PCM – 相変化材料

目次

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。

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