法國洛林大學(xué)在長期儲熱方面取得新進展
文章信息
技術(shù)領(lǐng)域：長期儲熱
開發(fā)單位：法國洛林大學(xué) A. Celzard, Alain
技術(shù)突破：成功進行了碳泡沫疏水化的處理，完全維持了主體相變材料的熔點和熔化焓，并完全避免了相變材料的異質(zhì)成核，同時將熱導(dǎo)率控制在季節(jié)性太陽能儲熱應(yīng)用所需的范圍內(nèi)。
文章名稱：P. Jana, A. Celzard, et al. Hydrophobised carbon foams for improved long-term seasonal solar thermal energy storage. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2021.
應(yīng)用價值：疏水性最強的碳泡沫可以促使主體相變材料的顯著過冷，這對于長期儲熱是一個極為出色的特征。
相變材料的熱導(dǎo)率大都過低，從而導(dǎo)致熱交換器尺寸過大以及系統(tǒng)效率的降低，尤其是當(dāng)傳熱流體的溫度接近相變材料的熔點/結(jié)晶點時，例如應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的太陽能儲熱(STES)。使用在室溫附近的季節(jié)性儲熱有望在數(shù)周至數(shù)月的時間內(nèi)工作，但需要附加條件來提高效率?；谔谴嫉南嘧儾牧霞竟?jié)性太陽能儲熱展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，因為糖醇具有以下特性，如低成本、容易獲取、無毒和無腐蝕性、高能量密度(130–200 kWh m?3)、低熔點(通常在70–120 攝氏度)以及顯著且穩(wěn)定的過冷度等。由于糖醇均為高極性分子，因此當(dāng)它們被包裹在低表面能的多孔碳基質(zhì)中，能阻止微晶的成核，從而有利于過冷。
此研究旨在評估以優(yōu)化的碳泡沫作為基于糖醇的季節(jié)性太陽能儲熱的多孔傳熱強化基質(zhì)的性能，以及它們在過冷狀態(tài)釋熱的儲熱效率。通過四種不同的技術(shù)進行了蔗糖基碳-石墨填料復(fù)合泡沫的疏水化，盡管并非所有的表征技術(shù)都可以系統(tǒng)地使用，但可以觀察到處理后的樣品疏水性不同程度的增強。將糖醇滲入碳泡沫中的雜化材料的機械性能和熱導(dǎo)率顯著高于原始碳泡沫，沒有表面處理將引起宏觀孔隙率或?qū)崧蕮p失。化學(xué)計量為CF0.07的碳泡沫是唯一能夠避免糖醇完全異質(zhì)成核的材料。疏水性最強的碳泡沫能夠促使主體相變材料的明顯過冷，這對于長期儲熱而言是一個出色的特征。
圖1 用于季節(jié)性STES的基于糖醇的典型碳泡沫(蔗糖炭/石墨顆粒)
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技術(shù)領(lǐng)域：長期儲熱
開發(fā)單位：華北電力大學(xué) Jianhua Fan
技術(shù)突破：結(jié)合短期儲熱和長期儲熱開發(fā)了可變供熱系統(tǒng)，在穩(wěn)定的過冷狀態(tài)下，儲能期間儲罐中存儲了21.7 kWh的熱量，釋放了14.0 kWh的顯熱和7.6 kWh的潛熱。蓄熱器在儲電期間具有高于340 W/K的較強的換熱能力。
文章名稱：Gang Wang, Jianhua Fan. Thermal characteristics of a long-term heat storage unit with sodium acetate trihydrate. Applied Thermal Engineering, 2021.
應(yīng)用價值：對于可變供熱系統(tǒng)，將短期儲熱和長期儲熱結(jié)合是有效的。
潛熱儲熱系統(tǒng)由于儲能密度高以及同時可用于短期和長期儲熱，因此是一項適用于家用儲熱系統(tǒng)的技術(shù)。當(dāng)前對相變材料儲熱的研究大部分是理論上的，且處于概念驗證的早期階段，缺乏大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化的全面蓄熱研究。同時，常見的家用蓄熱器是為短期存儲而設(shè)計的，熱量不能長時間存儲。
研究人員測試了使用75 L水和137.8 kg相變材料的潛熱儲熱，使用具有穩(wěn)定的過冷能力的三水合乙酸鈉基復(fù)合材料作為相變材料。存儲裝置的顯熱用于短期儲熱，潛熱用于長期儲熱。對于可變供熱系統(tǒng)，將短期儲熱和長期儲熱結(jié)合是有效的。通過實驗方式分析了蓄熱器的熱功率和換熱能力。為研究長期儲熱，探究了穩(wěn)定過冷的成功率。結(jié)果表明，在測試條件下，儲能期間儲罐中存儲了21.7 kWh的熱量，顯熱釋熱期間（短期儲熱）釋放了14.0 kWh熱量，潛熱釋熱過程中釋放了7.6 kWh的熱量（長期儲熱）。三水合醋酸鈉在66％的測試循環(huán)中保持穩(wěn)定的過冷狀態(tài)。蓄熱器在儲電期間具有高于340 W/K的較強的換熱能力。
圖2 儲熱單元(左)和用于觀察蓄熱器內(nèi)部管道的歧管板(右)
