อ่าน 11 นาที
วัสดุเปลี่ยนสถานะ
วัสดุเปลี่ยนสถานะ ( PCM ) คือสารที่ปล่อย/ดูดซับพลังงานได้เพียงพอในระหว่าง การเปลี่ยนสถานะ เพื่อให้ได้ความร้อนหรือความเย็นที่เป็นประโยชน์ โดยทั่วไป...
วัสดุเปลี่ยนสถานะ

วัสดุเปลี่ยนสถานะ ( PCM )คือสารที่ปล่อย/ดูดซับพลังงานได้เพียงพอในระหว่างการเปลี่ยนสถานะเพื่อให้ได้ความร้อนหรือความเย็นที่เป็นประโยชน์ โดยทั่วไป การเปลี่ยนสถานะจะเกิดขึ้นจากสถานะพื้นฐานสองสถานะแรกของสสารคือ ของแข็งและของเหลว ไปสู่อีกสถานะหนึ่ง การเปลี่ยนสถานะอาจเกิดขึ้นระหว่างสถานะของสสารที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนดั้งเดิม เช่น การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของผลึก ซึ่งวัสดุจะเปลี่ยนจากโครงสร้างผลึกหนึ่งไปเป็นโครงสร้างผลึกอีกแบบหนึ่ง ซึ่งอาจเป็นสถานะที่มีพลังงานสูงกว่าหรือต่ำกว่าก็ได้
พลังงานที่จำเป็นในการเปลี่ยนสถานะของสสารจากของแข็งเป็นของเหลวเรียกว่าเอนทาลปีของการหลอมเหลวเอนทาลปีของการหลอมเหลวไม่ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ ดังนั้น พลังงานความร้อนใดๆ ที่เพิ่มเข้าไปในขณะที่สสารกำลังเปลี่ยนสถานะจะไม่ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ โดย ทั่วไปแล้ว เอนทาลปีของการหลอมเหลวจะมีค่ามากกว่าความจุความร้อนจำเพาะ มาก ซึ่งหมายความว่าสามารถดูดซับพลังงานความร้อนได้เป็นจำนวนมากในขณะที่สสารยังคงมีอุณหภูมิคงที่ ตัวอย่างเช่น น้ำแข็งต้องการพลังงาน 333.55 จูลต่อกรัมในการละลาย แต่น้ำจะมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งองศาด้วยการเพิ่มพลังงานเพียง 4.18 จูลต่อกรัม ดังนั้น น้ำ/น้ำแข็งจึงเป็นวัสดุเปลี่ยนสถานะที่มีประสิทธิภาพมากและถูกนำมาใช้ในการเก็บความเย็นในฤดูหนาวเพื่อทำความเย็นให้กับอาคารในฤดูร้อนมาตั้งแต่สมัยจักรวรรดิอะเคเมนิดเป็น อย่างน้อย
ด้วยการหลอมเหลวและแข็งตัวที่อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะ (PCT) วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) สามารถกักเก็บและปล่อยพลังงานได้ในปริมาณมากเมื่อเทียบกับ การกักเก็บ ความร้อนแบบทั่วไปความร้อนจะถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาเมื่อวัสดุเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลวและในทางกลับกัน หรือเมื่อโครงสร้างภายในของวัสดุเปลี่ยนแปลง ดังนั้น PCM จึงถูกเรียกว่า วัสดุกักเก็บ ความร้อนแฝง (LHS)
วัสดุเปลี่ยนสถานะมีสองประเภทหลัก ได้แก่ วัสดุอินทรีย์ (ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ) ซึ่งได้มาจากปิโตรเลียม พืช หรือสัตว์ และเกลือไฮเดรต ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้เกลือธรรมชาติจากทะเลหรือแร่ธาตุ หรือเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการอื่นๆ ประเภทที่สามคือการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของแข็ง
วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) ถูกนำไปใช้ในงานเชิงพาณิชย์หลากหลายประเภทที่ต้องการการกักเก็บพลังงานและ/หรืออุณหภูมิที่คงที่ รวมถึงแผ่นทำความร้อน ระบบระบายความร้อนสำหรับกล่องสวิตช์โทรศัพท์ และเสื้อผ้า เป็นต้น
ตลาดที่มีศักยภาพมากที่สุดคือตลาดสำหรับการทำความร้อนและความเย็นในอาคาร ในการใช้งานนี้ สารเปลี่ยนสถานะ (PCM) มีศักยภาพสูง เนื่องจากต้นทุนของไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนลดลงอย่างต่อเนื่อง ประกอบกับลักษณะที่ไม่สม่ำเสมอของไฟฟ้าดังกล่าว ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดความไม่สมดุลระหว่างความต้องการสูงสุดกับปริมาณไฟฟ้าที่มีอยู่ ในอเมริกาเหนือ จีน ญี่ปุ่น ออสเตรเลีย ยุโรปตอนใต้ และประเทศพัฒนาแล้วอื่นๆ ที่มีฤดูร้อนจัด ปริมาณไฟฟ้าสูงสุดจะอยู่ในช่วงเที่ยงวัน ในขณะที่ความต้องการสูงสุดจะอยู่ระหว่างเวลาประมาณ 17:00 ถึง 20:00 น. ซึ่งสร้างโอกาสให้กับสื่อกักเก็บความร้อน
โดยทั่วไปแล้ว วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) สามารถนำมาใช้ได้สองวิธี วิธีแรกคือ การใช้งานแบบพาสซีฟ โดยวาง PCM ไว้ในตำแหน่งที่จะดูดซับและปล่อยความร้อนเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ซึ่งจะช่วยควบคุมอุณหภูมิได้ ในการใช้งานลักษณะนี้ PCM อาจถูกห่อหุ้มและรวมเข้ากับโครงสร้างของวัตถุหรือพื้นที่ที่ต้องการปรับสภาพอากาศ ในบางกรณี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องการรวมเข้ากับสิ่งทอ วัสดุเปลี่ยนสถานะจะถูกห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูลการห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูลช่วยให้วัสดุคงสภาพเป็นของแข็งในรูปของฟองอากาศขนาดเล็ก เมื่อแกนกลางของ PCM ละลายไปแล้ว
อีกทางเลือกหนึ่งคือ สามารถบรรจุ PCM ไว้ในภาชนะ และควบคุมการไหลของความร้อนเข้าและออกจาก PCM ได้โดยการสูบของเหลวถ่ายเทความร้อนผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งโดยทั่วไปจะจุ่มอยู่ใน PCM ภายในภาชนะ ในกรณีนี้ ระบบดังกล่าวจัดอยู่ในประเภทย่อยของ "แบตเตอรี่ความร้อน" หรือ "TES" ซึ่งเป็นระบบกักเก็บพลังงานความร้อนที่รวมถึงการกักเก็บความร้อนสัมผัสด้วย
การจำแนกประเภทของวัสดุเปลี่ยนสถานะ
วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCMs) ที่ใช้สำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนโดยทั่วไปจะถูกจำแนกตามองค์ประกอบทางเคมีและพฤติกรรมการเปลี่ยนเฟส บทวิจารณ์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามกลุ่มใหญ่ ได้แก่ PCMs อินทรีย์ อนินทรีย์ และยูเทคติก และเมื่อไม่นานมานี้ PCMs แบบคอมโพสิตและแบบไมโครแคปซูลถูกพิจารณาว่าเป็นกลุ่มย่อยที่แยกต่างหาก เนื่องจากได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเอาชนะข้อเสีย เช่น การนำความร้อนต่ำ การรั่วไหล และการแยกเฟส[ 1 ] [ 2 ]
สารเปลี่ยนสถานะอินทรีย์ (Organic PCMs)
สารเปลี่ยนสถานะ อินทรีย์ (Organic PCMs) ส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจากพาราฟินแวกซ์ (แอลเคนเชิงเส้น) และสารอินทรีย์ที่ไม่ใช่พาราฟิน เช่น กรดไขมัน แอลกอฮอล์ไขมัน และโพลีออล[ 1 ]พวกมันมีการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างแคบ และโดยทั่วไปจะมีค่าความร้อนแฝงประมาณ 150–250 kJ·kg⁻¹ ในช่วงอุณหภูมิที่เกี่ยวข้องกับอาคาร (0–65 °C) [ 3 ]สารเปลี่ยนสถานะอินทรีย์มีเสถียรภาพทางเคมี มีภาวะเย็นยิ่งยวดน้อยหรือไม่มีเลย และมีเสถียรภาพในการใช้งานที่ดี ทำให้เป็นที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานในระยะยาว นอกจากนี้ยังไม่กัดกร่อนวัสดุภาชนะส่วนใหญ่ และสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบปิโตรเคมีหรือวัตถุดิบชีวภาพ
อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว PCM อินทรีย์มักมีค่าการนำความร้อนต่ำ (โดยทั่วไปประมาณ 0.2 W·m⁻¹·K⁻¹) ซึ่งจำกัดอัตราการเก็บและปล่อยความร้อน เว้นแต่จะมีการเพิ่มสารตัวเติมหรือครีบนำความร้อน[ 1 ]พาราฟินยังติดไฟได้ และ PCM ที่มีกรดไขมันเป็นส่วนประกอบบางชนิดอาจปล่อยกลิ่นหรือมีปฏิกิริยากับเมทริกซ์พอลิเมอร์ในระบบคอมโพสิต ความหนาแน่นของพลังงานต่อปริมาตรของพวกมันต่ำกว่าไฮเดรตเกลืออนินทรีย์หลายชนิดเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำกว่า
เกลือไฮเดรตอนินทรีย์และสารเปลี่ยนสถานะอนินทรีย์อื่นๆ
สารเปลี่ยน สถานะอนินทรีย์ (Inorganic PCMs) ได้แก่ เกลือไฮเดรต (เช่นโซเดียมซัลเฟตเดคาไฮเดรต แคลเซียมคลอไรด์เฮกซาไฮเดรต) เกลือปราศจากน้ำ ออกไซด์ และโลหะผสม[ 2 ]เกลือไฮเดรตได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนที่อุณหภูมิต่ำและปานกลาง เนื่องจากรวมความร้อนแฝงที่ค่อนข้างสูง (มักอยู่ที่ 200–300 kJ·kg⁻¹) เข้ากับค่าการนำความร้อนที่สูงกว่าและความหนาแน่นในการจัดเก็บเชิงปริมาตรที่สูงกว่าสารเปลี่ยนสถานะอินทรีย์ทั่วไป[ 3 ]สารเปลี่ยนสถานะอนินทรีย์ไม่ติดไฟ และองค์ประกอบหลายอย่างมีราคาไม่แพง ทำให้เป็นที่น่าสนใจสำหรับระบบขนาดใหญ่ เช่น ผนังอาคาร ปั๊มความร้อน และการกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งจากอุตสาหกรรม
ข้อเสียหลักของเกลือไฮเดรตคือแนวโน้มที่จะเกิดการเย็นตัวเกิน การแยกเฟส และการหลอมเหลวที่ไม่สอดคล้องกัน ซึ่งอาจนำไปสู่การสูญเสียความจุในการจัดเก็บอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อใช้งานซ้ำหลายรอบ หากไม่ได้รับการแก้ไขด้วยสารก่อผลึก สารเพิ่มความข้น หรือกลยุทธ์การห่อหุ้ม[ 2 ] [ 4 ]นอกจากนี้ PCM ออร์แกนิกบางชนิดยังอาจกัดกร่อนโลหะได้ จึงต้องเลือกวัสดุภาชนะและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างระมัดระวัง
ที่อุณหภูมิการทำงานที่สูงขึ้น (สูงกว่าประมาณ 120 °C) โลหะผสมและเกลือหลอมเหลวที่ใช้ไนเตรต คลอไรด์ หรือฟลูออไรด์ถือเป็น PCM อุณหภูมิสูงสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์และความร้อนในกระบวนการอุตสาหกรรม[ 5 ]วัสดุเหล่านี้มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงและการนำความร้อนที่ดี แต่ปัญหาต่างๆ เช่น การกัดกร่อน การออกซิเดชัน และความจำเป็นในการกักเก็บที่อุณหภูมิสูงยังคงเป็นความท้าทายในการออกแบบที่สำคัญ
สารเปลี่ยนสถานะยูเทคติก
สารเปลี่ยน สถานะแบบยูเทคติก (Eutectic PCMs) คือส่วนผสมของส่วนประกอบสองชนิดขึ้นไปที่หลอมเหลวและแข็งตัวพร้อมกันที่องค์ประกอบคงที่และอุณหภูมิที่กำหนดอย่างชัดเจนเพียงจุดเดียวซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของส่วนประกอบแต่ละชนิด[ 1 ]ระบบยูเทคติกสามารถกำหนดสูตรได้จากส่วนผสมอินทรีย์-อินทรีย์ อนินทรีย์-อนินทรีย์ หรืออินทรีย์-อนินทรีย์ ทำให้มีความยืดหยุ่นสูงในการปรับอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะให้เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะ ตัวอย่างเช่น ส่วนผสมยูเทคติกของกรดไขมันหรือพาราฟินมักถูกปรับแต่งให้เหมาะสมกับอุณหภูมิที่มนุษย์รู้สึกสบายในโครงสร้างอาคาร ในขณะที่ยูเทคติกเกลือ-เกลือถูกสำรวจเพื่อการจัดเก็บความร้อนที่อุณหภูมิปานกลางและสูง
เนื่องจาก PCM แบบยูเทคติกหลอมเหลวแบบสอดคล้องกัน จึงมักหลีกเลี่ยงปัญหาการแยกเฟสที่พบในเกลือไฮเดรตบางชนิด อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางเทอร์โมฟิสิกส์ของพวกมันขึ้นอยู่กับการเลือกส่วนประกอบเป็นอย่างมาก และมักจำเป็นต้องมีการกำหนดลักษณะเฉพาะเชิงทดลองเพื่อยืนยันความเสถียรในการหมุนเวียนในระยะยาวและความเข้ากันได้กับวัสดุภาชนะ[ 2 ]
วัสดุคอมโพสิต PCM
วัสดุ เปลี่ยนเฟสแบบผสม (Composite PCMs) ถูกสร้างขึ้นโดยการรวมวัสดุเปลี่ยนเฟสพื้นฐานเข้ากับเมทริกซ์รองรับหรือสารตัวเติมที่มีการนำความร้อนสูง เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ เช่น การนำความร้อน ความเสถียรของรูปทรง และความแข็งแรงเชิงกล[ 2 ] [ 1 ]กลยุทธ์ทั่วไป ได้แก่ การฝังวัสดุเปลี่ยนเฟสอินทรีย์หรืออนินทรีย์ลงในโลหะที่มีรูพรุน โฟมคาร์บอน กราไฟต์ขยายตัว ซิลิกาแอโรเจล หรือเครือข่ายพอลิเมอร์ ซึ่งจะกักเก็บเฟสของเหลวไว้และป้องกันการรั่วไหลระหว่างการหลอมเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุผสมที่ใช้กราไฟต์และคาร์บอนเป็นฐาน สามารถเพิ่มการนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพได้หนึ่งถึงสองอันดับในขณะที่ยังคงรักษาความร้อนแฝงไว้ได้สูง
การศึกษาล่าสุดยังสำรวจวัสดุคอมโพสิตที่มีสารเติมแต่งโครงสร้างนาโน เช่น ท่อนาโนคาร์บอน แผ่นนาโนกราฟีน หรืออนุภาคนาโนโลหะ เพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนและปรับแต่งพฤติกรรมทางรีโอโลยี[ 6 ] วัสดุ PCM คอมโพสิตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแอปพลิเคชันที่ต้องการ ความหนาแน่นของพลังงานสูงความสมบูรณ์ทางกล หรือความเสถียรของรูปทรง (ตัวอย่างเช่น ในแผ่นผนัง ชุดแบตเตอรี่ หรือการระบายความร้อนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์)
สารเปลี่ยนสถานะแบบไมโครแคปซูล
วัสดุเปลี่ยนเฟสแบบไมโครแคปซูล (microPCM) ประกอบด้วยแกน PCM ที่ล้อมรอบด้วยเปลือกพอลิเมอร์หรืออนินทรีย์บาง ๆ ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วงขนาดไมโครเมตร การห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูลจะแยก PCM ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก ป้องกันการรั่วไหล ลดปฏิกิริยากับเมทริกซ์ และเพิ่มพื้นที่ถ่ายเทความร้อนเนื่องจากมีอนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก[ 7 ]
ไมโครพีซีเอ็มสามารถกระจายตัวในน้ำ สารยึดเกาะโพลีเมอร์ ปูน หรือเส้นใยสิ่งทอ ทำให้สามารถรวมเข้ากับวัสดุก่อสร้าง สารเคลือบ และผ้าที่มีคุณสมบัติเฉพาะได้[ 7 ]วัสดุเปลือกหุ้มประกอบด้วยเรซินเมลามีน-ฟอร์มาลดีไฮด์ โพลียูรีเทนโพลี(เมทิลเมทาคริเลต)และล่าสุดคือเปลือกหุ้มอนินทรีย์ที่ทำจากซิลิกาหรือไททาเนียม พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ได้แก่ ประสิทธิภาพการห่อหุ้ม ความหนาของเปลือกหุ้ม ความแข็งแรงเชิงกล และความเสถียรต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในระยะยาว[ 8 ]
การห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูลยังถูกนำมาใช้กับ PCM อนินทรีย์ เช่น เกลือไฮเดรต เพื่อลดภาวะเย็นยิ่งยวดและการแยกเฟส ในขณะที่ยังคงรักษาความเข้ากันได้ของวัสดุกับสารละลายในน้ำและเมทริกซ์ซีเมนต์[ 9 ]ส่งผลให้ PCM ที่ห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูลถูกนำมาใช้มากขึ้นในโครงสร้างอาคาร ปูนฉาบน้ำหนักเบา และสารเคลือบ เพื่อควบคุมอุณหภูมิภายในอาคารและลดภาระการทำความเย็นสูงสุด
เกณฑ์การคัดเลือก
วัสดุเปลี่ยนเฟสควรมีคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกดังต่อไปนี้: [ 10 ]
- อุณหภูมิหลอมเหลวในช่วงอุณหภูมิการทำงาน ที่ต้องการ
- มีค่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลวสูงต่อหน่วยปริมาตร
- มีค่าความร้อนจำเพาะสูง ความหนาแน่นสูง และค่าการนำความร้อนสูง
- การเปลี่ยนแปลงปริมาตรเล็กน้อยในการเปลี่ยนสถานะและแรงดันไอ เล็กน้อย ที่อุณหภูมิใช้งาน ช่วยลดปัญหาการกักเก็บ
- การหลอมเหลวที่สอดคล้องกัน
คุณสมบัติจลศาสตร์
- อัตราการเกิดนิวเคลียสสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการเย็นตัวเกินของเฟสของเหลว
- อัตราการเติบโตของผลึก สูง ทำให้ระบบสามารถตอบสนองความต้องการในการกู้คืนความร้อนจากระบบจัดเก็บได้
คุณสมบัติทางเคมี
- ความเสถียรทางเคมี
- วงจรการแช่แข็ง/ละลายแบบย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์
- ไม่มีการเสื่อมสภาพหลังจากผ่านวงจรการแช่แข็ง/ละลายจำนวนมาก
- วัสดุที่ไม่กัดกร่อน ไม่เป็นพิษ ไม่ติดไฟ และไม่ระเบิด
คุณสมบัติทางเศรษฐกิจ
- ต้นทุนต่ำ
- ความพร้อมใช้งาน
คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์
คุณสมบัติทางเทอร์โมฟิสิกส์ที่สำคัญของวัสดุเปลี่ยนเฟส ได้แก่จุดหลอมเหลว (T m )ความร้อนของการหลอมเหลว (Δ H fus )ความร้อนจำเพาะ ( c p ) (ของเฟสของแข็งและของเหลว) ความหนาแน่น (ρ) (ของเฟสของแข็งและของเหลว) และค่าการนำความร้อนคุณสมบัติทางความร้อนของ PCM ที่เป็นตัวแทนแสดงไว้ด้านล่าง[ 11 ] [ 12 ] สามารถคำนวณ ค่าต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงปริมาตรและความจุความร้อนเชิงปริมาตรได้จากข้อมูลเหล่านี้ ความท้าทายที่สำคัญประการหนึ่งคือค่าการนำความร้อนที่ต่ำโดยธรรมชาติของ PCM หลายชนิด ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงมีการนำสารเติมแต่งที่มีค่าการนำความร้อนสูง เช่นท่อนาโนคาร์บอนกราฟีนและอนุภาคนาโนโลหะมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ อีกประเด็นสำคัญคือภาวะเย็นยิ่งยวด ซึ่ง PCM ยังคงอยู่ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ได้มีการพัฒนาวิธีการแก้ปัญหาต่างๆ เช่น สารก่อผลึกและ เทคนิค การห่อหุ้มเพื่อลดผลกระทบนี้ นอกจากนี้ การขยายตัวของปริมาตรในระหว่างการเปลี่ยนเฟสอาจส่งผลกระทบต่อความเสถียรของวัสดุ ทำให้จำเป็นต้องมีการออกแบบโครงสร้างขั้นสูงและกลยุทธ์การกักเก็บ การศึกษาล่าสุดยังได้สำรวจ PCM ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยนาโนและโครงสร้างคอมโพสิตเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเวลาตอบสนองทางความร้อนและความเสถียรในการหมุนเวียน[ 13 ] [ 14 ] PCM ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยนาโนเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่รวมโฟมโลหะ ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มการนำความร้อน ปรับปรุงประสิทธิภาพในการใช้งานด้านการจัดการความร้อน
| ประเภท PCM | วัสดุ | จุดหลอมเหลว (°C) | ความร้อนแฝง (กิโลจูล/กิโลกรัม) | ค่าการนำความร้อน (W/m・K) |
|---|---|---|---|---|
| สารเปลี่ยนสถานะอินทรีย์ (Organic PCMs) | พาราฟินแว็กซ์ | 20-70 | 150-250 | 0.2-0.4 |
| กรดไขมัน | 20-70 | 150-200 | 0.2-0.3 | |
| สารเปลี่ยนสถานะอนินทรีย์ | เกลือไฮเดรต | 30-120 | 200-350 | 0.5-1.2 |
| PCM โลหะ | 30-1000 | 100-300 | 10-50 | |
| เกลือยูเทคติก | 50-250 | 100-250 | 0.5-2.0 | |
| สารเปลี่ยนสถานะของแข็ง-ของแข็ง | สารเปลี่ยนสถานะที่เสริมด้วยกราฟีน | 30-150 | 150-350 | 1.0-10.0 |
เทคโนโลยี การพัฒนา และการห่อหุ้ม
สารเปลี่ยนสถานะความ ร้อน (PCM) ที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด ได้แก่ เกลือไฮเดรตกรดไขมันและเอสเทอร์และพาราฟิน ชนิดต่างๆ (เช่นออกตาเดเคน ) เมื่อเร็วๆ นี้ของเหลวไอออนิก ก็ได้ รับการศึกษาในฐานะสารเปลี่ยนสถานะความร้อนชนิดใหม่ ด้วยเช่นกัน
เนื่องจากสารละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่ไม่มีน้ำเป็นส่วนประกอบ จึงสามารถสัมผัสกับอากาศได้ แต่สารละลาย PCM ที่มีเกลือเป็นส่วนประกอบทั้งหมดจะต้องถูกห่อหุ้มเพื่อป้องกันการระเหยหรือการดูดซับน้ำ สารละลายทั้งสองประเภทมีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกัน และหากนำไปใช้อย่างถูกต้อง ข้อเสียบางประการก็จะกลายเป็นข้อดีสำหรับการใช้งานบางประเภท
มีการใช้มาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 ในฐานะสื่อกลางสำหรับ การใช้งาน การจัดเก็บความร้อนมีการนำไปใช้งานที่หลากหลาย เช่น การขนส่งแบบแช่เย็น[ 15 ]สำหรับการขนส่งทางราง[ 16 ]และการขนส่งทางถนน[ 17 ]ดังนั้น คุณสมบัติทางกายภาพของพวกมันจึงเป็นที่รู้จักกันดี
อย่างไรก็ตาม ต่างจากระบบกักเก็บความร้อนด้วยน้ำแข็ง ระบบ PCM สามารถใช้งานร่วมกับเครื่องทำความเย็น น้ำแบบทั่วไปได้ทุกชนิด ทั้งสำหรับการใช้งานใหม่หรือการดัดแปลงแก้ไข ระบบการเปลี่ยนสถานะอุณหภูมิในเชิงบวกช่วยให้สามารถใช้กับเครื่องทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยงและแบบดูดซับ รวมถึงระบบทำความเย็นแบบลูกสูบและแบบสกรูทั่วไป หรือแม้แต่ในสภาวะแวดล้อมที่ต่ำกว่าโดยใช้หอระบายความร้อนหรือเครื่องทำความเย็นแบบแห้งเพื่อชาร์จระบบกักเก็บความร้อนได้
เทคโนโลยี PCM ให้ช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย ซึ่งเปิดโอกาสใหม่ให้กับวิศวกรด้านระบบอาคารและ ระบบ ทำความเย็นในการกักเก็บพลังงานความร้อนในอุณหภูมิปานกลางและสูง ขอบเขตของการใช้พลังงานความร้อนนี้ครอบคลุมหลากหลายด้าน เช่น การทำความร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ น้ำร้อน การระบายความร้อน (เช่น หอระบายความร้อน) และการกักเก็บพลังงานความร้อนในวงจรทำความเย็นแบบแห้ง
เนื่องจาก PCM เปลี่ยนแปลงระหว่างของแข็ง-ของเหลวในการหมุนเวียนความร้อน การห่อหุ้ม[ 18 ]จึงกลายเป็นทางเลือกในการจัดเก็บที่ชัดเจน
- การห่อหุ้ม PCM
- การห่อหุ้มระดับมาโคร: การพัฒนาในระยะแรกของการห่อหุ้มระดับมาโครที่มีปริมาตรมากนั้นล้มเหลวเนื่องจากค่าการนำความร้อน ต่ำ ของวัสดุเปลี่ยนสถานะส่วนใหญ่ วัสดุเปลี่ยนสถานะมีแนวโน้มที่จะแข็งตัวที่ขอบของภาชนะ ทำให้การถ่ายเทความร้อนไม่มีประสิทธิภาพ
- การห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูล: ในทางกลับกันการห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูล ไม่มีปัญหาดังกล่าว วิธีนี้ช่วยให้สามารถผสมผสาน PCM เข้ากับวัสดุก่อสร้าง เช่น คอนกรีตได้อย่างง่ายดายและประหยัด นอกจากนี้ PCM ที่ห่อหุ้มด้วยไมโครแคปซูลยังเป็นระบบกักเก็บความร้อนแบบพกพาได้อีกด้วย โดยการเคลือบ PCM ขนาดเล็กด้วยสารเคลือบป้องกัน อนุภาคเหล่านั้นสามารถแขวนลอยอยู่ในเฟสต่อเนื่อง เช่น น้ำได้ ระบบนี้สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นสารละลายเปลี่ยนสถานะ ( PCS )
- การห่อหุ้มระดับโมเลกุลเป็นอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่พัฒนาโดย Dupont de Nemours ซึ่งช่วยให้สามารถบรรจุสารเปลี่ยนสถานะ (PCM) ในสารประกอบโพลีเมอร์ได้ในความเข้มข้นสูงมาก เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถเก็บพลังงานได้มากถึง 515 กิโลจูล / ตารางเมตรสำหรับแผ่นหนา 5 มิลลิเมตร (103 เมกะจูล / ลูกบาศก์เมตร)การห่อหุ้มระดับโมเลกุลยังช่วยให้สามารถเจาะและตัดวัสดุได้โดยไม่มีการรั่วไหลของสารเปลี่ยนสถานะ (PCM)
เนื่องจากวัสดุเปลี่ยนสถานะทำงานได้ดีที่สุดในภาชนะขนาดเล็ก ดังนั้นจึงมักแบ่งออกเป็นช่องๆ ช่องเหล่านี้มีความตื้นเพื่อลดแรงดันสถิต – โดยอิงตามหลักการของรูปทรงภาชนะตื้น วัสดุบรรจุภัณฑ์ควรนำความร้อนได้ดี และควรมีความทนทานเพียงพอที่จะทนต่อการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของวัสดุที่จัดเก็บบ่อยครั้งเมื่อเกิดการเปลี่ยนสถานะ นอกจากนี้ยังควรจำกัดการผ่านของน้ำผ่านผนัง เพื่อไม่ให้วัสดุแห้ง (หรือคายน้ำ หากวัสดุนั้นดูดความชื้น ) บรรจุภัณฑ์ต้องทนต่อการรั่วซึมและการกัดกร่อนด้วยวัสดุบรรจุภัณฑ์ทั่วไปที่แสดงความเข้ากันได้ทางเคมีกับวัสดุเปลี่ยนสถานะที่อุณหภูมิห้อง ได้แก่สแตนเลส โพลีโพรพีลีนและโพลีโอเลฟิน
อนุภาคนาโนเช่น ท่อนาโนคาร์บอน กราไฟต์ กราฟีน โลหะ และโลหะออกไซด์ สามารถกระจายตัวใน PCM ได้ สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ การรวมอนุภาคนาโนจะไม่เพียงแต่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการนำความร้อนของ PCM เท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติอื่นๆ ด้วย เช่น ความจุความร้อนแฝง การเย็นตัวต่ำกว่าจุดเดือด อุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสและระยะเวลา ความหนาแน่น และความหนืด PCM กลุ่มใหม่นี้เรียกว่า NePCM [ 19 ] NePCM สามารถเพิ่มลงในโฟมโลหะเพื่อสร้างส่วนผสมที่มีการนำความร้อนสูงขึ้นได้[ 20 ]
วัสดุคอมโพสิตความร้อน
วัสดุคอมโพสิตความร้อนเป็นคำที่ใช้เรียกการรวมกันของวัสดุเปลี่ยนเฟส (PCMs) และโครงสร้างอื่นๆ (โดยปกติจะเป็นของแข็ง) ตัวอย่างง่ายๆ คือ ตาข่ายทองแดงที่จุ่มอยู่ในขี้ผึ้งพาราฟิน ตาข่ายทองแดงภายในขี้ผึ้งพาราฟินสามารถถือได้ว่าเป็นวัสดุคอมโพสิต เรียกว่า วัสดุคอมโพสิตความร้อน วัสดุไฮบริดดังกล่าวถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ได้คุณสมบัติโดยรวมหรือคุณสมบัติเชิงปริมาตรที่เฉพาะเจาะจง (ตัวอย่างเช่น การห่อหุ้มพาราฟินลงในนาโนสเฟียร์ซิลิคอนไดออกไซด์ที่แตกต่างกันเพื่อเพิ่มอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร และด้วยเหตุนี้จึงทำให้ความเร็วในการถ่ายเทความร้อนสูงขึ้น[ 21 ] )
การนำความร้อนเป็นคุณสมบัติทั่วไปที่มุ่งเป้าไปที่การเพิ่มให้สูงสุดโดยการสร้างวัสดุคอมโพสิตความร้อน ในกรณีนี้ แนวคิดพื้นฐานคือการเพิ่มการนำความร้อนโดยการเพิ่มของแข็งที่มีการนำความร้อนสูง (เช่น ตาข่ายทองแดงหรือกราไฟต์[ 22 ] ) ลงใน PCM ที่มีการนำความร้อนค่อนข้างต่ำ ซึ่งจะเพิ่มการนำความร้อนโดยรวมหรือการนำความร้อนแบบปริมาตร[ 23 ]หาก PCM จำเป็นต้องไหล ของแข็งนั้นจะต้องมีรูพรุน เช่น ตาข่าย
วัสดุคอมโพสิตแข็ง เช่น ไฟเบอร์กลาสหรือเคฟลาร์พรีเพรกสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ มักหมายถึงเส้นใย (เคฟลาร์หรือแก้ว) และเมทริกซ์ (กาว ซึ่งจะแข็งตัวเพื่อยึดเส้นใยและให้ความแข็งแรงในการรับแรงอัด) ส่วนวัสดุคอมโพสิตความร้อนนั้นไม่มีคำจำกัดความที่ชัดเจนนัก แต่ก็อาจหมายถึงเมทริกซ์ (ของแข็ง) และวัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะเป็นของเหลวและ/หรือของแข็งขึ้นอยู่กับสภาวะต่างๆ นอกจากนี้ยังมีการใช้วัสดุเหล่านี้เพื่อค้นหาธาตุขนาดเล็กในโลกด้วย
วัสดุเก็บพลังงานคอมโพสิตแบบเปลี่ยนสถานะแปลงพลังงานแสงเป็นความร้อน (PTCPCESMs)
PTCPCESM เป็นวัสดุเปลี่ยนเฟสแบบผสมที่มีวัสดุโฟโตเทอร์มอล มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากมีค่าการนำความร้อนสูง ประสิทธิภาพการแปลงโฟโตเทอร์มอลสูง ความสามารถในการกักเก็บความร้อนแฝง เสถียรภาพทางกายภาพและเคมี และผลการประหยัดพลังงาน[ 24 ]
PTCPCESM ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุตัวนำฟังก์ชันและ PCM อินทรีย์ ในระหว่างการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว PCM อินทรีย์สามารถดูดซับและปล่อยความร้อนแฝงได้เป็นจำนวนมาก ในขณะเดียวกัน วัสดุตัวนำฟังก์ชันไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพและประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานความร้อนจากแสงเท่านั้น แต่ยังนำเสนอฟังก์ชันการแปลงพลังงานต่างๆ อีกด้วย[ 24 ]การแปลงพลังงานความร้อนจากแสงเกี่ยวข้องกับโครงสร้างแถบพลังงานและคุณสมบัติทางไฟฟ้าอื่นๆ ของวัสดุความร้อนจากแสง ซึ่งมีส่วนช่วยในการดูดซับสเปกตรัมแสงอาทิตย์ที่แตกต่างกัน สิ่งนี้ทำได้โดยใช้วัสดุต่างๆ เช่น โครงสร้างนาโนคาร์บอน (เช่น กราฟีน, CNTs) อนุภาคนาโนพลาสมอนิก (เช่น Au, Ag) และสารกึ่งตัวนำ (เช่น TiO 2 , MoS 2 ) PCM ทั่วไป ได้แก่ วัสดุอินทรีย์ (พาราฟิน, กรดไขมัน) และวัสดุอนินทรีย์ (เกลือไฮเดรต, โลหะผสม)
นักวิจัยได้ทำงานเกี่ยวกับ PTCPCESM ที่มีประสิทธิภาพสูง รูปแบบผสมของวัสดุคอมโพสิตเปลี่ยนเฟสแบบสองฟังก์ชันที่รวมเข้ากับวัสดุเปลี่ยนเฟสและวัสดุแปลงความร้อนจากแสงสามารถบรรลุประสิทธิภาพการแปลงความร้อนจากแสงได้ถึง 51.25% และไม่แสดงการรั่วไหลที่อุณหภูมิต่ำกว่า 60 °C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง[ 25 ]นักวิจัยบางคนได้สังเคราะห์วัสดุแปลงและกักเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์ที่มีรูปแบบคงที่แบบใหม่โดยการรวมนาโนทิวบ์คาร์บอนผนังเดี่ยวที่มีฟังก์ชันอะมิโนเข้ากับ PCM โพลียูรีเทนที่ใช้โพลีเอทิลีนไกลคอลเป็นฐาน และบรรลุประสิทธิภาพการแปลงและกักเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้ถึง 89.3% [ 26 ]
ความก้าวหน้าล่าสุดในวัสดุเปลี่ยนสถานะ
การพัฒนา PCM ประสิทธิภาพสูง
งานวิจัยล่าสุดมุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพและความเสถียรของ PCM ผ่านนวัตกรรมวัสดุ PCM คอมโพสิตอินทรีย์-อนินทรีย์ใหม่ เช่น ระบบไมโครแคปซูลที่ใช้พาราฟินและเกลือไฮเดรตที่มีการนำความร้อน สูงขึ้น ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกักเก็บพลังงานที่ดีขึ้น[ 27 ]นอกจากนี้โครงสร้างโลหะอินทรีย์ (MOFs) ยังได้รับการศึกษาในฐานะตัวเลือก PCM ที่มีศักยภาพ เนื่องจากคุณสมบัติการเปลี่ยนเฟสที่ปรับได้และความหนาแน่นในการกักเก็บความร้อนสูง[ 28 ]
การประยุกต์ใช้ในการจัดเก็บและจัดการพลังงาน
วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) ได้ถูกนำมาใช้มากขึ้นในระบบจัดเก็บพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานพลังงานหมุนเวียน แนวทางที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือการบูรณาการ PCM เข้ากับหน่วยจัดเก็บพลังงานความร้อนสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม[ 29 ]ด้วยการลดความผันผวนในการผลิตพลังงาน วัสดุเหล่านี้ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของแหล่งพลังงานหมุนเวียน นอกจากนี้ การรวม PCM เข้ากับ ระบบ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการจัดการกับการเกิดความร้อนสูงเกินไป ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาหน้าต่างและผนังอัจฉริยะที่เสริมด้วย PCM เพื่อควบคุมอุณหภูมิภายในอาคารและลดการใช้พลังงานของอาคารได้มากถึง 30% [ 33 ]ระบบปั๊มความร้อนที่รวม PCM เข้าไปด้วยยังแสดงให้เห็นถึงการประหยัดอย่างมีนัยสำคัญในการใช้งานด้านการทำความร้อนและการทำความเย็น
ความท้าทายและโอกาสในอนาคต
แม้ว่าจะมีข้อดีมากมาย แต่การใช้งานวัสดุเปลี่ยนเฟสเพื่อกักเก็บความร้อนบางประเภทก็เผชิญกับความท้าทายที่ต้องได้รับการแก้ไขเพื่อให้สามารถนำไปใช้ได้อย่างแพร่หลาย ในหลายกรณี ค่าการนำความร้อนต่ำของวัสดุอินทรีย์เป็นข้อจำกัดที่สำคัญ
เพื่อแก้ไขความท้าทายข้างต้น กำลังดำเนินการเพื่อรวมสารเติมแต่งที่มีการนำความร้อนสูง เช่นกราฟีนและ ท่อ นาโนคาร์บอน[ 34 ]
อีกข้อกังวลหนึ่งคือเสถียรภาพในระยะยาวของวัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) เนื่องจาก การเปลี่ยนสถานะซ้ำๆ อาจนำไปสู่การเสื่อมสภาพของวัสดุในกรณีของ PCM อินทรีย์ และการแยกสถานะในกรณีของเกลือไฮเดรตบางชนิด แม้ว่าโดยปกติแล้วจะสามารถย้อนกลับได้โดยการ "ให้ความร้อน" กับ PCM เพื่อให้วัสดุทั้งหมดกลับคืนสู่สถานะเดียวกัน
เทคนิคการห่อหุ้มและสารเติมแต่งเสถียรภาพแบบใหม่กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อเอาชนะปัญหาเหล่านี้[ 35 ]ในอนาคต คาดว่าความก้าวหน้าใน PCM ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยนาโนและวัสดุไฮบริดจะช่วยขยายการใช้งานให้กว้างขวางยิ่งขึ้น ทำให้วัสดุเหล่านี้เป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีประหยัดพลังงานในอนาคต
อย่างไรก็ตาม มีการใช้งานบางประเภทที่ไม่มีอุปสรรคดังกล่าว หากมีวัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) ที่เหมาะสม เช่น การกักเก็บความร้อนแบบแอคทีฟที่ประกอบด้วยเกลือไฮเดรตในภาชนะขนาดใหญ่ที่มี PCM อยู่ภายใน โดยมีการชาร์จและคายประจุผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
แอปพลิเคชัน
การประยุกต์ใช้[ 36 ] [ 37 ]ของวัสดุเปลี่ยนเฟส ได้แก่ แต่ไม่จำกัดเพียง:
- การกักเก็บพลังงานความร้อน
- การปรุงอาหารด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
- แบตเตอรี่พลังงานความเย็น
- การปรับสภาพอาคารเช่น 'ห้องเก็บน้ำแข็ง'
- การระบายความร้อนของเครื่องยนต์ความร้อนและเครื่องยนต์ไฟฟ้า
- การทำความเย็น: อาหาร เครื่องดื่ม กาแฟ ไวน์ ผลิตภัณฑ์นม เรือนกระจก
- การชะลอการก่อตัวของน้ำแข็งและน้ำค้างแข็งบนพื้นผิว[ 38 ]
- การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์: การขนส่งเลือด โต๊ะผ่าตัด การบำบัดด้วยความร้อนและความเย็น การรักษาภาวะขาดออกซิเจนในทารกแรกเกิด[ 39 ] [ 40 ]
- การระบายความร้อนของร่างกายมนุษย์ภายใต้เสื้อผ้าหรือเครื่องแต่งกายที่หนาเทอะทะ
- การนำความร้อนเหลือทิ้ง กลับมาใช้ประโยชน์
- การใช้พลังงานนอกช่วงเวลาเร่งด่วน : การทำน้ำร้อนและการทำความเย็น
- ระบบปั๊มความร้อน
- ระบบกักเก็บความร้อนแบบพาสซีฟในอาคาร /สถาปัตยกรรมชีวภูมิอากาศ ( HDPE , พาราฟิน)
- การปรับลด อุณหภูมิ สูงสุดที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาคายความร้อนในปฏิกิริยาเคมี
- โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์
- ระบบระบายความร้อนของยานอวกาศ
- ความสบายทางความร้อนในยานพาหนะ
- การป้องกันความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
- การรักษาอุณหภูมิของอาหาร: การขนส่ง, ธุรกิจโรงแรม, ไอศกรีม ฯลฯ
- สิ่งทอที่ใช้ในการทำเสื้อผ้า
- ระบบทำความเย็นทางเข้ากังหันพร้อมระบบกักเก็บพลังงานความร้อน
- ห้องเก็บอุปกรณ์โทรคมนาคมในเขตร้อน ทำหน้าที่ปกป้องอุปกรณ์ที่มีมูลค่าสูงภายในห้องเก็บ โดยรักษาอุณหภูมิภายในห้องให้ต่ำกว่าอุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาต ด้วยการดูดซับความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานสูง เช่นระบบสถานีฐาน (Base Station Subsystem ) ในกรณีที่ระบบทำความเย็นแบบเดิมขัดข้อง วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) จะช่วยลดการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลซึ่งสามารถนำไปสู่การประหยัดค่าใช้จ่ายอย่างมหาศาลในสถานีโทรคมนาคมหลายพันแห่งในเขตร้อน
ประเด็นเรื่องอัคคีภัยและความปลอดภัย
สารเปลี่ยนสถานะประเภทเกลือไฮเดรตประกอบด้วยน้ำประมาณ 50% และไม่ติดไฟ โดยทั่วไปประกอบด้วยเกลือทั่วไปซึ่งพบได้ในน้ำทะเล มักไม่เป็นพิษ (แม้ว่าจะมีความกัดกร่อน) และโดยหลักการแล้วสามารถกำจัดทิ้งได้หากไม่ต้องการใช้แล้ว โดยการทิ้งลงทะเลซึ่งเป็นแหล่งที่มา
โดยทั่วไปแล้ว สารเปลี่ยนสถานะอินทรีย์ (Organic PCMs) นั้นติดไฟได้ง่าย บางชนิดก็เป็นพิษ และอาจมีสารอะโรมาติกหรือสารพิษอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อยจากการกลั่นปิโตรเลียม เนื่องจากกระบวนการกลั่นมักไม่สมบูรณ์
ด้วยเหตุนี้ การเลือกและการใช้งานสารเปลี่ยนสถานะ (PCM) จึงต้องดำเนินการอย่างระมัดระวัง โดยสอดคล้องกับกฎหมายเกี่ยวกับอัคคีภัยและอาคาร รวมถึงหลักวิศวกรรมที่ดี เนื่องจากมีความเสี่ยงต่อการเกิดอัคคีภัย ควัน และโอกาสการระเบิดที่เพิ่มขึ้นเมื่อบรรจุในภาชนะ จึงควรหลีกเลี่ยงการใช้สารเปลี่ยนสถานะที่ติดไฟได้ในอาคารที่พักอาศัยหรืออาคารที่มีผู้คนอาศัยอยู่เป็นประจำ ควรขอเอกสารข้อมูลความปลอดภัย (Safety Data Sheet) จากผู้จำหน่าย
ดูเพิ่มเติม
แหล่งที่มา
- วัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCM) สำหรับการจัดเก็บพลังงานและตัวอย่างการใช้งานทั่วโลก โดย Zafer URE M.Sc., C.Eng. MASHRAE HVAC Applications
- หลักการออกแบบระบบระบายความร้อนแบบพาสซีฟโดยใช้สารเปลี่ยนสถานะ และตัวอย่างการใช้งานทั่วโลก โดย Zafer URE M.Sc., C.Eng. MASHRAE การประยุกต์ใช้การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ
อ่านเพิ่มเติม
- Raoux, S. (2009). "วัสดุเปลี่ยนสถานะ". วารสาร Annual Review of Materials Research . 39 : 25– 48. Bibcode : 2009AnRMS..39...25R . doi : 10.1146/annurev-matsci-082908-145405 . S2CID 137035578 .
- เรื่องการเปลี่ยนแปลงสถานะมีความสำคัญ (บล็อกอุตสาหกรรม)
- https://climator.com/sv/pcm-losningar/ (Climator Sweden AB)
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วัสดุเปลี่ยนสถานะ
วัสดุเปลี่ยนสถานะ ( PCM ) คือสารที่ปล่อย/ดูดซับพลังงานได้เพียงพอในระหว่าง การเปลี่ยนสถานะ เพื่อให้ได้ความร้อนหรือความเย็นที่เป็นประโยชน์ โดยทั่วไป...
การจำแนกประเภทของวัสดุเปลี่ยนสถานะ
วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCMs) ที่ใช้สำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนโดยทั่วไปจะถูกจำแนกตามองค์ประกอบทางเคมีและพฤติกรรมการเปลี่ยนเฟส บทวิจารณ์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามกลุ่มใหญ่ ได้แก่ PCMs อินทรีย์ อนินทรีย์ และยูเทคติก และเมื่อไม่นานมานี้ PCMs...
สารเปลี่ยนสถานะอินทรีย์ (Organic PCMs)
สารเปลี่ยนสถานะ อินทรีย์ (Organic PCMs) ส่วนใหญ่มีพื้นฐานมาจาก พาราฟินแวกซ์ (แอลเคนเชิงเส้น) และสารอินทรีย์ที่ไม่ใช่พาราฟิน เช่น กรดไขมัน แอลกอฮอล์ไขมัน และโพลีออล [ 1 ] พวกมันมีการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างแคบ...
เกลือไฮเดรตอนินทรีย์และสารเปลี่ยนสถานะอนินทรีย์อื่นๆ
สารเปลี่ยน สถานะอนินทรีย์ (Inorganic PCMs) ได้แก่ เกลือไฮเดรต (เช่น โซเดียมซัลเฟตเดคา ไฮ เดรต แคลเซียมคลอ ไรด์เฮกซาไฮเดรต) เกลือปราศจากน้ำ ออกไซด์ และโลหะผสม [ 2 ] เกลือไฮเดรตได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางสำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนที่อุณหภูมิต่ำและปานกลาง...