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储热技术及应用[3]:液态金属在储热领域的应用

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发表于 2020-12-27 22:23:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
液态金属(图1)是一类常温下呈液态状态的低熔点合金,又称低熔点金属,主要有镓基合金、铋基合金及其衍生金属材料。液态金属具有优异的导热、导电性,而且性质稳定、常温下不与空气和水反应,不易挥发、无毒。作为相变材料,液态金属从固态到液态相变过程中金属键被破坏,所需的能量比其他非金属相变材料大,即体积相变潜热大。因此,液态金属尤其适用于对控温精度要求高、热流密度高、体积受限、均温效果及对可靠性要求高的场合,广泛应用于太阳发电、余热回收、电子器件热管理领域。
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图1 液态金属
1.太阳能发电应用近年来液态金属及其合金(合金熔点温度更低)在太阳能发电领域已成为最具竞争力的能量载体之一。与传统的熔盐储能(图2)相比,液态金属使用温度范围大(最高可达1000℃) ,化学稳定性好,温度上限对储能限制小,热导率和传热效果在同等条件下(如300℃ )为熔盐的十倍,具有优越的储热能力。因此,采用液态金属及合金作为储能介质,能够代替传统的导热油、熔盐的介质,对于提高太阳能储能电站的经济性具有重要意义。 2.png 图2 传统熔融盐太阳能发电系统作为一种新型储能电池,液态金属电池是液态金属在太阳能领域应用的另一种方式。液态金属电池(图3)具有液态金属电极,通过液态金属的氧化还原反应,实现化学能和电能的相互转化,具有低成本、长寿命、高电流密度、高能量效率等特点。液态金属电池储能的太阳能光热发电系统能够实现液态金属电池储能与太阳能光热发电的结合,同时实现对太阳能进行平稳持续的利用。 3.png 图3 液态金属电池
2.余热回收应用当前在钢铁、冶金、石油、化工、电力等行业中,存在着丰富的烟气余热资源。如果直接将烟气排放到大气当中,将会造成能源浪费和环境污染,余热回收利用可有效解决这些问题。烟气余热回收多采用换热器加热空气、水等方法进行热能回收。但是以水或者空气作为传热介质,存在传热效率低、易堵塞,维护不方便、体积大、使用寿命短等问题,在使用上受到一定限制。中国科技人员设计了一种基于液态金属传热的烟气余热回收系统,如图4所示。该系统采用液态金属作为传热介质,由于液态金属具有远高于非金属流体如水、空气乃至其他液体的热导率,因而将其作为传热流体时,可以加快热循环和余热回收的效率,并可以由较小的体积实现较好的散热效果,且不受安装位置限制。此外,采用不同的液态金属可以用于回收不同温度的余热,并且可以实现显热和潜热的同时回收。液态金属的导电性也决定了它可以采用无运动部件的电磁泵来驱动。而且,系统内液态金属进行封闭循环,不会对环境造成影响。使用该系统可以实现高效、灵活、可靠、低耗的运行。 4.png 图4 烟气余热回收系统
3.电子器件热管理应用液态金属可用于芯片热冲击防护和中低温区间的热能储存。芯片或电子器件的热控应用主要包括智能手机和高密度移动硬盘等间断性使用的设备。中国科研人员提出采用液态金属镓作为理想的相变材料来调节智能手机的温度,设计实验研究对比无相变材料和分别填充石蜡、正十二烷、十水硫酸钠、液态金属镓容器五种工况下,智能手机降温的温度变化和保温时间。实验装置如图5所示。将填充有相变材料的容器与CPU芯片的加热器采用导热硅连接,用导线连接加热器和直流电源。液态金属在熔化或凝固过程中交换的大量潜热,为移动电子设备提供了一种高效、智能的调温效果,如何改善液态金属的过冷度是目前面临的重要挑战。 5.png 图5 实验装置
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中国热管理产业技术创新战略联盟 原创发布

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