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Stockage d'énergie thermique à chaleur latente (LHTES)

1761
  • Joseph Black
Thermal energy storage facility utilizing phase change materials for energy regulation.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Latent heat thermal energy storage (LHTES) systems store thermal energy by utilizing the phase change of a material (PCM), such as melting from solid to liquid. Energy is stored at a nearly constant temperature during the phase transition. The amount of energy stored is the heat of fusion. This méthode offre une densité de stockage d'énergie bien supérieure à celle du stockage de chaleur sensible.

LHTES leverages the principle that a substance absorbs or releases a large amount of energy, known as latent heat (e.g., heat of fusion or vaporization), when it changes its physical state. This process occurs at a constant temperature. The total heat stored ([latex]Q[/latex]) in a PCM includes both sensible heat and latent heat: [latex]Q = int_{T_i}^{T_m} m C_p dT + m Delta H_m + int_{T_m}^{T_f} m C_p dT[/latex], where [latex]m[/latex] is the mass, [latex]C_p[/latex] is the specific heat capacity, [latex]Delta H_m[/latex] is the latent heat of fusion, and [latex]T_m[/latex] is the melting temperature. The key advantage is the high energy density within a small temperature range around the phase transition point. Materials used as PCMs include paraffin waxes, salt hydrates, and fatty acids. The choice of PCM depends on the target operating temperature. For example, molten salts are used in concentrated solar power (CSP) plants for high-temperature storage, while paraffin-based PCMs are used in building materials for passive heating and cooling. Challenges in LHTES include the low thermal conductivity of many PCMs, which can limit charging and discharging rates, and issues with volume change and long-term stability.

UNESCO Nomenclature: 3322
– Thermodynamique

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Joseph Black’s discovery of latent heat and specific heat
  • les lois de la thermodynamique
  • compréhension des transitions de phase dans les matériaux
  • développement de la science des matériaux pour la création et la caractérisation des PCM

Applications

  • centrales solaires thermiques
  • temperature regulation in buildings (e.g., phase change wallboards)
  • gestion thermique de l'électronique
  • entrepôt frigorifique pour le transport des aliments et la climatisation
  • textiles thermostabilisés

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • microencapsulation des PCM pour les contenir et augmenter la surface de transfert de chaleur
  • PCMS composites avec graphite ou mousses métalliques pour améliorer la conductivité thermique
  • PCM stabilisés en forme qui conservent leur forme même en phase liquide
  • matériaux à changement de phase multiple pour le stockage sur une plage de températures plus large
  • intégration des PCMS dans le béton pour les bâtiments thermiquement massifs
  • boues PCM pour fluides de transfert de chaleur
  • batteries thermiques à base de PCM pour véhicules électriques pour gérer la température de l'habitacle et de la batterie
  • textiles intelligents avec microcapsules PCM intégrées pour un confort thermique personnel
  • cryogenic energy storage using liquid air/nitrogen as a pcm
  • systèmes de stockage thermochimique comme alternative plus avancée
Related to: latent heat, stockage d'énergie thermique, matériau à changement de phasePCM, chaleur de fusion, thermodynamique, solaire thermique, sel fondu, densité énergétique, température constante.

Contexte historique

Stockage d'énergie thermique à chaleur latente (LHTES)

-500
1700
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
-250
-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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