王 華， 左承基

（合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

近年來，隨著國家對電力“削峰填谷”的大力提倡，蓄冷技術(shù)已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用在大型中央空調(diào)系統(tǒng)中，收到了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益［1－2］。相變蓄冷技術(shù)主要是利用相變材料的相變潛熱對冷量儲存與釋放，解決冷量供求在時間上和空間上不匹配的矛盾［3］。

相變蓄冷材料（Phase Change Materials for Cool Storage）在整個蓄冷技術(shù)中處于核心地位。目前使用較多的是冰蓄冷技術(shù)，但是由于冰的相變溫度為0℃，且存在過冷等問題，所以制約了能量的使用率和應(yīng)用范圍，文獻(xiàn)［4－10］對低溫相變蓄冷材料進(jìn)行了一系列研究。因此尋找適合的低溫相變蓄冷材料對整個蓄冷技術(shù)的普及推廣有著重要的意義。

本文主要針對相變溫度在0℃以下的共晶鹽相變材料氯化鈉、氯化鉀、蔗糖和乙醇水溶液分別進(jìn)行了研究，得出相變溫度和相變潛熱與質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的變化規(guī)律，為配制新的相變材料提供了一定的參考依據(jù)。

1 實驗裝置及方法

1.1 實驗裝置

為了較準(zhǔn)確地測量出各材料的相變溫度以及相變潛熱，本文采用目前較為理想的差示掃描量熱儀。其基本原理是通過程序控制溫度、測量樣品和參比物的功率差與溫度關(guān)系。

1.2 實驗方法

溶液按質(zhì)量分?jǐn)?shù)配制樣品，現(xiàn)配現(xiàn)用，樣品質(zhì)量用高精度天平稱取10mg。樣品皿采用標(biāo)準(zhǔn)液體鋁皿，先用純水清洗并烘干待用。實驗前，先對試樣以20℃／min快速升溫降溫，重復(fù)幾次以消除其熱歷史。然后調(diào)至實驗起始溫度10℃，保溫3min，穩(wěn)定后以5℃／min的速率開始降溫，同時開始采集數(shù)據(jù)，溫度降至－20℃后再以5℃／min的速率升溫至10℃，通過計算機(jī)采集數(shù)據(jù)得到凍結(jié)曲線和融化曲線。

數(shù)據(jù)采集完畢后采用熱分析軟件Advangtage對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可得到如圖1所示的DSC曲線。

圖1 樣品DSC曲線圖

2 實驗結(jié)果與分析

根據(jù)DSC曲線，記錄不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉、氯化鉀、蔗糖、乙醇水溶液的物性參數(shù)，見表1所列。

（1）氯化鈉水溶液熱物性分析。由表1可以看出，氯化鈉水溶液的相變潛熱隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐漸減小，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時，其相變潛熱比較大。

氯化鈉水溶液的相變溫度隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸增加，故其相變溫度具有很好的可調(diào)性。當(dāng)氯化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤6%時，其相變潛熱值較大（≥250J／g）。

（2）氯化鉀水溶液熱物性分析。由表1可以看出，氯化鉀水溶液的相變潛熱隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化波動很小，始終保持在300J／g以上，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加后仍有略微降低的趨勢。氯化鉀水溶液的相變溫度隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高幾乎不變，結(jié)合其相變潛熱值，氯化鉀水溶液適合做－10℃左右的相變蓄冷劑。

（3）乙醇水溶液熱物性分析。由表1可以看出，乙醇水溶液的相變潛熱隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸減小，與其他溶液相比潛熱較小。乙醇水溶液的相變溫度隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸增加，相變潛熱值較小（w≥6%時，相變潛熱＜200J／g）。

（4）蔗糖水溶液熱物性分析。由表1可以得出，蔗糖水溶液的相變潛熱隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐漸減小，但其相變潛熱始終保持在200J／g以上。當(dāng)蔗糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時，其相變潛熱在300J／g左右。

蔗糖水溶液的相變溫度隨著其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而逐漸降低，但是維持在－2℃左右。

（5）對比分析。由表1可看出，氯化鉀和蔗糖水溶液不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相變潛熱值均比較大，是比較理想的相變材料。氯化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤6%時，相變潛熱可以加以利用（≥250J／g）。乙醇水溶液的相變潛熱值較小，不是理想的相變材料。

對于氯化鈉水溶液，其相變溫度始終維持在－10℃左右，相應(yīng)的潛熱值也維持在300J／g以上，是4種材料中潛熱最大的。對于氯化鈉水溶液，其相變溫度具有很好的可調(diào)性。

對于蔗糖水溶液，其相變潛熱大于相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉水溶液，但是相變溫度的可調(diào)性較氯化鈉溶液稍差，所以可以采用氯化鉀水溶液作為主蓄冷劑，通過添加一定量的氯化鈉或者蔗糖水溶液調(diào)節(jié)相變溫度，來配制既有較大相變潛熱又有合適相變溫度的低溫蓄冷材料，以滿足實際需求。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下各水溶液的相變潛熱和相變溫度

3 結(jié) 論

（1）共晶鹽溶液作為相變蓄冷材料時，相應(yīng)溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，其相變潛熱越大。

（2）同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鉀水溶液作為相變蓄冷材料，具有比其他共晶鹽溶液更大的相變潛熱，所以氯化鉀水溶液可以作為相變溫度在－10℃左右的蓄冷材料。

（3）氯化鈉水溶液的相變溫度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化具有很好的可調(diào)性，適宜用來作為調(diào)節(jié)相變溫度的添加劑。

（4）蔗糖水溶液的相變潛熱較大，其相變溫度在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)時維持在－2℃左右，適宜作為相變溫度在－2℃左右的蓄冷材料。

（5）乙醇水溶液的相變潛熱較小，不是理想的相變蓄冷材料。

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