Thickening of phase change materials (PCM) to avoid segregation

Estudi elaborat a partir d’una estada a Çukurova University, Turquia, al juliol del 2006. L’emmagatzematge d’energia tèrmica ha atret interès en aplicacions tèrmiques com l’aigua calenta, la calefacció i l’aire condicionat. Aquests sistemes són útils per corregir la no coincidència entre la oferta i la demanda d’energia. Principalment hi ha dos tipus de sistemes d’emmagatzematge d’energia tèrmica, emmagatzematge amb calor sensible i amb calor latent. L’emmagatzematge amb calor latent és particularment atractiu degut a la seva habilitat de donar una densitat d’emmagatzematge d’energia més alt i la seva característica d’emmagatzemar calor a una temperatura constant corresponent a la temperatura de transició de fase de la substància emmagatzemadora de calor. Les salts hidratades orgàniques tenen certes avantatges com a materials d’emmagatzematge de calor latent sobre els materials orgànics. En canvi, quan les salts hidratades s’utilitzen com a materials de canvi de fase (PCM) apareixen alguns problemes en les aplicacions d’emmagatzematge de calor latent. Aquests són el subrefredament de les salts hidratades quan es congelen degut a les seves dèbils propietats de nucleació, i la separació de fase que hi apareix degut a una fusió incongruent. En aquest estudi, s’estabilitza sal de Glauber (Na2SO4.10H2O) amb diferents concentracions de poliacrilamida i gelatina per prevenir la fusió incongruent. Per prevenir el subrefredament s’utilitza un agent nucleant amb una estructura cristal•lina semblant a la de la sal de Glauber. La capacitat d’emmagatzematge de calor de les mostres de PCM estabilitzades amb diferents concentracions de gels polimèrics es determinen amb DCS i amb el mètode T-history.

Report for the scientific sojourn at the Çukurova University, Turkey, during July 2006. Thermal energy storage systems (TES) have attracted increasing interest for thermal applications such as hot water, space heating and cooling. These systems are useful to correct the mismatch between the supply and demand of energy. There are mainly two types of thermal energy storage systems, sensible and latent heat storage. Latent heat storage is particularly attractive due to its ability to provide a high energy storage density and its characteristics to store heat at a constant temperature corresponding to the phase transition temperature of the heat storage substance. Inorganic salt hydrates as latent heat storage materials have certain advantages over organic materials. However, some problems occur when salt hydrates are used as phase change material (PCM) in the latent heat storage applications. These are supercooling of salt hydrates when they freeze because of their weak nucleation properties, and phase separation occurring because of incongruent melting. In this study, Glauber’s salt (Na2SO4.10H2O) is stabilized with different concentrations of polyacrylamide and gelatin gels to prevent incongruent melting. A nucleating agent, which resembles the crystal structure of Glauber’s salt, was used to prevent supercooling. Thermal storage capacities of PCM samples which are stabilized with different concentrations of polymeric gels were determined both by DSC and the temperature-history method.