شيمي، فيزيك اتمي و مولكولي، ماده تغيير فاز (PCM)
|
ويژگي هاي ترموديناميكي ماده تغييرفاز بايد:
|
|
1. دماي ذوبي در گستره‌ي دماي مطلوب واكنش داشته باشد.
|
|
2. گرماي نهان بالا در واحد حجم
|
|
3. گرماي ويژه‌ي بالا، چگالي بالا و رسانش بالا
|
|
4. تغييرات حجم كم در گذار فاز، و فشار بخار كم در دماي واكنش براي كاهش مسئله‌ي مهار
|
|
5. ذوب متجانس
|
|
1. ميزان واكنش بالا براي دوري از فاز مايع ابرسرمايش
2. ميزان بالاي رشد بلور، بطوريكه سيستم مي‌تواند بازيابي گرما را از سيستم ذخيره انجام دهد.
|
.jpg) |
|
1. ثبات شيميايي
2. چرخه بازگشت‌پذير كامل ذوب/انجماد
|
3. بدون تنزل بعد از چرخه‌هاي متوالي ذوب/ انجماد
4. مواد غيرخورنده، غير سمي، غيرقابل اشتعال و انفجار
|
تصوير روبرو ظروفي هستند از تركيبات آمونياك كه براي خنك نگه داشت مواد خوراكي يا كيف و كوله در مسافرت‌ها بسيار كاربرد دارند و مي‌توانيد با قيمت كم آن‌ها را درد بازرا لوازم وزشي و خانگي پيدا كنيد.
|
.jpg) |
پُرمصرف‌ترين مواد تغيير فاز، هيدرات‌هاي نمك، اسيد‌هاي چرب، و استرها و پارافين‌هاي مختلف (مثل اُكتادكان‌ها) هستند. اخيراً مايعات يوني هم به‌عنوان PCM هاي جديد مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
بيشتر محلول‌هاي اُرگانيك، بدون آب بوده و مي‌توانند به هوا تزريق شوند، ولي همه‌ي محلول‌هاي PCM بايستي محفوظ نگه داشته شوند، تا از تبخير و جذب آب جلوگيري شود. هردو نوع هم مزيت و هم مضراتي دارند، و اگر به‌درستي مورد مورد استفاده قرار بگيرند، تعدادي از مضرات براي آن كاربردها، مزيت محسوب مي‌شوند. از اين مواد در اواخر قرن 19 به‌عنوان ذخيره‌ساز گرمايي استفاده شد. كاربردهاي متفاوتي هم به عنوان حامل مواد يخ زده استفاده شده است (مانند كاميون‌‌ها و وانت‌هاي حمل مواد خوراكي). برخلاف يخچال‌ها، سيستم‌هاي PCM مي‌توانند با چيلر‌هاي قديمي يا جديد هم مورد استفاده قرار بگيرند.
|
گستره‌ي دمايي در فناوري PCM افق جديدي براي سرويس‌هاي خانگي و ساختماني و مهندسين انجماد در دماهاي متوسط به بالا در بر خواهد داشت. حوزه‌ي كاربرد انرژي گرمايي گستره‌ي وسيعي از انرژي خورشيدي، آب داغ، برون‌دهي حرارتي مثلاً در برج‌هاي سردساز يا مدارهاي كولرهاي خشك است.
وقتي PCM بين جامد- مايع در چرخه‌ي گرمايي تبديل مي‌شود، دفع طبيعي، مخزنِ مورد نظر است.
|
1. ماكرومحفظه‌ها: پيشرفت‌هاي حوزه‌ي ماكرومحفظه‌ها با حجم بسيار بالا به‌دليل رسانش ضعيف بيشتر PCM ها، با شكست مواجه شد. PCM ها، در لبه‌ي مخزن‌ها مانع از انتقال گرماي مؤثر خواهند شد.
|
|
2. ميكرومحفظه‌ها: از طرف ديگر ميكرومحفظه‌ها چنين مشكلي را در خود ندارند. در محفظه‌هاي قابل‌حمل هم مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در موادي ساختماني چون بتون‌ها به آساني و قيمت مناسب بكار مي‌روند. با پوشش‌هاي ميكرومحفظه‌اي به عنوان پوشش محافظ، ذرات مي‌توانند در فاز پيوسته‌اي چون آب غوطه‌ور باشند. تيبن سيستم را به‌صورت ماده لزج (ژله‌اي) هم مي‌توان بكار برد (Phase change slurry).
|
|
3. محفظه‌‌ي مولكولي: فناوري ديگريست، كه اجازه‌ي چگالش بالاي PCM را در تركيبات پليمري مي‌دهد. ذخيره‌سازي بالاي 515 كيلوژول بر متر مربع براي هر 5 ميلي‌متر (103 ميلي‌ژول بر متر مكعب). اين روش مزيت برش و مته‌زني را از ماده مورد استفاده بدون استفاده از هر نوع نشت PCM مي‌دهد.
|
اين ماده همانطور كه نقش بهترين ماده‌ي مخزن‌هاي قابل حمل را بازي مي‌كند، به سلول‌هايي تقسيم شوند. بسته‌بندي ماده بايد رسانش گرمايي را زياد كند، و بايد منجر به تغييرات دوره‌اي حجم ماده‌ي ذخيره شده و همينطور كاهش گذر آب از ديوارها مي‌شود. بنابراين مواد خشك نخواهند شد (يا اگر ماده هيجروسكوپي باشند، عاري از آب نخواهند شد). مواد ضدخش، پُلي‌پروپيلن و پُلي‌فين از اين دست هستند.
.jpg) |
تركيبات گرمايي عبارتي است كه به تركيبات مواد تغيير فاز و ديگر ساختارها (معمولاً جامد) اطلاق مي‌شود. مثالي از اين دست، توري مسي غوطه‌ور در شمع پارافيني است. اين توري‌ها مي‌توانند يك ماده‌ي تركيبي گرمايي باشند. چنين مواد هيبريدي براي محصولات و هدف‌هاي خاصي استفاده مي‌شوند. رسانش گرمايي ويژگي مشتركي است كه بيشينه‌سازي تركيب‌هاي گرمايي توليد مي‌شود. تصوير روبرو از ساختار سنگ گچ گرفته شده كه به‌عنوان ماده‌اي روي شبكه‌اي مي‌آيد و ديوارها و سقف ساختمان‌ها را مي‌پوشاند كه در لينك اسلايد تصاوير و تصوير زير ديده مي‌شود.
|
در اين حالت، ايده‌ي اصلي افزايش رسانش گرمايي با افزودن جامدي با رسانايي بالا مثل همان توري مسي به موادي با رسانايي كم در PCM هاست. تركيبات جامدي چون فايبرگلاس در صنعت هوافضا كاربرد دارند. تعريف دقيقي براي تركيبات گرمايي نداريم، جز اينكه شبكه‌اي هستند و PCM معمولاً جامد/مايع بسته به شرايط است. لينك اسلايد تصاوير مربوط به آماده‌سازي يك دفتركار در آلمان اينجا را كليك كنيد.
* ذخيره‌سازي انرژي گرمايي
* تهويه ساختمان‌ها
* سرمايش موتورهاي برقي
* سرمايش: غذا، قهوه،لبنيات،گلخانه‌ها و غيره.
* پزشكي: حمل خون، ميزهاي عمل، تراپي‌هاي داغ-سرد
* بازيابي گرماي هدر رفته
* سرمايش و گرمايش آب
* سيستم هاي تهوه گرمايي
* مخزن‌هاي بدون واكنش در ساختمان‌هاي بيواقليمي (معماري)
|
* كنترل دماي واكنش‌هاي شيميايي
* صفحات خورشيدي
* سيستم‌گرمايي فضاپيما
* تهويه خودورها
* مراقبت گرمايي از قطعات الكترونيك
* مراقبت گرمايي از غذا بخصوص در هتل‌ها
* تكه‌هاي دوختي در لباس
* سرمايش كامپيوترها
* خنك‌كردن توربين‌هاي ذخيره گرمايي
* سپرهاي مخابراتي در مناطق حاره‌اي
|