四丁基溴化铵相变蓄冷材料热物性实验研究

　　蓄冷空调系统可分为显热蓄冷和潜热蓄冷。显热蓄冷存在蓄能密度低、蓄冷装置体积大等缺点，如水蓄冷。潜热蓄冷因蓄冷密度大且相变温度稳定而优于显热蓄冷，如冰蓄冷;但冰蓄冷空调系统的相变温度低且蓄冷时还存在过冷现象。在蓄冷空调系统中，潜热蓄冷要求蓄冷材料的相变温度须在空调系统工作的温度范围内。对于常规的空调系统，蓄冷材料的相变温度应在5~8℃范围内，这样蓄冷空调系统的运行效率就会较高^[1]。

　　四丁基溴化铵(TBAB)水溶液在一个大气压状态下的结晶温度位于0~12℃范围内，相对于相变凝固温度为0℃的水(其凝固时的过冷度为4~6℃)，TBAB水溶液更适合作为蓄冷空调系统的相变材料^[2]。TBAB(化学式为(C4H9)4NBr)是一种四烃基铵盐，可以与水分子形成半络合水合物晶体，TBAB水合物在大气压力条件下的结构及性质也比较稳定^[3]。根据其熔点和水合数的不同，TBAB半络合水合物分为A、B两种。在大气压和适宜温度条件下，TBAB分子与水分子以氢键相结合，形成TBAB水合物^[2]。TBAB半络合水合物晶体的结构由水合数决定，水合数应按照同成分熔融点，即最高熔点时对应的溶液浓度计算。计算公式如下^[3]：

　　式中x表示同成分熔融点的质量百分值，MH2O和MTBAB分别表示水和TBAB分子量。根据(1)式可得40%TBAB溶液中A种TBAB水合物晶体的水合数为26.0，32%TBAB溶液中B种TBAB水合物晶体的水合数为38.0。

　　1 实验方法

　　TBAB水合物的相变温度与水合数相关。为了测量TBAB溶液的相变温度，这里选取一个内直径为7.2cm、高为3.6cm的圆柱形铝制容器盛放待测的样品溶液。先将测试样品放入铝制容器内;然后将测温K型热电偶放入待测样品溶液内(K型热电偶的测温精确度为±0.75%)，以便测量TBAB溶液的相变温度;最后将装有TBAB溶液的铝制容器放入-10℃的冷藏箱。

　　为了研究TBAB溶液的相变温度随溶液浓度的变化，这里选取五种不同质量浓度的TBAB溶液，其质量分数分别为25%、30%、35%、40%和45%，且都含有质量分数为1%的硼砂，目前国内外还没有在TBAB中添加硼砂成核剂的实验数据。采用上述测量方法分别测出不同浓度TBAB水溶液的相变温度。

　　TBAB水溶液降温结晶过程也会出现过冷现象，过冷现象发生时蓄冷仅以显热方式进行，从而使蓄冷量减小、蓄冷温度降低，影响了蓄冷效率^[4]。为了降低TBAB溶液在降温结晶过程中的过冷度，向TBAB溶液中加入了硼砂(Na2B4O7.10H2O),并将实验结果与相应浓度不加硼砂的TBAB水溶液进行比较。通过实验得到相变温度适宜、相变过程稳定的TBAB溶液，并采用DSC测试其相变潜热。