辛酸/月桂酸作为相变蓄冷材料的热性能研究

　　0 引 言

　　空调蓄冷技术能够实现削峰填谷的作用，从而达到能源的有效利用[1，2]。在蓄冷空调中，蓄冷材料的性能是关键。目前，常用的空调蓄冷材料包括水[3，4]、冰[5，6]、共晶盐[7]、气体水合物[8]等，但都各有缺点。水的蓄冷密度低，系统占地面积大; 冰的相变温度低，导致制冷机的蒸发温度低，COP 下降; 共晶盐存在过冷度大、材料易老化等缺点; 气体水合物存在制冷剂替代等问题。

　　有机相变材料具有过冷度小、不出现相分离、腐蚀性小和性能稳定等优点，近年来引起国内外学者的广泛关注[9 ～11]。有机相变材料中的脂肪酸具有相变温度合适、无毒、相变过程中体积变化小、相变潜热大、易从动植物中提取、价格低廉等优点。此外，还可将几种脂肪酸混合得到不同的相变温度[12 ～14]。本文以辛酸、月桂酸为研究对象，利用差示扫描量热法和低温显微技术研究其热学性能和稳定性。

　　1 实 验

　　1. 1 实验材料

　　辛酸、月桂酸均为化学纯( 国药集团化学试剂有限公司) ，所有二元系统均按质量分数配制。

　　1. 2 实验设备

　　差示扫描量热仪为功率补偿型( Diamond DSC，PerkinElmer) ，冷却方式为机械制冷( Intracooler II，PerkinElmer) ，样品冲洗气体为高纯度氮气( 纯度大于99.999% ) ，流量保持20mL/min 不变。温度标定采用正癸烷和铟( 熔点分别为-29.66℃和156.60℃) 。样品皿为标准液体铝皿，用液体压片机压制。样品质量4.0～10.0mg，精确到0.1mg。在参比侧放置与样品皿相同的空皿。样品以5℃/min 的速率从60℃降温至-40℃，等温5min，然后再以5℃/min 的速率升温至60℃。在升温扫描时读取数据。

　　低温显微研究采用光学显微镜(BX51，Olympus) 。温度控制采用冷台( FDCS196，Linkam) ，配有液氮冷却系统。加热和冷却速率可控制在0.01 ～130℃/min。温度标定采用NaCl 和KCl( 共晶熔融温度分别为-21.1℃ 和-11.1℃ ) 。样品以5℃/min 的速率从60℃ 降温至-40℃ ，等温5min，然后再以5℃/min 的速率升温至60℃。图像采集使用彩色高敏感度冷CCD( Retiga 2000R，QImaging) 。

　　为了测定热循环次数对共晶相变材料热性能的影响，将盛有共晶物样品的玻璃容器放入 50℃恒温箱中使其完全熔化，取出玻璃容器后再放入-18℃低温箱中使其完全冻结。1 次热循环包括1 个升温( 融化) 过程和1个降温( 结晶) 过程。热循环次数分别达到60 和120 时，取出样品进行DSC 测试分析。

　　2 结果与分析

　　2. 1 纯物质的相变温度和相变热

　　辛酸、月桂酸的DSC 曲线如图1，相应的熔点及相变潜热如表1。可看出，辛酸、月桂酸的熔点均偏高，超出蓄冷空调系统的工作温度范围(4 ～9℃) ，不适合单独作为蓄冷材料。只有将二者混合，其转变温度才有可能达到希望的温度范围。