能力。因此，當選取的相變材料的溫度與熱用戶的要求基本一致時，可以不需要溫度調節或控制系統。這樣，不僅設計簡化，而且能降低不少成本。
此外固液相變蓄能還具有合乎需要的相變溫度；足夠大的相變潛熱；性能穩定，可反覆使用；相變時的膨脹收縮性小；導熱性好，相變速度快；相變可逆性好，原料廉價易得等優點。
2、固液相變蓄熱具有如下缺點
固液相變蓄能存在過冷和相分離現象，從而導致儲能不理想；易產生泄露問題，污染環境；腐蝕性較大，封裝容器價格高等缺點。
固液相變蓄能材料
1、無機相變材料
無機相變材料廣泛套用於各種工業或公用設施中回收廢熱和儲存太陽能，它的儲能密度大、成本低、對容器腐蝕性小、製作簡單，是固一液相變儲能的主流，已取得顯著成果。
(1)水合鹽
無機材料中的無機水合鹽有較大的熔解熱和固定的熔點，是中低溫相變材料中重要的一類，主要有結晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金類等。最典型的是結晶水合鹽類，這類材料具有熔化熱大、熱導率高、相變時體積變化小等優點。但是，這類材料易出現“過冷”和“相分離”現象。為此，需加入防相分離劑，常選用增稠劑、晶體結構改變劑等。常用無機水合鹽相變材料有硫酸鈉、醋酸鈉、氯化鈣、磷酸氫二鈉等。
（2）熔鹽
碳酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氟化物等尤機鹽的熔點高，在小功率電站、太陽能發電和低溫熱機中，可以用做高溫相變材料存儲熱能。但在使用時需要克服熔鹽熱導率低和腐蝕等問題。常用的熔鹽主要有碳酸鹽、硝酸鹽、氯化鈉、氟化鋰等。
（3）其他無機相變材料
除了含水鹽的相變材料外，水、金屬以及其他一些物質也可以作為相變材料。
2、有機相變材料
根據熔點、熔解熱、性能穩定性、價格來看，飽和的碳氫化合物(石蠟)、某些結晶聚合物(塑膠)以及某些天然生成的有機酸都是比較實用的有機相變材料。常用的有機相變材料主要有石蠟、脂酸類、多元醇等。
提高固液相變蓄能措施
套用相變儲能時，由於在固態時沒有對流，熱導率一般又都比較低，而體積又是在變化的，所以無論是充能時把熱量傳給儲能介質還是在放能時從儲能介質中把熱量放出，都不像顯熱儲存那么容易。因此要採取下面一些措施來提高其傳熱效率。
（1）相變材料與傳熱流體直接接觸換熱。
這種方法中的相變材料需與傳熱液體不相融，即相變材料雖與傳熱液體接觸，但物理、化學性質不發生變化。
（2）把相變材料封裝後放在傳熱流體中。
當相變材料與傳熱液體不能直接接觸時可採用這種方式。把封裝有固液態相變材料的小球放置於儲熱容器中，傳熱流體在容器中流動而進行換熱，這種潛熱儲熱器稱為膠囊型。相變材料封裝時要注意封裝容器的材料與相變材料之間不能腐蝕和互相滲透。
有機相變材料的腐蝕性較小，而大多數水合鹽都會加劇金屬的氧化過程，但如果容器密封性能好，容器被水合鹽腐蝕的程度就不明顯。考慮到相變材料的相變過程往往有明顯的體積變化，在選擇容器材料和結構時，應注意容器應具備足夠的強度和耐溫性能。
（3）相變材料填充在換熱器的殼程，換熱管為翅片管或光管
採用管殼式儲能換熱器，高儲熱密度的相變材料填充在容器殼程中(或管中)，熱交換流體空氣在管內(管外)流動時與相變材料之間進行換熱。因為在相變材料放熱過程中，換熱管外壁不斷增厚的固態相變材料使其與傳熱流體間的換熱熱阻不斷增大。為了提高傳熱效率，可採用翅片管等擴展換熱表面，或在相變材料內摻人強化傳熱的材料，如金屬片、格線等。
套用
固液相變蓄能已逐步進入實用階段，主要用於控制反應溫度、利用太陽能、儲存工業反應中的餘熱和廢熱。
相變儲能技術可以解決能源供求在時間和空間上不匹配的矛盾。同時其可以儲存不穩定的能源輸入從而使其成為穩定的能源輸出。基於以上特點相變儲能技術大致有以下幾方面的利用：
（1） 民用電熱器等產品中。
（2） 工業餘熱利用設備中
（3） 電力調峰
（4） 新能源（主要是風能和太陽能）利用
（5） 建築節能設備中
（6） 蓄冷空調在建築中套用
展望
固液相變蓄能技術主要包括：相變儲能材料的選擇、製備、開發，儲能和換熱裝置及其系統的設計、製造、安裝和保溫，相變儲能技術的套用領域等。
儲能和換熱裝置及其系統的設計，還不成熟，如何根據各種相變儲能材料和套用領域設計相應的儲能和換熱設備，從而更大限度的發揮相變儲能技術的優點是研究的方向。
