โฟมนิกเกิลเป็นวัสดุโลหะที่มีรูพรุนซึ่งมีโครงสร้างตาข่ายสามมิติ-

โฟมนิกเกิลเป็นวัสดุโลหะที่มีรูพรุนซึ่งมีโครงสร้างตาข่ายสามมิติ- เนื่องจากมีความพรุนสูง พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ การนำความร้อนที่ดี ความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม และความเสถียรของโลหะ จึงแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการใช้งานที่ไม่เหมือนใครในระบบกักเก็บความร้อนด้วยเกลือหลอมเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเพิ่มการถ่ายเทความร้อนและการปรับประสิทธิภาพของระบบให้เหมาะสม ต่อไปนี้เป็นแนวทางการใช้งานหลักและข้อดีทางเทคนิค:
I. สถานการณ์การใช้งานหลัก
1. เพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนของเกลือหลอมเหลว
- ปัญหา: ค่าการนำความร้อนของเกลือหลอมเหลวต่ำ (ปกติคือ 0.5-1 W/m·K) ส่งผลให้มีอัตราการกักเก็บ/ปล่อยความร้อนที่จำกัด
- วิธีแก้ไข: โฟมนิกเกิลถูกฝังอยู่ในเกลือหลอมเหลวเป็นโครงกระดูกนำความร้อนที่มีประสิทธิภาพ:
- โครงกระดูกโลหะ (การนำความร้อนของนิกเกิล µs 90 W/m·K) สร้างเส้นทางการนำความร้อนที่รวดเร็ว ซึ่งช่วยปรับปรุงการนำความร้อนที่เทียบเท่าของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมีนัยสำคัญ (สามารถเพิ่มขึ้นได้ 3-10 เท่า)
- โครงสร้างเครือข่ายสามมิติ-จะเพิ่มพื้นที่สัมผัสของเกลือหลอมเหลวและเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อน

2. รองรับวัสดุเก็บความร้อนแบบเปลี่ยนเฟสคอมโพสิตที่มีรูปทรง (PCM)
- ปัญหา: ของแข็ง-วัสดุเปลี่ยนเฟสของเหลว (เช่น เกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง-) ไหลหลังจากการหลอม ต้องใช้บรรจุภัณฑ์ในภาชนะและการถ่ายเทความร้อนช้า
- สารละลาย: แทรกเกลือหลอมเหลวเข้าไปในรูพรุนของโฟมนิกเกิลเพื่อสร้าง PCM คอมโพสิตที่มีรูปร่าง:
- โครงสร้างที่มีรูพรุนของโฟมนิกเกิลจะล็อคเกลือที่หลอมเหลวที่เป็นของเหลวผ่านแรงของเส้นเลือดฝอยเพื่อป้องกันการรั่วซึม
- โครงกระดูกโลหะเร่งการถ่ายเทความร้อนไปยังด้านในของเกลือหลอมเหลว และลดระยะเวลาในการเปลี่ยนเฟสให้สั้นลง
3. เติมตัวกลางลงในถังเก็บเกลือหลอมเหลว/เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
- การเติมโมดูลโฟมนิกเกิลในช่องการไหลของถังเก็บความร้อนหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถ:
- เพิ่มระดับของความปั่นป่วน ทำลายชั้นขอบเขตของเกลือหลอมเหลว และปรับปรุงค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อน
- ขยายเส้นทางการไหลของเกลือหลอมเหลวและปรับปรุงประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อน

2. คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับข้อดีทางเทคนิค
ลักษณะเฉพาะ ได้รับจากระบบกักเก็บความร้อนด้วยเกลือหลอมเหลว
ความพรุนสูง (85%-95%) ช่วยให้เกลือหลอมเหลวจำนวนมากถูกชุบไว้ในขณะที่ยังคงความเสถียรของโครงสร้างไว้ พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ขยายพื้นที่สัมผัสระหว่างเกลือหลอมเหลวและตัวกลางการถ่ายเทความร้อนได้อย่างมาก และช่วยเพิ่มการถ่ายเทความร้อน
การนำความร้อนที่ดีเยี่ยม ถ่ายเทความร้อนอย่างรวดเร็วไปยังด้านในของเกลือหลอมเหลว ลดการแบ่งชั้นความร้อน และเพิ่มอัตราการกักเก็บ/ปล่อยความร้อน
ความแข็งแรงเชิงกลสูง ทนทานต่อการกัดกร่อนของเกลือหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง-และความเครียดจากวงจรความร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงการพังทลายของโครงสร้าง
ความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง- นิกเกิลมีเสถียรภาพที่ดีในเกลือหลอมเหลวทั่วไป (เช่น ไนเตรตและคลอไรด์) ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งาน
(จำเป็นต้องควบคุมสิ่งเจือปนเช่นซัลเฟต)

ที่สาม ความท้าทายและกลยุทธ์การรับมือ
1. ปัญหาการกัดกร่อนของเกลือหลอมเหลว
- ความเสี่ยง: ภายใต้อุณหภูมิสูง-ในระยะยาว เกลือหลอมเหลว (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีสิ่งสกปรก) อาจกัดกร่อนเมทริกซ์นิกเกิล ส่งผลให้โครงสร้างอ่อนแอลง
- วิธีแก้ไข:
- เลือกเกลือหลอมเหลวที่มีความบริสุทธิ์สูง- (เช่น เกลือแสงอาทิตย์)
- การปรับเปลี่ยนพื้นผิว (เช่น การเคลือบ Al₂O₃) เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน
- พัฒนาโฟมโลหะผสมนิกเกิล (เช่น Ni-Cr) เพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน
2. การควบคุมต้นทุน
- ค่าใช้จ่ายของโฟมนิกเกิลค่อนข้างสูงและจำเป็นต้องปรับรูปแบบการสมัครให้เหมาะสม (เช่น การใช้ในพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนหลักเท่านั้น หรือใช้การออกแบบคอมโพสิตแบบไล่ระดับ)

3. การออกแบบบูรณาการระบบ
- โครงสร้างรูพรุน (ค่า PPI) อัตราการบรรจุ และโครงร่างของโฟมนิกเกิลจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพื่อให้สมดุลระหว่างแรงดันตกคร่อมและประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

IV. กรณีการใช้งานจริง
- ระบบกักเก็บความร้อนจากการผลิตพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ (CSP): ตั้งชั้นเติมโฟมนิกเกิลในถังเกลือหลอมเหลวเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าในเวลากลางคืน
- การนำความร้อนเหลือทิ้งทางอุตสาหกรรมกลับมาใช้ใหม่: ใช้โมดูล PCM คอมโพสิตโฟมนิกเกิล/เกลือหลอมเหลวเพื่อนำความร้อนเหลือทิ้งจากก๊าซไอเสียที่อุณหภูมิสูง-กลับมาใช้ใหม่
- ระบบพลังงานนิวเคลียร์: ในฐานะที่เป็นตัวกลางในการเพิ่มการถ่ายเทความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงาน

V. ทิศทางการพัฒนาในอนาคต
1. พัฒนาโฟมนิกเกิลเคลือบคอมโพสิต (เช่น Ni-Al₂O₃, Ni-SiC) เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน
2. การออกแบบโครงสร้างรูพรุนแบบไล่ระดับ: ปรับการกระจายขนาดรูพรุนตามทิศทางการถ่ายเทความร้อนให้เหมาะสมเพื่อลดการสูญเสียแรงดันตก
3. ใช้ร่วมกับฟลูอิดนาโน: เติมอนุภาคนาโน (เช่น อนุภาคนาโน Al₂O₃) ลงในเกลือหลอมเหลวเพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนด้วยโฟมนิกเกิล
บทสรุป
โฟมนิกเกิลแก้ปัญหาคอขวดในการถ่ายเทความร้อนในห้องเก็บความร้อนเกลือหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านเครือข่ายการนำความร้อนสามมิติ-อันเป็นเอกลักษณ์และความเสถียรของโครงสร้าง แม้จะมีความท้าทายด้านต้นทุนและการกัดกร่อน แต่ก็มีแนวโน้มการใช้งานที่ชัดเจนในด้านการจัดเก็บความร้อนที่อุณหภูมิสูง- การตอบสนองที่รวดเร็วและการสร้างระบบขนาดกะทัดรัดผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพวัสดุและการออกแบบระบบ และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับอัตราการจัดเก็บ/การปล่อย (เช่น โรงไฟฟ้า CSP และการจัดการความร้อนในกระบวนการทางอุตสาหกรรม) การวิจัยในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุง-เสถียรภาพของอุณหภูมิสูง-ในระยะยาวและความประหยัด เพื่อส่งเสริมการใช้งานขนาดใหญ่-