新型复合低温相变蓄冷材料的研制及热物性优化

针对低温冷链物流应用场合,提出一种由三羟甲基丙烷(TMP)、氯化铵(NH4Cl)和水组成的新型有机-无机复合相变蓄冷材料。首先对该复合材料的不同配比进行DSC热分析实验,筛选出热力性能较优异的材料混合比(TMP∶NH4Cl∶H2O质量比为1.0∶2.0∶7.0)。其次,以上述配比的复合材料为基液,研究了添加不同的纳米粒子(三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁)对其过冷度、热导率的影响,以及增稠剂(羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸钠(PAAS))对其相分离现象的影响,并进行了热循环实验。实验结果表明:添加0.40%(质量分数)的TiO2纳米粒子对降低该复合材料过冷度效果最佳;添加0.50%(质量分数)的TiO2纳米粒子对增大其热导率效果最佳;增稠剂CMC和PAAS可以消除该复合材料相分离现象并对其相变温度、相变潜热、过冷度等热物性影响较小。经优化所得最终复合相变蓄冷材料的配比为以1.0∶2.0∶7.0质量比混合的TMP-NH4Cl-H2O+0.40%(质量分数)TiO2+1.0%(质量分数)PAAS,其相变温度为-19.9℃,相变潜热为246.8kJ/kg,热导率为0.81W/(m·K),并具有较好的循环稳定性。

新型0℃相变蓄冷材料制备及蓄冷特性

针对冷链物流应用场合,提出并制备了相变温度在0℃左右、潜热较高、过冷度较小的以质量分数5%的山梨醇水溶液为基液的相变蓄冷材料,并通过采用纳米材料对其热物性进行了优化研究,设计制作了一种可直接充冷式蓄冷保温箱,以苹果作为保温对象进行了山梨醇蓄冷保温箱的保冷性能实验。结果显示,采用纳米材料(TiO2、Al2O3、Fe2O3)可以有效降低蓄冷剂溶液的过冷度并增强其热导率;当TiO2质量分数为0.50%时,可使质量分数5%山梨醇水溶液过冷度降低至1.4℃;当TiO2质量分数为0.40%时,5%山梨醇水溶液热导率达到最大值,为0.612W/(m·K);山梨醇水溶液本身并无相分离现象,但因纳米材料沉淀问题需加一定量的增稠剂,最终经优化所得蓄冷材料的配比为5%山梨醇水溶液+0.40%TiO2+1.0%聚丙烯酸钠(PAAS),其相变温度为-2.9℃,潜热焓为293.8kJ/kg,热导率为0.62W/(m·K)。本文提出的蓄冷剂溶液可以使苹果在-1~7℃区间保温20h以上,可满足冷链物流"最后一公里"甚至更长距离冷藏运输的时间要求。

低温冷链物流用相变材料的优化及应用

本文针对-23℃以下的低温冷链物流场合,研制了一种由甲酸钠(HCOONa)、氯化铵(NH4Cl)和水组成的新型复合相变蓄冷材料SF70(HCOONa-NH4Cl-H2O质量比为2∶1∶7),并以SF70为基液,添加纳米粒子、增稠剂对其过冷度、导热系数及相分离现象进行优化,对优化后的材料进行循环性能实验及保温箱应用实验。结果表明:添加质量分数为0.4%的TiO2纳米粒子在综合改善蓄冷材料过冷度及导热性能上表现最优;添加质量分数为1%的PAAS增稠剂能有效消除复合材料的相分离现象。经优化的最终材料为SF70+0.4%TiO_(2)+1%PAAS,其相变温度为-29.9℃、潜热为255 kJ/kg、过冷度为2.8℃、导热系数为0.6522 W/(m·K)。经过200次循环实验,复合材料热性能稳定。将该复合材料应用于自制保温箱中可使冷冻肉丸保持在-23℃以下超20 h,能够满足短途冷链运输的要求。