مروری فلزات و آلیاژهایی با خواص حرارتی مناسب برای استفاده در مواد تغییر فازی (PCM) با هدف ذخیره انرژی گرمایی

نوع مقاله: علمی-ترویجی

نویسندگان

گروه مهندسی مواد، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز

چکیده

مسئله انرژی و بهینه‌سازی مصرف انرژی در چند ساله اخیر بسیار مورد توجه قشر عظیمی از جامعه از جمله سیاستمدارن، مدیران، دانشمندان و محققان، مهندسان و حتی کاربران و مصرف کنندگان انرژی قرار گرفته است. تا به امروز تلاش‌های بسیار زیادی در زمینه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر صورت گرفته است. بارای نیل به این هدف، سلول‌های خورشیدی و تمامی سیستم‌هایی که قابلیت جذب ، ذخیره و در نهایت رهاسازی انرژی حرارتی را دارند، مورد مطالعه قرار گرفته و پیش‌رفت‌های زیادی در این زمینه صورت گرفته است. هم‌چنین با توجه به اساس استفاده از این انرژی‌ها که مبنی بر جذب و نشر انرژی تجدیدپذیر است، مواد زیادی مورد آزمایش قرار گرفته‌اند تا بتوان از این ویژگی آن‌ها بیشترین بهره را برد. به همین منظور PCM، مواد دارای تغییرات فازی، مطرح شده و مورد توجه قرار گرفته‌اند. این مواد توانایی جذب و رهاسازی انرژی در دماهای نسبتا پایین را دارند و می‌توانند گزینه مناسبی برای ذخیره‌سازی انرژی حرارتی باشند. در این مقاله سعی شده است علاوه بر معرفی این مواد، به بررسی امکان استفاده از فلزات و آلیاژها به عنوان ذخیره‌ساز انرژی گرمایی پرداخته شود. فلزاتی با نقطه ذوب پایین مانند گالیم، ایندیم، بیسموت، آلومینیوم، و سیلیسیم که به دلیل خواص فیزیکی-حرارتی بهتری که از خود نشان می‌دهند می‌توانند عملکرد بهتری از خود در این زمینه نشان بدهند.

کلیدواژه‌ها


-منابع

  1. م.ح. شمس، م.کیا و ب. مهدوی، "مطالعات طراحی بهینه یک نیروگاه فتوولتائیک 100 کیلوواتی متصل به شبکه در تهران با استفاده از نرم­افزار PVSyst"، نشریه انرژی ایران، دوره 16، شماره 2 تابستان 1392
  2. م.ح. سیدان و ج. عبدالهی سروی، " گزارش وضعیت جهانی، انرژی­های تجدیدپذیر 2016" ، یافته­های کلیدی 2016
  3. M. Boxwell, “Solar Electricity Handbook”, 2017 Edition, United Kingdom
  4. R. Teeuwen, Z. Wang & J. Kouzmanoff, “Renewables in Iran: An Overview”, SolarPlaza, retrademission
  5. P. Sobolciak, H. Abdelrazeq, M.Quederni, M. Karkri, M.A. Al-Maadeed & I. Krupa, “The Stabilizing Effect of Expanded Graphite on the Artificial Aging of Shape Stabilized Phase Change Materials”, Polymer Testing 46 (2015) 65-71
  6. G.R. Dheep & A. Sreekumar, “Influence of Accelerated Thermal Charging and Discharging Cycles on Thermo-Physical Properties of Organic Phase Change Materials for Solar Thermal Energy Storage Applications”, Energy Conversion and Management 105 (2015) 13-19
  7. M.M. Islam, A.K. Pandey, M. Hasanuzzaman & N.A. Rahim, “Recent Progress and Achievements in Photovoltaic-Phase Change Material Technology: A Review with Special Treatment on Photovoltaic Thermal-Phase Change Material Systems”, Energy Conversion and Management 126 (2016) 177-204
  8. D. Gossard, M. Karkri, A. Mariam & I. Krupa, “A New Experimental Device and Inverse Method to Characterize Thermal Properties of Composite Phase Change Materials”, Composite Structures 15 (2016) 8-32
  9. T.E. Alam, J.S. Dhau, D.Y. Goswami & E. Stefanakos, “Macroencapsulation and Characterization of Phase Change Materials for Latent Heat Thermal Energy Storage Systems”, Applied Energy 154 (2015) 92-101
  10. A. Sharma, V.V. Tyagi, C.R. Chen & D. Buddhi, “Review on Thermal Energy Storage with Phase Change Materials and Applications”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 318-345
  11. G. Ferrer, A. Sole, C. Barrneche, I. Martorell & L.F. Cabeza, “Review on the Methodology used in Thermal Stability Characterization of Phase Change Materials”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 50 (2015) 665-685
  12. T. Khadiran, M.Z. Hussein, Z. Zainal & R. Rusli, “Encapsulation Techniques for Organic Phase Change Materials as Thermal Energy Storage Medium: A Review”, Solar Energy Materials & Solar Cells 143 (2015) 78-98
I. Krupa, Z. Nogellova, Z. Spitalsky, M. Malikova, P. Sobolciak, H.W. Abdelrazeq, M. Querderni & M. Karkri, “Positive Influence of Expanded Graphite on

  1. the Physical Behavior pf Phase Change Materials Based on Linear Low-Density Polyethylene and Paraffin Wax”, Thermochimica Acta 641 (2015) 218-225
  2. A.M. Thiele, A. Jamet, G. Sant & L. Pilon, “Annual Energy Analysis of Concrete Containing Phase Change Materials for Building Envelopes”, Energy Conversion and Management 103 (2015) 374-386
  3. C. Zeng, S. Liu & A. Shukla, “Adaptability Research on Phase Change Materials Based Technologies in China”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 73 (2017) 145-158
  4. A. Gil, M. Medrano, I. Martorell, A. Lazaro, P. Dolado, B. Zalba & L.F. Cabeza, “State of Art on High Temperature Thermal Energy Storage for Power Generation Part 1-Concepts, Materials and Modellization”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 31-55
  5. M.K. Rathod & J. Banerjee, “Thermal Stability of Phase Change Materials Used in Latent Heat Energy Storage Systems: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 18 (2013) 246-258
  6. C.E. Birchenall & M. Telkes, “Thermal Storage in Metal, In: Proceedings of Sharing The Sun: Solar Technology In The Seventies-Joint Conf. American Section Of ISES And
    Solar Energy Society Of Canada 8, 38-54, 1976
  7. M.M. Kanisarin, “High-Temperature Phase Change Materials for Thermal Energy Storage”, Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 955-970
  8. C.E. Birchenall & A.F. Riechman, “Heat Storage in Eutectic Alloys”, Metallurgical Transaction A (1980) 1415-1420
  9. X. Wang, J. Liu, Y. Zhang, H. Di & Y. Jiang, “Experimental Research on a kind of Novel High Temperature Phase Change Storage Heater”, Energy Conversion and Management 47 (2006) 2211-2222
  10. G. Zhang, J. Li, Y. Chen, H. Xiang, B. Ma, Z. Xu & X. Ma, “Encapsulation of Copper-Based Phase Change Materials for High Temperature Thermal Energy Storage”, Solar Energy Materials & Solar Cells 128 (2014) 131-137
  11. B. Ma, J. Li, Z. Xu & Z. Peng, “Fe-Shell/Cu-Core Encapsulated Metallic Phase Change Materials Prepared by Aerodynamic Levitation Method”, Applied Energy 132 (2014) 568-574
  12. F. Zhang, Y. Zhong, X. Yang, J. Lin & Z. Zhu, “Encapsulation of Metal-Based Phase Change Materials Using Ceramic Shells Prepared by Spouted Bed CVD Method”, Solar Energy Materials and Solar Cells 170 (2017) 137-142
  13. W. Li, R. Hou, H. Wan, P. Liu, G. He & F. Qin, “A New Strategy for Enhanced Latent Heat Energy Storage with Microencapsulated Phase Change Material Saturated in Metal Foam”, Solar Energy Materials and Solar Cells 171 (2017) 197-204
  14. X.H. Yang, S.C. Tan & J. Liu, “Numerical Investigation of the Phase Change Process of Low Melting Point Metal”, International Journal of Heat and Mass Transfer 100 (2016) 899-907
  15. F. Zhu, C. Zhang & X. Gong, “Numerical Analysis on the Energy Storage Efficiency of Phase Change Material Embedded in Finned Metal Foam with Graded Porosity”, Applied Thermal Engineering 16 (2017) 05
F. Zhu, C. Zhang & X. Gong, “Numerical Analysis and Comparison of the Thermal Performance Enhancement Methods for Metal Foam/Phase

  1. Change Material Composite”, Applied Thermal Engineering 109 (2016) 373-383