اثر تک‌‌رشته کربن اصلاح‌شده بر پایداری شکلی، کاهش نشتی و کارایی ذخیره گرمایی سامانه‌ تغییر فاز بر پایه پلی‌(اتیلن‌ گلیکول)

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی شیمی، گروه مهندسی پلیمر، صندوق پستی 114-14115

2 ایرلند، آتلون، خیابان دانشگاه، شماره N37HD68، دانشگاه صنعتی شانون، موسسه پژوهشی PRISM

3 یاسوج، دانشگاه یاسوج، دانشکده نفت و گاز گچساران، گروه مهندسی پلیمر، کد پستی 75918-74394

چکیده

فرضیه: مواد تغییر فاز (PCMs) حین تغییر فاز از حالت جامد به مایع قادر به ذخیره انرژی گرمایی به‌صورت نهان هستند. پژوهشگران در پژوهش‌های پیشین معمولاً از روش میکروکپسول‌دارکردن PCM برای برطرف کردن مشکل نشتی حین ذوب استفاده کرده‌اند. اما این روش ایرادهایی مانند هزینه‌ زیاد، دشواری کپسول‌دارکردن، رسانندگی گرمایی کم و پیچیدگی کنترل‌ کیفیت محصول را به دنبال داشته است. در این پژوهش به‌منظور برطرف کردن مشکل نشتی، از روش تلقیح PCM درون ساختار پشتیبان متخلخل استفاده شده است. تخلخل‌ مواد‌ پشتیبانی‌کننده به ماده‌ تغییر‌فاز ‌(در حالت مایع) اجازه می‌دهد آزادانه در سراسر شبکه سه‌بعدی جریان یابد تا درصد بیشتری PCM را در ساختار خود جا دهد. مواد متخلخل به‌دلیل بهبود نیروی‌موئینگی، از نشت مذاب مواد ‌تغییر‌ فاز جلوگیری می‌کنند.
روش‌ها: در این پژوهش برای رفع مشکل نشتی ماده تغییر فاز پلی‌(اتیلن گلیکول) (PEG)، از تک‌رشته‌های کربن (CF) به‌عنوان ساختار پشتیبان استفاده شد و برای بهبود سازگاری با PEG اصلاح شدند. پس از اکسایش CF با محلول اسیدی (CFO)، اصلاح سطحی آن با تولوئن دی‌ایزوسیانات و اتیلن‌ گلیکول در دمای 90 درجه سلسیوس  انجام شد. سپس، سامانه تغییر فاز جدید با روش آغشته‌سازی PEG مذاب در ترکیب درصدهای متفاوت ( 3 تا 6 درصد وزنی) از تک‌رشته‌های کربن اصلاح‌شده در دمای 80 سلسیوس به‌دست آمد.
یافته‌ها: اصلاح شیمیایی باعث ایجاد گروه‌های عاملی روی سطح CF و در نتیجه امتزاج‌پذیری بهتر با PEG شد. به‌دلیل اتصال فیزیکی بین PEG وتک‌رشته‌های اصلاح‌شده، نشتی سامانه تغییر فاز به % 2.42 رسید‌، در حالی‌ که بازده آنتالپی سامانه فقط %15 کاهش داشته ‌است. از طرفی نفوذ گرمایی سامانه تغییر فاز دارای CF معادل 8-10× 1.2 متر مربع بر ثانیه به‌دست آمد، بنابراین سامانه‌ای یکپارچه و پایدار شکلی با جذب انرژی گرمایی حدود %44 ایجاد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Modified Carbon Monofilament Effect on Shape Stability, Leakage Reduction, and Thermal Storage Efficiency of Phase Change System Based on Poly(ethylene glycol)

نویسندگان [English]

  • Fateme Karimi Eskaboni 1
  • Golnoosh Abdeali 2
  • Azadeh Seifi 3
  • Ahmad Reza Bahramian 1
1 Department of Polymer Engineering, Faculty of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, P.O. Box 14115-114, Tehran, Iran
2 PRISM Research Institute, Technological University of the Shannon, N37HD68 Athlone, Ireland
3 Department of Gas and Petroleum, Yasouj University, Gachsaran, Iran
چکیده [English]

Hypothesis: Phase change materials (PCMs) can store latent heat energy during the phase change from solid to liquid. In previous studies, researchers have usually used the microencapsulation method to solve the leakage problem during melting. However, this method has led to issues such as high cost, difficulty of encapsulation, low thermal conductivity, and complexity of product quality control. In this research, to solve the problem of leakage, the method of impregnating PCMs into a porous supporting structure has been used. The porosity of the supporting material allows the phase change material (in liquid state) to flow freely throughout the 3D network and accommodates a greater percentage of PCM. Porous materials prevent the leakage of PCMs due to the improvement of capillary force
Methods: To solve the leakage issue of PEG, as the PCM, carbon monofilaments (CF) were used as a supporting material and adapted to improve the compatibility with PEG. After oxidizing CF by acidic solution, its surface modification was done with toluene di-isocyanate and ethylene glycol at a temperature of 90 ºC. The new phase change system was made by impregnating molten PEG in modified CF with a combination of 3 to 6% by weight at 80°C
Findings: Chemical modification can create various functional groups on the surface of CF and, as a result, better miscibility with PEG. Due to the physical connection between PEG and modified CF, the leakage of the phase change system reached 2.42%, while the enthalpy efficiency of the system decreased by only 15%. On the other hand, the thermal diffusivity of the phase change system containing CF was found as 1.2 ×10-8 m2. s-1. So an integrated and stable system with a thermal energy absorption of about 44% has been created.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shape stability
  • Phase change materials
  • Leakage
  • Carbon fibers
  • Chemical modification

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار