蓄冷劑

蓄冷劑是一種由有機或（和）無機化合物組成的半透明（或不透明）的、粘稠膠狀混合物，可在低溫下吸收並儲存大量冷量，而在溫度較高時又能放出大量冷量，較長時間保持自身及周圍小範圍內的低溫環境。

基本介紹

• 中文名：蓄冷劑
• 外文名：Coolant
• 性質：半透明粘稠膠狀混合物
• 分類：顯熱式、潛熱式和半潛熱式
• 組分：主儲能劑、相變調整劑等

技術定義

蓄冷技術是是利用各種物理、化學、機械等有效手段將冷量儲存在蓄冷劑中，需要時再將儲存的冷量釋放出來的過程。通過該技術生產出來既能高效儲存冷量，又符合各種物理、化學要求的這種物質稱之為蓄冷劑。

材料分類

儲能材料按儲能方式可分為三類：顯熱式、潛熱式和半潛熱式，顯熱型儲能材料在儲能的同時，無法控制環境溫度，而且儲能密度較低，裝置體積較大，因此套用價值不高。半潛熱儲能是利用可逆反應進行熱量的吸收和釋放，儲能密度較大，但是技術複雜並且操作性不強，目前僅在太陽能領域受到重視，離實際套用尚較遠。潛熱儲能是利用材料在相變時吸收或者放熱來儲能或釋放的，這種材料不僅能量密度較高，裝置簡單、體積小等，而且材料近似恆溫，可以以此來控制體系的溫度。因此相變潛熱儲能套用較為廣泛。

蓄冷劑分類

聚乙烯醇-硼砂高效蓄冷劑

原理：在水中充分膨脹的聚乙烯醇和硼砂交聯反應生成體形結構，然後吸收大量水份膨脹成半透明易流動的凝膠。

製備需要的聚乙烯醇、硼砂、水的重量百分比為：

聚乙烯醇，3.5～4.0

硼砂，0.8～1.2

水，餘量

步驟：

1.往帶有蒸汽夾套的反應鍋按比例加入水和聚乙烯醇攪拌均勻後，邊攪拌邊加熱至50℃～55℃

2.按比例加入硼砂邊攪拌邊加熱至80℃～85℃，並在此溫度下保持20～30分鐘，再冷卻至30℃～35℃進行包裝。

相變蓄冷劑

組成

相變蓄冷材料由多組分組成，包括主儲能劑、相變調整劑、防過冷劑、防相分離劑、誘發劑等。

通常從相變材料熱物性，化學、物理性能，以及經濟性能對其進行篩選，需要滿足的要求主要有：①合適的相變溫度，相變材料的熔化溫度應該和蓄冷劑套用要求相符合；②較大的相變潛熱，現在被認為可能被採用的物質，潛熱達200J/g以上；③合適的傳熱係數，這樣有助於熱量的吸收和釋放；④相變為可逆相變，過冷度小，性能穩定；⑤無毒，對人體和環境無害；⑥較快的結晶速度和晶體生長速度；⑦貯熱密度較大；⑧原料易購，價格便宜。

現在篩選相變材料的方法都是利用現有的文獻數據，對其進行分類和混總，根據上述篩選原則，結合所選相變材料的使用環境，最終決定使用的相變物質。這樣得到的相變材料一般為純物質，具有恆定的相變點和相變熱，相變可逆性好，體系成分均一，有利於封裝等，但是也存在一些缺點，如相變點單一，套用範圍窄，選擇匹配物少等。因此要拓展其套用範圍，克服其相變點單一的缺點，研究具有相變點可調的相變材料的儲能系統。

主儲能劑作為相變材料最主要的組成部分，其選擇涉及物質物理、化學性質和經濟性的問題。一般食品包裝蓄冷劑的選擇原則為：無毒，最多微毒；價格便宜；相變溫度和相變潛熱都在要求範圍內。

評價指標

相變溫度：最好針對所要包裝的產品，蓄冷劑的相變點可調，因而實驗中多選用水合鹽結晶材料。

相變潛熱：相變潛熱要高，才能吸收或者釋放更多的熱量。

過冷度：過冷是指液態物質冷卻到“凝固點”時並不結晶，而須冷卻到“凝固點”以下的一定溫度時方開始結晶的現象，這樣液體的實際結晶溫度和理論結晶溫度之間的溫差即為過冷度。無機鹽類相變材料中，結晶水合鹽容易產生過冷這種不利因素，嚴重影響蓄冷劑的使用。為擴大蓄冷劑的套用範圍，需要找到有效減小蓄冷劑過冷度的方法，如加入微粒結構與鹽類結晶物質相類似的物質作為成核劑，來達到有效成核的目的。

Onset溫度：即為樣品的凍結溫度，主要體現在差式掃描量熱法測測得的樣品的相變溫度和相變潛熱中。由於存在過冷現象，PCMs的Onset溫度和融解溫度存在一定的差距。所有水溶液的融解起始溫度均為其最低共熔點，但是在最低共熔點附近，相變材料並未大量吸熱，只有在Onset溫度之後才開始大量吸熱。但是在實際的研究中，把Onset溫度作為相變材料的融解溫度，研究才更有實際意義。

存在的問題

水合鹽結晶蓄冷劑通常存在兩個問題，過冷現象和相分離，這樣不利於蓄冷劑的生產及套用，因而需要有效減少過冷現象的方法。同時，以鹽溶液為主儲能劑的相變材料在使用過程中，容易泄露等，還需要運用合適的高吸水性樹脂（SAP）將鹽溶液固定，使之呈膠粘狀，從而擴大其套用範圍。

針對過冷現象，有兩種方法：一是加入微粒結構與鹽類結晶物相類似的物質作為成核劑；二是冷指法，操作簡單，行之有效。實驗過程中，主要採用第一種方法，即加入成核劑，如1%SiO2和0.1%的CuS能較好減少KCl溶液的過冷現象，3%四硼酸鈉能較好改善NaCl溶液的過冷現象。

用途

蓄冷劑的用途主要有：

1.用於生化藥物、疫苗、獸藥、水果、河海鮮、食品等及需冷凍運輸的其它物品的保冷運輸；

2.可作醫院藥物儲存及對發熱頭痛、牙痛、精神疲勞止痛降溫和對暗瘡、美容等起到輔助理療作用；

3.放入冰櫃內在停電時可防止食物變質腐敗和減少主機啟動次數省電作用。