蓄冷系统材料正癸醇—膨胀石墨复合相变材料的研究

2021-06-15 11:42SolaimalaiRajaRakkappan,SureshSivan,ShaikNaveedAhmed
家电科技 2021年3期
关键词:导热性冷却器冷凝

空调系统是商业建筑中能耗最高的设备之一。在高峰时段,转移空调系统的部分负荷将有助于解决供电负载不平衡的问题。蓄冷系统(CTESS)是帮助空调系统在高峰时段转移建筑物制冷负荷的有效方法。蓄冷系统通常利用相变材料(PCM)作为能量存储介质。在蓄冷系统中,利用冰作为相变材料进行蓄冷,因为冰具有良好的热能存储特性。由于冰的冷凝温度(0℃)和过冷的特性,冷却器需要在较低的温度下运行才能将水转化为冰。这使得冷却器的性能系数(COP)降低而导致能源的浪费。所以蓄冷系统中的相变材料需要具备较高的相变温度(4~12℃)、较低的过冷度以及合理的热量存储特性。表1列出了可考虑用来替代水的潜在相变材料及其属性。

表1 可替代水的相变材料及其属性

在众多的材料中,膨胀石墨(EG)具有高导热性、化学稳定性、高表面活性和优异的吸附性,以及密度低、表面积大的特征属性,故膨胀石墨(EG)能显著增强相变材料的导热性。因此,本文研究的重点是应用EG改善正癸醇的导热性。表1列出的材料特性表明正癸醇可以视为潜在的蓄冷介质,因为它具有蓄冷系统所需要的所有基本特性。目前,尚无关于使用正癸醇作为冷库蓄冷材料的实验研究报道。本文首次针对正癸醇-膨胀石墨的复合相变材料(CPCM)在蓄冷系统中的应用进行研究报告,参见图1、图2。

图1 复合相变材料准备流程

图2 试验流程图

通过实验研究得出以下结论:

(1)正癸醇-膨胀石墨的复合相变材料(CPCM)的掺入率为84.99%,其导热系数比原始相变材料高16.33倍,正癸醇和膨胀石墨具有良好的化学相容性。

(2)正癸醇-膨胀石墨的复合相变材料(CPCM)的蓄冷速率是正癸醇(PCM)的5.51倍。CPCM的蓄冷时间比PCM低81.85%,这意味着在存储相同冷量的条件下可以将冷水机的运行时间减少81.85%(参考图3)。

(3)CPCM的释冷速率是PCM的5.97倍。CPCM的释冷时间比PCM低83.27%。CPCM的冷凝温度比冰的冷冻温度高约4.1℃。对应卡诺式制冷机,其性能系数(COP)可提升15.15%(参考图4)。

图3 蓄冷特性示意图(相变材料和复合相变材料的比较)

图4 释冷特性示意图(相变材料和复合相变材料的比较)

(4)实验结果证明,PCM具有偏心熔化特性,而CPCM具有同心熔化特性。本文测试的CPCM在1000个热循环中具有良好的热可靠性。

(5)CPCM具有增强蓄能的特性,使较高的冷凝温度和过冷度为零。使用CPCM可以有效存储和回收冷能,因此本文讨论的复合相变材料可以用于蓄冷系统以实现节能的目标。

图文来源:International Journal of Refrigeration, vol 123, pp 91-101, 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.004

原标题:Preparation, characterisation and energy storage performance study on 1-Decanol-Expanded graphite composite PCM for air-conditioning cold storage system

原作者:Solaimalai Raja Rakkappan, Suresh Sivan*, ShaikNaveed Ahmed, M Naarendharan, P. Sai Sudhir

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