一种相变蓄热材料及其蓄热热回收的实验研究

　　0 引言

　　夏季空调的主要目的是制冷，降低室内环境的空气温度，将室内的热量通过制冷介质吸收、经压缩机升温升压后排放到室外环境中。空调运行时会产生相当大的冷凝热量，约为冷凝负荷的1.1～1.3倍[1]。如果利用这一热量加热生活用水，不仅可以节省能量消耗，还可以降低空调系统排放的热量造成的环境温升[2]。

　　目前，国内外关于空调冷凝热回收的研究已经取得了一定的进展，刘红娟、王越等人提出的相变蓄热[1,3]解决了传统水蓄热槽体积大、效率低、热供应与热需求在时间上不同步的问题。为了进一步提高冷凝热的回收利用率，甚至全部回收冷凝热，选择适宜的相变材料至关重要，石蜡以其优良的性能和低廉的价格正越来越受到重视[4]。同时石蜡也有不足之处，其熔点温度与空调冷凝温度不匹配。上海海事大学建立了复合蓄热热回收空调系统实验台[3,5-6]，并利用熔点48℃的石蜡进行了试验，结果表明由于与实际热水使用温度(45℃左右)温差小，传热效率不高。针对石蜡的这一不足，本文开发了一种熔点为55℃的相变材料，结果证明采用该材料可克服上述缺点，更加高效地制取生活热水。

　　1 相变蓄热材料的实验研究

　　1.1 空调用相变材料的选择

　　空调用蓄热材料属于低温蓄热材料[7]，对蓄热材料的主要要求是：相变温度合适，相变潜热大，材料安全无毒且环境负荷小，热导性、耐久性、流动性好，成本低，制作简单。

　　空调用蓄热材料主要有有机和无机蓄热材料。与无机蓄热材料相比，有机蓄热材料的固体成型好、不易发生相分离，腐蚀性较小。其中石蜡基蓄热材料相变潜热大，一般不过冷、不析出、性能稳定、无腐蚀性且在有机相变蓄热材料中价格低廉，是一种较理想的蓄热材料[4,7-8]。

　　在选择相变材料时，相变材料的熔点与冷凝温度的匹配尤为重要，这不仅可以充分利用相变材料的蓄热能力，还可以最大程度减少蓄热器的体积。

　　1.2 石蜡的基本性质

　　石蜡通常是白色、无味的蜡状固体，它无确定的分子式，其分子通式为CnH2n+2，其中n=17～40，n 越大熔点越高。石蜡熔点在 47 ℃～64 ℃，相对密度约0.86～0.94。它不溶于水，但可溶于醚、苯和某些酯中。石蜡不与常见的化学试剂反应，但可以燃烧。石蜡也是很好的储热材料，其比热容为(2.14～2.9) J/(g·K)，熔化热为(200～220)J/g[7、9]。

　　为研究石蜡在熔化和凝固时体积变化，本文进行了一些测量石蜡体积变化的实验。

　　将58号石蜡放在 600ml 的烧杯中，加热至完全熔化，测得其体积(液体)V1，将其放在室温下完全冷却。石蜡从四周向里收缩,完全冷却后石蜡固体与烧杯内壁分离。此时向装有石蜡的烧杯加水，将石蜡完全没入水中，加水至某一刻度V2;将烧杯中的水倒入量筒测出水的体积V3。重复数次，测得石蜡的体积膨胀率为：