1、非直接接觸為了提高熱導率，相變材料裝在淺而大的盤狀容器中；也可以將PCM裝入有導熱流體包圍的小圓柱管中；或者是殼管換熱器的殼中。部分填充PCM的蜂窩結構，以及將PCM置于球狀的塑料容器中（即相變膠囊），很好的解決了相變時體積變化導致泄漏、導熱面積減小引起熱阻增大的問題。組合相變材料直接接觸的換熱器固固相變材料水和鹽與不溶流體的使用，擾動解決了PCM的過冷和相隔離的問題，而且微/納膠囊較大的面積/體積比，使得導熱率加強。材料在固態、液態、氣態中發生轉變的過程叫做相變。材料在相變過程中，會放熱或者吸熱，而物體會維持恒溫。而這種特性為我們熱控制帶來了福音。相變材料是由多組分構成的,包括主儲劑、相變點

2、調整劑、防過劑、防相分離劑、相變促進劑組分。相變材料的分類：按照其相變過程可分為固固相變、固液相變、固氣相變和液氣相變材料四種，目前應用較多的是固液相變材料。按照其化學組成可分為無機相變材料、有機相變材料和復合相變材料。無機相變材料包括結晶水合鹽（可逆性不好）、熔融鹽、金屬合金等無機物;有機相變材料包括石蠟、羧酸、酯、多元醇等有機物;混合相變材料主要是有機和無機共融相變材料的混合物。（多種相變材料混合可以獲得合適的相變溫度）三種各自的特點存在的問題：過冷、相分離、相變時體積變化、腐蝕容器、液相泄露；有機相變材料熔點低，易燃、導熱率低。近年來出現的產品：為解決固液相變時泄露和腐蝕，產生了膠囊相變

3、材料，為增加表面積/體積比，微/納米膠囊相變材料及其應用；定型相變材料綜合了是將相變材料與高分子材料復合，既避免固-固相變材料潛熱低的問題，又回避了固液相變材料液體泄露的問題；金屬泡沫相變材料等相變材料,應滿足的要求有:合乎需要的相變溫度;足夠大的相變潛熱;性能穩定,可反復使用;相變時的膨脹收縮性小;導熱性好,相變速度快;相變可逆性好,原料廉價易得等。改善相變材料導熱性能的辦法是，在相變材料中加人金屬、陶瓷材料和熱解石墨等導熱系數高的填料，填料通常有以下結構形式:粉末、纖維、肋片及蜂窩；利用2種或者3種相變溫度不同的材料按相變溫度高低順序進行放置，可得到合適的相變溫度點，同時加快導熱速度。1)

4、、添加粉末、纖維填料會導致導熱系數增加程度有限。例如，在石蠟中添加20%重量比的A1粉末，表觀導熱系數為0.48W/mK，導熱系數增加了不到3倍(原石蠟導熱系數為0.15W/mK);相變熱控裝置的溫度均勻性難以保持。在相變材料中添加粉末、纖維填料，很難保證填料始終均勻分布在相變材料中，長期運行會導致聚集、沉淀等不良后果，導致其強化傳熱性能逐漸降低，并使得相變熱控裝置的溫度均勻性變差;2)、添加肋片、蜂窩填料會導致相變材料的充裝性差。使用填料增加相變材料導熱性能，需保證相變材料的可充裝性。使用肋片、蜂窩填料時，由于每個肋片或蜂窩間沒有空隙，相變材料充裝時非常困難，只有采取打孔或預留空間等辦法解決

5、，但會影響裝置的強度及傳熱性能，效果不好;肋片、蜂窩填料與相變熱控裝置殼體熱阻大。由于肋片、蜂窩墳料是由很薄的金屬片制成，無法用焊接工藝將它和殼體金屬板聯接，只能采用膠粘的方法，顯然，這將增加接觸熱阻，降低裝置傳熱性能。 2002年，南京理工大學將高孔隙率通孔型泡沫鋁或泡沫石墨等材料用于相變儲熱單元，設計、制造了高傳熱性能的相變儲熱裝置(見圖5所示)，試驗側試結果表明泡沫功能材料增加了相變材料的導熱系數，提高了相變儲熱單元的傳熱性能，提高了相變熱控裝置的溫度均勻性、可充裝性及可靠性。例如，孔隙率為92 %的泡沫鋁與石蠟的組合表觀導熱系數可達5W/m.K以上，導熱系數提高了30倍以上。而且，由于

6、所采用的泡沫鋁為通孔型，且孔徑在4mm以上，相變材料很容易充滿整個裝置，不會產生死角，泡沫鋁相變熱控裝置充裝性能好。另外，由于泡沫鋁的孔隙率大(92%以上)，相變傳熱裝置使用的泡沫鋁重量輕，用于航天器或行星登陸車熱控將不會使相變裝置的重量及儲能量有太大變化40應用和封裝方面的總結（民用產品的啟示，包括封裝結構和預冷預熱等）:儲能利用，如用在建筑、太陽能熱水器、工業廢熱利用、太陽帆板電池、功能工質、醫用暖片作為散熱器的中間部分，緩沖散熱：1. 對周期性的，間斷性的大功率熱載荷可以減小散熱面2. 與主動熱控的強制對流、自然對流等措施結合（風扇排熱或者液體工質散熱），通過增加熱容來增強熱控系統的熱控

7、能力；若預先加熱或者冷凍，可進一步提高其熱控能力或者增加熱控系統的安全系數。即能承擔更大的熱載荷。如大型電池的控溫。3. 與熱管結合使用，可將某一部分的廢熱用來控制其他部分的溫度水平恒溫控制:由于相變時溫度維持在相變點，可實現對對溫度敏感的電子元器件的精確控溫 航天服 軍事上隱身：通過隱藏設備溫度，改變紅外光譜，而起到隱形或者隱身的作用。相變材料應用于航天領域利用相變材料熔化時吸收大量潛熱、凝固時放出大量潛熱的特性，由于相變熱控裝置只發生物理狀態的轉變、無運動部件且不消耗航天器能量、可靠性高，特別適用于航天器內周期性工作的大功率儀器設備或受周期性高熱流影響的設備的溫度控制。可用于月球車間斷性工

8、作的電子設備，以保證月球車電子設備溫度維持恒定，不受月球外表面的溫度巨幅變化的影響，也不受月球車內儀器的發熱變化的影響。 相變材料已成功應用于航天器熱控領域，在行星登陸車上也有許多應用。例如，在“阿波羅15號”飛船的月球車上，采用了三個相變材料裝置，第一個裝置是將相變材料與信號運算器和電池相連，月球車出動執行任務時，信號運算器產生的熱量被相變材料吸收，使之熔化;月球車返回后，將相變材料儲存的熱量通過輻射器向空間發散，相變材料重新凝固，為下次出動執行任務做好準備。第二、第三個裝置將相變材料分別與驅控電子組件和月球通訊繼電器連成一體。月球車出動時，后者產生的熱量由相變材料吸收，返回后通過百葉窗輻射

9、器散熱，為再次工作做好準備。另外，相變材料用來保持阿波羅登月中宇航服系統的溫度。美國03 /05火星漫游車也應用了十二烷相變材料來控制鋰電池的溫度，該相變儲熱單元與可變熱導LHP組合使用，火星登陸車的電池裝在儲熱裝置中，通過相變材料的熔化、凝固維持電池的溫度水平川(見圖4)。相變控溫的特點1.它屬于吸收型被動溫控，與常規散熱型有很大的不同。它不靠溫差散熱，因此不受外界環境溫度變化的影響，使元件或設備始終穩定在需要的溫度上。尤其在大功率密度和要求低的平衡溫度時，是常規散熱無法解決的難題，而采用相變溫控可迎刃而解。在低氣壓或真空條件下需要散熱的設備采用這種溫控技術效果更好。2.與主動溫控比較，它不

10、用電，沒有運動部件，可用于振動、沖擊、加速度等惡劣的力學條件下工作，可靠性很高。3.在一定條件下，它可取代水冷和風冷進行散熱，如對半導體致冷器件的熱端溫控，不用水冷或風冷，節水節電，具有較大的經濟價值。4.它在低溫條件下(如一40)工作，它還儲存熱能，可使設備以極大的速率恢復到正常的工作溫度。5.它能周期性工作，長久使用。6.在低的平衡溫度條件下，它比熱沉法散熱器體積可縮小2.6倍左右;重量可減輕4.5倍左右。7.工藝較復雜。航天應用1.電子元器件組件的溫控2.熱能儲存在電子組件的溫控中，相變材料儲存和釋放能量的過程可以推廣到熱環境發生變化的航天器上。例如一個沿著地球軌道飛行的衛星，會遇到出入

11、地球陰影發生強烈變化的周期性熱環境，在這種情況下，可用相變材料將太陽能儲存起來，阻尼軌道周期中產生大的溫度變化。例如一個載人艙，在整個軌道中要求兒乎等溫的條件，可用一層相變材料包絡整個載人艙，吸收或釋放軌道中太陽能，為艙內提供一個接近相變材料熔點的等溫條件。在無大氣的行星或月球上著陸的航天器也會遇到強烈變化的熱環境。由于星體的自轉，存在著白天和黑夜，又由于沒有空氣調節，白天黑夜溫差很大。著陸的航天器用相變材料屏蔽起來，白天儲存太陽能，夜間放出能量用于保溫，可使艙內人員和設備正常工作。3.長距離溫控實現長距離溫控，可用熱管將熱源與中心相變材料溫控系統連結起來，遠距離的熱源發出的熱通過熱管被相變材

12、料吸收，這部分熱又可用于其他部件的溫控。這種將廢熱又轉變成有用能量的措施，對長距離空間航程是很有價值的。4.精密儀器溫控對于溫度范圍要求很嚴格的高敏感儀器，如制導和控制儀器中的導航陀螺，其溫度精度必須維持在0.5k以內，才能保證正常工作。采用相變材料進行溫控可使這些儀器溫度維持在一個很小的范圍內。5.孤立元件溫控裝在天線、航天器外邊的帆板彬條上以及輻射器上的儀器，在結構上遠離主航天器，對這些儀器或元件采取主動溫控往往是不可能的或者是很困難的。采用相變材料對這些部件進行溫控則是很有效的。并且使主飛行器和這些部件之間避免了使用熱管、接熱片等，可大大減輕重量并增加可靠性。相變材料種類及優缺點比較：目

13、前相變儲能材料的復合方法有以下幾種:膠囊型相變材料、與高分子材料復合制備定形相變材料、將相變材料吸附到多孔基質中相變儲能材料使用存在的問題：耐久性、經濟性、儲能密度耐久性問題。首先,相變材料在循環相變過程中熱物理性質的退化。其次,相變材料從基體材料中泄露出來,表現為在材料表面結霜。再則,相變材料對基體材料的作用,在相變過程中產生的應力使得基體材料容易破壞相變貯熱材料,尤其有機相變材料,往往存在熱導率較低,導熱性較差之不足；為解決固液相變材料液相泄露和無機鹽對容器的腐蝕問題,把固液相變材料封閉在球形的膠囊中,Hawlader等以石蠟為相變材料,以阿拉伯膠囊體材料,制備了定形相變貯熱材料；復合型相

14、變貯熱材料,相變溫度可以根據需要來調節,兼具有無機相變材料和有機相變材料的種種優點,受到廣泛的關注。理想的固-液相變材料應具有以下性質:(1)熔化潛熱高,從而在相變中能貯能或放出較多的熱量;(2)相變溫度適當,能滿足需要;(3)固-液相變的可逆性好,能盡量避免過冷或過熱現象;(4)固-液兩相導熱系數大;(5)固-液相變過程有較小的膨脹收縮性;(6)相變材料的密度大,比熱容大;(7)無毒,無腐蝕性;(8)成本低,制造方便。目前國內外研制的固-液相變材料主要有:(1)無機水合鹽。這類材料熔化熱大,導熱系數高,相變時體積變化小。但由于它們的結晶水模數在相變中有變化,使得相變的可逆性變差,有過冷范圍且

15、有腐蝕性。(2)有機物。用作固-液相變的有機物常是一些醇、酸、高級烷烴等,由于官能團不同,它們在性質上相差很大。有些材料具有合適的相變溫度和較高的潛熱,并且無毒、無腐蝕性。但有些材料在高溫或強氧化劑存在時會燃燒、分解等,因此要加以選擇,以確保安全。與顯熱儲能相比,相變儲能具有儲能密度高、體積小巧、溫度控制恒定、節能效果顯著、相變溫度選擇范圍寬、易于控制等優點,在航空航天、太陽能利用、采暖和空調、供電系統優化、醫學工程、軍事工程、蓄熱建筑等眾多領域具有重要的應用價值和廣闊的前景。從材料的化學組成來看,可分為無機相變材料、有機相變材料和混合相變材料三類。無機相變材料包括結晶水合鹽、熔融鹽、金屬合金

16、等無機物;有機相變材料包括石蠟、羧酸、酯、多元醇等有機物;混合相變材料主要是有機和無機共融相變材料的混合物。通常,相變材料是由多組分構成的,包括主儲劑、相變點調整劑、防過劑、防相分離劑、相變促進劑組分。而有機物相變材料則相變潛熱低,而且易揮發、易燃燒、價格昂貴。作為相變材料,應滿足的要求有:合乎需要的相變溫度;足夠大的相變潛熱;性能穩定,可反復使用;相變時的膨脹收縮性小;導熱性好,相變速度快;相變可逆性好,原料廉價易得等。固-液相變材料主要優點是價格便宜,但是存在過冷和相分離現象,從而導致儲能不理想;易產生泄漏問題,污染環境;腐蝕性較大,封裝容器價格高等缺點5。與固-液相變材料相比,固-固相變

17、材料具有不少優點。可以直接加工成型,不需容器盛裝;固-固相變材料膨脹系數較小,相變時體積變化較小;不存在過冷和相分離現象,不需要加入防過冷劑和防相分離劑;毒性很低,腐蝕性很小;無泄漏問題,對環境不產生污染;組成穩定,相變可逆性好,使用壽命長;裝置簡單,使用方便。固-固相變材料主要缺點是相變潛熱較低,價格較高。無機物相變材料一般具有腐蝕性、存在過冷和相分離的缺點，而有機物相變材料則存在導熱系數低、部分有機物相變材料還存在性能不穩定的缺點有機相變材料具有相變溫度適應性好、相變潛熱大、理化性能穩定、在固態時成型性較好等諸多優點；但是有機相變材料導熱性能較低,密度小,相變過程中體積變化大,并且有機物熔

18、點較低,不宜在高溫場所中應用,且易揮發,易燃無機物主要包括高溫熔融鹽、部分堿及混合鹽。高溫熔融鹽主要有氟化鹽、氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽等,它們具有較高的相變溫度,從幾百攝氏度至幾千攝度,因而相變潛熱較大。堿的比熱高,熔化熱大,穩定性好,在高溫下蒸汽壓力很低,且價格便宜,是一種較好的中高溫儲能物質。混合鹽熔化熱大,熔化時體積變化小,傳熱較好,最大的優點是物質的熔融溫度可調,可以根據需要把不同的鹽配制成相變溫度從幾百攝氏度至上千攝氏度的儲能材料。無機物類相變材料的導熱系數也較低,而且還存在與容器的相容性問題,金屬及其合金導熱系數高,相變潛熱大但是金屬相變材料的相變溫度都比較高,且硅鋁合金相變儲熱材料

19、的缺陷在于合金處于高溫液態時化學活性比較強,容易與容器發生化學反應,所以樣品與容器的相容性問題成為硅鋁合金相變儲熱材料應用的關鍵。相變儲能材料的導熱強化，克服單純相變儲能材料存在的導熱系數低,有腐蝕性等缺點。與金屬復合的相變復合材料、與陶瓷復合的相變復合材料和與碳質納米材料復合的相變復合材料。金屬基主要包括鋁基(泡沫鋁)和鎳基等,相變儲能材料主要包括各類熔融鹽和堿。金屬作為強化材料可以提高材料的導熱性能,但是金屬在高溫下化學活性比較強,容易與容器發生反應,并且成本比較高,所以只能用于特殊的用途。與陶瓷復合提高相變儲能復合材料導熱性能陶瓷基相變儲能復合材料主要是將相變材料分布于陶瓷基體的超微多孔

20、網絡中,相變材料受熱熔化時吸收潛熱,而液態相變材料受陶瓷基體毛細張力的作用不會流出,從而使相變前后維持復合材料原來的形狀。主要優點有:可供選擇的無機鹽種類多;可同時利用顯熱和潛熱,蓄熱密度大;無需封裝,不存在腐蝕問題;不存在過冷和相分離的問題。無機鹽/陶瓷基復合相變儲能材料15具有獨特的蓄熱性能和機械性能,可用于工業余熱回收、太陽能、電力調峰等領域,目前備受關注的是Glck A16等和張仁元17等研究的用無機鹽/陶瓷基復合儲能材料代替工業窯爐中的顯熱耐火磚和用于空間站太陽能發電系統的蓄熱器。微/納米膠囊相變材料的應用3.1建筑領域在建筑材料中添加PCM的一種成功的方法就是將MCPCM混入磚瓦、

21、墻板、天花板、地板等建筑結構材料中進行太陽能貯存20,21。白天接受太陽輻射，吸收太陽能，夜間釋放出來以保持室內溫度，減少室內溫度波動，使室內保持良好的熱舒適，減少空調系統的設備容量，轉移用電負荷。在沙漠和溫差較大的地區特別有效。3.2紡織服裝領域將MCPCM與普通纖維共混后熔融紡絲制備可調溫纖維，或者也可直接進行織物涂層整理22，23。其用途有很多方面，例如，相變材料微膠囊可應用在民用服裝如運動服裝上。運動員在進行劇烈的運動時，會產生大量的熱量，體內的微氣候的溫度急劇升高，從而人體的溫度也急劇升高。在運動服裝上應用相變材料微膠囊，可以利用相變材料微膠囊吸收存儲和重新釋放身體的熱量，避免身體過

22、熱與發冷，使身體始終保持較舒適的狀態。蓄熱調溫紡織品還可應用于職業服裝如消防服、野戰服、冷庫工作服、潛水服飛行服等以及室內裝飾、床上用品和睡袋方面。此外，還可具有醫療用途24，涂層織物用于手術服，可防止液體透過，防止部分細菌感染。蓄熱調溫織物用做醫用恒溫繃帶，可防止局部溫度過高，防止出汗引起傷口感染，影響傷口愈合，也可防止凍傷。還可用于燒傷病人服裝。3.3軍事領域MCPCM還可用于軍事紅外線偽裝領域25。將MCPCM分散在基質中以涂料或遮障的形式用于軍事目標上，通過改變、調節相變物質的含量、組成等，使其盡可能吸收目標放出的熱量，使得軍事目標的溫度與周圍環境的溫度保持相同，從而可以達到最佳的偽裝

23、效果。3.4功能熱流體領域功能熱流體是指熱流體為連續相、其他添加劑(有相變或沒有相變)為分散相的多功能流體26。在傳熱流體中添加可發生相變（固液或固固相變的微膠囊是當前功能熱流體研究領域的一個熱點問題。將相變材料包裹在微膠囊狀的殼體內形成潛熱微封裝材料，并將其添加到液體工質中，可提高熱流體的比熱容，從而起到強化傳熱的作用。在熱流體中添加納米膠囊相變材料并將得到的熱流體稱為功能納米相變熱流體。功能納米相變熱流體除保留微膠囊相變熱流體的優點外，因相變材料在尺度上從微米級變為納米級，增大了表面積與體積的比率，從而提高了傳熱速率；此外，功能熱流體的輸送泵功也將減小，并大大降低長時間運行時粒子之間碰撞破

24、壞的可能性，相變材料的相變效率也將提高。在MCPCM（微膠囊）中發生相變的物質被封閉在球形膠囊中，從而可有效解決相變材料的泄漏、相分離以及腐蝕性等問題，有利于改善相變材料的應用性能。納米膠囊相變材料(NCPCM)在保留微膠囊相變材料優點的同時，因膠囊尺寸從微米級降為納米級，使膠囊表面積與體積的比率增大，有利于提高相變材料的傳熱速率；同時，在使用過程中還可大大降低長時間使用時粒子之間碰撞破壞的可能性。將石蠟與一熱塑彈性體SBS復合制備了在石蠟熔融狀態下仍能保持形狀穩定的復合相變蓄熱材料,復合材料保持了石蠟的相變特性,相變潛熱可高達純石蠟潛熱的80%,在復合相變材料中加入膨脹石墨后,熱傳導性有了顯

25、著提高,其放熱時間比純石蠟縮短了61%。組合相變材料為了得到合適相變溫度的相變材料，同時又能提高相變材料的導熱性能，可將現有的幾種相變材料采用一定的方法進行組合，得到新的相變材料。相變材料的組合方式主要有2種：一種是沿傳熱流體流動方向分別放置相變溫度不同的2種或2種以上的相變材料儲熱單元；另一種是在同一儲熱單元內或沿垂直于傳熱流體流動的方向上，合理組合放置相變溫度不同的2種或2種以上的相變材料。結果表明，采用組合相變材料，潛熱儲、放熱過程傳熱速率提高15。（1）儲能系統體積趨向于小巧和輕便，要求相變材料的儲能性能更高。這對于采取合適的強化傳熱手段提出了更高的要求。（2）相變材料的可逆性和穩定性

26、還要進一步提高。如相變材料在多次儲熱-放熱循環后儲能性能的劣化、相變材料和基體材料或添加物之間的相容性問題等。這不僅關系到相變材料的導熱性能，也關系到其使用壽命。（3）經濟性問題，即材料成本問題。應該在滿足使用的前提下尋找成本更低的相變材料，并在制備工藝和封裝技術等方面研究出更經濟的方法，導熱增強方式及優缺點比較：金屬顆粒和翅片結構由金屬構成的翅片結構能夠起到增加受迫對流進而增強換熱的作用，Liu等5研究表明翅片結構可以有效地增加熱傳導和自然對流，可以使熱導率增加67%，并分析了翅片大小和齒距對導熱的影響作用，提出減少寬度和翅距均可以增加導熱性能；碳纖維碳纖維能與絕大多數相變材料相容，耐腐蝕能

27、力較強，且纖維直徑很小，有利于在材料中均勻布置膨脹石墨膨脹石墨是以鱗片石墨為原料采用特殊工藝，使鱗片石墨沿層間方向膨化而成的產物。它既保留了天然鱗片石墨的導熱性好、無毒害等優良性質,又具有天然鱗片石墨所沒有的吸附性、生態環境協調性以及生物相容性等特征。在以石蠟為相變材料時多輔以膨脹石墨來提高其熱導率。有機相變材料成型性好、沒有過冷和相分離現象、性能穩定、無毒性，但是有機材料導熱系數小，相變過程中增加了儲能和釋能時間，降低了熱控系統的效率納米流體美國Argonne國家實驗室的Choi等提出了納米流體的概念：即以一定的方式和比例在液體中添加納米級金屬或金屬氧化物粒子，形成新的強化傳熱工質。納米流體

28、導熱系數增大的原因，一是固體顆粒的加入改變了基礎液體的結構,增強了混合物內部的能量傳遞過程,使得導熱系數增大;二是納米粒子的小尺寸效應，使得粒子與液體間有微對流現象存在,這種微對流增強了粒子與液體間的能量傳遞過程,增大了納米流體的導熱系數三種主要的強化傳熱方法，分別是泡沫金屬、金屬固體和金屬翅片、膨脹石墨泡沫金屬是一種內部充滿氣泡的金屬制品，既有金屬特性又有氣泡特性。其重量減輕為其致密固體的1/21/50，且仍能保持致密固體的大部分強度，具有比表面積大、導熱系數高等優點。復合相變材料的傳熱性能大大提高，但是儲能能力有所降低。并且指出，如果與風扇或制冷工質回路等主動冷卻系統相結合，可以很好地解決

29、高熱流密度、短時和間歇性大功率組件的溫控問題熱流方向與翅片方向一致即構成并聯時，翅片能有效提高熱流方向的導熱能力。但是，當翅片與熱流方向垂直時，填充在翅片間的相變材料構成主要熱阻，有效導熱系數基本等于相變材料的導熱系數，這時，翅片的強化泡沫金屬復合相變材料和膨脹石墨復合相變材料的熱傳導性，結果表明，兩者都能明顯提高導熱效率，進而縮短儲放熱時間，結果還顯示，泡沫金屬明顯優于膨脹石墨。，電子設備能有效抗擊高的熱流、并且能保證操作的可靠性和穩定性這種復合相變材料能大大提高相變材料的導熱系數和儲熱能力。并且發現泡沫石墨的孔徑大小和韌帶的厚度對導熱系數和儲熱量也有影響，孔徑越小、韌帶越厚，結果導熱系數越

30、高。孔徑越大、韌帶越薄，儲熱量越大。在選取提高導熱系數的添加物時，應該滿足下面幾個條件：導熱系數高；物質密度不能太高；材料應該與相變材料相容；具有一定的耐腐蝕能力；價格相對便宜，易購得。在對各種強化傳熱方法回顧以后，可以得出以下幾點結論：1)添加金屬顆粒會顯著增加系統的總重量，并且分布不均勻容易造成傳熱不穩定，整體效能較低，因此發展前途有限；2)加入碳纖維改善導熱性能是一種較先進的方法，雖然碳纖維的技術加工存在一些困難，但物理和化學性能優良，以后應加強這方面的研究；3)膨脹石墨主要與高聚物(如石蠟)混合，多應用于中高溫領域的性能改進，研究者對這方面的關注較多，技術已臻于完善；4)納米流體作為新

31、型材料，性能優越，而且還有許多新工質及新工藝等待開發，考慮到其在低溫領域有很大的應用空間，以后應加大研究力度；5)泡沫金屬既有金屬特性又有氣泡特性，多種潛在的優良特性還有待于開發，應該對此做進一步的深入研究。相變材料的利用A.太陽能供暖系統上的應用相變儲熱材料用于儲熱具有環保、高效、節能、安全等多項優勢，非常適合于太陽能供暖系統儲熱，以替代傳統的取暖設備。組合式相變儲熱單元換熱器為方形結構，主要由鋼板、折流板、高密度聚乙烯管組成。內部結構由3個區構成，每個區內都有幾十根高密度聚乙烯管，管外徑25mm，壁厚1.5mm，相變儲熱材料用石蠟封裝在管內，每根管內都留有5%10%的空余空間，用來避免儲熱

32、材料受熱膨脹將管脹裂。3個區內的石蠟相變點溫度值是不相同的，沿高溫水流動方向依次降低，根據實際需要，各區之間相差2.55.5。每個區內各有2塊折流板，用以增加流體的擾動，提高換熱效果，這種供暖系統在實際中已有應用。B.太陽能熱水系統上的應用C.熱泵干燥機組中的應用D.工業加熱過程的應用E.醫藥工業中的應用相變貯熱材料在太空中的應用日趨活躍,可用于太陽能熱動力發電、航天器儀器儀表的恒溫控制、艙外航天服等方面。許多醫療電子治療儀要求在恒溫條件下使用，這樣就需要利用溫控儲熱材料來調節，使儀器在允許的溫度內工作。日本有專利報導用NaSO410H2O和MgSO47H2O的混合物作為相變材料用于儀器室的控

33、溫，可使室溫保持在25左右。也可將特種儀器埋包在用相變材料制成的熱包中，來維持儀器使用的溫度。近年來國內市場有種熱袋，相變材料是水合鹽，相變溫度55左右，利用一塊金屬片作為成核晶種材料，當用手擠壓金屬片時，使它的表面成為晶體生長中心，從而結晶放熱，再配備某些具有活血作用的中藥袋，從而達到理療的作用,對于治療類風濕等疾病具有一定的療效。相變儲能復合材料在電子行業中的應用近年來隨著電子設備向高速、小型、高功率等方向發展，集成電路的集成度、運算速度和功率迅速提高，導致集成塊內產生的熱量大幅度增加。如果集成塊產生的熱量不能及時擴散，將使集成塊的溫度急劇上升，影響其正常運行，嚴重的還可能造成集成塊燒壞。

34、而如果在集成塊上應用相變材料，可以有效緩解其過熱問題。因為相變材料在其發生相變過程中，在很小的溫升范圍內，吸收大量熱量，從而降低其溫度上升幅度。相變材料的應用：出現了一系列具有超高熱流密度、短時和間歇工作的大功率組件,如激光武器、行波管和機動飛行控制系統等.這類系統的短時峰值發熱量大大地超過了平均發熱量太陽能熱發電、工業熱利用及余熱回收、電力負荷調節等方面/，以及各種設備的溫控上面。近年來，相變材料作為一種輔助冷卻手段被廣泛應用航天器和航空電子設備、個人計算機、通信設備、便攜式計算機、手機等的熱控制。相變材料被動熱管理策略能用于瞬態性或者周期性熱源的散熱。被選擇的相變材料熔點需低于設備允許最高

35、工作溫度，理想的相變材料應具有高的潛熱質量比、顯熱質量比、高的熱導率、相變時體積變化小的特點。A 裝有PCM的薄盤貼合在處理器或者處理器盒子上。使用于手機散熱，裝置體積小。能管理的熱量小，適用于小功率散熱。B 單純增大PCM容量，由于PCM熱導率低，其管理熱量的能力仍不能提高，必須在PCM中加肋片C 先加一個導熱的盤狀肋，再在其上面加一些針狀肋，這種結構大大減小了暴露在空氣中的散熱面積。 相變材料的封裝結構：利用相變材料熔化時吸收大量潛熱、凝固時放出大量潛熱的特性，由于相變熱控裝置只發生物理狀態的轉變、無運動部件且不消耗航天器能量、可靠性高，特別適用于航天器內周期性工作的大功率儀器設備或受周期

36、性高熱流影響的設備的溫度控制。可用于月球車間斷性工作的電子設備，以保證月球車電子設備溫度維持恒定，不受月球外表面的溫度巨幅變化的影響，也不受月球車內儀器的發熱變化的影響。 相變材料已成功應用于航天器熱控領域，在行星登陸車上也有許多應用。例如，在“阿波羅15號”飛船的月球車上，采用了三個相變材料裝置，第一個裝置是將相變材料與信號運算器和電池相連，月球車出動執行任務時，信號運算器產生的熱量被相變材料吸收，使之熔化;月球車返回后，將相變材料儲存的熱量通過輻射器向空間發散，相變材料重新凝固，為下次出動執行任務做好準備。第二、第三個裝置將相變材料分別與驅控電子組件和月球通訊繼電器連成一體。月球車出動時，

37、后者產生的熱量由相變材料吸收，返回后通過百葉窗輻射器散熱，為再次工作做好準備。另外，相變材料用來保持阿波羅登月中宇航服系統的溫度。美國03 /05火星漫游車也應用了十二烷相變材料來控制鋰電池的溫度，該相變儲熱單元與可變熱導LHP組合使用，火星登陸車的電池裝在儲熱裝置中，通過相變材料的熔化、凝固維持電池的溫度水平川(見圖4)。常用的相變材料有石蠟類、非石蠟類有機物、水化鹽、熔鹽低熔共晶物等，由于一般相變材料的導熱系數很小，在0.1一1.0W/mK量級之間，在相變過程中，低導熱系數會導致相變材料內溫度梯度增加，傳熱速率小，熱響應速度慢，使得控溫對象溫度比設計高，相變熱控裝置性能低。因此，提高相變熱

38、控裝里整體表觀導熱系數，提高裝里傳熱效率，是應用相變材料熱控技術的關鍵。以往，改善相變材料導熱性能的辦法是，在相變材料中加人金屬、陶瓷材料和熱解石墨等導熱系數高的填料，填料通常有以下結構形式:粉末、纖維、肋片及蜂窩。高導熱系數的填料的加人在一定程度上提高了相變材料的導熱性能，但也存在以下問題:1)、添加粉末、纖維填料會導致導熱系數增加程度有限。例如，在石蠟中添加20%重量比的A1粉末，表觀導熱系數為0.48W/mK，導熱系數增加了不到3倍(原石蠟導熱系數為0.15W/mK);相變熱控裝置的溫度均勻性難以保持。在相變材料中添加粉末、纖維填料，很難保證填料始終均勻分布在相變材料中，長期運行會導致聚

39、集、沉淀等不良后果，導致其強化傳熱性能逐漸降低，并使得相變熱控裝置的溫度均勻性變差;2)、添加肋片、蜂窩填料會導致相變材料的充裝性差。使用填料增加相變材料導熱性能，需保證相變材料的可充裝性。使用肋片、蜂窩填料時，由于每個肋片或蜂窩間沒有空隙，相變材料充裝時非常困難，只有采取打孔或預留空間等辦法解決，但會影響裝置的強度及傳熱性能，效果不好;肋片、蜂窩填料與相變熱控裝置殼體熱阻大。由于肋片、蜂窩墳料是由很薄的金屬片制成，無法用焊接工藝將它和殼體金屬板聯接，只能采用膠粘的方法，顯然，這將增加接觸熱阻，降低裝置傳熱性能。 2002年，南京理工大學將高孔隙率通孔型泡沫鋁或泡沫石墨等材料用于相變儲熱單元，設計、制造了高傳熱性能的相變儲熱裝置(見圖5所示)，試驗側試結果表明泡沫功能材料增加了相變材料的導熱系數，提高了相變儲熱單元的傳熱性能，提高了相變熱控裝置的溫度均勻性、可充裝性及可靠性。例如，孔隙率為92 %的泡沫鋁與石蠟的組合表觀導熱系數可達5W/m.K以上，導熱系數提高了30倍以上。而且，由于所采用的泡沫鋁為通孔型，且孔徑在4mm以上，相變材料很容易充滿整個裝置，不會產生死角，泡沫鋁相變熱控裝置充裝性能好。另外，由于泡沫鋁的孔隙率大(92%以上)，相變傳熱裝置使用的泡沫鋁重量輕，用于航天器或行星登陸車熱控將不會使相變裝置的重量及儲能量有太大變化40相變溫控的特點1.它屬于吸收型被動溫