Inleiding
PCM (Phase Change Materials) zijn materialen die worden gebruikt als latente warmteopslagsystemen. De enthalpie van de overgang van vaste naar vloeibare fase wordt daarbij gebruikt voor warmteopslag. Het toepassingsgebied voor systemen voor de opslag van latente warmte strekt zich uit van zakverwarmers tot functioneel textiel tot wand- en plafondelementen in de bouw. De thermofysische eigenschappen van een PCM-monster van plantenextracten werden onderzocht met behulp van de LFA 467 HyperFlash® en DSC 204 F1 Phoenix® .
Testomstandigheden
LFA:
- 30°C tot 150°C vast monster in de standaard monsterhouder (verwarming)
- 220°C tot 30°C vloeibaar monster in de PEEK monsterhouder (koelen), zie figuur 1
DSC:
- -10°C tot 225°C verwarming en koeling
Meetresultaten
Figuur 2 toont het verwarmen en afkoelen van het PCM-monster met behulp van DSC. Het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten van het monster begint bij ongeveer 165 °C (begin), de KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie tijdens het afkoelen begint echter pas weer bij ongeveer 123 °C. Dit effect is ook te zien bij de LFA-metingen. De rode vierkanten in figuur 3 geven de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van het PCM-monster weer tijdens het afkoelen (van vloeibaar naar vast). De stap in de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie kan worden gerelateerd aan de FaseovergangenDe term faseovergang (of faseverandering) wordt meestal gebruikt om overgangen tussen de vaste, vloeibare en gasvormige toestand te beschrijven.faseovergang. Aangezien de meetpunten tijdens koeling zijn opgenomen, verschijnt de FaseovergangenDe term faseovergang (of faseverandering) wordt meestal gebruikt om overgangen tussen de vaste, vloeibare en gasvormige toestand te beschrijven.faseovergang tussen 120°C en 150°C. De rode driehoeken in figuur 3 geven de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie weer tijdens verwarming van het PCM-monster. Beide metingen komen goed met elkaar overeen. Alleen bij 150°C is een significant verschil te zien, dat kan worden toegeschreven aan de verschillende toestanden van de monsters (vloeibaar en vast) als gevolg van de verschillende smelt- en kristallisatietemperaturen.
Figuur 4 toont de thermofysische eigenschappen na verwarming van het PCM-monster tussen 30°C en 220°C als een combinatie van de twee metingen. De overgang van vaste naar vloeibare fase kan duidelijk worden geïdentificeerd in de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie en in de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit en de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid door middel van een stap tussen 150°C en 180°C.
Samenvatting
De speciale monsterhouder voor vloeistoffen en pasta's (PEEK monsterhouder) maakt onderzoek van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van PCM monsters mogelijk, zelfs tot in de smelt, door middel van LFA. Vergelijkende metingen met en zonder de monsterhouder voor vloeistoffen in het vaste gebied komen goed overeen zolang er goed contact is tussen het monster en de monsterhouder (3-laags analyse). Met DSC-metingen kunnen conclusies worden getrokken over het smelt- en kristallisatiegedrag van de monsters en kunnen gegevens worden verkregen over de Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.specifieke warmtecapaciteit. Uit de metingen van beide methoden kunnen vervolgens betrouwbare uitspraken worden gedaan over de warmtegeleiding van het PCM-monster in het vaste en vloeibare bereik.