相變儲(chǔ)熱技術(shù)研究進(jìn)展

李昭，李寶讓，陳豪志，文卜，杜小澤

（1 電站能量傳遞轉(zhuǎn)化與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京102206；2 蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，甘肅蘭州730050）

發(fā)展清潔、可持續(xù)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式，降低傳統(tǒng)化石能源消費(fèi)比例，是人類社會(huì)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)之一。伴隨著可再生能源的開發(fā)和利用，儲(chǔ)能技術(shù)因其可以協(xié)調(diào)能源供需間匹配、平抑電源側(cè)波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)可再生能源的有效分配和利用日益引起各國(guó)的關(guān)注和青睞。

近年來，我國(guó)也非常重視可再生能源技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。截至2019 年，全球光熱發(fā)電裝機(jī)增至6451MW，新增裝機(jī)381.6MW，其中我國(guó)新增光熱發(fā)電裝機(jī)200MW，占全球新增裝機(jī)量的52.4%[1]。此外，根據(jù)我國(guó)“十三五”時(shí)期能源規(guī)劃，2020 年光熱發(fā)電建成裝機(jī)將達(dá)到5000MW[2]。除光熱發(fā)電外，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量也迅速增長(zhǎng)，截至2019 年上半年，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量為1.93 億千瓦，發(fā)電量同比增長(zhǎng)11.5%左右[3]。儲(chǔ)熱技術(shù)在光熱發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電領(lǐng)域扮演重要的角色，其在平抑新能源電源負(fù)荷波動(dòng)、提高系統(tǒng)連續(xù)發(fā)電能力、降低棄風(fēng)棄光率等方面發(fā)揮重大作用。因此，儲(chǔ)熱技術(shù)是我國(guó)可再生能源利用的關(guān)鍵技術(shù)之一。除可再生能源發(fā)電領(lǐng)域外，儲(chǔ)熱也是余熱回收利用、分布式能源等技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

儲(chǔ)熱技術(shù)主要包括顯熱儲(chǔ)熱、相變儲(chǔ)熱、熱化學(xué)/吸附儲(chǔ)熱技術(shù)等。其中，熱化學(xué)儲(chǔ)熱的儲(chǔ)熱密度最大，但目前國(guó)內(nèi)外的研究表明，熱化學(xué)儲(chǔ)熱尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，很多驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)尚未開展，工業(yè)應(yīng)用尚遠(yuǎn)[4-5]；顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)是目前市場(chǎng)中應(yīng)用最為成熟的儲(chǔ)熱技術(shù)，但顯熱儲(chǔ)熱材料的儲(chǔ)能密度偏低，容易導(dǎo)致儲(chǔ)熱系統(tǒng)體積龐大[4]，成本過高；相變儲(chǔ)熱主要是依靠相變材料在相變過程中吸收和釋放熱量的特性來進(jìn)行儲(chǔ)熱和釋熱，其在一定程度上綜合了熱化學(xué)儲(chǔ)熱儲(chǔ)熱密度高和顯熱儲(chǔ)熱工藝簡(jiǎn)單成熟的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿薮蟆４送?，相變蓄放熱過程基本保持恒溫，可以減少儲(chǔ)熱和釋熱過程中能量品位的損失。

本文通過整理、分析近年來國(guó)內(nèi)外相變儲(chǔ)熱技術(shù)相關(guān)研究成果，對(duì)相變材料（PCM）進(jìn)行分類和介紹，并針對(duì)研究人員廣泛關(guān)注的封裝定型、傳熱強(qiáng)化等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)探討，最后分析了今后發(fā)展中應(yīng)重點(diǎn)思考和解決的問題，以期為相變儲(chǔ)熱技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)研究提供參考與啟發(fā)。

1 相變儲(chǔ)熱材料

1.1 固液相變儲(chǔ)熱材料

1.1.1 有機(jī)類相變儲(chǔ)熱材料

有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料主要包括各類脂肪酸、石蠟、直鏈烷烴、脂肪醇、酯類物質(zhì)以及各類高分子PCM 等。有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料多數(shù)熔點(diǎn)較低，高溫下易揮發(fā)、易燃、易緩慢氧化老化，主要應(yīng)用于低溫儲(chǔ)熱場(chǎng)景。

（1）石蠟 各類石蠟材料是應(yīng)用最為廣泛的有機(jī)PCM 之一，相變焓一般在160～270kJ/kg 之間[6]。石蠟擁有較為寬泛的相變溫度區(qū)間，商用石蠟的相變溫度通常在55℃附近，熱導(dǎo)率約為0.2W/(m·K)[7-8]。隨碳鏈長(zhǎng)度增加，石蠟的相變溫度和相變潛熱均升高[9]；此外，具有偶數(shù)碳原子烷烴的石蠟相變潛熱略高于具有奇數(shù)碳原子烷烴的石蠟，但隨碳鏈長(zhǎng)度增加，二者相變潛熱趨于相等[6]。純度較高的石蠟價(jià)格昂貴，實(shí)驗(yàn)室研究或工業(yè)生產(chǎn)中通常選用工業(yè)純度級(jí)別的石蠟。P-116 是較受關(guān)注的商用石蠟材料之一，其相變溫度為47℃，相變焓約為210kJ/kg[9-11]。

（2）脂肪酸 脂肪酸類PCM 是一種常用的低溫PCM，飽和脂肪酸的通式為CnH2n+1COOH，其相變溫度通常與碳原子數(shù)相關(guān)，多數(shù)脂肪酸類PCM的相變溫度分布在15～75℃，相變潛熱值一般在120～210J/g[12-13]。目前研究較為深入和全面的脂肪酸類PCM 主要包括月桂酸、癸酸、棕櫚酸、硬脂酸、肉豆蔻酸和十八酸等。與石蠟相比，脂肪酸類PCM 成本較高，約為石蠟價(jià)格的2～2.5 倍[9]；脂肪酸類PCM 的另一個(gè)缺點(diǎn)是性能不穩(wěn)定，易揮發(fā)和分解。將膨潤(rùn)土與其復(fù)合后，在保證良好的循環(huán)穩(wěn)定性前提下，可以達(dá)到調(diào)整相變溫度、強(qiáng)化力學(xué)性能等目的，儲(chǔ)熱性能得到一定程度提升[14-15]。

（3）聚乙烯 根據(jù)結(jié)晶度不同，聚乙烯通?？梢苑譃楦呙芏染垡蚁℉DPE）、低密度聚乙烯（LDPE）和線型低密度聚乙烯（LLDPE）等。HDPE的相變溫度為130.8℃，相變潛熱為178.6kJ/kg[16]；LDPE 的相變溫度為111℃，相變潛熱為159.6 kJ/kg[17]；而LLDPE 的相變溫度為126.2℃，相變潛熱約為165.4kJ/kg[17]。HDPE 的結(jié)晶度可達(dá)75%以上，由于聚乙烯的結(jié)晶度和密度基本上是平行關(guān)系，二者呈正相關(guān)，故其密度一般也較大[18]，單位體積可獲得較高儲(chǔ)熱量。此外，HDPE 導(dǎo)熱性能好，熱導(dǎo)率為0.5W/(m·K)左右[19]，高于其他常見有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料，如表1 所示。HDPE 和LLDPE 的分子簡(jiǎn)式為nCH2==CH2[CH2—CH2]n—，結(jié)構(gòu)上比較規(guī)整，易于加工成型。

表1 典型有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料及熱學(xué)性能[22]

（4）脂肪醇 脂肪醇是指羥基與飽和脂肪烴基連接而形成的醇類，通式一般為R—OH（其中R是飽和脂肪烴基），如甲醇、乙醇、十二醇、十七醇、十八醇等。單一脂肪醇在凝固過程中會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其具有多個(gè)凝固點(diǎn)，可能會(huì)限制該類PCM 的使用，如十二醇（DE）有兩個(gè)凝固溫度，分別為21.6℃和22.5℃；十四醇的兩個(gè)凝固溫度分別為37.1℃和35.7℃[20]。為解決上述問題，蔡偉等[20]采用熔融共混法制備酸-醇有機(jī)復(fù)合PCM，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明醇-酸復(fù)合PCM可以降低單一PCM的過冷度并防止重結(jié)晶。此外，在醇-酸復(fù)合PCM中也消除了脂肪醇的二次結(jié)晶現(xiàn)象，有效地解決了單一脂肪醇存在多個(gè)凝固點(diǎn)的問題。

（5）酯 酯是指有機(jī)化學(xué)中醇與羧酸或無(wú)機(jī)含氧酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成的產(chǎn)物，酯的官能團(tuán)是—COO—，分子通式為R—COO—R′（R 為烴基或氫原子，R′不能為氫原子），如硬脂酸乙烯酯、硬脂酸正丁酯、棕櫚酸丙酯等。王朋[21]根據(jù)溫室墻體的具體溫度和保溫要求，選擇硬脂酸正丁酯和棕櫚酸丙酯作為PCM。其中，硬脂酸正丁酯的熔化峰值溫度和凝固峰值溫度分別為21.56℃和19.93℃，熔化潛熱和凝固潛熱分別為104.7kJ/kg 和106.8 kJ/kg；棕櫚酸丙酯的熔化峰值溫度和凝固峰值溫度分別為12.15℃和9.92℃，熔化潛熱和凝固潛熱分別為99.02kJ/kg和100.9kJ/kg[21]。將上述兩種酯類物質(zhì)進(jìn)行混合制備二元復(fù)合PCM，通過調(diào)整二者配比獲得不同相變溫度（8.21～19.28℃）的PCM 以控制冬季寒冷期溫室大棚內(nèi)的環(huán)境溫度，使環(huán)境溫度與植物的最適生長(zhǎng)溫度相匹配，取得了良好效果，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1.1.2 無(wú)機(jī)鹽類相變儲(chǔ)熱材料

無(wú)機(jī)鹽類PCM主要包括各類硝酸鹽、碳酸鹽、氟鹽、鹽酸鹽及其混合物。工業(yè)生產(chǎn)中通常使用其混合物作為儲(chǔ)熱材料，通過選擇混合鹽中不同組分的配比來調(diào)整其熔點(diǎn)，以適應(yīng)不同場(chǎng)景下的工作溫度或?qū)で蟾叩南嘧儩摕?。常用無(wú)機(jī)鹽混合物的熔點(diǎn)一般在150～900℃，少數(shù)可達(dá)更高，主要應(yīng)用于中高溫儲(chǔ)熱領(lǐng)域。

（1）碳酸鹽 碳酸鹽具有密度大、相變潛熱大、腐蝕性小等優(yōu)點(diǎn)。常用的單鹽有碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰等。其中，碳酸鉀（K2CO3）是無(wú)色單斜晶體，熔點(diǎn)為891℃；碳酸鈉（Na2CO3）在常溫下是白色粉末，熔點(diǎn)為854℃，將二者按照質(zhì)量3∶2的比例混合組成共晶混合物的熔點(diǎn)為704℃，相變潛熱為364.3kJ/kg，使用溫度低于830℃時(shí)性質(zhì)穩(wěn)定[23]。除共晶配比外，研究人員還進(jìn)行了其他配比的研究，閆全英等[24]配置了36 種不同配比的三元碳酸鹽（Na2CO3-Li2CO3-K2CO3）并對(duì)各樣品的熔點(diǎn)和相變潛熱進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，可發(fā)生共熔的三元碳酸鹽樣品的熔點(diǎn)分布在390.3～444.6℃。從以上樣品中挑選9種低熔點(diǎn)樣品進(jìn)行潛熱測(cè)量，得到熔化潛熱分布在93.96～263.70kJ/kg，該項(xiàng)研究提供了較為全面和詳細(xì)的碳酸鹽PCM 相變溫度及相變潛熱數(shù)據(jù)資料。

（2）硫酸鹽 目前以硫酸鹽作為儲(chǔ)熱材料的研究相對(duì)較少，常見的硫酸鹽有硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鋰等。硫酸鈉具有相變潛熱大、高溫蒸氣壓小等優(yōu)點(diǎn)，其相變溫度和相變潛熱分別為882℃和182.6kJ/kg[25]。李愛菊[25]對(duì)Na2SO4/SiO2復(fù)合儲(chǔ)能材料進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，相較于純Na2SO4，以SiO2為陶瓷基材與Na2SO4形成的復(fù)合PCM，體系熱導(dǎo)率提升幅度較為顯著，可達(dá)67.1%～77.7%；此外，熱循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明，該復(fù)合材料具有良好的穩(wěn)定性，經(jīng)過多次反復(fù)熱循環(huán)后，其相組成、熔化潛熱等變化不大且未發(fā)生相分離。

（3）鹽酸鹽 鹽酸鹽的價(jià)格低廉、相變潛熱大、黏度小、熱穩(wěn)定性好，常見的單鹽有氯化鈉、氯化鉀、氯化鋰、氯化鈣、氯化鎂等。其中，氯化鉀（KCl）的熔點(diǎn)為770℃，熔化熱為460.4kJ/kg；氯化鈉（NaCl）的熔點(diǎn)為801℃，熔化熱為406.1kJ/kg；氯化鈣（CaCl2）的熔點(diǎn)為782℃，熔化熱為255.3 kJ/kg[23]。典型的研究如賀萬(wàn)玉[26]將NaCl、KCl、LiCl和無(wú)水MgCl2這四種鹽按照一定比例配制多種二元鹽酸鹽和三元鹽酸鹽并探究其熔點(diǎn)及相變潛熱的變化規(guī)律。研究結(jié)果顯示，這些混合鹽的熔點(diǎn)均在350℃左右，并且上下浮動(dòng)較小。對(duì)于二元鹽酸鹽，KCl-LiCl （50%-50%） 的綜合性能最好，其熔點(diǎn)為354.9℃，相變潛熱為219.9kJ/kg，并且得到KCl 與LiCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越接近，二者混合物的熔化潛熱越高的規(guī)律。對(duì)于三元鹽酸鹽，NaCl的添加使得混合鹽的熔化潛熱較KCl-LiCl二元鹽有所下降。但鹽酸鹽的腐蝕性很強(qiáng)，這是限制其廣泛使用的主要因素。

（4）氟鹽 與其他無(wú)機(jī)鹽及中高溫PCM相比，氟鹽具有很高的相變潛熱和較高的熔點(diǎn)，常作為高溫型儲(chǔ)熱材料使用。氟化鈉、氟化鋰、氟化鉀和氟化鎂等是較為常用的氟鹽。其中，氟化鎂（MgF2）的熔點(diǎn)為1263℃，熔化熱為938kJ/kg；氟化鉀（KF）的熔點(diǎn)為857℃，熔化熱為452kJ/kg[23]；氟化鋰（LiF）的熔點(diǎn)為849℃，熔化熱為1041kJ/kg[9]。此外，由于氟鹽的單鹽熔點(diǎn)過高，常使用幾種氟鹽混合物以選取合適的相變溫度，如質(zhì)量比為64∶30∶6 的LiF-MgF-KF 混合氟鹽熔點(diǎn)為710℃，相變潛熱可達(dá)782kJ/kg[27]；質(zhì)量比為80.5∶19.5 的LiF-CaF2混合鹽的熔點(diǎn)和相變潛熱分別為767℃和790kJ/kg[27]；再如質(zhì)量比為67∶33 的LiF 和MgF2混合物，其熔點(diǎn)和相變潛熱分別為746℃和947kJ/kg；質(zhì)量比為75∶25 的NaF 和MgF2的熔點(diǎn)和相變潛熱分別為832℃和650kJ/kg[9]。

氟鹽主要有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是由液相轉(zhuǎn)為固相時(shí)體積變化率較大，如LiF 高達(dá)23%[23]；二是相較于其他中高溫相變儲(chǔ)熱材料，熱導(dǎo)率較低，常見氟鹽混合物的熱導(dǎo)率基本在1W/(m·K)以下，如LiF-NaF-KF 三 元 鹽 的 熱 導(dǎo) 率 為0.85W/(m·K)；LiF-NaF-BeF2三 元 鹽 的 熱 導(dǎo) 率 為0.70W/(m·K)；NaF-NaBF4二元鹽的熱導(dǎo)率為0.47W/(m·K)[28]。但是氟鹽的工業(yè)化應(yīng)用仍主要受限于其成本過高、體積變化率大以及對(duì)材料的相容性要求較高等問題。

（5）硝酸鹽 硝酸鹽具有強(qiáng)氧化性，熔點(diǎn)相對(duì)較低，多數(shù)硝酸鹽的熔點(diǎn)在300℃左右，常見的單鹽有硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋰等。其中，硝酸鈉（NaNO3）的熔點(diǎn)為306.8℃，相變潛熱為162.5kJ/kg[23]；硝酸鉀（KNO3） 的熔點(diǎn)為335℃，相變潛熱為95kJ/kg[27]，實(shí)際應(yīng)用中主要以其混合物為主。二元鹽中，Chieruzzi 等[29]研究了Solar Salt（60%NaNO3-40%KNO3），熔點(diǎn)約為220℃，相變潛熱約為113kJ/kg；三元鹽中，應(yīng)用較為廣泛的混合鹽為HITEC 鹽[7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaNO3-40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaNO2-53%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))KNO3]，其熔點(diǎn)約為141℃，相變潛熱約為72.5kJ/kg[30]。此外，有研究人員研究了由54.5%～62.1%KNO3、12.9%～39.9%LiNO3和5.6%～25%Ca(NO3)2組成的一系列不同配比的三元硝酸鹽，發(fā)現(xiàn)一些混合鹽體現(xiàn)出了良好的熱學(xué)性質(zhì)，如100℃左右的熔點(diǎn)，較大的相變潛熱（77.1～131.8kJ/kg）[31]；四元鹽中，F(xiàn)ernández等[32]研究了由硝酸鋰、硝酸鉀、硝酸鈉和硝酸鈣組成的四元硝酸鹽 [10%LiNO3-10%Ca(NO3)2-20%NaNO3-60%KNO3]的熱物性，此種混合硝酸鹽的相變溫度約為132℃，相變潛熱為69.07kJ/kg。

1.1.3 金屬/合金類相變儲(chǔ)熱材料

單一金屬或由不同種金屬組成的二元、三元等多元合金是目前應(yīng)用較為廣泛的金屬/合金類相變儲(chǔ)熱材料，目前所使用的大部分金屬/合金類相變儲(chǔ)熱材料的相變溫度一般在300℃以上，主要應(yīng)用于高溫儲(chǔ)熱場(chǎng)景。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)合金類相變儲(chǔ)熱材料的研究始于20 世紀(jì)70 年代，如美國(guó)學(xué)者Birchenall 等[33-34]研究了含有Al、Cu、Mg、Si、Zn 等元素的二元和多元合金PCM 的熔點(diǎn)與相變潛熱。研究結(jié)果表明，富含Al、Si 元素的合金儲(chǔ)熱密度較高，由Al 和Si 制備而成的合金儲(chǔ)熱材料的相變潛熱可達(dá)500kJ/kg，儲(chǔ)熱密度較高的同時(shí)也兼顧了經(jīng)濟(jì)性，是較為理想的合金類相變儲(chǔ)熱材料[35]。我國(guó)對(duì)于金屬/合金類PCM 的研究起步較晚，但也取得了不少成果，其主要研究對(duì)象集中于Al 基、Mg 基合金[36-39]，隨著中高溫儲(chǔ)熱技術(shù)在國(guó)內(nèi)的迅速發(fā)展，金屬PCM 再次得到關(guān)注，目前，Al 基、Mg 基系列合金是研究人員較為關(guān)注的合金類相變儲(chǔ)能材料。

（1）共晶合金 共晶合金主要有兩類，即鋁基共晶合金和鎂基共晶合金。鋁基合金具有相變溫度適宜、腐蝕性較低、儲(chǔ)熱能力較好等優(yōu)點(diǎn)，其在高溫儲(chǔ)熱領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)[40]。鋁硅合金相變潛熱大、資源豐富，并且性價(jià)比高、經(jīng)濟(jì)性好，因此，研究人員對(duì)Al-Si 合金的研究相對(duì)較早且較為全面。表2[40]所示為部分鋁基合金及其熱物性參數(shù)。

表2 部分鋁基共晶合金的熱物性參數(shù)[40]

金屬鎂具有相變溫度適中、相變潛熱較大和熱導(dǎo)率較高的優(yōu)點(diǎn)，故Mg及Mg基合金被認(rèn)為是一類具有潛力的金屬類相變儲(chǔ)熱材料。鎂和鎂基合金早在20 世紀(jì)80 年代就得到關(guān)注，如Farkas 等[34]研究了Mg-Si、Mg-Ca和Mg-Zn二元共晶合金的熱物性，其中Mg-Si 共晶合金的儲(chǔ)熱密度可達(dá)到757kJ/kg。2014 年Blanco-Rodriguez 等[41]的研究表明，同熔融鹽相比，Mg-Zn共晶合金具有更高的熱導(dǎo)率、比熱容和儲(chǔ)熱密度，光熱發(fā)電系統(tǒng)或其他對(duì)高溫蒸汽有需求的領(lǐng)域均可以考慮將Mg-Si合金作為儲(chǔ)熱材料使用。表3[42]所示為部分鎂基合金及其熱物性參數(shù)。

表3 Mg基共晶合金熔化相變焓計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的比較[42]

（2）低溫合金 低熔點(diǎn)合金相變儲(chǔ)熱材料在近一個(gè)時(shí)期得到了研究人員的青睞和關(guān)注，其相變溫度較低，甚至可以低至室溫以下，這極大地拓寬了金屬和合金在儲(chǔ)熱領(lǐng)域的應(yīng)用，使得金屬/合金PCM 可以用作中低溫儲(chǔ)熱材料，以彌補(bǔ)特殊場(chǎng)景下有機(jī)相變儲(chǔ)熱材料導(dǎo)熱能力較差的不足，還可以開拓極端環(huán)境下的儲(chǔ)冷技術(shù)。表4[43]所示為部分低熔點(diǎn)金屬/合金相變儲(chǔ)熱材料的熱物性參數(shù)。由表4可知，鎵（Ga）、銦（In）、錫（Sn）、鉍（Bi）等是合成低溫合金PCM的重要元素。

表4 部分低熔點(diǎn)合金相變儲(chǔ)熱材料及其熱物性參數(shù)[43]

與其他相變儲(chǔ)熱材料相比，金屬/合金類材料無(wú)需任何摻雜手段就可以獲得優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，且由于其密度一般較大，單位體積儲(chǔ)熱量較大，在中高溫甚至低溫相變儲(chǔ)熱應(yīng)用場(chǎng)景中具有一定優(yōu)勢(shì)。但金屬/合金類PCM 也存在一些缺點(diǎn)，如成本一般較高，單位質(zhì)量蓄熱量不占優(yōu)勢(shì)；易于氧化，金屬/合金相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)往往需要特殊氣氛，氣體在PCM工作過程中容易溶解、滲入合金內(nèi)部[44]，降低合金材料熱物性；部分金屬合金在液相下具有一定的腐蝕性[45]。以上所述各種因素的存在均導(dǎo)致合金類儲(chǔ)熱材料難以得到商業(yè)化推廣和應(yīng)用。

1.2 固固相變儲(chǔ)熱材料

固固相變?cè)谀撤N程度上優(yōu)于固液相變，其可以有效避免固液相變涉及的泄漏、腐蝕等問題。同時(shí)，和膠囊包覆技術(shù)或抗腐蝕改性技術(shù)比較，固固相變儲(chǔ)熱材料技術(shù)成熟、成本低。其缺點(diǎn)主要是部分固固PCM 存在相變潛熱較低的情況，在技術(shù)上往往需要多種相變同時(shí)發(fā)生才能滿足工業(yè)應(yīng)用的儲(chǔ)熱需求。

1.2.1 有機(jī)固固相變儲(chǔ)熱材料

晶型間的轉(zhuǎn)變、氫鍵的斷裂或生成是有機(jī)固固PCM實(shí)現(xiàn)吸熱和放熱的主要途徑[46]。目前，常用的有機(jī)固固相變儲(chǔ)熱材料主要包括：層狀鈣鈦礦、多元醇、高分子類交聯(lián)物質(zhì)和一些接枝共聚物如聚乙烯、聚乙二醇等[47]。

層狀鈣鈦礦主要指四氯合鈷酸癸銨和四氯合鈷酸十八銨等材料，并通過調(diào)節(jié)化合物的含量，制得一系列C10CoCl-C18CoCl 二元體系。通過調(diào)控C10CoCl 含量，借助有一定運(yùn)動(dòng)自由度的烷基鏈，在不同的相變溫度下發(fā)生固固可逆相變。

多元醇類固固PCM 主要包括季戊四醇（PE）、新戊二醇（NPG）、三羥甲基乙烷（PG）及它們的混合物等[48]。對(duì)于多元醇類固固PCM，其相變潛熱與分子中含有的羥基數(shù)目有關(guān)，一般羥基數(shù)目越多，相變焓越大[49]。這類材料具有使用壽命長(zhǎng)、相變溫度適中等優(yōu)點(diǎn)[48]。

高分子類固固相變儲(chǔ)熱材料多指通過接枝共聚法或偶聯(lián)共混法制備的聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯類（PE）等。如聚乙二醇具有高的反應(yīng)活性末端和適宜的相變溫度，且其熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性高，相變潛熱大，蒸氣壓低，無(wú)腐蝕性。

1.2.2 無(wú)機(jī)固固相變儲(chǔ)熱材料

無(wú)機(jī)固固相變一般包括晶體有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變、非晶-晶體轉(zhuǎn)變、晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變以及磁性轉(zhuǎn)變等。無(wú)機(jī)固固PCM 種類相對(duì)較少，依據(jù)目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道，無(wú)機(jī)固固相變儲(chǔ)熱材料主要是指鐵基化合物和各類無(wú)機(jī)鹽，如典型的鐵-鈷-鉻系列材料，其單位體積熱存儲(chǔ)量已經(jīng)超過了水的固液相變潛熱（約360J/cm3）；硫氰酸銨（NH4SCN）相變溫度寬泛，過冷程度輕，穩(wěn)定性好，無(wú)液相生成，是一種較有潛力的固固相變儲(chǔ)熱材料。將其從室溫加熱至150℃過程中，DSC 曲線上有三個(gè)較為明顯的吸熱峰。其中：第一個(gè)吸熱峰是從單斜晶體到正交晶體的固固相變過程，相變溫度區(qū)間為90.83～95.83℃，相變焓為44.33kJ/kg；第二個(gè)吸熱峰為從正交晶體轉(zhuǎn)變至四方晶體的固固相變過程，相變溫度區(qū)間為116.23～121.56℃，相變焓為5.33kJ/kg；第三個(gè)吸熱峰實(shí)質(zhì)上是化學(xué)反應(yīng)生成硫脲的吸熱過程，溫度區(qū)間為146.68～155.73℃，吸熱焓為128.22kJ/kg[50]。

部分固固PCM及其熱物性參數(shù)如表5[51]所示。

表5 固固PCM及其熱物性參數(shù)[51]

1.3 相變儲(chǔ)熱材料篩選原則

在對(duì)PCM 進(jìn)行選擇時(shí)，通常應(yīng)盡可能按照如下原則進(jìn)行篩選[52-57]：①環(huán)保無(wú)毒、無(wú)腐蝕性、不易燃、不易爆，安全性高；②具有一定的熱物性能，如高熱導(dǎo)率、高比熱容、高相變焓等，熔點(diǎn)一般與工作溫度區(qū)間相當(dāng)，同時(shí)不能存在明顯過冷、相分離和高溫?fù)]發(fā)、泄漏現(xiàn)象；③物理性能良好，如密度大、相變過程中體積變化較小等；④化學(xué)穩(wěn)定性良好，如材料經(jīng)多次蓄放熱循環(huán)后仍能保持原有化學(xué)成分，不易分解、不易變質(zhì)等；⑤從工業(yè)應(yīng)用角度講，要求成本低廉、原料易得、具有工業(yè)化基礎(chǔ)等。在眾多的遴選要求中，核心目標(biāo)是相變焓值、相變溫度以及穩(wěn)定性。

然而，在一些實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下，考慮到各方面限制條件，難以完全兼顧上述所有遴選條件，在這種情況下，應(yīng)采取相應(yīng)的技術(shù)手段對(duì)PCM 存在的缺陷進(jìn)行改良，為此研究人員對(duì)應(yīng)用中出現(xiàn)的腐蝕、泄漏、傳熱性能較差等問題進(jìn)行了深入研究，并提出了封裝定型、傳熱性能強(qiáng)化等技術(shù)手段，本文后續(xù)章節(jié)將重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行介紹和討論。

2 復(fù)合相變儲(chǔ)熱技術(shù)

相變儲(chǔ)熱材料在應(yīng)用過程中仍存在諸多問題，如相分離、過冷、導(dǎo)熱性能差、儲(chǔ)熱密度低以及腐蝕性強(qiáng)、相容性差等，這些問題都迫切需要解決。制備復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料是有效解決上述問題的技術(shù)手段之一。典型的復(fù)合結(jié)構(gòu)工藝包括膠囊技術(shù)、定型技術(shù)和紡絲技術(shù)等。

2.1 膠囊技術(shù)

相變儲(chǔ)熱材料在使用過程中可能存在一些缺陷，如過冷、相分離、傳熱性能差、物化穩(wěn)定性差等。尤其對(duì)于固液PCM，雖然其相變潛熱較大，但其在液相時(shí)易流動(dòng)、泄漏進(jìn)而導(dǎo)致環(huán)境污染、設(shè)備腐蝕等問題。膠囊技術(shù)即以各類有機(jī)高分子聚合物或無(wú)機(jī)材料為壁材，將PCM 包裹在內(nèi)形成相變膠囊，該技術(shù)可以有效解決上述應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，是目前相變儲(chǔ)熱領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。膠囊一般可以包覆成為管狀、球狀、板狀、袋狀或者其他形狀。按照膠囊的尺寸分類，一般可以分為毫米級(jí)及以上（粒徑＞1mm）、微米級(jí)（1μm＜粒徑＜1000μm）和納米級(jí)（粒徑＜1000nm）[58]。隨著膠囊粒徑的減小，比表面積增大，膠囊與傳熱流體的接觸面積和傳熱面積也增大，但也要綜合考慮壁材特性、工況、可行性、經(jīng)濟(jì)性等實(shí)際情況對(duì)尺寸進(jìn)行選擇。

2.1.1 微膠囊技術(shù)

目前，在相變膠囊領(lǐng)域內(nèi)微膠囊技術(shù)的研究和應(yīng)用較多。根據(jù)微膠囊芯材和壁材的形態(tài)的不同，微膠囊存在單核、多核、單壁、雙壁等不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。相變微膠囊的制備方法及其特點(diǎn)如表6所示。此外，常用的微膠囊壁材包括天然材料，如明膠、阿拉伯膠樹脂、松脂等；還包括半合成高分子材料，如甲基纖維素、羧甲酸纖維素等；以及全合成高分子材料，如聚苯乙烯、聚丁二烯、聚酰胺等[59]。尉菁華等[60]制備了以SiO2為壁材、棕櫚酸為芯材的相變微膠囊，如圖2(a)所示。其研究結(jié)果表明，該微膠囊經(jīng)過1000 次高低溫循環(huán)后，相變焓和相變溫度僅發(fā)生十分輕微的波動(dòng)，具有良好的相變穩(wěn)定性和耐久性。張濤等[61]制備了以石蠟為芯材、聚氨酯為壁材的相變微膠囊，粒徑分布在1～15μm，平均粒徑8μm，分散性較好，但其出現(xiàn)了隨循環(huán)次數(shù)增多，相變焓逐漸減小，相變溫度逐漸降低的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象須引起研究人員的注意并研究出現(xiàn)該種情況的原因。

圖1 微膠囊結(jié)構(gòu)示意圖

表6 相變微膠囊制備方法[18,62]

2.1.2 納米膠囊技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)電子元器件的功率逐漸增大，對(duì)其冷卻散熱要求越來越高。將微膠囊技術(shù)應(yīng)用于該領(lǐng)域時(shí)，由于電氣元器件中的微通道尺寸很小，微膠囊易在其中發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。因此，像電子器件熱管理這樣精密的領(lǐng)域，急需發(fā)展粒徑更小的納米膠囊。

納米膠囊的制備方法與微膠囊的制備方法有很多相似之處，在微膠囊制備方法的基礎(chǔ)上，通過控制各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)而控制膠囊的粒徑，以期達(dá)到生產(chǎn)納米膠囊的目的。如用界面聚合法制備微膠囊與制備納米膠囊相比，工藝基本一致，區(qū)別在于制備納米膠囊必須使用帶毛細(xì)管的細(xì)針頭注射器，并把針頭離液面很近，再在針頭與界面之間加上高壓直流電，這樣才能獲得納米膠囊，否則得到的是微膠囊[63]。Graham等[64]采用原位聚合法制備了氰基丙烯酸乙酯聚合物為壁材，硝酸鎂六水合物為芯材的納米膠囊，如圖2(b)所示，這是首次制備出長(zhǎng)使用壽命的以鹽類PCM 為芯材的納米膠囊，其尺寸在100～200nm，經(jīng)過100 次充放熱循環(huán)后相變潛熱值保持不變，熱穩(wěn)定性良好。

2.1.3 毫米級(jí)及以上尺寸宏觀膠囊封裝技術(shù)

毫米級(jí)及以上尺寸的膠囊中PCM 量較大，質(zhì)量從幾克到幾百克，常見的壁材為碳鋼、不銹鋼及各類金屬或塑料等。該種尺寸較大的相變膠囊也稱為相變球，多與堆積床技術(shù)相結(jié)合以搭建各類儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷系統(tǒng)。如金波等[65]以不銹鋼為壁材、三元碳酸鹽為PCM制備相變球，如圖2(c)所示，其沿傳熱流體流動(dòng)方向布置直徑逐漸遞減的相變球。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相較于單一直徑相變球體系，儲(chǔ)熱速率提升了12.4%。何兆禹[66]將相變球應(yīng)用于斜溫層蓄熱罐中，其壁材也采用不銹鋼，在提升PCM 導(dǎo)熱性能的同時(shí)，防止其出現(xiàn)泄漏、腐蝕設(shè)備、污染傳熱流體的現(xiàn)象。

圖2 相變膠囊實(shí)物照片

2.2 定型技術(shù)

定型技術(shù)在某種程度上也是一種宏觀尺寸上的封裝技術(shù)，它依靠PCM 與基體材料之間的毛細(xì)作用保持復(fù)合材料的定型結(jié)構(gòu)。具體的材料定型方法包括直混壓制成型法和熔滲法等。

直混壓制成型法的具體操作是將PCM、基體材料以及添加劑各自研磨后，按照一定比例均勻混合，再進(jìn)行壓制成型、高溫?zé)Y(jié)，最終得到結(jié)構(gòu)定型的復(fù)合PCM。這種方法工藝簡(jiǎn)單，有工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)，適用于大批量生產(chǎn)。典型的直混壓制成型研究如Jiang 等[67]使用直混壓制成型法制備了LiNO3-NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2/硅酸鈣復(fù)合PCM，該種復(fù)合材料熔點(diǎn)（103.5℃）低，熔化潛熱為73.59kJ/kg，熱導(dǎo)率為1.177W/(m·K)，與有機(jī)PCM 相比有更好的導(dǎo)熱性能；Jiang 等所制備的復(fù)合PCM 經(jīng)過1000次熔化-凝固循環(huán)后，其化學(xué)成分未發(fā)生改變，且相變溫度、相變焓等變化十分輕微，表明所制備的復(fù)合材料擁有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。許永等[68]通過直混壓制成型法制備了以Na2CO3-K2CO3、Na2CO3-NaCl、Na2CO3-NaCl-KCl為PCM，以MgO為基體的復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料，并使用差示掃描量熱法（DSC）對(duì)復(fù)合材料熱物性進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明，以Na2CO3-NaCl-KCl 為PCM 的材料相變溫度為567℃，相變潛熱為134.69kJ/kg，為二元碳酸鹽（Na2CO3-K2CO3）的2.35 倍。此外，經(jīng)過5 個(gè)循環(huán)周期后，質(zhì)量變化率在0.5%；在750℃下加熱50h，相變溫度和相變潛熱基本保持不變，表明該復(fù)合PCM具有良好的熱穩(wěn)定性。

在使用直混壓制成型這種技術(shù)時(shí)，應(yīng)按照以下條件遴選材料：①PCM 與基體材料間有良好的化學(xué)相容性；②基體材料應(yīng)具有一定的力學(xué)性能以保持形體結(jié)構(gòu)以及良好的熱學(xué)性能，在高溫下不易氧化等；③價(jià)格低廉、原料易得。在以上限制下，適用的基體材料主要為陶瓷，如石英、碳化硅、莫來石等，如表7所示[69]。

表7 陶瓷封裝材料列表[69]

熔滲技術(shù)即通過自然浸漬方法將熔融的PCM封裝到多孔材料中，其驅(qū)動(dòng)力主要為液態(tài)PCM 與孔隙之間的毛細(xì)力[69]。其中多孔材料多選擇各類泡沫金屬或多孔碳材料等，如膨脹石墨、泡沫炭以及各類天然多孔礦物材料，如高嶺土、硅藻土、海泡石、膨潤(rùn)土、珍珠巖、SiO2、凹凸棒石、蛭石、飛灰、蛋白石、蒙脫石、坡縷石等[70]。從PCM角度又可分為無(wú)機(jī)復(fù)合PCM 與有機(jī)復(fù)合PCM。無(wú)機(jī)復(fù)合PCM 中典型的PCM 為熔融鹽和結(jié)晶水合物，如表8[18]所示；有機(jī)PCM中常用PCM為石蠟、脂肪酸和醇類等，如表9[18]所示。

表8 部分無(wú)機(jī)復(fù)合PCM[18]

表9 部分有機(jī)復(fù)合PCM[18]

PCM 的吸附量越大，則復(fù)合PCM 的相變潛熱越大。但是需要研究人員注意的是，過分地追求高吸附量會(huì)導(dǎo)致基材比例過低，其對(duì)整體的導(dǎo)熱性能強(qiáng)化、力學(xué)性能提升等均會(huì)有影響，亦即吸附量和基材占比之間應(yīng)優(yōu)化后選取。錢婷婷等[71]采用真空浸漬法，制備PEG/硅藻土定形復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，其首先對(duì)硅藻土進(jìn)行堿處理，將硅藻土原有的規(guī)則的孔修飾成海綿狀的孔，而后將PEG 均勻地浸漬到硅藻土的孔結(jié)構(gòu)中，吸附量為70%，該數(shù)值為目前文獻(xiàn)中的最高數(shù)值。

為探究?jī)煞N定型方法的優(yōu)缺點(diǎn)，李愛菊等[69]采用直混壓制成型法和熔滲法制備了Na2SO4-SiO2相變復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，熔滲法所制備樣品的比熱容、相變潛熱、熱導(dǎo)率等熱物性均較高，但其力學(xué)性能不如直混壓制成型法。

2.3 復(fù)合紡絲技術(shù)

常見的復(fù)合紡絲技術(shù)包括濕法紡絲、干法紡絲、靜電紡絲等。

（1）濕法紡絲 濕法紡絲的基本流程是將PCM 和纖維基體高聚物溶于紡絲原液中，后溶解在溶劑中的PCM 向高聚物內(nèi)部擴(kuò)散形成原液，最終將原液置于紡絲機(jī)進(jìn)行凝固浴擴(kuò)散、紡絲。濕法紡絲的纖維主要用于紡制維綸、氨綸、腈綸等織品，是制作相變保暖/制冷織物的主要原材料[59]。李佳佳等[72]采用濕紡絲法制備石蠟-正硅酸乙酯（TEOS）相變纖維，相變焓為42.67kJ/kg，相變溫度27℃，儲(chǔ)熱性能良好。

（2）干法紡絲 干法紡絲的基本流程與濕法基本相同，唯一的區(qū)別在于干法紡絲的溶劑脫出是采用原液細(xì)流與熱空氣對(duì)流的方式[59]。李昭等[73]采用干法紡絲制備聚乙二醇-聚乙烯醇相變纖維，所制得纖維質(zhì)量較好，PCM 在纖維基材中保留率高達(dá)98%；此外，其熱穩(wěn)定性良好，經(jīng)過400次高低溫循環(huán)后，其相變溫度和相變焓變化極小。

（3）靜電紡絲法 靜電紡絲技術(shù)的原理是使聚合物溶液或熔體帶上高壓靜電，當(dāng)電場(chǎng)力足夠大時(shí)，聚合物液滴可克服表面張力形成噴射細(xì)流。帶電的聚合物射流拉伸細(xì)化，同時(shí)彎曲、劈裂，溶劑蒸發(fā)或固化，沉積于基布上形成納米纖維膜[59]。中科院Chen 等[74]利用靜電紡絲技術(shù)制備了聚乙二醇/醋酸纖維素（PEG-CA）復(fù)合材料，研究了該復(fù)合材料的熱學(xué)性質(zhì)。研究表明：相變纖維的相變溫度和相變焓分別為58.74℃和86.03kJ/kg，經(jīng)過100h熔化-凝固循環(huán)后，相變溫度和相變焓分別為57.59℃和85.91kJ/kg，變化很小，即該復(fù)合材料具有很好的熱學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。

3 相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)傳熱強(qiáng)化技術(shù)

由前述對(duì)各類相變儲(chǔ)熱材料的分類、總結(jié)可知，除金屬/合金類PCM外，多數(shù)PCM的熱導(dǎo)率均較低，導(dǎo)致蓄放熱速率慢，不能滿足工業(yè)應(yīng)用需求，這已經(jīng)成為制約相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的主要瓶頸之一。因此，傳熱強(qiáng)化技術(shù)一直以來都是儲(chǔ)熱領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一，對(duì)相變儲(chǔ)熱技術(shù)的應(yīng)用推廣具有重大意義。傳熱強(qiáng)化方法一般從PCM本身和系統(tǒng)[主要針對(duì)相變儲(chǔ)熱材料（PCM）與傳熱流體（HTF）的換熱情況]兩個(gè)角度出發(fā)，具體分類如圖3所示，涉及在PCM中添加導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱材料以提高其熱導(dǎo)率；在相變換熱器內(nèi)設(shè)置翅片、熱管等以拓展PCM和HTF的接觸面積；配置梯級(jí)相變儲(chǔ)熱體系以增大PCM與HTF的傳熱溫差等具體方法。

圖3 相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)傳熱強(qiáng)化技術(shù)分類

3.1 提高系統(tǒng)換熱系數(shù)

3.1.1 PCM導(dǎo)熱性能提升技術(shù)

目前，對(duì)PCM 自身熱導(dǎo)率的提升主要通過向其中添加各類填料的方法實(shí)現(xiàn)。常用的填料包括金屬/非金屬納米顆粒、氧化物納米顆粒、各類納米碳族材料（石墨烯、碳納米管等）、泡沫金屬、膨脹石墨等。

（1）納米顆粒填料 在PCM 中加入納米顆粒以提高其熱導(dǎo)率的方法起源于納米流體技術(shù)。1995年，美國(guó)Argonne 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Choi 等[58]率先提出了納米流體的概念。所謂納米流體技術(shù)，就是在液體中加入納米顆粒形成懸浮液，提高液體熱物性的一種技術(shù)。由于金屬材料的熱導(dǎo)率較高，研究人員首先將金屬納米顆粒填充至各類PCM 中，以研究其對(duì)熱導(dǎo)率的影響程度。王麗娜[75]采用一步法制備PEG/銀納米線復(fù)合PCM，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，純PEG的熱導(dǎo)率為0.3W/(m·K)左右，相較于純PEG 材料，PEG2000/Ag、PEG4000/Ag、PEG20000/Ag 三 種 復(fù)合PCM 的熱導(dǎo)率分別提升了184%、211.7%和115.3%；Cui 等[76]在三水乙酸鈉中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的銅納米顆粒，可使得三水乙酸鈉的熱導(dǎo)率提升20%。除金屬納米顆粒外，近年來發(fā)展迅速的低維碳族納米材料，如石墨烯、碳納米管等也受到研究人員的青睞，其具有熱導(dǎo)率高、強(qiáng)度高、物化性質(zhì)穩(wěn)定、比表面積大等眾多優(yōu)點(diǎn)。Wang 等[77]以多壁碳納米管（MWCNT）為填料，制備棕櫚酸-MWCNT納米復(fù)合物，當(dāng)MWCNT的添加比例為5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，獲得了36%和56%的固相和液相熱導(dǎo)率提升幅度；Choi 等[78]研究了碳納米管、石墨、石墨烯三種填料對(duì)硬脂酸熱導(dǎo)率的影響，當(dāng)添加比例均為0.1%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)，三種填料分別可以帶來10.5%、21.5%和9.91%的熱導(dǎo)率提升幅度，說明石墨是對(duì)硬脂酸熱導(dǎo)率提升最為有效的填料。由于金屬、新型低維碳族材料成本均較高，可能制約其作為填料大規(guī)模應(yīng)用推廣，研究人員又對(duì)成本、造價(jià)較低的氧化物納米顆粒進(jìn)行了研究。常用的氧化物納米顆粒包括SiO2、CuO、TiO2、Al2O3、ZnO、Fe3O4等。Myers 等[79]研究了CuO 納米顆粒與NaNO3、KNO3及 其 共 晶 物[KNO3∶NaNO3=51.8%∶48.2%（摩爾分?jǐn)?shù)）]組成的納米復(fù)合物的熱導(dǎo)率。研究結(jié)果表明，CuO納米顆?？梢燥@著提高三種無(wú)機(jī)鹽在固相和液相下的熱導(dǎo)率，如添加2%（體積分?jǐn)?shù)）CuO納米顆?？梢允沟蒙鲜鋈N無(wú)機(jī)鹽的熱導(dǎo)率得到大幅度提升，提升比例分別為16.15%～20.77%、22.81%～46.88%、29.57%～69.89%；且固相狀態(tài)下的提升幅度大于液相狀態(tài)。此外，Madathil 等[80]研究了MoS2和CuO 納米顆粒對(duì)HITEC鹽的作用效果，其研究結(jié)果表明，MoS2和CuO 納米顆粒對(duì)HITEC 鹽均有熱導(dǎo)率提升效果，且對(duì)于不同的納米顆粒，最優(yōu)添加比例不同，如對(duì)MoS2與CuO 納米顆粒，其最優(yōu)添加比例分別為1%和0.5%，這說明不同的納米顆粒在相同基液中分散情況差異較大。除高溫?zé)o機(jī)鹽PCM 外，氧化物納米顆粒對(duì)中低溫相變儲(chǔ)熱材料，如棕櫚酸、石蠟等材料的導(dǎo)熱性能也有提升效果。Babapoor 等[81]選取了SiO2、Al2O3、ZnO、Fe2O3作為填料，石蠟為PCM制備納米復(fù)合物。測(cè)量結(jié)果表明，上述氧化物納米顆粒均可以提高石蠟的熱導(dǎo)率，添加比例為6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 時(shí)，熱導(dǎo)率提升比例為83.29%～141.2%；添加比例為8%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，熱導(dǎo)率提升比例為101.96%～144%。

綜上可知，以納米顆粒作為填料以改善相變儲(chǔ)熱材料導(dǎo)熱性能的研究已囊括了各類納米顆粒及高中低溫相變儲(chǔ)熱材料，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也較為豐富，是一種有效的熱導(dǎo)率提升技術(shù)。然而，對(duì)納米顆粒在PCM中的分散穩(wěn)定性、多次凝固-熔化后的耐久性研究相對(duì)較少，繼續(xù)深入研究影響分散穩(wěn)定性、耐久性的因素并提出改善方法，對(duì)納米顆粒增強(qiáng)PCM導(dǎo)熱性能技術(shù)的應(yīng)用和推廣意義重大。

（2）多孔介質(zhì)填料 用以提高PCM 導(dǎo)熱性能的多孔介質(zhì)材料主要包括各類熱導(dǎo)率較高的泡沫金屬，如泡沫銅、泡沫鎳、泡沫鋁等和膨脹石墨。圖4(a)[82]所示為膨脹石墨和硝酸鉀-硝酸鈉經(jīng)冷壓成型后的樣品，是用于歐洲D(zhuǎn)ISTOR 計(jì)劃的復(fù)合材料。各類熱導(dǎo)率較高的多孔介質(zhì)將在PCM 內(nèi)部構(gòu)建低熱阻熱傳輸路徑，進(jìn)而提高PCM的熱導(dǎo)率。Li等[83]對(duì)硬脂酸-泡沫銅體系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，復(fù)合體系的熱導(dǎo)率在3.3～6.8W/(m·K)范圍內(nèi)變化，相較于純硬脂酸提升了6～12 倍，且熱導(dǎo)率隨泡沫銅的孔隙率降低而升高。泡沫金屬作為填料提升PCM 熱導(dǎo)率的原理較為簡(jiǎn)單，研究成果也已較為全面，在此不再贅述，在使用該方法時(shí)應(yīng)注意所選泡沫金屬對(duì)PCM是否具有抗腐蝕性。

圖4 EG-硝酸鹽復(fù)合PCM［82］

除泡沫金屬外，膨脹石墨（EG）也是一種常用的多孔介質(zhì)。膨脹石墨熱導(dǎo)率較高，抗腐蝕性強(qiáng)，物化性質(zhì)穩(wěn)定，適用于各類中高低溫相變儲(chǔ)熱材料的導(dǎo)熱性能提升。Wu等[84]選取EG為填料，研究其對(duì)NaNO3熱導(dǎo)率的提升效果，測(cè)量結(jié)果顯示，NaNO3的熱導(dǎo)率提升幅度為190%。Ren等[85]研究了EG 對(duì)二元硝酸鹽[Ca(NO3)2-NaNO3]熱導(dǎo)率的提升幅度，樣品如圖4(b)所示，其研究結(jié)果表明，7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的EG 對(duì)于基鹽的熱導(dǎo)率提升幅度可達(dá)730%。此外，Ren等還對(duì)該種復(fù)合物的熔化-凝固循環(huán)可靠性做了研究，在經(jīng)過500次循環(huán)后該復(fù)合物的相變溫度、相變焓均未發(fā)生明顯改變，表明EG與硝酸鹽復(fù)合而成的材料具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。除高溫?zé)o機(jī)鹽PCM外，EG也可用于中低溫相變儲(chǔ)熱材料的導(dǎo)熱性能提升，如袁維燁等[86]研究不同比例EG對(duì)三水乙酸鈉熱導(dǎo)率的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)添加比例為7%時(shí)，熱導(dǎo)率提升幅度為100%。

由上述研究成果可知，泡沫金屬和膨脹石墨等多孔介質(zhì)的適用范圍囊括了各類高中低溫、有機(jī)無(wú)機(jī)PCM，是PCM 熱導(dǎo)率提升技術(shù)的重要材料。然而，在多孔介質(zhì)的使用過程中也存在一個(gè)問題，須引起研究人員的關(guān)注，即熱導(dǎo)率的提升在某些情況下并不能減少儲(chǔ)熱系統(tǒng)的相變時(shí)間，反而有可能延長(zhǎng)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的相變時(shí)間，降低儲(chǔ)熱系統(tǒng)效率。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因主要是PCM 在固相和液相下占主導(dǎo)的熱傳輸形式不同，即在固相下，導(dǎo)熱是唯一的熱傳輸形式，而在液相下對(duì)流傳熱是占主導(dǎo)地位的熱傳輸形式。多孔介質(zhì)的添加阻礙了液體流動(dòng)，削弱了對(duì)流傳熱強(qiáng)度，隨著熔化進(jìn)程推進(jìn)，液相占比越高，則多孔介質(zhì)對(duì)其對(duì)流換熱的抑制作用越發(fā)凸顯，使得PCM的相變時(shí)間延長(zhǎng)。Gao等[87]研究了赤蘚糖醇和EG的復(fù)合PCM，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）EG 可顯著提高復(fù)合PCM 熱導(dǎo)率，但其熔化時(shí)間卻較純PCM 延長(zhǎng)2.5 倍。然而，3%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）EG 的熔化時(shí)間相較于純PCM 縮短了16.7%。由此可得，多孔介質(zhì)的添加比例并非越高越好，而應(yīng)該綜合考慮導(dǎo)熱和對(duì)流這兩種傳熱形式及相變時(shí)間長(zhǎng)短加以選擇。

3.1.2 熱流體參數(shù)優(yōu)化

相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的熱量傳輸過程除PCM 內(nèi)部傳熱外，PCM 與HTF 之間的熱量傳輸也是影響整個(gè)系統(tǒng)傳熱效率的關(guān)鍵因素，因此通過優(yōu)化HTF的流量、溫度等參數(shù)改善PCM 與HTF 之間的熱量傳輸具有重大意義。Wang 等[88]以管殼式蓄熱換熱器為研究對(duì)象，在其中添加赤蘚糖醇作為PCM，提高HTF 質(zhì)量流量可以提高有效傳熱系數(shù)，縮短凝固時(shí)間；提高HTF 的入口溫度也可以縮短充放熱時(shí)間。Zhao等[89]對(duì)管殼式蓄熱換熱器的研究結(jié)果與Wang 等的結(jié)論較為一致。研究結(jié)果表明，提高流量可以提高對(duì)流換熱系數(shù)，而提高HTF 入口溫度則可以增大HTF 與PCM 之間的平均溫差，進(jìn)而提高系統(tǒng)蓄放熱效率。

雖然提高HTF 的流量和入口溫度可以增強(qiáng)系統(tǒng)換熱效率，但較高的流量會(huì)增大管內(nèi)流動(dòng)阻力，提高泵功消耗，通過調(diào)整HTF 入口流量來提高換熱效果時(shí)需綜合考慮；此外，對(duì)于HTF 入口溫度的調(diào)節(jié)，在儲(chǔ)熱工況下，入口溫度主要受系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)限制，往往不易變更，在放熱工況下，可以適當(dāng)降低入口溫度，以提高系統(tǒng)換熱效率[90]。

3.1.3 直接蓄熱

直接式相變蓄熱提升系統(tǒng)傳熱系數(shù)的主要機(jī)理即PCM 與HTF 可直接接觸發(fā)生導(dǎo)熱和對(duì)流換熱，無(wú)中間熱阻，傳熱系數(shù)較大；此外，直接式換熱器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)易，省卻間接式蓄熱換熱器內(nèi)部的換熱器和管路，增大了蓄熱器內(nèi)部空間，提高了儲(chǔ)熱量。Wang等[91]以赤蘚糖醇為PCM，導(dǎo)熱油為HTF，比較直接式儲(chǔ)熱與間接式儲(chǔ)熱的換熱效率。其研究結(jié)果表明，當(dāng)直接式與間接式儲(chǔ)熱的容量相等且其他條件相同時(shí)，直接式儲(chǔ)熱的蓄熱功率為2278W，間接式儲(chǔ)熱的蓄熱功率為680W，換熱效率得到了大幅度提升。直接式蓄熱具有一定的局限性，即要求PCM 與HTF 互不相溶，長(zhǎng)期高低溫循環(huán)工況下二者不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)確認(rèn)PCM 與HTF 滿足上述條件時(shí)，可考慮采用直接式相變蓄熱系統(tǒng)。

3.2 增大換熱溫差

增大HTF 與PCM 間的換熱溫差可以顯著提高PCM 的充放熱效率。然而，在充放熱過程中，PCM 的溫度基本維持在相變點(diǎn)附近，而HTF 的溫度隨著充放熱過程的持續(xù)會(huì)逐漸接近相變溫度，即HTF 和PCM 之間的溫差逐漸減小，這種現(xiàn)象使得相變換熱器的末端傳熱系數(shù)較低，影響系統(tǒng)整體效率。為解決以上問題，研究人員提出了梯級(jí)相變技術(shù)的概念。梯級(jí)相變技術(shù)即將具有不同相變溫度和不同相變焓值的PCM 按照一定的順序排列放置形成具有一定相變溫度梯度的復(fù)合PCM，如圖5 所示。相較于單級(jí)相變蓄熱體系，梯級(jí)布置的優(yōu)勢(shì)是PCM 和HTF 之間的傳熱溫差能基本保持恒定，可以整體上提高系統(tǒng)的換熱效率，單級(jí)和梯級(jí)布置的溫差如圖6[92]所示。Cheng等[93]將梯級(jí)相變技術(shù)與相變膠囊技術(shù)結(jié)合，將不同相變溫度的PCM 封裝于膠囊中并按照梯級(jí)相變技術(shù)的要求進(jìn)行布置，如圖7(a)所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與單級(jí)相變體系相比，梯級(jí)布置可以有效縮短相變時(shí)間，提高充放熱效率，對(duì)于Cheng 等所研究的體系，當(dāng)級(jí)數(shù)為24 級(jí)時(shí)，效率提升最為明顯，相變時(shí)間縮短15.1%。級(jí)數(shù)為3～5 級(jí)時(shí)其相變時(shí)間與24 級(jí)時(shí)相差不大，為降低系統(tǒng)成本，也可選擇級(jí)數(shù)為3～5級(jí)。Peiró等[94]通過實(shí)驗(yàn)手段比較單級(jí)相變體系與梯級(jí)相變體系的性能，其選擇對(duì)苯二酚為PCM，為防止泄漏，采用膠囊進(jìn)行封裝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將PCM 按照相變溫度進(jìn)行梯級(jí)布置可以使得流體溫度更加均勻，與單級(jí)布置相比，總體效率提升19.36%。Wu 等[95]以熔融鹽為PCM，將梯級(jí)相變技術(shù)應(yīng)用于堆積床相變蓄熱罐中，設(shè)置了單級(jí)、3 級(jí)、5 級(jí)PCM，如圖7(b)所示，通過有限元數(shù)值模擬計(jì)算的方法研究其傳熱性能。計(jì)算結(jié)果表明，梯級(jí)相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)放熱時(shí)間均較短，且5級(jí)相變體系經(jīng)過多次高低溫循環(huán)仍能恢復(fù)原狀，具有較好的可重復(fù)使用性。

圖5 梯級(jí)布置PCM示意圖

圖6 相變蓄熱裝置HTF和PCM溫度隨管長(zhǎng)方向變化

圖7 梯級(jí)相變儲(chǔ)熱體系示意圖

梳理已有的關(guān)于梯級(jí)相變的研究成果可知，目前對(duì)于梯級(jí)相變技術(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)還較為單一，機(jī)理理論研究也較為匱乏，難以指導(dǎo)材料遴選和系統(tǒng)搭建?，F(xiàn)有的評(píng)價(jià)體系僅從熱力學(xué)第一定律的角度考慮能量的數(shù)量，未能從熱力學(xué)第二定律的角度考量能量的技術(shù)使用和品位高低。在將來的研究中，應(yīng)進(jìn)一步完善梯級(jí)相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系，綜合多重指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使其能切實(shí)應(yīng)用到相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)傳熱性能強(qiáng)化領(lǐng)域中。

3.3 拓展接觸面積

在HTF 與PCM 材料選定、進(jìn)出口溫度設(shè)計(jì)值等參數(shù)為定值的情況下，拓展PCM 與換熱器結(jié)構(gòu)的接觸面積也可以增大換熱量，提升系統(tǒng)整體換熱效率，是一種直接有效的增強(qiáng)傳熱性能的技術(shù)手段。常用的方法有：換熱器內(nèi)部加裝翅片、PCM封裝技術(shù)、換熱器內(nèi)部加裝熱管、應(yīng)用三管換熱器等。本節(jié)通過梳理和總結(jié)近年來已有的研究成果，詳細(xì)介紹了各技術(shù)方法的原理、代表性研究成果，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。

3.3.1 加裝翅片

換熱器內(nèi)部加裝翅片已是一種較為成熟的傳熱性能提升手段，廣泛應(yīng)用于各種對(duì)強(qiáng)化傳熱有需求的場(chǎng)景。按照形狀不同，常見的翅片包括縱向翅片、環(huán)形翅片、針狀翅片、螺旋翅片等[90]，如圖8所示。各類熱導(dǎo)率較高的金屬是目前用于制備翅片的主要材料，如鋁制、銅制、不銹鋼制等。因此，采用加裝翅片的方法時(shí)應(yīng)主要考慮材料成本、工藝難度、金屬材料與PCM之間的腐蝕問題等。

Rathod 等[96]在殼管式換熱器中增設(shè)了縱向翅片，當(dāng)HTF 入口溫度為80℃和85℃時(shí)，PCM 熔化時(shí)間分別縮短12.5%和24.52%。除實(shí)驗(yàn)研究外，研究人員通過CFD數(shù)值模擬的方法對(duì)翅片-相變換熱器體系做了廣泛的研究。Yang等[97]在管殼式相變蓄熱換熱器中加裝了環(huán)形翅片，結(jié)構(gòu)如圖8(c)所示，其計(jì)算結(jié)果表明，加裝翅片使得熔化時(shí)間縮短至原來的65%，提高了蓄熱效率。此外，Yang 等通過改變翅片的尺寸參數(shù)，比較不同參數(shù)下系統(tǒng)平均溫度、蓄熱時(shí)間等指標(biāo)，得出最優(yōu)的翅片參數(shù)，即翅片數(shù)N=31，翅片厚度與長(zhǎng)度之比t/l=0.0248，翅片間距與長(zhǎng)度之比L/l=0.0313。Parsazadeh等[98]關(guān)于環(huán)形翅片的模擬結(jié)果與Yang 等的相似，即環(huán)形翅片可以顯著提高換熱效率，且其進(jìn)一步計(jì)算得到環(huán)形翅片與管壁熱流體來流方向保持銳角可在液相PCM中產(chǎn)生更多旋渦，傳熱性能提升更加明顯。

圖8 常用翅片結(jié)構(gòu)示意圖［90］

在相變蓄熱換熱器中增設(shè)翅片可以顯著增強(qiáng)體系傳熱性能的結(jié)論已被眾多研究人員的實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬結(jié)果驗(yàn)證，然而，其中仍存在一些問題值得研究人員重視。在換熱器一定的空間內(nèi)增設(shè)翅片，會(huì)減小PCM 的填裝量，即提升傳熱性能的同時(shí)可能減小儲(chǔ)熱量；此外，金屬翅片的成本一般較高，增設(shè)過多翅片可能帶來成本的大幅提升。采用此種方法時(shí)應(yīng)綜合平衡傳熱性能提升與儲(chǔ)熱量減小、成本提升之間的關(guān)系，以達(dá)到最優(yōu)布置。

3.3.2 PCM封裝

由前面關(guān)于復(fù)合PCM 技術(shù)的介紹可知，將PCM 封裝于各類膠囊內(nèi)部，可以有效防止PCM 泄漏，避免PCM 與熱流體、設(shè)備的直接接觸，保證了PCM 和HTF 不受污染，延長(zhǎng)PCM 的使用壽命。除此之外，PCM 封裝技術(shù)在提升相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)傳熱性能領(lǐng)域也起到了重大作用。其主要原理即較小的膠囊具有較大的比表面積，將PCM 封裝于其中可顯著提高PCM與HTF的接觸面積，增大換熱量；此外，所選取的膠囊殼層材料的熱導(dǎo)率均遠(yuǎn)高于芯材，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率也得到了顯著提升，進(jìn)而提高系統(tǒng)傳熱性能。鑒于本文前兩節(jié)已對(duì)各類封裝技術(shù)、芯材壁材材料等做出詳細(xì)介紹，此處不再贅述。以下針對(duì)封裝技術(shù)對(duì)傳熱性能作用的相關(guān)研究成果做一梳理總結(jié)。

Gao等[99]采用Cu2O包覆石蠟制備微米尺寸的膠囊，其熱導(dǎo)率相較于純石蠟提高29 倍，熱穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性較好。Chai等[100]以TiO2為壁材，包覆正十二烷制備微米尺寸膠囊，比純PCM 提高4.37倍。鑒于壁材熱導(dǎo)率仍不夠高的情況，研究人員通過在膠囊表面吸附高導(dǎo)熱納米材料以提高其熱導(dǎo)率。Lin 等[101]以SiO2-硬脂酸相變微膠囊為研究對(duì)象，在膠囊表面吸附氧化石墨烯（GO）。測(cè)量結(jié)果表明，當(dāng)GO用量為0、20mg、40mg時(shí)，微膠囊熱導(dǎo)率分別提升50%、62.5%和75%。Liu 等[102]將GO和CNT 以及二者的復(fù)合物吸附于三聚氰胺甲醛壁材的表面，測(cè)量結(jié)果表明，相較于單獨(dú)使用GO或CNT，二者的復(fù)合物對(duì)膠囊熱導(dǎo)率提升幅度最明顯，添加二者復(fù)合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)可將膠囊熱導(dǎo)率提升195%。開發(fā)新方法，在保證壁材力學(xué)性能的同時(shí)對(duì)其導(dǎo)熱性能進(jìn)行進(jìn)一步提升應(yīng)是將來研究的重要方向之一。

3.3.3 熱管技術(shù)

熱管（heat pipe，HP）在PCM 與HTF 之間充當(dāng)熱流載體，通過其中工質(zhì)的蒸發(fā)與冷凝過程加快PCM 和HTF 之間的換熱進(jìn)程。由于熱管深入PCM和HTF 中，其兩端與PCM 和HTF 充分接觸，某種意義上講，設(shè)置熱管也是一種拓展傳熱面積的技術(shù)手段。常用的HP-PCM 系統(tǒng)如圖9 所示[103]。Shabgard 等[103]針對(duì)圖9 所示的兩種流動(dòng)方向的體系進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，不論哪種流動(dòng)方向，配置熱管后，均能增大系統(tǒng)換熱系數(shù)，顯著提升充放熱速率。其中，圖9(b)所示流動(dòng)方向下，熱管的各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)換熱系數(shù)影響較為顯著。Nithyanandam等[104]也針對(duì)相同的系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)熱管數(shù)量為4時(shí)，兩種模式換熱效率均達(dá)到最高，且圖9(a)模式效率高于圖9(b)模式。使用熱管技術(shù)提升相變蓄熱系統(tǒng)傳熱性能關(guān)鍵要把握PCM 與HTF 的工作溫度與熱管工作溫度之間的匹配問題。

圖9 HP-PCM復(fù)合體系示意圖

3.3.4 三管換熱器

近年來，三管換熱器（TTHX）因其具有較大傳熱面積和較高傳熱效率逐漸被研究人員重視起來，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10(a)所示[105]。HTF 由外管和中心管內(nèi)通過，PCM 填充于外管和中心管之間。Basal 等[106]通過數(shù)值模擬計(jì)算將TTHX 與兩管式蓄熱器做了對(duì)比，計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于相同內(nèi)外徑的蓄熱器，TTHX 的固液相界面可以從兩側(cè)同時(shí)向中心移動(dòng)，而兩管式只能向單側(cè)移動(dòng)，這大大縮短了PCM 熔化時(shí)間。當(dāng)PCM 層厚度為3cm時(shí)，TTHX 系統(tǒng)的熔化時(shí)間比傳統(tǒng)兩管式快6 倍左右，同時(shí)，PCM 層厚度越大，熔化時(shí)間縮短效果越明顯。Elbahjaoui 等[107]的研究表明，在相同的充熱時(shí)間內(nèi)，TTHX 中PCM 的熔化率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)雙管式換熱器；同時(shí)，TTHX 換熱器的HTF 出口溫度遠(yuǎn)低于兩管式，說明TTHX 擁有更高的換熱效率。

3.4 小結(jié)

綜上可知，提高相變蓄熱系統(tǒng)傳熱性能的技術(shù)手段已十分豐富，相關(guān)研究也較為全面。在選用時(shí)應(yīng)綜合考慮材料特性、可行性、經(jīng)濟(jì)性等，靈活使用各項(xiàng)技術(shù)，也可將各項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合以達(dá)到最佳優(yōu)化效果，如TTHX與翅片技術(shù)、高導(dǎo)熱材料添加技術(shù)相結(jié)合等，如圖10(b)、(c)所示。再例如將相變膠囊技術(shù)與梯級(jí)相變技術(shù)相結(jié)合，如圖7所示。此外，在使用各類強(qiáng)化傳熱技術(shù)手段時(shí)均不可避免出現(xiàn)對(duì)PCM 容量的侵占現(xiàn)象，在追求傳熱強(qiáng)化效果的同時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)的儲(chǔ)熱容量，這對(duì)于蓄熱系統(tǒng)同樣十分重要。

圖10 TTHX結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)論與展望

在目前的儲(chǔ)熱技術(shù)中，相變儲(chǔ)熱兼具技術(shù)和應(yīng)用市場(chǎng)化的先進(jìn)性具有良好的發(fā)展前景。在對(duì)相變儲(chǔ)熱材料及各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研及總結(jié)的基礎(chǔ)上，得到以下的結(jié)論，并對(duì)今后相關(guān)研究工作進(jìn)行展望。

（1）PCM 的物性參數(shù)對(duì)其應(yīng)用起到至關(guān)重要的作用，盡管目前性能參數(shù)的測(cè)定研究較多，但相關(guān)參數(shù)不夠精確且不夠全面，其信息缺乏完整性和系統(tǒng)性，在今后的研究中應(yīng)進(jìn)一步研究開發(fā)先進(jìn)、準(zhǔn)確的測(cè)量技術(shù)和測(cè)量設(shè)備，準(zhǔn)確標(biāo)定各類PCM 的熱物性參數(shù)；在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)化地拓展材料范圍，以期能形成完備的相變儲(chǔ)熱材料數(shù)據(jù)庫(kù)。

（2）固液相變技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的相變儲(chǔ)熱技術(shù)。然而，泄漏、腐蝕、吸潮、過冷、相分離等問題是制約固液相變技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的主要瓶頸。目前主要通過研究新型復(fù)合相變技術(shù)、開發(fā)新型封裝定型材料以降低PCM 的過冷、相分離程度并解決泄漏和腐蝕的問題，繼續(xù)開發(fā)成本低廉、可靠性耐久性優(yōu)良的新型復(fù)合PCM 是相變儲(chǔ)熱技術(shù)未來發(fā)展的重要方向之一。

（3）固固相變可以有效避免固液相變涉及的PCM 液相下的泄漏、腐蝕等問題，在將來的研究中應(yīng)繼續(xù)大力探索并開發(fā)相變潛熱值高的固固PCM。

（4）相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)傳熱性能強(qiáng)化技術(shù)的研究已較為全面和成熟，在保證強(qiáng)化性能的基礎(chǔ)上應(yīng)繼續(xù)探究降低成本、提高經(jīng)濟(jì)性的方法，使各項(xiàng)技術(shù)能盡快實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

（5）循環(huán)工況、高溫工況下相變儲(chǔ)熱材料的穩(wěn)定性對(duì)系統(tǒng)的可靠性、安全性有重大影響，目前已有的研究中雖有所涉及，但仍不夠充分和全面，研究中心仍過度集中于材料熱物性的測(cè)量和傳熱性能強(qiáng)化幅度本身。在未來的研究中更應(yīng)重視探究影響其穩(wěn)定性的因素并開發(fā)在循環(huán)工況、高溫工況下較為穩(wěn)定的相變儲(chǔ)熱材料。