低温蓄冷系统设计与应用分析(4)
低温蓄冷属于潜热储能,即蓄冷剂在储存冷量和释放冷量的过程中会发生物态的变化。与显热储能相比，其最大的优点就是具有高得多的储能密度。
共晶盐蓄冷就是利用固液相变特性蓄冷的一种潜热储能方式。蓄冷剂主要由无机盐、水、成核剂和稳定剂组成,也称优态盐。这种蓄冷剂大多装在各种形状的密封件中,再放置在蓄冷槽中。共晶盐蓄冷在蓄放冷过程中的换热性能较差,设备投资也相对较高,并且在实际应用中会出现层化、过冷及不稳定等问题，这些问题都面临着高技术的挑战,也阻碍了其推广应用。
蓄冷剂是储冷技术中的关键因素，要达到理想的蓄冷效果，蓄冷剂应具备以下特性：（1）要有合适的相变温度，相变温度必须与被冷却物质保持一定的温差,方可使用；(2)有较大的相变时潜热；(3)在固态和液态时,都具有较高的导热能力；(4)价格便宜；(5)在固态和液态时,都有较大的比热；(6)没有偏析现象,热稳定性好；(7)凝固时无过冷现象,熔化时无过饱和现象；(8)体积膨胀系数小；(9)没有腐蚀性,或尽可能降低其腐蚀性；(10)无毒性。
目前国内外研究的固-液相变储能材料主要包括无机类和有机类两种。其中可用于低温相变蓄冷的无机物水溶液主要有下面几种，如表1.2所示。
表1.2 相变材料及其物性参数
材料名称 质量分数/% 相变温度/℃
ZnCl2-H2O 51 -62
FeCl3-H2O 33.1 -55
CaCl2-H2O 29.9 -55
CuCl2-H2O 36 -40
K2CO3-H2O 39.6 -36.5
乙二醇、丙二醇、乙醇等有机物与水混合制成的蓄冷剂均为比较理想的蓄冷剂。其优点是这类物质配制起来方便,而且无腐蚀性,其降温凝固后呈固体状。但其价格较贵,而且乙二醇有微毒性,乙醇易挥发。丙二醇无毒且不挥发,性能最好,但价格又最贵。丙二醇、乙二醇和乙醇与水的配比及其相变温度分别如表1.3、表1.4、表1.5所示。
表1.3 丙二醇相变温度与浓度关系表
质量分数/% 30 40 50 60
相变温度/℃ -11.8 -18.8 -27.7 -40.0
表1.4 乙二醇相变温度与浓度关系表
质量分数/% 30 40 50 80 90 100
相变温度/℃ -15 -24 -36 -47 -29 -13
表1.5 乙醇相变温度与浓度关系表
质量分数/% 29.9 39.0 56.1 68 80 93.5 100
相变温度/℃ -8.9 -28.7 -41 -50 -70 -118 -110.5
1.2.3 释冷
1.2.3.1 释冷循环
释冷循环是通过载冷剂来实现能量传输的。载冷剂流经排布在蓄冷槽中的换热管，与管外的低温蓄冷剂进行热交换。热交换过程中把蓄冷剂储存的冷量通过换热管管壁传递给载冷剂。降温后的载冷剂流入排布在高温环境中的换热管，与管外的高温流体进行热交换。热交换过程中载冷剂把从蓄冷剂处吸收的冷量通过换热管管壁传递给高温流体,升温后的载冷剂再次回到蓄冷槽中进行降温，如此往复循环。
1.2.3.2 载冷剂
载冷剂是将蓄冷装置中储存的冷量传递给被冷却物体的媒介物质,也称“冷媒”。载冷剂的选择需考虑以下几点：（1）冻结温度必须低于蓄冷剂的冻结温度；（2）传热系数大,即热导率和热容要大,而粘度要小；（3）性质稳定，腐蚀性小；（4）安全无毒、价格低廉；（5）价格便宜，便于获得。