蓄热式换热器

带有金属化沸石的热交换器。

在德国，最终能源消耗的 55% 用于加热和冷却。然而，大量的热量没有被消耗掉，因为它不是在需要时产生的。使用沸石材料的热储存可以长时间储存​​热量而不会损失任何热量。Fraunhofer 研究人员目前正致力于显着提高沸石的热导率。

如今，许多屋顶都装有太阳能集热器，为家庭提供温水。这在夏天很有效；然而，当家庭需要供暖时，供暖需求在冬季达到高峰。因此，热存储需要能够存储一部分多余的热量以供日后使用。传统上，大型水箱已用于此目的。水在这些水箱中被加热，然后热量直接作为热量储存。这种方法的问题是需要大体积，尽管绝缘良好，但也会损失热量。相比之下，热化学存储可以将夏季产生的热能保存起来以备在寒冷的冬季使用。沸石就是这样一种存储解决方案。与水不同，沸石不直接储存热量——相反，热量会带走储存在材料中的水。因此，在能量状态下，沸石是完全干燥的；相反，当水蒸气通过颗粒时，会释放热量。这样做的优点是能量不是以增加热量的形式储存，而是以化学状态的形式储存。这意味着在长期储存期间不会损失热量。有一个缺点：沸石的导热性很差，这使得热量从热交换器传递到材料并返回很困难。

铝涂层

弗劳恩霍夫有机电子、电子束和等离子体技术 FEP 研究所的一组研究人员现在通过他们在 ZeoMet 项目上的工作解决了这个问题。“我们在沸石颗粒上涂上了铝——这在第一次尝试后就使热导率增加了一倍，而不会对水的吸附和解吸产生负面影响。我们目前的目标是通过调整涂层将其增加五到十倍，”弗劳恩霍夫 FEP 项目经理 Heidrun Klostermann 博士说。虽然这听起来相对简单，但它实际上带来了相当大的挑战。这意味着对于一升直径为 5 毫米的颗粒，大约一万个这样的小颗粒必须均匀地涂上铝。对于一毫米的晶粒尺寸，这相当于一百万个颗粒，总表面积为 3.6 平方米。颗粒越小，过程越具有挑战性。然而，较小的晶粒也增加了蓄热系统的比功率密度。为了获得足够的导热性，涂层也必须有几十微米厚——对于真空镀膜工艺，这比标准厚得多。

尽管如此，研究人员还是克服了这些挑战。为此，他们寻求热蒸发，即在真空中将铝线连续送入加热的陶瓷板上，在那里铝被蒸发并沉积在颗粒上作为一层铝。颗粒必须在桶中不断循环，以便均匀覆盖。Klostermann 说：“主要的困难在于在颗粒滚动时对其进行包衣，以及确保包衣均匀地施加到足够的程度。” “我们的工程师、物理学家和精密机械师的出色合作是帮助我们实现这一目标的主要资产。”

也是冷却的选项

沸石不仅是一种很好的蓄热方法：它们还有助于为家用太阳能集热器以及移动应用提供冷却。例如，在商用车辆中，动力装置损失的热量可用于空调，作为热化学循环的一部分。从弗劳恩霍夫 FEP 研究人员的角度来看，用于此的混合材料提出了新的挑战。因此，科学家们正在寻求加强与来自研究和工业的材料开发商和系统工程师的联系，以期推进灵活供应加热和冷却的解决方案。