具有反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的应用

摘要

本发明将具有负热膨胀性质的反常压热效应材料创新性地运用在固态制冷和/或储热应用中。通过对优选材料NH4SCN进行原位高压差示扫描量热仪测试，验证反常压热效应材料在施加压力时发生吸热相变，在卸载压力时发生放热相变，压力能够有效控制相变的吸放热过程，且能有效储存热量，为其在实际应用中提供实验理论基础。

说明书

技术领域

本发明属于制冷、储热应用领域，具体涉及一种具有反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的应用。

背景技术

传统的气体压缩制冷技术在现代制冷设备中得到广泛的应用。氟利昂作为早期的制冷工质造成严重的臭氧层空洞，而目前的制冷工质全氟化碳以及氢氟碳化物则加重温室效应，因此寻求可替代的环境友好型制冷方式变得尤为重要。新型的固态制冷技术作为潜力发展对象而备受关注，制冷过程无温室气体排放，为解决传统制冷方式造成的环境破坏问题提供有效途径。固态制冷技术原理基于不同的热效应可分为如下：磁热效应、电热效应、弹热效应以及压热效应。在绝热条件下，对材料施加和移除驱动场时，材料能产生可逆的温度变化，从而对负载实现有效制冷或制热。此外，热效应可以是常规的，也可以是反常的，这取决于对材料施加驱动场时，等温熵变是减小还是增加。常规热效应材料具有正热膨胀性，而反常热效应材料具有负热膨胀性。

与前三种热效应相比，压热效应所作用的材料更具有普遍性，不仅仅局限于铁性体系，且与目前研究最多的磁热效应相比，压力较磁场更易施加，成本更低。在压热效应的材料中，材料受压力驱动的等温熵变大小以及驱动压力大小是评判材料作为制冷工质合理性的重要标准。众多具有压热效应的材料中，反常压热效应材料占比不多，而具有优异反常压热效应性能的材料则更少。因此对于寻求更适于实际应用的反常压热效应固态制冷工质变得尤为重要。

在面对工业生产活动以及日常生活中亟待解决的制冷问题之外，还有废弃热能收集利用问题。现有评估数据显示，在能源的转换过程中约有72％的能量浪费。主要以热能的形式耗散而无法得到有效利用，造成能源利用效率低下以及能源耗散问题。全球63％的废热温度低于100℃，16％的废热温度在100℃～299℃之间，剩余21％的高温废热温度大于300℃。温度小于100℃的热耗散主要存在于发电行业中，其后是运输行业和工业。而在生活居住以及发电行业中无高温废热产生。如此多的废热因无法收集而造成极大的能源损耗，因此，寻找一种有效储能材料收集废热是提高能源效率十分重要的途径。

传统气体压缩制冷产生的环境破坏以及废热问题一直备受人们关注。现存的废热收集模式大多都是利用废热发电。从收集废热发电到使用电能进行制冷或制热，即从热能到电能的转换以及电能到热能的转换。此过程的转换效率远不如热到热的直接转换，因此能将制冷与储能相联系的应用方法将为制冷领域和/或储热领域提供新的思路。

发明内容

为了克服上述制冷和/或储能应用中的问题，本发明的目的在于提供一种具有反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的应用。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种具有反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的应用。

进一步地，所述具有反常压热效应材料为BaTiO

进一步地，所述具有反常压热效应材料优选为NH

进一步地，具有反常压热效应材料其应用温度区间为2K-364K。

进一步地，所述反常压热效应材料NH

进一步地，所述具有反常压热效应材料，在制冷领域，可以作为制冷工质，在储热领域，可以作为热量转移材料。

进一步地，通过控制压力的加载与释放，实现热量转移。所述具有反常压热效应材料在施加压力时，压热效应材料从负载吸热，具有制冷功能；在卸载压力时，压热效应材料放热至环境，具有产热功能。

本发明优选采用NH

本发明不同于常规压热效应的制冷途径，其制冷阶段发生在加压过程，对于优选材料NH

附图说明

图1 NH

图2 NH

图3 NH

图4 NH

图5 NH

图6 NH

图7 NH

图8反常压热效应材料相变吸放热示意图。

图9反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的应用场景一。

图10 NH

图11反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的场景应用二。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐释本发明。

实施例1

负热膨胀材料NH

NH

实施例2

具有反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的应用

附图5是基于附图3不同压力下热流数据计算得到的NH

实施例3

具有反常压热效应材料在固态制冷和/或储热中的应用

附图10为原位高压差示扫描量热仪对优选的反常压热效应材料NH

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。