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第二の蓄熱器は、相変化を伴わない単純な温度上昇である。 このような用途では、最小の材料/スペース(貯蔵容量)で最大の熱を貯蔵するために、貯蔵材料の比熱容量と密度を高くする必要がある。 この効果は、建物の空調やその熱的快適性に利用されている。 PCMから環境へエネルギーをうまく伝えるためには、熱伝導率も高くなければならない。
PCMの特性
したがって、相変化材料は次のような特性を持つべきである:
- 体積あたりの貯蔵容量または潜熱が大きいこと。 これは、融解モル熱が高く、同時に密度が高く比熱容量が大きい場合に達成される。
- PCMと環境との迅速な熱交換のための高い熱伝導率
- 過冷却を避け、使用温度で相変化を達成するためには、高い核生成率が必要である。
- 相転移の際の体積変化を小さくし、容器への機械的ストレスや固相の亀裂を避ける。
- 貯蔵エネルギーあたりのコストが低く、可用性が高い
- 分解することなく高い化学的安定性を示し、何度も融解/凍結を繰り返すことができる。
PCMは有機物と無機物の2つのグループに分けられる。
PCM材料の利点
有機材料(主に炭化水素、油脂、炭水化物)は、無機材料に比べて使用温度が低く、熱的・化学的に安定であるなどの利点がある。
PCM材料の欠点
しかし、有機材料は無機材料に比べて、燃えやすい、蓄熱量が比較的少ない、熱伝導率が低いという欠点がある。
無機PCMは主に塩水和物と塩である。
そのほとんどは作動温度が高く、安価に入手できる。
欠点は、腐食性があり、体積変化が大きいことである。
用途によって、PCMの融点に対応する作動温度は異なる。
作動温度は、室温付近(ほとんどの有機PCM、水和硝酸リチウム(LiNO3*3 H2O)のようないくつかの無機PCM)から数百℃(アルカリ金属塩のような無機PCM)の範囲です。
PCMの熱分析
熱分析は、PCMの開発と特性評価にとって非常に強力なツールである:
- 熱重量測定(TGA)は、熱安定性や分解を研究するために用いられる。
- 示差走査熱量測定(DSC)は、融解温度(動作温度)とエンタルピーを測定するために使用される。 融解エンタルピーを測定するだけでなく、比熱容量(Cp)の測定にも使用される。 比熱容量(Cp).
熱伝導率を測定するための技術も数多く知られており、PCM用途では熱線法が最も強力である。 その他の方法としては、ヒートフロー法やレーザーフラッシュ法がある。 どの熱伝導率測定法においても、PCMの相変化中に信頼性の高いデータを正確に得ることが特に課題となります。