蓄冷剂

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蓄冷剂是一种由有机或(和)无机化合物组成的半透明(或不透明)的、粘稠胶状混合物,可在低温下吸收并储存大量冷量,而在温度较高时又能放出大量冷量,较长时间保持自身及周围小范围内的低温环境。
中文名
蓄冷剂
性    质
半透明粘稠胶状混合物
分    类
显热式、潜热式和半潜热式
组    分
主储能剂、相变调整剂等

蓄冷剂定义

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蓄冷技术是是利用各种物理、化学、机械等有效手段将冷量储存在蓄冷剂中,需要时再将储存的冷量释放出来的过程。通过该技术生产出来既能高效储存冷量,又符合各种物理、化学要求的这种物质称之为蓄冷剂。

蓄冷剂分类

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储能材料按储能方式可分为三类:显热式、潜热式和半潜热式,显热型储能材料在储能的同时,无法控制环境温度,而且储能密度较低,装置体积较大,因此应用价值不高。半潜热储能是利用可逆反应进行热量的吸收和释放,储能密度较大,但是技术复杂并且操作性不强,目前仅在太阳能领域受到重视,离实际应用尚较远。潜热储能是利用材料在相变时吸收或者放热来储能或释放的,这种材料不仅能量密度较高,装置简单、体积小等,而且材料近似恒温,可以以此来控制体系的温度。因此相变潜热储能应用较为广泛。

蓄冷剂相变蓄冷剂

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蓄冷剂组成

相变蓄冷材料由多组分组成,包括主储能剂、相变调整剂、防过冷剂、防相分离剂、诱发剂等。
通常从相变材料热物性,化学、物理性能,以及经济性能对其进行筛选,需要满足的要求主要有:①合适的相变温度,相变材料的熔化温度应该和蓄冷剂应用要求相符合;②较大的相变潜热,现在被认为可能被采用的物质,潜热达200J/g以上;③合适的传热系数,这样有助于热量的吸收和释放;④相变为可逆相变,过冷度小,性能稳定;⑤无毒,对人体和环境无害;⑥较快的结晶速度和晶体生长速度;⑦贮热密度较大;⑧原料易购,价格便宜。
现在筛选相变材料的方法都是利用现有的文献数据,对其进行分类和混总,根据上述筛选原则,结合所选相变材料的使用环境,最终决定使用的相变物质。这样得到的相变材料一般为纯物质,具有恒定的相变点和相变热,相变可逆性好,体系成分均一,有利于封装等,但是也存在一些缺点,如相变点单一,应用范围窄,选择匹配物少等。因此要拓展其应用范围,克服其相变点单一的缺点,研究具有相变点可调的相变材料的储能系统。
主储能剂作为相变材料最主要的组成部分,其选择涉及物质物理、化学性质和经济性的问题。一般食品包装蓄冷剂的选择原则为:无毒,最多微毒;价格便宜;相变温度和相变潜热都在要求范围内。

蓄冷剂评价指标

相变温度:最好针对所要包装的产品,蓄冷剂的相变点可调,因而实验中多选用水合盐结晶材料。
相变潜热:相变潜热要高,才能吸收或者释放更多的热量。
过冷度:过冷是指液态物质冷却到“凝固点”时并不结晶,而须冷却到“凝固点”以下的一定温度时方开始结晶的现象,这样液体的实际结晶温度和理论结晶温度之间的温差即为过冷度。无机盐类相变材料中,结晶水合盐容易产生过冷这种不利因素,严重影响蓄冷剂的使用。为扩大蓄冷剂的应用范围,需要找到有效减小蓄冷剂过冷度的方法,如加入微粒结构与盐类结晶物质相类似的物质作为成核剂,来达到有效成核的目的。
Onset温度:即为样品的冻结温度,主要体现在差式扫描量热法测测得的样品的相变温度和相变潜热中。由于存在过冷现象,PCMs的Onset温度和融解温度存在一定的差距。所有水溶液的融解起始温度均为其最低共熔点,但是在最低共熔点附近,相变材料并未大量吸热,只有在Onset温度之后才开始大量吸热。但是在实际的研究中,把Onset温度作为相变材料的融解温度,研究才更有实际意义。
存在的问题
水合盐结晶蓄冷剂通常存在两个问题,过冷现象和相分离,这样不利于蓄冷剂的生产及应用,因而需要有效减少过冷现象的方法。同时,以盐溶液为主储能剂的相变材料在使用过程中,容易泄露等,还需要运用合适的高吸水性树脂(SAP)将盐溶液固定,使之呈胶粘状,从而扩大其应用范围。
针对过冷现象,有两种方法:一是加入微粒结构与盐类结晶物相类似的物质作为成核剂;二是冷指法,操作简单,行之有效。实验过程中,主要采用第一种方法,即加入成核剂,如1%SiO2和0.1%的CuS能较好减少KCl溶液的过冷现象,3%四硼酸钠能较好改善NaCl溶液的过冷现象。

蓄冷剂用途

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蓄冷剂的用途主要有:
1.用于生化药物、疫苗、兽药、水果、河海鲜、食品等及需冷冻运输的其它物品的保冷运输
2.可作医院药物储存及对发热头痛、牙痛、精神疲劳止痛降温和对暗疮、美容等起到辅助理疗作用;
3.放入冰箱内在停电时可防止食物变质腐败和减少主机启动次数省电作用。

蓄冷剂聚乙烯醇-硼砂高效蓄冷剂

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原理:在水中充分膨胀的聚乙烯醇和硼砂交联反应生成体形结构,然后吸收大量水份膨胀成半透明易流动的凝胶。
制备需要的聚乙烯醇、硼砂、水的重量百分比为:
聚乙烯醇,3.5~4.0
硼砂,0.8~1.2
水,余量
步骤
1.往带有蒸汽夹套的反应锅按比例加入水和聚乙烯醇搅拌均匀后,边搅拌边加热至50℃~55℃
2.按比例加入硼砂边搅拌边加热至80℃~85℃,并在此温度下保持20~30分钟,再冷却至30℃~35℃进行包装。
词条标签:
科技产品 科学