有机相变蓄冷材料中纳米石墨添加剂性能实验研究

　　伴随着我国经济的高速发展和城市化水平的不断提高，空调系统在现代建筑中的应用越来越普遍，空调耗能也随之剧增，导致出现严峻的电力供应紧张及峰谷电力不平衡，解决此问题的一个重要策略就是采用蓄冷式空调系统。

　　相变蓄冷是利用介质的相变潜热进行冷量储存的一种蓄冷方式，具有较大的储能密度，可直接采用常规制冷机组进行蓄冷，提高制冷机组的蒸发温度和COP 值，从而改善系统的能量利用率。目前，常用的相变蓄冷材料主要包括无机物和有机物两个大类，绝大多数无机物相变蓄冷材料具有腐蚀性，而且在相变过程中具有过冷和相分离的缺点，影响了其蓄冷能力。有机类相变蓄冷材料主要包括石蜡、脂肪酸、多元醇、高级烷烃等。其优点是固体状态成型性好，一般不容易出现过冷现象和相分离现象;其缺点是导热系数小、密度较小、单位体积的储热能力较小等[1]，导致其在蓄冷系统的应用中传热性能较差、蓄冷量利用率低，从而降低了系统的效能。针对有机相变材料的低导热系数，强化换热技术是必需的。目前，提高导热系数通常采用的措施是在相变材料中添加金属基[2]、金属粉末[3]、石墨粉[4]以及碳纤维[5]等来增强导热能力。虽然这些高导热系数的添加物会强化蓄能系统的传热效率，但由于其固体颗粒大、密度高，使其在液态条件下的蓄冷介质中极易发生沉淀，从而导致无法起到强化传热的效用。

　　自从1995 年美国Argonne 国家实验室的Choi 等[6]提出了纳米流体的概念，即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，以形成新的强化传热工质以后，研究者们就开始尝试用纳米粒子来提高相变材料的导热性能。Nguyen等[7]研究了纳米流体的性质和传热性能的提高，添加6.8%的纳米粒子，导热系数可提高40%。

　　在相变材料中加入纳米石墨等非金属纳米材料也可以有效地增强换热效果，石墨具有独特的晶体结构，具有较高的导热系数(2000W/m·K)[8]，无毒害作用，且价格便宜，易于制备，是用作添加物的优良选择。但由于纳米颗粒粒径小，比表面积和表面能都很大，在液态材料中易聚积，分散性很差。因此，如何控制纳米粉体的团聚已成为纳米流体强化传热前期工作的首要问题。王珊珊[9]等研究发现，超声分散法可以制备稳定的纳米石墨有机溶剂分散液，加入不同分散剂的纳米石墨分散液稳定性有很大区别。通过添加分散剂可以提高纳米石墨在液态材料中的分散稳定性[10]。

　　因此，本文针对已研制的空调用有机相变蓄冷材料 DC[11]导热系数低、传热性能差的缺点，向其中添加纳米石墨，采用超声分散法和添加分散剂制备纳米石墨的稳定分散体系，对分散剂的种类、纳米石墨的质量浓度、超声时间和分散剂的浓度对纳米石墨分散稳定性的影响及添加纳米石墨对导热性能的影响进行了实验研究。