顯熱蓄熱

《建筑學名詞》第二版。 2100433B

對蓄熱物質(zhì)在不發(fā)生相態(tài)變化的條件下，加熱升溫，使其內(nèi)能增加，并予以保溫儲存，用熱時釋放熱量的蓄熱方式。

按蓄熱方式來分，蓄熱材料可以分為四類：顯熱蓄熱材料 、相變蓄熱材料、熱化學蓄熱材料和吸附蓄熱材料。

1、顯熱蓄熱材料

顯熱蓄熱材料是利用物質(zhì)本身溫度的變化過程來進行熱量的儲存，由于可采用直接接觸式換熱，或者流體本身就是蓄熱介質(zhì)，因而蓄、放熱過程相對比較簡單，是早期應用較多的蓄熱材料。在所有的蓄熱材料中顯熱蓄熱技術(shù)最為簡單也比較成熟。

顯熱蓄熱材料大部分可從自然界直接獲得，價廉易得。顯熱蓄熱材料分為液體和固體兩種類型，液體材料常見的如水，固體材料如巖石 、鵝卵石 、土壤等,其中有幾種顯熱蓄熱材料引人注目 ,如Li2O與Al2O3、TiO2等高溫燒結(jié)成型的混合材料。

由于顯熱蓄熱材料是依靠蓄熱材料的溫度變化來進行熱量貯存的 ，放熱過程不能恒溫 ，蓄熱密度小 ，造成蓄熱設(shè)備的體積龐大，蓄熱效率不高，而且與周圍環(huán)境存在溫差會造成熱量損失，熱量不能長期儲存，不適合長時間、大容量蓄熱，限制了顯熱蓄熱材料的進一步發(fā)展。

2、相變蓄熱材料

相變蓄熱材料是利用物質(zhì)在相變（如凝固/熔化、凝結(jié)/汽化、固化/升華等）過程發(fā)生的相變熱來進行熱量的儲存和利用。

與顯熱蓄熱材料相比 ，相變蓄熱材料蓄熱密度高,能夠通過相變在恒溫下放出大量熱量。雖然氣一液和氣一固轉(zhuǎn)變的相變潛熱值要比液一固轉(zhuǎn)變 、固一固轉(zhuǎn)變時的潛熱大，但因其在相變過程中存在容積的巨大變化，使其在工程實際應用中會存在很大困難 。根據(jù)相變溫度高，潛熱蓄熱可分為低溫和高溫兩種，低溫潛熱蓄熱主要用于廢熱回收 、太陽能儲存以及供熱和空調(diào)系統(tǒng)。高溫相變蓄熱材料主要有高溫熔化鹽類 、混合鹽類 、金屬及合金等 ,主要用于航空航天等。常見的潛熱蓄熱材料有六水氯化鈣、三水醋酸鈉 、有機醇等 。

潛熱蓄熱方式具有蓄熱密度較高(一般都可以達到200kJ/kg以上)，蓄、放熱過程近似等溫，過程容易控制等優(yōu)點，因此相變蓄熱材料是當今蓄熱材料研究和應用的主流。

3、熱化學蓄熱材料

熱化學蓄熱材料多利用金屬氫化物和氨化物的可逆化學反應進行蓄熱，在有催化劑、溫度高和遠離平衡態(tài)時熱反應速度快。國外已利用此反應進行太陽能貯熱發(fā)電的實驗研究，但需重點考慮儲存容器和系統(tǒng)的嚴密性，以及生成氣體對材料的腐蝕等問題 。

熱化學蓄熱材料具有蓄熱密度高和清潔、無污染等優(yōu)點 ，但反應過程復雜 、技術(shù)難度高 ，而且對設(shè)備安全性要求高，一次性投資大，與實際工程應用尚有較大距離。

4、吸附蓄熱材料

吸附是指流體相(含有一種或多種組分的氣體或液體)與具有多孔的固體顆粒相接觸時 ，固體顆粒(即吸附劑)對吸附質(zhì)的吸著或持留過程。因吸附劑固體表面的非均一性，伴隨著吸附過程產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)化效應 ，稱為吸附熱。在吸附 脫附循環(huán)中，可通過熱量儲存、釋放過程來改變熱量的品位和使用時間,實現(xiàn)制冷、供熱以及蓄熱等目的。

吸附蓄熱是一種新型蓄熱技術(shù)，研究起步較晚 ，是利用吸附工質(zhì)來對吸附/解吸循環(huán)過程中伴隨發(fā)生的熱效應進行熱量的儲存和轉(zhuǎn)化。吸附蓄熱材料的蓄熱密度可高達800 ～1000kJ/kg，具有蓄熱密度高、蓄熱過程無熱量損失等優(yōu)點。由于吸附蓄熱材料無毒無污染，是除相變蓄熱材料以外的另一研究熱點，但由于吸附蓄熱材料通常為多孔材料，傳熱傳質(zhì)性能較差，而且吸附蓄熱較為復雜，是重點研究解決的問題。

蓄熱技術(shù)是提高能源利用效率和保護環(huán)境的重要技術(shù) ，可用于解決熱能供給與需求失配的矛盾，在太陽能利用、電力“移峰填谷”、廢熱和余熱的回收利用以及工業(yè)與民用建筑和空調(diào)的節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景，是世界范圍內(nèi)的研究熱點．，主要的蓄熱方法有顯熱蓄熱、潛熱蓄熱和化學反應蓄熱三種．顯熱蓄熱是利用物質(zhì)的溫度升高來存儲熱量的．利用陶瓷粒、水、油等的熱容進行蓄熱，把已經(jīng)高溫或低溫變換的熱能貯存起來加以利用，如固體顯熱蓄熱的煉鐵熱風爐、蓄熱式熱交換器、蓄熱式燃燒器等，通常的顯熱蓄熱方式簡單，成本低，但儲存的熱量小，其放熱不能恒溫的缺點化學反應蓄熱是指利用可逆化學反應的結(jié)合熱儲存熱能．發(fā)生化學反應時，可以有催化荊，也可以沒有催化劑一種高密度高能量的蓄熱方式，它的儲能密度一般高于顯熱和潛熱，此種儲能體系通過催化劑和產(chǎn)物分離易于能量長期儲存．潛熱蓄熱（相變蓄熱）是利用物質(zhì)在凝固/熔化、凝結(jié)/氣化、凝華/升華以及其他形式的相變過程中，都要吸收或放出相變潛熱的原理來進行能量儲存的技術(shù)．利用相變材料相變時單位質(zhì)量（體積）潛熱，蓄熱量非常大能把熱能貯存起來加以利用，如空間太陽能發(fā)電用蓄熱器，深夜電力調(diào)峰用蓄熱器，其儲能比顯熱一個數(shù)量級，而且放熱溫度恒定，但其儲熱介質(zhì)一般有過冷、相分離、易老化等缺點。

蓄熱爐可分為單筒、雙筒、三筒三種。但根據(jù)燃燒氣與裂解氣的流向又可分為單向順流、單向逆流、雙向頓流、雙向逆流等幾種。

1、單簡單向順流蓄熱爐

所謂單向順流，就是燃燒氣和裂解氣流向相同。它采用問歇操作，每個操作周期由四個單元組成：即燒焦(或補油)升溫，一次吹掃，裂解制氣，二次吹掃。

2、雙筒順向蓄熱裂解爐

這種爐型是從單筒爐發(fā)展起來的。當要求設(shè)計處理曼較大的蓄熱爐時，由于單筒爐的噴油裝置占去很大一部分空間，致使爐體增大，因此就將單筒分為兩個筒而成雙筒爐，但氣體的流向仍和單筒爐一樣。雙筒順向蓄熱裂解爐的主要優(yōu)點是白控制閥門少，操作方便；主要缺點是反應溫度不夠平穩(wěn)，預熱需要另設(shè)一臺換熱面積較大的空氣預熱器。

3、雙筒逆向蓄熱裂解爐

所謂逆向就是燃燒氣與裂解氣流向相反，而且每裂解一次，氣體流向改變一次。

4、三筒逆向蓄熱裂解爐

這種爐型被廣泛采用于生產(chǎn)高熱值煤氣，主要由反應部分、水蒸汽蓄熱部分、空氣蓄熱部分及燃燒部分所組成。裂解的原料為渣油，制氣過程分為鼓風加熱期和制氣期，兩者交替進行。每個循環(huán)為4分鐘，根據(jù)工藝要求，分為八個階段，按順序操作。