خواص و طبقه بندی مواد تغییر فاز دهنده

خواص و طبقه بندی مواد تغییر فاز دهنده

فرمت: Pdf  تعداد صفحات: 30

فهرست:

۱- مقدمه
۲- روش‌های ذخیره انرژی

• ۱-۲- سیستم‌های ذخیره انرژی مکانیکی
• ۲-۲- سیستم‌های ذخیره انرژی الکتریکی
• ۳-۲- سیستم‌های ذخیره انرژی حرارتی
  • ۱-۳-۲- ذخیره انرژی حرارتی محسوس
  • ۲-۳-۲- ذخیره انرژی حرارتی نهان
  • ۳-۳-۲- ذخیره‌سازی انرژی ترموشیمیایی

۳- چگونه عملکرد مواد تغییر فاز دهنده

۴- خواص مواد تغییر فاز دهنده

• ۱-۴- خصوصیات گرمایی
• ۲-۴- مشخصات فیزیکی
• ۳-۴- خواص سینتیکی
• ۴-۴- خواص شیمیایی
• ۵-۴- فاکتور اقتصادی

بخش دوم: طبقه‌بندی مواد تغییر فاز دهنده
۱- مقدمه (بخش دوم)
۲- طبقه‌بندی بر مبنای محدوده دمایی
۳- طبقه‌بندی بر مبنای حالت تغییر فاز
۴- مواد تغییر فاز دهنده مایع-جامد

• ۱-۴- مواد تغییر فاز دهنده آلی
  • ۱-۱-۴- پارافین
  • ۲-۱-۴- مواد تغییر فاز دهنده غیر پارافینی
    • ۱-۲-۱-۴- اسید چرب
    • ۲-۲-۱-۴- استرها
    • ۳-۲-۱-۴- الکل‌ها
• ۲-۴- مواد تغییر فاز دهنده غیر آلی
  • ۱-۲-۴- نمک‌های هیدراته
  • ۲-۲-۴- ترکیبات فلزی

۵- اوتکتیک

۶- کاربرد فناوری نانو در مواد تغییر فاز دهنده

• ۱-۶- نانو و میکروکپسوله کردن
• ۲-۶- نانو الیاف کربنی
• ۳-۶- نانو گرافیت

۷- اکسیدها و هیدروکسیدهای نانومتری

۱- مقدمه

با گسترش صنایع و شهرها و با ادامه یافتن افزایش تولید گازهای گلخانه‌ای، کره زمین لحظه به لحظه در حال گرمتر شدن است. گرم شدن کره زمین باعث ذوب شدن یخ‌های در قطب‌های شمال و جنوب و ایجاد فجایع زیست محیطی می‌شود. از طرفی با توجه به تقاضا برای رفاه بیشتر نمی‌توان جلوی پیشرفت صنایع و شهرها را گرفت. پس بنابراین محققین در این چند سال اخیر به دنبال راه‌های گوناگون ذخیره‌سازی انرژی اتلاف حرارتی به فرم‌های مناسب، جهت استفاده دوباره هستند. همچنین افزایش نیاز به انرژی و محدودیت سوخت‌های فسیلی به عنوان منابع رو به اتمام و آلاینده محیط زیست، افزایش مداوم سطح گازهای گلخانه‌ای و صعود قیمت سوخت، محرکه اصلی استفاده از منابع مختلف انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، آب، باد و حتی انرژی حرارتی زمین هستند. دانشمندان در سراسر جهان در جستجوی آن هستند منابع جدید انرژی‌های تجدیدپذیر را بیابند. به طور کلی باید به نحوی انرژی‌های نامبرده را مهار، ذخیره و مورد استفاده قرار داد. ذخیره‌سازی انرژی نه تنها باعث کاهش عدم تطابق بین عرضه و تقاضا می‌شود بلکه باعث بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان استفاده از سیستم‌های انرژی می‌گردد. در واقع در حال حاضر یکی از چالش‌های کارشناسان، ذخیره انرژی در شکل مناسب است. این امر منجر به ذخیره انرژی مازاد و اقتصادی تر شدن سیستم از طریق کاهش اتلاف انرژی و هزینه سرمایه می‌شود. در این بین ذخیره‌سازی انرژی حرارتی اهمیت ویژه‌ای دارد. برای ذخیره انرژی حرارتی می‌توان از روش‌های مختلفی مثل مواد تغییر فاز دهنده استفاده نمود که در حین تغییر فاز انرژی حرارتی را ذخیره نموده و در موقع لزوم آزاد می‌کنند. برای ذخیره انرژی حرارتی از فرایندهای سرمایش، ذوب، انجماد و تبخیر استفاده می‌شود و برای دستیابی به انرژی ذخیره شده، ماده تغییر فاز دهنده باید در فرایند معکوس قرار گیرد. در واقع مواد تغییر فاز دهنده یکی از گزینه‌هایی است که با توسعه دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی، به توسعه منابع جدید انرژی کمک کرده‌اند. این ذخیره‌کننده‌های انرژی، با ذخیره‌سازی انرژی حرارتی گرمای نهان، نقش موثری در افزایش بازده، صرفه‌جویی در مصرف و جلوگیری از هدر رفت انرژی دارند. ذخیره انرژی گرمایی توسط جسم به صورت گرمای نهان هنگام تغییر فاز جسم از حالت جامد به مایع، مایع به گاز، گاز به جامد و جامد به جامد صورت می‌گیرد. مواد تغییر فاز دهنده از پیوندهای شیمیایی برای ذخیره و آزاد سازی انرژی حرارتی استفاده می‌کنند.

۲- روش‌های ذخیره انرژی

استفاده از یک سیستم ذخیره‌سازی گرمای نهان با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده یک راه موثر برای ذخیره‌سازی انرژی حرارت با چگالی ذخیره سازی انرژی بالا و ماهیت هم دما در فرآیند ذخیره سازی است. مواد تغییر فاز دهنده به طور گسترده‌ای در ذخیره‌سازی حرارتی گرمای نهان برای برنامه‌های کاربردی گرمایش و سرمایش در ساختمان‌ها، سیستم‌های گرمایش خورشیدی و تهویه هوا کاربرد دارند. تعداد زیاد مواد تغییر فاز دهنده که در طیف گسترده‌ای از درجه حرارت، ذوب و منجمد می‌شوند، آن‌ها را برای کاربرد ذخیره‌سازی انرژی در موارد مختلف مناسب می‌سازد. روش‌های مختلف ذخیره‌سازی انرژی شامل انرژی مکانیکی، الکتریکی و حرارتی می‌باشد:

1-2- سیستم‌های ذخیره انرژی مکانیکی:

سیستم‌های ذخیره انرژی مکانیکی شامل ذخیره سازی انرژی گرانشی، ذخیره سازی انرژی برق آبی شده، ذخیره سازی انرژی هوای فشرده شده و چرخ دوار می‌باشد. فن‌آوری اول و دوم را می‌توان برای استفاده در ذخیره سازی مقیاس بزرگ بکار برد در حالی که چرخ دوار مناسب تر برای استفاده در ذخیره سازی مقیاس متوسط می‌باشد.

۲-۲- سیستم‌های ذخیره انرژی الکتریکی:

ذخیره‌سازی انرژی از طریق باتری یک گزینه برای ذخیره‌سازی الکتریکی است. یک باتری با اتصال به منبع جریان الکتریکی مستقیم شارژ و در هنگام استفاده، انرژی شیمیایی ذخیره‌شده به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. از کاربردهای بالقوه باتری، ذخیره‌سازی انرژی الکتریکی تولید شده توسط توربین بادی و یا سیستم فتوولتائیک می‌باشد. رایج ترین نوع باتری‌ها، باتری اسید سرب و نیکل-کادمیوم است.

3-2- سیستم‌های ذخیره انرژی حرارتی:

ذخیره‌سازی انرژی حرارتی را می‌توان به عنوان یک تغییر در انرژی ماده به عنوان حرارت محسوس، گرمای نهان، ترموشیمیایی و یا ترکیبی از آن‌ها در نظر گرفت. یک نمای کلی از روش عمده ذخیره‌سازی انرژی حرارتی در شکل زیر نشان داده شده است. مواد تغییر فاز دهنده در دسته ی دوم قرار می‌گیرند.

نمای کلی از روش‌های عمده ذخیره سازی انرژی حرارتی

1-3-2- ذخیره انرژی حرارتی محسوس:

در ذخیره‌سازی حرارت محسوس، انرژی حرارتی توسط بالا بردن دمای یک ماده ذخیره می‌شود. سیستم ذخیره‌سازی حرارت محسوس با بهره‌گیری از ظرفیت گرمایی و تغییر در درجه حرارت از مواد در طول فرآیند شارژ و تخلیه می‌شود. مقدار گرمای ذخیره شده تابعی از دما، ظرفیت گرمایی ویژه و مقدار جسم می‌باشد و برابر است با:

Q=mC_P(T_f – T_i)

در این رابطه  مقدار انرژی ذخیره شده،  گرمای ویژه،  دمای اولیه و  دمای نهایی می‌باشد.

۲-۳-۲- ذخیره انرژی حرارتی نهان

ذخیره‌سازی گرمای نهان بر اساس جذب گرمایی که منجر به یک تغییر فاز از جامد به مایع و یا مایع به گاز و یا بالعکس می‌شود صورت می‌گیرد. مقدار گرمای نهان ذخیره شده در جسم از رابطه زیر به دست می‌آید:

Q=m[C_SP(T_m – T_i) + a_m.Δh_m + C_lp(T_f – T_m)]

جدول ۱- لیستی از مواد برای ذخیره سازی حرارت محسوس

ادامه مطلب را با دانلود فایل پیوستی (تایپ شده و باکیفیت) مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ روش های ارزیابی قرار گرفتن در معرض آلاینده های زیستی / فاز ذرات

   

نویسنده: سیروان شیخی

«تجربه در صنعت»، زیربنایِ اشتیاقِ من به دنیایِ HSE است. با بیش از ۱۳ سال فعالیت اجرایی و تخصصی، هدفم در این وب‌سایت، پل زدن میان دانشِ آکادمیک و نیازهای واقعیِ صنعت است. همراه با تیم تخصصی‌ام، می‌کوشیم تا با ارائه محتوای کاربردی و به‌روز، مسیرِ رشد حرفه‌ای شما را هموارتر کنیم. خوشحال می‌شوم در صفحه لینکدین، تجربیاتمان را به اشتراک بگذاریم و در این مسیر تخصصی همراه هم باشیم.