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摘要：制备了一种空调用蓄冷材料，该蓄冷材料是由两种相变材料（辛酸和软脂酸）组成，通过加热混合的方法将其制备成均匀的相变蓄冷材料，通过实验分析了所研制的蓄冷材料的相变点、相变潜热等性能。测试结果表明该相变蓄冷材料具有适宜的相变温度和较高的相变潜热，可用作空调蓄冷材料。
关键词：空调；蓄冷材料；相变；热性能
1前言:目前蓄冷空调中主要采用水蓄冷和冰蓄冷，对共晶盐蓄冷和气体水合物蓄冷国内外都进行过一些研究。
冰蓄冷是利用冰的相变潜热进行冷量的储存，具有蓄能密度大的优点。但冰蓄冷相变温度低(0℃)，且蓄冰时存在较大的过冷度(4～ 6℃)，使得其制冷主机的蒸发温度须低至-8℃～10℃，这将使制冷机组的效率降低。另外，在空调工况和蓄冰工况时要配置双工况制冷主机，增加了系统的复杂性。
共晶盐蓄冷的优点是其相变温度与制冷主机的蒸发温度相吻合，选用一台制冷主机即可进行制冷、蓄冷工况运行。缺点是其蓄冷密度较低，相变凝固时存在过冷现象，且材料易老化变质、蓄冷性能易发生衰减。
气体水合物蓄冷是利用某些制冷剂蒸气与水作用时能在5～12℃条件下形成水合物，而且结晶相变潜热较大。其蓄冷温度与空调工况相吻合，且蓄冷、释冷时传热效率高。但该方法还存在一些问题，如制冷剂替代、制冷剂蒸气夹带水分的清除、防止水合物膨胀堵塞等。
水蓄冷是利用蓄水温度在5～12℃之间的显热进行蓄冷，它可以使用常规的制冷机组，可实现蓄冷和蓄热的双重用途，蓄冷、释冷运行时冷水温度相近，制冷机组在这两种运行工况下均能维持额定容量和效率。但水蓄冷存在蓄能密度低、蓄冷槽体积大及槽内不同温度的冷水易混合的缺点。
目前常用的相变蓄冷材料主要包括无机物和有机物两大类。绝大多数无机物相变蓄冷材料有腐蚀性，且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了其蓄冷能力。有机物相变蓄冷材料不仅腐蚀性小，在相变过程中几乎没有相分离的缺点，且化学性能稳定、价格便宜。常用的有机蓄冷材料有脂肪酸、烃、脂、醇及某些聚合物等，有些有机混合物有一个显著特点，即相变点可在一定范围内调整，将几种有机物配制成多组分蓄冷材料，可以增大蓄冷温度调节范围，从而得到合适的相变温度和相变潜热。针对现有蓄热材料存在的种种不足，国内外都进行了一些相变蓄冷材料的制备及其性能的研究，并取得了一些有价值的成果。
2 实验部分
2.1 蓄冷材料的制备
该蓄冷材料是由辛酸和软脂酸两种相变材料组成，辛酸为主，软脂酸为辅(主要起调整相变温度的作用)。首先将辛酸和软脂酸按质量比m(辛酸):m(软脂酸)=90:10装入烧杯中，然后将该烧杯盛入到80℃的恒温水浴中加热，边加热边搅拌该蓄冷材料，待其融化成均匀的液态为止。
2.2 蓄冷材料的热性能测试
蓄冷材料的相变温度和相变潜热采用Pyris1DSC示差扫描量热仪(美国Perkin-Elmer公司)进行测试，采用铟作为标准样品，试样降温过程从70℃降至-15℃，升温过程从-15℃升至70℃，其升、降温速率为5℃/min。
3 结果与讨论
如图1所示为辛酸相变过程DSC曲线。由图可知，测试样品质量为2.773mg，起始融化温度9.646℃，峰值融化温度14.407℃，融解潜热116.945J/g;起始凝固温度5.606℃，峰值凝固温度5.399℃，凝固潜热115.463J/g。由于辛酸的融化温度有点偏高，超出了蓄冷空调系统的工作温度范围(4～9℃)，不适宜单独作为蓄冷材料，必须与其它相变材料复合将其融化温度降低。
如图2所示为软脂酸相变过程的DSC曲线。测试样品质量为5.308mg，降温过程从80℃降至0℃，升温过程从0℃升至80℃，其升、降温速率为5℃/min。由图2可知，起始融化温度61.783℃，峰值融化温度64.631℃，融解潜热206.071J/g;起始凝固温度60.696℃，峰值凝固温度59.067℃，凝固潜热204.470J/g。由于软脂酸的融化温度和凝固温度都很高，不能作为空调蓄冷材料。
如图3所示为辛酸和软脂酸混合物(m(辛酸)/m(软脂酸)=30/70)相变过程的DSC曲线。测试样品质量为4.750mg，降温过程从70℃降至-10℃，升温过程从-10℃升至70℃，其升、降温速率为5℃/min。由图3可知，该混合相变材料有两个融化峰和两个凝固峰，它们没有形成共晶混合物，在发生相变的过程中产生了相分离，处在较高相变温度的相变过程超出了蓄冷空调系统的工作温度范围，其相变潜热不能被利用，而处在较低相变温度的相变过程，虽然相变温度满足要求，但其相变潜热较低，故该混合相变材料不能作为空调蓄冷材料。
如图4所示为辛酸和软脂酸混合物(m(辛酸)/m(软脂酸)=70/30)相变过程的DSC曲线。测试样品质量为3.779mg，降温过程从70℃降至-10℃，升温过程从-10℃升至70℃，其升、降温速率为5℃/min。由图4可知，该混合相变材料起始融化温度6.725℃，峰值融化温度11.093℃，融解潜热83.595J/g;起始凝固温度5.534℃，峰值凝固温度4.21℃，凝固潜热71.934J/g。其相变温度可满足蓄冷空调系统的要求，但其相变潜热偏低，也不适宜作为空调蓄冷材料。
如图5所示为辛酸和软脂酸混合物(m(辛酸)/m(软脂酸)=90/10)相变过程的DSC曲线。测试样品质量为2.659mg，由图5可知，该混合相变材料起始融化温度6.539℃，峰值融化温度11.332℃，融解潜热116.477J/g;起始凝固温度4.312℃，峰值凝固温度1.796℃，凝固潜热116.235J/g。由于该混合相变材料的相变点在蓄冷空调工作温度范围之内，且其相变潜热较高，故该相变材料可以用作空调蓄冷材料。
图3 m(辛酸)/m(软脂酸)= 30 /70混合物的DSC曲线
图5 m(辛酸)/m(软脂酸)= 90 /10混合物的DSC曲线
4 结束语
通过实验制备了一种空调用相变蓄冷材料，该蓄冷材料由辛酸和软脂酸按质量比m(辛酸)/m(软脂酸)= 90 /10构成，通过加热搅拌的方法将其制备成均匀的蓄冷材料，该蓄冷材料的相变温度和相变潜热由示差扫描量热仪(DSC)测得，测试结果表明该蓄冷材料的相变潜热比一般的无机水合盐要大(70～ 80 J /g)，且其相变温度要高于冰的凝固点(0℃)。因此，该蓄冷材料可被应用到蓄冷空调系统中。
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论文作者:孙明雷
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：潜热论文; 软脂酸论文; 材料论文; 温度论文; 过程论文; 空调论文; 峰值论文; 《基层建设》2017年第8期论文;