Materiały zmiennofazowe i ich wykorzystanie w cieczach roboczych układów wymiany ciepła.

Materiały zmiennofazowe i ich wykorzystanie w cieczach roboczych układów wymiany ciepła.

Spis treści
WYKAZ OZNACZEŃ .................................................................................... 9
1. WSTĘP .................................................................................................... 13
2. MAGAZYNOWANIE ENERGII .......................................................... 15
2.1. CHEMICZNY MAGAZYN ENERGII CIEPLNEJ
I ELEKTRYCZNEJ .......................................................................... 15
2.1.1. Termochemiczny magazyn energii cieplnej................................ 15
2.1.2. Elektrochemiczny magazyn energii elektrycznej........................ 16
2.2. MAGAZYNOWANIE ENERGII KINETYCZNEJ ......................... 16
2.3. MAGAZYNOWANIE ENERGII SPRĘŻONEGO
POWIETRZA ................................................................................... 17
2.4. MAGAZYNOWANIE ENERGII SKROPLONEGO
POWIETRZA ................................................................................... 17
2.5. MAGAZYNOWANIE WODORU................................................... 18
2.6. MAGAZYNOWANIE ENERGII MAGNETYCZNEJ .................... 19
2.7. HYDROENERGETYCZNE SYSTEMY
MAGAZYNOWANIA ENERGII .................................................... 19
2.8. MAGAZYNOWANIE ENERGII CIEPLNEJ .................................. 19
3. MAGAZYNOWANIE ENERGII CIEPLNEJ W MATERIAŁACH
ZMIENNOFAZOWYCH ....................................................................... 23
3.1. WYMAGANIA STAWIANE MATERIAŁOM
ZMIENNOFAZOWYM ................................................................... 23
3.2. PODZIAŁ MATERIAŁÓW ZMIENNOFAZOWYCH ................... 25
4 Materiały zmiennofazowe i ich wykorzystanie…
3.3. ORGANICZNE MATERIAŁY ZMIENNOFAZOWE .................... 29
3.3.1. Parafina ....................................................................................... 30
3.3.2. Kwasy tłuszczowe ....................................................................... 33
3.4. NIEORGANICZNE MATERIAŁY ZMIENNOFAZOWE ............. 36
3.4.1. Metale ......................................................................................... 37
3.4.2. Uwodnione sole (hydraty soli) .................................................... 38
3.4.3. Sól ............................................................................................... 40
3.5. EUTEKTYCZNE MATERIAŁY ZMIENNOFAZOWE ................. 42
4. OBSZARY STOSOWANIA PCM ........................................................ 49
4.1. PCM W PRZEMYŚLE ELEKTRONICZNYM ............................... 49
4.2. PCM W PRZEMYŚLE SPOŻYWCZYM ........................................ 50
4.3. PCM W PRZEMYŚLE TEKSTYLNYM......................................... 50
4.4. PCM W ENERGETYCE SŁONECZNEJ ........................................ 51
4.4.1. Magazynowanie energii promieniowania słonecznego .............. 52
4.4.2. PCM jako materiał do bezpośredniej absorpcji
promieniowania słonecznego ...................................................... 52
4.4.3. PCM w panelach PV/T ............................................................... 54
4.4.4. Odsalanie wody morskiej ............................................................ 55
4.5. PCM W BUDOWNICTWIE ............................................................ 56
4.5.1. PCM w przegrodach budowlanych ............................................. 57
4.5.2. PCM jako dodatek do materiałów budowlanych ........................ 59
4.5.3. PCM w systemach wentylacji i klimatyzacji .............................. 62
4.5.4. Chłodzenie budynków – „free cooling” ...................................... 63
4.6. PCM W TECHNOLOGII KOSMICZNEJ ....................................... 63
5. POPRAWA PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ PCM............................. 65
5.1. KOMPOZYT PCM........................................................................... 67
5.2. ZWIĘKSZENIE POWIERZCHNI WYMIANY CIEPŁA ............... 72
5.2.1. Rozwinięcie powierzchni kontaktu z PCM ................................. 72
5.2.2. Kapsułkowanie PCM .................................................................. 74
6. MIKRO- I NANOKAPSUŁKOWANIE PCM ..................................... 81
6.1. MATERIAŁY STOSOWANE NA POWŁOKI ............................... 81
6.2. METODY MIKRO- I NANOKAPSUŁKOWANIA PCM .............. 82
6.2.1. Chemiczne metody mikrokapsułkowania PCM .......................... 84
6.2.2. Fizyczne metody mikrokapsułkowania PCM ............................. 87
6.2.3. Fizyko-chemiczne metody mikrokapsułkowania PCM .............. 88
7. PCM JAKO DODATEK DO CIECZY ROBOCZEJ ......................... 91
7.1. ZAWIESINA LODOWA ................................................................. 92
7.2. EMULSJA PCM ............................................................................... 95
7.3. ZAWIESINA KLATRATU HYDRATU ......................................... 98
7.4. ZAWIESINA PCM O STABILIZOWANYM KSZTAŁCIE .......... 99
7.5. ZAWIESINA MIKRO- I NANOKAPSUŁKOWANEGO PCM ..... 99
8. WYBRANE WŁASNOŚCI NANO- I MIKROKAPSUŁKOWANEGO
PCM ORAZ METODY ICH WYZNACZANIA ............................... 101
8.1. ANALIZA TERMICZNA ZAWIESIN MPCM ............................. 102
8.1.1. Temperatura i entalpia przemiany fazowej mPCM
– metoda DSC ........................................................................... 102
8.1.2. Temperatura przemiany fazowej mPCM – metoda DTA ......... 109
8.1.3. Temperatura i entalpia przemiany fazowej mPCM
– metody kalorymetryczne ........................................................ 111
8.1.4. Stabilność cieplna mPCM – metoda TGA ................................ 118
6 Materiały zmiennofazowe i ich wykorzystanie…
8.1.5. Przewodność cieplna mPCM .................................................... 120
8.2. ANALIZA CHEMICZNA ZAWIESIN MPCM ............................ 128
8.2.1. Struktura chemiczna powłoki mPCM – metoda XRD .............. 128
8.2.2. Skład chemiczny mPCM – metoda FT-IR ................................ 129
8.2.3. Skład chemiczny mPCM – metoda EDS .................................. 130
8.2.4. Skład chemiczny mPCM – metoda XPS................................... 131
8.3. ANALIZA FIZYCZNA ZAWIESIN MPCM ................................ 132
8.3.1. Morfologia mPCM – metoda OM ............................................. 132
8.3.2. Morfologia mPCM – metoda SEM ........................................... 133
8.3.3. Morfologia mPCM – metoda TEM ........................................... 134
8.3.4. Morfologia mPCM – metoda AFM .......................................... 135
8.3.5. Morfologia mPCM – metoda WAXS, SAXS ........................... 136
8.3.6. Rozkład wielkości cząstek ........................................................ 137
9. TERMODYNAMICZNE ASPEKTY PRZEPŁYWU
ZAWIESINY MPCM W UKŁADACH WYMIANY CIEPŁA ........ 139
10. HYDRODYNAMICZNE ASPEKTY PRZEPŁYWU
ZAWIESINY MPCM W UKŁADACH WYMIANY CIEPŁA ........ 151
10.1. GĘSTOŚĆ ZAWIESINY MPCM .................................................. 151
10.2. LEPKOŚĆ ZAWIESINY MPCM .................................................. 158
10.3. OPORY PRZEPŁYWU ZAWIESINY........................................... 169
10.4. WSPÓŁCZYNNIK STRAT LINIOWYCH ................................... 184
11. OCENA EFEKTYWNOŚCI WYKORZYSTANIA ZAWIESINY
MPCM W UKŁADACH WYMIANY CIEPŁA ................................ 195
12. PODSUMOWANIE I WNIOSKI ........................................................ 205
BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 209
STRESZCZENIE ........................................................................................ 232
ABSTRACT ................................................................................................. 233