તબક્કો પરિવર્તન સામગ્રી શું છે?

તબક્કો પરિવર્તન સામગ્રી (પીસીએમ) એ એવા પદાર્થો છે જે તબક્કાના સંક્રમણો દરમિયાન, ખાસ કરીને ઘન અને પ્રવાહી અવસ્થાઓ વચ્ચે મોટા પ્રમાણમાં થર્મલ ઊર્જાને શોષી લે છે અને છોડે છે. આ સામગ્રીઓ માત્ર તાપમાન વધારવાને બદલે સુપ્ત ઉર્જા તરીકે ઉષ્માને સંગ્રહિત કરે છે, જે તેમને નોંધપાત્ર માત્રામાં ઊર્જા સંગ્રહિત કરતી વખતે અથવા મુક્ત કરતી વખતે લગભગ સતત તાપમાન જાળવી રાખવા દે છે.

કેવી રીતે તબક્કો ફેરફાર સામગ્રી કામ કરે છે

PCMs પાછળની પદ્ધતિ ગુપ્ત ગરમીના સંગ્રહ પર કેન્દ્રિત છે. જ્યારે તમે બરફને ગરમ કરો છો, ત્યારે તે તાપમાનમાં વધારો કર્યા વિના 0 ડિગ્રી પર ઘનમાંથી પ્રવાહીમાં બદલવા માટે ઊર્જાને શોષી લે છે-આ તબક્કા પરિવર્તનનો સિદ્ધાંત છે જેનો PCM થર્મલ મેનેજમેન્ટ માટે ઉપયોગ કરે છે.

તબક્કાના સંક્રમણો દરમિયાન, પીસીએમ ગલન કરતી વખતે ઉષ્મા ઉર્જા (એન્ડોથર્મિક પ્રક્રિયા)ને શોષી લે છે અને જ્યારે ઘન બને ત્યારે તેને છોડે છે (એક્ઝોથર્મિક પ્રક્રિયા). એકમ સમૂહ દીઠ સંગ્રહિત ઊર્જા પરંપરાગત સામગ્રી કરતાં ઘણી વધારે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાણીને ઓગળવા માટે 333.55 J/g ની જરૂર પડે છે, પરંતુ તેનું તાપમાન એક ડિગ્રી વધારવા માટે માત્ર 4.18 J/g. આ 80-ગણો તફાવત દર્શાવે છે કે શા માટે તબક્કો બદલવાનું સ્ટોરેજ સમજદાર હીટ સ્ટોરેજ કરતાં વધુ કાર્યક્ષમ છે.

તબક્કા પરિવર્તન તાપમાન (PCT) એ નિર્ણાયક પરિમાણ છે. અલગ-અલગ PCM ચોક્કસ તાપમાન રેન્જમાં કામ કરે છે-કોલ્ડ સ્ટોરેજ માટે -5 ડિગ્રી, અન્ય ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ માટે 150 ડિગ્રીથી ઉપર જ્યાં સુધી સમગ્ર તબક્કામાં ફેરફાર પૂર્ણ ન થાય ત્યાં સુધી સામગ્રી આ સંક્રમણ તાપમાન પર રહે છે, જે થર્મલ સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે.

થર્મલ વાહકતામુખ્ય પડકાર રજૂ કરે છે. શુદ્ધ પીસીએમમાં ​​ઘણીવાર ઓછી વાહકતા હોય છે (પેરાફિન્સ માટે 0.2-0.5 ડબ્લ્યુ/એમ·કે), જે હીટ ટ્રાન્સફરને ધીમું કરે છે. આને સંબોધવા માટે, ઇજનેરો વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ, ધાતુના ફીણ અથવા કાર્બન નેનોટ્યુબ જેવી વાહક સામગ્રી ઉમેરે છે. આ સંયુક્ત PCM 2.5 W/m·K થી વધુ વાહકતા મૂલ્યો હાંસલ કરી શકે છે જ્યારે ઉચ્ચ સુપ્ત ગરમી ક્ષમતા જાળવી રાખે છે.

તબક્કા પરિવર્તન સામગ્રીના પ્રકાર

ઓર્ગેનિક PCMs

પેરાફિન મીણ આ કેટેગરીમાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે. પેટ્રોલિયમમાંથી મેળવેલ, પેરાફિન્સ -10 ડિગ્રીથી 70 ડિગ્રી સુધીના તબક્કામાં ફેરફારનું તાપમાન પ્રદાન કરે છે. તેઓ હજારો હીટિંગ-ચક્રમાં રાસાયણિક સ્થિરતા, નોન-રોસીવ પ્રોપર્ટીઝ અને મોટાભાગની કન્ટેન્ટ સામગ્રી સાથે સુસંગતતા દર્શાવે છે.

28 ડિગ્રીની આસપાસ ગલનબિંદુ ધરાવતું સામાન્ય વ્યાપારી પેરાફિન આશરે 200 kJ/kg સુપ્ત ગરમીનો સંગ્રહ કરે છે. સામગ્રી નોંધપાત્ર રીતે સુપરકૂલ કરતી નથી અને ન્યૂનતમ તબક્કા અલગતા દર્શાવે છે. જો કે, પેરાફિનમાં બે ખામીઓ છે: નીચી થર્મલ વાહકતા અને જ્વલનક્ષમતા, જે તેમને ઊંચા-તાપમાનના ઉપયોગ માટે અયોગ્ય બનાવે છે.

ફેટી એસિડ અન્ય કાર્બનિક વર્ગનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. લૌરિક એસિડ (ગલનબિંદુ 44 ડિગ્રી) અને સ્ટીઅરિક એસિડ (69 ડિગ્રી) જેવી સામગ્રી બાયોડિગ્રેડેબલ છે અને છોડ અથવા પ્રાણી સ્ત્રોતોમાંથી મેળવવામાં આવે છે. તેઓ 150-180 kJ/kg વચ્ચે સુપ્ત ગરમી અને પેરાફિન્સ કરતાં વધુ સારી થર્મલ વાહકતા પ્રદાન કરે છે. સંશોધન દર્શાવે છે કે ફેટી એસિડ્સ 1,000 થર્મલ ચક્ર પછી તેમની ગરમી સંગ્રહ ક્ષમતાના 95% જાળવી રાખે છે.

પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ (PEG) લવચીકતાની જરૂર હોય તેવી એપ્લિકેશનો આપે છે. 400 થી 6,000 સુધીના પરમાણુ વજન સાથે, PEG વેરિઅન્ટ્સ -10 ડિગ્રીથી 65 ડિગ્રી સુધીના ગલન તાપમાનને આવરી લે છે. સામગ્રી ફોર્મ-સ્થિર PCM માટે પોલિમર સાથે સારી રીતે સંકલિત થાય છે જે પ્રવાહી હોય ત્યારે લીક થતા નથી.

અકાર્બનિક PCMs

સોલ્ટ હાઇડ્રેટ ઓર્ગેનિક કરતાં વધુ થર્મલ વાહકતા (0.5-0.8 W/m·K) અને સુપ્ત ગરમી ક્ષમતા પ્રદાન કરે છે. સોડિયમ સલ્ફેટ ડેકાહાઇડ્રેટ (ગ્લુબરનું મીઠું), 32 ડિગ્રી પર ગલન થાય છે, 254 kJ/kg - તુલનાત્મક કાર્બનિક PCM કરતાં લગભગ 25% વધુ સંગ્રહ કરે છે.

પ્રાથમિક પડકાર સુપરકૂલિંગ છે. જ્યાં સુધી ન્યુક્લિટીંગ એજન્ટો ઉમેરવામાં ન આવે ત્યાં સુધી મીઠું હાઇડ્રેટ તેમના ઠંડું બિંદુથી 10-15 ડિગ્રી નીચે પ્રવાહી રહી શકે છે. કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટ સારવાર વિના 40 ડિગ્રી સુપરકોલિંગ દર્શાવે છે. સંશોધકો યોગ્ય તાપમાને સ્ફટિકીકરણને ટ્રિગર કરવા માટે બોરેક્સ અથવા અન્ય ન્યુક્લિએટર ઉમેરે છે.

તબક્કો વિભાજન ત્યારે થાય છે જ્યારે પુનરાવર્તિત ચક્ર દરમિયાન મીઠું અને પાણીના ઘટકો અલગ પડે છે, જે કામગીરીમાં ઘટાડો કરે છે. ઝાંગ દ્વારા 2024 ના અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે કાર્બોક્સિમિથિલ સેલ્યુલોઝ જેવા જાડા પદાર્થો ઉમેરવાથી કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટમાં 500 ચક્રમાં 73% જેટલો ફેઝ સેપરેશન ઘટે છે.

ધાતુના એલોય ઉચ્ચ-તાપમાનની એપ્લિકેશન આપે છે. એલ્યુમિનિયમ-સિલિકોન એલોય્સ (ગલન ~577 ડિગ્રી) અને બિસ્મથ-સીસાના સંયોજનો કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા પ્લાન્ટમાં કામ કરે છે. આ ધાતુઓ અસાધારણ થર્મલ વાહકતા (20-80 W/m·K) ઓફર કરે છે પરંતુ તેની કિંમત કાર્બનિક વિકલ્પો કરતાં 5-10 ગણી વધારે છે.

યુટેક્ટિક મિશ્રણો

બે અથવા વધુ પીસીએમનું સંયોજન ઑપ્ટિમાઇઝ ગુણધર્મો સાથે યુટેક્ટિક રચનાઓ બનાવે છે. સોડિયમ નાઈટ્રેટ-પોટેશિયમ નાઈટ્રેટ મિશ્રણ (60:40 ગુણોત્તર) 100 kJ/kg સુપ્ત ગરમી જાળવી રાખતી વખતે 220 ડિગ્રી -શુદ્ધ ઘટક કરતાં ઓછું-પીગળે છે. આ "સૌર મીઠું" મિશ્રણ થર્મલ પાવર જનરેશનમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.

બાયો-આધારિત યુટેક્ટિક્સ ઉભરી રહ્યાં છે. કેપ્રિક અને લૌરિક એસિડનું મિશ્રણ 15-25 ડિગ્રી વચ્ચેના ગલનબિંદુને હાંસલ કરે છે, જે તાપમાન નિયંત્રણ માટે આદર્શ છે. 2025નો બજાર ડેટા દર્શાવે છે કે ટકાઉપણાની ચિંતાઓ વધતાં જૈવ-આધારિત PCM વિકાસ દર વર્ષે 20%ના દરે વધી રહ્યો છે.

સમગ્ર ઉદ્યોગોમાં અરજીઓ

મકાન અને બાંધકામ

યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી અનુસાર, વિકસિત દેશોમાં ઇમારતો કુલ ઉર્જાનો 40% વપરાશ કરે છે. PCM ને નિર્માણ સામગ્રીમાં એકીકૃત કરવાથી નિષ્ક્રિય થર્મલ નિયમન દ્વારા આ વપરાશમાં 15-30% ઘટાડો થાય છે.

PCM-ઉન્નત કરેલ વોલબોર્ડ દિવસની વધારાની ગરમીને શોષીને અને તેને રાત્રે મુક્ત કરીને 20-26 ડિગ્રીની વચ્ચે અંદરનું તાપમાન જાળવી રાખે છે. યુરોપીયન આબોહવામાં એક અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે જીપ્સમ બોર્ડમાં પીસીએમનો સમાવેશ કરવાથી એચવીએસી ઉર્જાનો વપરાશ વાર્ષિક 28% ઘટે છે. જ્યારે ઓરડાનું તાપમાન 23 ડિગ્રીથી વધી જાય ત્યારે સામગ્રી ગરમીનો સંગ્રહ કરે છે અને જ્યારે તાપમાન 21 ડિગ્રીથી નીચે જાય છે ત્યારે તેને મુક્ત કરે છે, જે સ્વ-નિયમનકારી થર્મલ બફર બનાવે છે.

કોંક્રિટ એપ્લિકેશનો નોંધપાત્ર પરિણામો દર્શાવે છે. શાંઘાઈ યુનિવર્સિટીના સંશોધનોએ દર્શાવ્યું છે કે PCM-કોંક્રિટે પ્રમાણભૂત કોંક્રિટની સરખામણીમાં થર્મલ સ્ટોરેજ ક્ષમતામાં 50% સુધારો કર્યો છે. ગરમ આબોહવામાં, પીસીએમ કોંક્રિટ જાડા માળખાકીય તત્વોમાં તાપમાનના તફાવતોને મર્યાદિત કરીને થર્મલ ક્રેકીંગને અટકાવે છે.

એકીકૃત PCM બનાવવા માટેનું વૈશ્વિક બજાર 2024માં આશરે $420 મિલિયન સુધી પહોંચ્યું હતું, જે કુલ PCM બજારના 35%નું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. આ સેગમેન્ટ 2030 સુધીમાં 16.7% CAGR પર વધવાનો અંદાજ છે કારણ કે ગ્રીન બિલ્ડીંગ કોડ વધુ કડક બનશે.

બેટરી થર્મલ મેનેજમેન્ટ

લિથિયમ-આયન બેટરી ચાર્જ દરમિયાન નોંધપાત્ર ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે-ડિસ્ચાર્જ ચક્ર, થર્મલ મેનેજમેન્ટ પડકારો બનાવે છે. મોટાભાગની લિથિયમ-આયન બેટરી માટે શ્રેષ્ઠ ઓપરેટિંગ રેન્જ 25-40 ડિગ્રી છે ; 50 ડિગ્રીથી ઉપરનું તાપમાન અધોગતિને વેગ આપે છે જ્યારે 0 ડિગ્રીથી નીચે, આંતરિક પ્રતિકાર તીવ્રપણે વધે છે.

PCM-આધારિત બેટરી થર્મલ મેનેજમેન્ટ સિસ્ટમ્સ (BTMS) બાહ્ય પાવર વપરાશ વિના આને સંબોધિત કરે છે. બેટરી પેક કાં તો પીસીએમમાં ​​ડૂબી જાય છે અથવા પીસીએમ જેકેટ્સથી ઘેરાયેલું હોય છે. ઉચ્ચ-પાવર ઓપરેશન દરમિયાન, પીસીએમ ગલન દ્વારા ગરમીને શોષી લે છે, બેટરીનું તાપમાન નિર્ણાયક થ્રેશોલ્ડથી નીચે જાળવી રાખે છે.

સાથે તાજેતરના પ્રયોગોલિથિયમ આયર્ન ફોસ્ફેટ બેટરીપેક PCM અસરકારકતા દર્શાવે છે. 2025ના અભ્યાસમાં 3C ડિસ્ચાર્જ રેટ હેઠળ 500 Ah પાઉચ બેટરીનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. PCM-મેટલ ફોમ હાઇબ્રિડ સિસ્ટમ સમગ્ર કોષોમાં માત્ર 2.8 ડિગ્રી તાપમાનના તફાવત સાથે મહત્તમ તાપમાન 40.3 ડિગ્રીથી નીચે રાખે છે. તેની સરખામણીમાં, એર કૂલ્ડ સિસ્ટમ્સ 17.2 ડિગ્રી તફાવત સાથે 48 ડિગ્રી સુધી પહોંચી હતી.

સંયુક્ત પીસીએમ કામગીરીને વધારે છે. વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ સાથે મિશ્રિત પેરાફિન (વજન દ્વારા 10%) શુદ્ધ પેરાફિન કરતાં 2.56 W/m·K-એ 10-ગણો સુધારો ની થર્મલ વાહકતા પ્રાપ્ત કરે છે. આ સંયોજનોએ 4C ડિસ્ચાર્જ દરે બેટરી પેકના તાપમાનમાં 25.77% ઘટાડો કર્યો છે જ્યારે 5 ડિગ્રીની અંદર સેલ-સેલ તાપમાનના ફેરફારોને નિયંત્રિત કરે છે.

ઇલેક્ટ્રિક વ્હિકલ માર્કેટ બીટીએમએસ ઇનોવેશન ચલાવે છે. 2030 સુધીમાં EV વેચાણમાં વાર્ષિક 18% વૃદ્ધિનો અંદાજ છે, PCM-આધારિત થર્મલ સોલ્યુશન્સ સક્રિય પ્રવાહી ઠંડક પ્રણાલીઓ માટે નિષ્ક્રિય, ઓછા વજનના વિકલ્પો પ્રદાન કરે છે. સંશોધન સૂચવે છે કે પીસીએમ સિસ્ટમ પંપ અને જટિલ પ્લમ્બિંગને દૂર કરતી વખતે બેટરી પેક વજનમાં માત્ર 3-5% ઉમેરે છે.

ઇલેક્ટ્રોનિક્સ થર્મલ મેનેજમેન્ટ

ઉચ્ચ-પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ 100 W/cm² કરતાં વધુ ગરમીના પ્રવાહની ઘનતાનો સામનો કરે છે. પરંપરાગત ઠંડકની પદ્ધતિઓ લઘુચિત્રતાના વલણો અને ટોચના થર્મલ લોડ્સ સાથે સંઘર્ષ કરે છે. પીસીએમ ઉપયોગની વૃદ્ધિ દરમિયાન થર્મલ બફરિંગ પ્રદાન કરે છે.

સ્માર્ટફોન પ્રોસેસર્સ સઘન કાર્યો દરમિયાન 8-12W જનરેટ કરે છે. ડિસ્પ્લેની પાછળ સંકલિત પીસીએમ ફિલ્મો (0.5-1 મીમી જાડા) આ ગરમીને શોષી લે છે, સપાટીના તાપમાનને 42 ડિગ્રીથી વધુ અટકાવે છે - વપરાશકર્તાની અગવડતા માટે થ્રેશોલ્ડ. PCM ઉચ્ચ-લોડ સમયગાળા દરમિયાન પીગળી જાય છે અને નિષ્ક્રિય સમય દરમિયાન ફરીથી સ્થિર થાય છે.

ડેટા કેન્દ્રો મુખ્ય એપ્લિકેશન ક્ષેત્રનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. સર્વર કોમ્પ્યુટેશનલ માંગના આધારે વેરિયેબલ થર્મલ લોડનો અનુભવ કરે છે. પીસીએમ કૂલિંગ સિસ્ટમ્સ પીક તાપમાનને 15-20 ડિગ્રી ઘટાડે છે જ્યારે એર કન્ડીશનીંગ ઊર્જા વપરાશમાં 30% ઘટાડો કરે છે. ફ્રેન્કફર્ટમાં એક સુવિધાએ સર્વર રેક ડિઝાઇનમાં PCMને સંકલિત કરી, $280,000 વાર્ષિક ઊર્જા બચત હાંસલ કરી.

ટેક્સટાઇલ અને વેરેબલ એપ્લિકેશન્સ

કાપડમાં માઇક્રોએનકેપ્સ્યુલેટેડ પીસીએમ તાપમાન-નિયંત્રિત કપડાં બનાવે છે. ગોળાકાર માઇક્રોકેપ્સ્યુલ્સ (2-30 માઇક્રોમીટર) 28-32 ડિગ્રી ગલનબિંદુ સાથે પેરાફિન ધરાવે છે. જ્યારે ફેબ્રિકમાં વણવામાં આવે છે, ત્યારે આ કેપ્સ્યુલ્સ સંક્રમણ તાપમાનથી ઉપર શરીરની ગરમીને શોષી લે છે, જે ઠંડકની સંવેદના પૂરી પાડે છે.

એથ્લેટિક એપેરલ પીસીએમનો સમાવેશ લેબોરેટરી પરીક્ષણ અનુસાર પરસેવાના ઉત્પાદનમાં 48% સુધી ઘટાડો કરે છે. ટેક્નોલોજી તબીબી એપ્લિકેશનો સુધી વિસ્તરે છે-PCM વેસ્ટ થર્મોરેગ્યુલેશન ડિસઓર્ડર ધરાવતા દર્દીઓ માટે શરીરના તાપમાનનું સંચાલન કરવામાં મદદ કરે છે.

લશ્કરી એપ્લિકેશનો આત્યંતિક વાતાવરણમાં સૈનિકો માટે પીસીએમ વસ્ત્રોનો ઉપયોગ કરે છે. યુએસ આર્મીએ પીસીએમ જેકેટ્સનું પરીક્ષણ કર્યું જે સક્રિય ગરમી અથવા ઠંડક વિના -10 ડિગ્રીથી 45 ડિગ્રી સુધી આસપાસની સ્થિતિમાં 4-6 કલાક માટે આરામદાયક ધડ તાપમાન જાળવી રાખે છે.

સૌર ઉર્જા સંગ્રહ

કેન્દ્રિત સૌર ઉર્જા (CSP) પ્લાન્ટ થર્મલ ઉર્જા સંગ્રહ માટે PCM નો ઉપયોગ કરે છે. દિવસના પ્રકાશના કલાકો દરમિયાન, પીસીએમ સ્ટોરેજ ટાંકીઓને ગરમ કરવા માટે અરીસાઓ સૂર્યપ્રકાશને કેન્દ્રિત કરે છે. સંગ્રહિત ગરમી સૂર્યાસ્ત પછી ટર્બાઇન કામગીરી માટે વરાળ ઉત્પન્ન કરે છે.

મીઠું-આધારિત પીસીએમ પાવર જનરેશન માટે જરૂરી 200-400 ડિગ્રી પર અસરકારક રીતે કામ કરે છે. સ્પેનમાં CSP સુવિધા 1,000 ટન સોડિયમ નાઈટ્રેટ-પોટેશિયમ નાઈટ્રેટ યુટેક્ટિક મિશ્રણનો ઉપયોગ કરે છે, જે સૂર્યાસ્ત પછી 7.5 કલાક સુધી વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે પૂરતી ગરમીનો સંગ્રહ કરે છે. આ પ્લાન્ટની ઓપરેશનલ વિન્ડોને દરરોજ 6 થી 13.5 કલાક સુધી લંબાવે છે.

ફોટોવોલ્ટેઇક-થર્મલ (PV/T) સિસ્ટમ્સ PCM ને સૌર પેનલની પાછળ એકીકૃત કરે છે. પેનલની કાર્યક્ષમતા 0.5% પ્રતિ ડિગ્રી સેલ્સિયસ 25 ડિગ્રી ઉપર ડ્રોપ કરે છે. PCM સ્તરો વધારાની ગરમીને શોષી લે છે, પેનલ તાપમાન 10-15 ડિગ્રી ઠંડુ જાળવી રાખે છે અને 8-12% દ્વારા વિદ્યુત ઉત્પાદનમાં સુધારો કરે છે. સંગ્રહિત ગરમીને ગરમ પાણીના ઉત્પાદન માટે પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે, જે પ્રમાણભૂત પીવી માટે 20% વિરુદ્ધ સિસ્ટમની એકંદર કાર્યક્ષમતા 65% સુધી વધારી શકે છે.

કોલ્ડ ચેઇન અને પેકેજિંગ

PCM રેફ્રિજન્ટ પરિવહન દરમિયાન તાપમાન-સંવેદનશીલ કાર્ગો જાળવી રાખે છે. ફાર્માસ્યુટિકલ કંપનીઓ રસીના શિપમેન્ટ માટે 2-8 ડિગ્રી ફેઝ ચેન્જ તાપમાન સાથે PCM પેકનો ઉપયોગ કરે છે. સામગ્રી પાવર ઇનપુટ વિના 24-72 કલાક તાપમાન નિયંત્રણ પ્રદાન કરે છે.

કોલ્ડ ચેઇન ટેક્નોલોજીસ અને VPL Rx વચ્ચેની 2024ની ભાગીદારીએ એકીકૃત તાપમાન મોનિટરિંગ સાથે સ્માર્ટ PCM પેકેજિંગ વિકસાવ્યું. બરફ આધારિત ઠંડકની સરખામણીમાં સિસ્ટમ પરિવહન દરમિયાન રસીના બગાડમાં 40% ઘટાડો કરે છે. પીસીએમ અભિગમે પરિવહન ખર્ચ અને કાર્બન ઉત્સર્જન ઘટાડીને શિપિંગ વજનમાં 35% ઘટાડો કર્યો.

ખાદ્ય ઉદ્યોગના કાર્યક્રમોમાં રેફ્રિજરેટેડ ટ્રકમાં પીસીએમ પેનલનો સમાવેશ થાય છે. આ પેનલો દરવાજા ખોલવા અને પરિવહનમાં વિલંબ દરમિયાન ગરમીને શોષી લે છે, તાપમાનમાં વધારો અટકાવે છે. ફિલ્ડ ટ્રાયલ્સે તાપમાનની વધઘટમાં 60% ઘટાડો અને રેફ્રિજરેશન એકમો માટે 20% ઓછો ઇંધણનો વપરાશ દર્શાવ્યો હતો.

ટેકનિકલ પડકારો અને ઉકેલો

ઓછી થર્મલ વાહકતા

શુદ્ધ કાર્બનિક PCM 0.2 W/m·K પર ગરમીનું સંચાલન નબળી રીતે કરે છે-પેરાફિન જાડા ભાગોમાં સંપૂર્ણ ઓગળવામાં કલાકો લે છે. ત્રણ પ્રાથમિક ઉન્નતીકરણ પદ્ધતિઓ આને સંબોધિત કરે છે:

વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ (EG)વાહક મેટ્રિક્સ બનાવે છે. જ્યારે PCM EG છિદ્રોમાં ઘૂસણખોરી કરે છે, ત્યારે સંયુક્તની થર્મલ વાહકતા 5-15 ગણી વધે છે. 10% EG લોડિંગ પેરાફિન વાહકતાને 0.2 થી 2.5 W/m·K સુધી વધારી દે છે જ્યારે 85% મૂળ સુપ્ત ગરમી જાળવી રાખે છે.

મેટલ ફીણ(એલ્યુમિનિયમ, કોપર, નિકલ) થ્રી-પરિમાણીય હીટ ટ્રાન્સફર પાથવે પ્રદાન કરે છે. 5 પોર્સ પ્રતિ ઇંચ (PPI) પર કોપર ફોમ અસરકારક વાહકતા 8-12 W/m·K સુધી વધે છે. ઓપન-સેલ માળખું ગરમીના પ્રવાહ માટે સતત મેટલ નેટવર્ક બનાવતી વખતે PCM ઘૂસણખોરીને મંજૂરી આપે છે.

નેનોપાર્ટિકલ એડિટિવ્સPCM દ્વારા ફેલાવો. 3% વજનના અપૂર્ણાંક પર કાર્બન નેનોટ્યુબ 300-400% વાહકતા સુધારે છે. જો કે, નેનોમટેરિયલ્સ સ્નિગ્ધતામાં વધારો કરે છે અને ઉત્પાદનને જટિલ બનાવે છે.

સુપરકૂલિંગ નિવારણ

અકાર્બનિક પીસીએમ ઘણીવાર તેમના ઠંડું બિંદુથી 5-20 ડિગ્રી નીચે પ્રવાહી રહે છે. આ ગરમીના પ્રકાશનમાં વિલંબ કરે છે અને સિસ્ટમ પ્રતિભાવ ઘટાડે છે. ઉકેલોમાં શામેલ છે:

ન્યુક્લિએટિંગ એજન્ટોસ્ફટિકીકરણ સાઇટ્સ પ્રદાન કરો. સોડિયમ સલ્ફેટ ડેકાહાઇડ્રેટમાં 2-5% બોરેક્સ ઉમેરવાથી સુપરકૂલિંગ 12 ડિગ્રીથી 2 ડિગ્રી સુધી ઘટે છે. ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ નેનોપાર્ટિકલ્સ 0.5-1% લોડિંગ પર મીઠું હાઇડ્રેટ માટે ન્યુક્લિએટર તરીકે સેવા આપે છે.

સપાટીની ખરબચડીકન્ટેનરમાં વિજાતીય ન્યુક્લિએશનને પ્રોત્સાહન આપે છે. સેન્ડબ્લાસ્ટેડ એલ્યુમિનિયમ કન્ટેનર સરળ સપાટી કરતાં 65% ઓછું સુપરકૂલિંગ દર્શાવે છે.

તબક્કો અલગ

સોલ્ટ હાઇડ્રેટ પુનરાવર્તિત ચક્ર પછી મીઠું-સમૃદ્ધ અને પાણી-સમૃદ્ધ તબક્કામાં અલગ પડે છે. મીઠું સ્થાયી થાય છે, રચનાના ઢાળ બનાવે છે જે પ્રભાવને બગાડે છે.

જાડું થવું એજન્ટોજેમ કે હાઇડ્રોક્સાઇથિલ સેલ્યુલોઝ સસ્પેન્શન જાળવી રાખે છે. 1-2% સાંદ્રતા પર, આ પોલિમર મીઠાના કણોને વિતરિત રાખે છે, સારવાર વિના 50-100 વિરુદ્ધ 1,000+ ચક્ર સુધી સ્થિર કામગીરીને વિસ્તરે છે.

વધારાનું પાણીstoichiometric નુકસાન માટે વળતર. કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ હેક્સાહાઇડ્રેટમાં 5-10% વધારાનું પાણી ઉમેરવાથી સંપૂર્ણ ઘનતા અટકાવે છે, પ્રવાહી અપૂર્ણાંક જાળવી રાખે છે જે મિશ્રણને સરળ બનાવે છે.

નિયંત્રણ અને લિકેજ

લિક્વિડ પીસીએમને લિકેજને રોકવા માટે કન્ટેઈનમેન્ટની જરૂર છે. ત્રણ એન્કેપ્સ્યુલેશન અભિગમ આને સંબોધિત કરે છે:

માઇક્રોએનકેપ્સ્યુલેશન(1-1000 માઇક્રોમીટર) પોલિમર શેલમાં PCM કોટ કરે છે. જ્યારે કોર પીગળી જાય છે ત્યારે કેપ્સ્યુલ્સ અકબંધ રહે છે, જે બિલ્ડિંગ મટિરિયલ્સ, ટેક્સટાઇલ અથવા કમ્પોઝિટ્સમાં PCM એકીકરણને સક્ષમ કરે છે. શેલ સામગ્રીમાં મેલામાઇન-ફોર્માલ્ડિહાઇડ, પોલીયુરેથીન અથવા એક્રેલિક પોલિમરનો સમાવેશ થાય છે.

મેક્રોએનકેપ્સ્યુલેશન uses larger containers (>1 સેમી). પ્લાસ્ટિક પાઉચ, ધાતુના ડબ્બા અથવા કાચની નળીઓ 50 mL થી કેટલાક લિટર સુધી PCM વોલ્યુમ ધરાવે છે. આ પદ્ધતિ કેન્દ્રિય થર્મલ સ્ટોરેજને અનુકૂળ કરે છે પરંતુ નિયંત્રણ વજન ઉમેરે છે.

ફોર્મ-સ્થિર PCMકન્ટેનરને સંપૂર્ણપણે દૂર કરો. PCM વિસ્તૃત ગ્રેફાઇટ, ડાયટોમેસિયસ અર્થ અથવા પોલિમર ફીણ જેવા છિદ્રાળુ પદાર્થોમાં શોષાય છે. રુધિરકેશિકાઓના દળો અને સપાટીના તણાવ છિદ્રની રચનામાં પ્રવાહી PCM જાળવી રાખે છે, જ્યારે સંપૂર્ણપણે પીગળેલા હોય ત્યારે પણ લિકેજને અટકાવે છે.

બજાર વૃદ્ધિ અને દિશાઓ

વર્તમાન બજાર સ્થિતિ

બજારની વ્યાખ્યાના આધારે વૈશ્વિક PCM માર્કેટ 2024માં $1.6-3.0 બિલિયન સુધી પહોંચ્યું હતું. વૃદ્ધિ અંદાજો 11.5% થી 18% CAGR સુધીની રેન્જ ધરાવે છે, જે સંભવિતપણે 2032-2033 સુધીમાં $4-10 બિલિયન સુધી પહોંચશે.

ઉત્તર અમેરિકા 2024 માટે પીસીએમના વેચાણમાં $854.6 મિલિયન સાથે આગળ છે, જે 2033 સુધીમાં વધીને $3.1 બિલિયન થવાની ધારણા છે. યુરોપ વૈશ્વિક બજારના આશરે 40% હિસ્સાને નજીકથી અનુસરે છે. એશિયા-પેસિફિક સૌથી ઝડપી વૃદ્ધિ દર દર્શાવે છે-ચીન, જાપાન અને ભારત દ્વારા સંચાલિત-જ્યાં શહેરીકરણ અને નવીનીકરણીય ઉર્જા અપનાવવાથી થર્મલ મેનેજમેન્ટ સોલ્યુશન્સની માંગ ઉભી થાય છે.

મુખ્ય ઉત્પાદકોમાં BASF, હનીવેલ, રૂબિથર્મ ટેક્નોલોજીસ, ફેઝ ચેન્જ એનર્જી સોલ્યુશન્સ અને ડાઉનો સમાવેશ થાય છે. સ્પર્ધાત્મક લેન્ડસ્કેપ ખંડિત રહે છે; કોઈ એક ખેલાડી 15% થી વધુ બજાર હિસ્સાને નિયંત્રિત કરતું નથી. આ વિભાજન PCM એપ્લિકેશનની વિશિષ્ટ પ્રકૃતિને પ્રતિબિંબિત કરે છે-વિવિધ ઉદ્યોગોને અલગ ફોર્મ્યુલેશન અને એકીકરણ અભિગમની જરૂર હોય છે.

ઉભરતી એપ્લિકેશન્સ

તબીબી થર્મલ મેનેજમેન્ટબિનઉપયોગી બજારનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. PCM વેસ્ટ મલ્ટિપલ સ્ક્લેરોસિસ ધરાવતા દર્દીઓ માટે શરીરનું તાપમાન નિયમન કરે છે, જેમની ગરમીની સંવેદનશીલતા ગતિશીલતાને અસર કરે છે. ક્લિનિકલ ટ્રાયલ દર્શાવે છે કે પીસીએમ વસ્ત્રો ઉનાળાની સ્થિતિમાં આઉટડોર એક્ટિવિટીનો સમય 3-4 કલાક સુધી લંબાવે છે.

એરોસ્પેસ એપ્લિકેશન્સPCM ની નિષ્ક્રિય કામગીરીનો ઉપયોગ કરો. ઉપગ્રહો સૂર્યપ્રકાશ અને પડછાયાની વચ્ચે પરિભ્રમણ કરતી વખતે -150 ડિગ્રીથી +150 ડિગ્રી સુધી તાપમાનમાં ફેરફાર અનુભવે છે. પીસીએમ સિસ્ટમો વીજ વપરાશ વિના ±5 ડિગ્રીની અંદર સાધનોનું તાપમાન જાળવી રાખે છે. ઇન્ટરનેશનલ સ્પેસ સ્ટેશન પ્રાયોગિક મોડ્યુલોમાં થર્મલ રેગ્યુલેશન માટે PCM પેનલનો ઉપયોગ કરે છે.

5G ઈન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચરઠંડક ઉચ્ચ-આવર્તન ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાંથી ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. નાના સેલ ટાવર્સ કોમ્પેક્ટ એન્ક્લોઝરમાં નોંધપાત્ર કમ્પ્યુટિંગ પાવર પેક કરે છે. પીસીએમ કૂલિંગ સોલ્યુશન્સ સક્રિય એર કન્ડીશનીંગ જરૂરિયાતોને 40-50% ઘટાડે છે, ઓપરેશનલ ખર્ચ ઘટાડે છે અને પાવર-મર્યાદિત સ્થળોએ વિશ્વસનીયતામાં સુધારો કરે છે.

સામગ્રી નવીનતા

જૈવ-આધારિત PCMs ટકાઉપણાની ચિંતાઓને દૂર કરે છે. છોડના તેલ અથવા ખાદ્યપદાર્થોમાંથી મેળવેલી સામગ્રી-ગ્રેડ વેક્સ પેટ્રોલિયમની અવલંબનને દૂર કરે છે અને જીવનની રિસાયક્લિબિલિટી-ને સુધારે છે. બાયો-PCM માર્કેટ શેર વાર્ષિક 20%ના દરે વધી રહ્યો છે, જોકે ઉત્પાદન ખર્ચ કૃત્રિમ વિકલ્પો કરતાં 30-50% વધારે છે.

સોલિડ-સોલિડ પીસીએમ લિક્વિડ હેન્ડલિંગ પડકારોને દૂર કરે છે. આ સામગ્રીઓ ઓગળ્યા વિના સ્ફટિકીય બંધારણમાં ફેરફાર કરે છે. પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ-આધારિત ઘન-સોલિડ PCM 100-150 kJ/kg ની ગુપ્ત ગરમી સાથે -50 ડિગ્રીથી +175 ડિગ્રી સુધી કાર્ય કરે છે. તેઓ સ્માર્ટ ટેક્સટાઇલ અને અનુકૂલનશીલ મકાન સામગ્રીમાં એપ્લિકેશન શોધી રહ્યાં છે જ્યાં લિકેજને સંપૂર્ણપણે સહન કરી શકાતું નથી.

નેનો-ઉન્નત PCM આગળ વધવાનું ચાલુ રાખે છે. ગ્રાફીન અને MXene ઉમેરણો સાથેનું તાજેતરનું કાર્ય માત્ર 2-3% લોડિંગ પર 15-ગણા કરતાં વધુ થર્મલ વાહકતા સુધારણા દર્શાવે છે. નેનોમટેરિયલ્સ વિદ્યુત વાહકતાને પણ સક્ષમ કરે છે, વિદ્યુત રીતે ટ્રિગર થયેલ PCM સિસ્ટમો માટે શક્યતાઓ ખોલે છે.

માનકીકરણના પ્રયત્નો

ઉદ્યોગમાં PCM પ્રદર્શન અને ટકાઉપણું માટે એકીકૃત પરીક્ષણ ધોરણોનો અભાવ છે. ઇન્ટરનેશનલ એનર્જી એજન્સીના ટાસ્ક 42 એ થર્મલ પ્રોપર્ટી માપન માટે માર્ગદર્શિકા સ્થાપિત કરી છે, પરંતુ દત્તક સ્વૈચ્છિક રહે છે. માનકીકરણ ડિઝાઇનર્સ અને અંતિમ-વપરાશકર્તાઓ માટે વિશ્વસનીય પ્રદર્શન મેટ્રિક્સ પ્રદાન કરીને બજાર વૃદ્ધિને વેગ આપશે.

ISO PCM-ઉન્નત નિર્માણ સામગ્રી માટેના ધોરણો વિકસાવી રહ્યું છે, જે 2025-2026માં પ્રકાશિત થવાની અપેક્ષા છે. આ ધોરણો લઘુત્તમ કામગીરીના માપદંડો, પરીક્ષણ પ્રોટોકોલ્સ અને સલામતી આવશ્યકતાઓ-ખાસ કરીને કાર્બનિક PCM સાથે આગ સલામતીની ચિંતાઓને ધ્યાનમાં રાખીને નિર્દિષ્ટ કરશે.

વારંવાર પૂછાતા પ્રશ્નો

કાર્બનિક અને અકાર્બનિક પીસીએમ વચ્ચે શું તફાવત છે?

ઓર્ગેનિક પીસીએમ (પેરાફિન્સ, ફેટી એસિડ્સ) સ્થિર સાયકલિંગ કામગીરી અને ન્યૂનતમ સુપરકૂલિંગ પ્રદાન કરે છે પરંતુ તેની થર્મલ વાહકતા ઓછી હોય છે. અકાર્બનિક પીસીએમ (મીઠું હાઇડ્રેટ, ધાતુઓ) ઉચ્ચ વાહકતા અને સુષુપ્ત ગરમી પ્રદાન કરે છે પરંતુ તે સુપરકૂલિંગ અને તબક્કા અલગ થવાનો અનુભવ કરી શકે છે. કિંમત- મુજબ, ઓર્ગેનિક્સની રેન્જ $2-8/kg છે જ્યારે અકાર્બનિક $1-15/kg શુદ્ધતાની જરૂરિયાતોને આધારે વિસ્તરે છે. પસંદગી એપ્લિકેશન તાપમાન, સાયકલિંગ આવર્તન અને થર્મલ પ્રતિભાવ સમયની જરૂરિયાતો પર આધારિત છે.

તબક્કો બદલવાની સામગ્રી કેટલો સમય ચાલે છે?

PCM longevity varies by type and operating conditions. High-quality paraffins maintain >10,000 ચક્ર પછી 90% પ્રદર્શન. સોલ્ટ હાઇડ્રેટ સામાન્ય રીતે 1,000-3,000 ભરોસાપાત્ર ચક્ર પ્રાપ્ત કરે છે તે પહેલાં રિપ્લેસમેન્ટની જરૂર પડે છે. દરરોજ 1 ચક્ર સાથે એપ્લિકેશન બનાવવા માટે, આ સેવા જીવનના 3-27 વર્ષનો અનુવાદ કરે છે. રાસાયણિક ભંગાણ, કન્ટેનર કાટ અથવા ધીમે ધીમે મિલકતમાં ફેરફાર દ્વારા અધોગતિ થાય છે. પીસીએમ-કન્ટેનર સંયોજનોની યોગ્ય પસંદગી સેવા જીવનને નોંધપાત્ર રીતે વિસ્તૃત કરે છે.

શું પીસીએમ ભારે તાપમાનમાં કામ કરી શકે છે?

PCM -50 ડિગ્રીથી +800 ડિગ્રી સુધીની તાપમાન શ્રેણી માટે ઉપલબ્ધ છે. નીચા-તાપમાનના કાર્યક્રમો પાણી-ગ્લાયકોલ મિશ્રણ અથવા વિશિષ્ટ કાર્બનિક પદાર્થોનો ઉપયોગ કરે છે. ઉચ્ચ-તાપમાન પ્રણાલીઓ પીગળેલા ક્ષાર અથવા ધાતુના એલોયનો ઉપયોગ કરે છે. ચાવી એ પીસીએમ ગલનબિંદુને એપ્લિકેશન આવશ્યકતાઓ સાથે મેળ ખાતી હોય છે-સામાન્ય રીતે લક્ષ્ય તાપમાનના 2-5 ડિગ્રીની અંદર PCT પસંદ કરવું. કેટલીક એપ્લિકેશનો વિશાળ તાપમાન શ્રેણીને આવરી લેવા અથવા તબક્કાવાર થર્મલ પ્રતિસાદ આપવા માટે શ્રેણીમાં બહુવિધ પીસીએમનો ઉપયોગ કરે છે.

શું તબક્કા પરિવર્તન સામગ્રી સુરક્ષિત છે?

સુરક્ષા PCM પ્રકાર અને એપ્લિકેશન પર આધાર રાખે છે. ફૂડ-ગ્રેડ પીસીએમ (ચોક્કસ ફેટી એસિડ્સ, પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ) બિન-ઝેરી છે. પેરાફિન્સ જ્વલનશીલ છે-અગ્નિશામક અથવા એન્કેપ્સ્યુલેશન આ જોખમને ઘટાડે છે. સોલ્ટ હાઇડ્રેટ સામાન્ય રીતે સલામત હોય છે પરંતુ કેટલાક ત્વચાને બળતરા કરે છે. યોગ્ય નિયંત્રણ લીકેજ અને સીધો સંપર્ક અટકાવે છે. નિયમનકારી મંજૂરી પ્રદેશ પ્રમાણે બદલાય છે; ઉદાહરણ તરીકે, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં ફૂડ કોન્ટેક્ટ એપ્લિકેશન માટે FDA ની મંજૂરી જરૂરી છે. મોટાભાગના વ્યાપારી PCM ઉત્પાદનોમાં હેન્ડલિંગ માર્ગદર્શિકા સાથે સલામતી ડેટા શીટ્સનો સમાવેશ થાય છે.

વિશિષ્ટ પ્રયોગશાળા જિજ્ઞાસાઓમાંથી વ્યાપારી રીતે સધ્ધર થર્મલ મેનેજમેન્ટ સોલ્યુશન્સ સુધીના તબક્કા પરિવર્તન સામગ્રીની ઉત્ક્રાંતિ નિષ્ક્રિય થર્મલ નિયંત્રણ લાભોની વધતી માન્યતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે. પીસીએમ એકીકરણ એ તમામ ઉદ્યોગોમાં વિસ્તરણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે જ્યાં તાપમાન સ્થિરતા અને ઊર્જા કાર્યક્ષમતા પ્રાથમિકતાઓ છે. જ્યારે ખર્ચ અને ટકાઉપણું જેવા પડકારો પર સતત ધ્યાન આપવાની જરૂર છે, ત્યારે સુપ્ત ગરમીના સંગ્રહનું મૂળભૂત ભૌતિકશાસ્ત્ર ખાતરી કરે છે કે PCM એ ઊર્જા પ્રણાલીઓ વિકસિત થતાં સુસંગત રહેશે. ટેક્નોલોજી એપ્લીકેશન્સમાં ખાસ કરીને મજબૂત મૂલ્ય પ્રદાન કરે છે જ્યાં પરંપરાગત સક્રિય સિસ્ટમ્સ વજન, શક્તિ અથવા વિશ્વસનીયતાના અવરોધોને કારણે અવ્યવહારુ હોય છે