CN101975792B - 一种固液相变材料稳定性测试系统 - Google Patents

一种固液相变材料稳定性测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种固液相变材料稳定性测试系统，包括有高温热源恒温槽1，低温热源恒温槽2，定时控制器3，数据采集仪4，计算机5，第一两通电磁阀6，第一三通电磁阀7，第二三通电磁阀8，第二两通电磁阀9，保温容器10，试样容器11，温度传感器12。通过定时控制器3可自动切换高温热源恒温槽1和低温热源恒温槽2内的冷热恒温介质交替流经保温容器10，从而反复加热融化和冷却凝固试样容器11中的相变材料试样，无需人为操作，自动化程度高。可用于科研单位和相关生产厂商对相变材料的研发和产品长期使用稳定性的检测。

Description

一种固液相变材料稳定性测试系统
技术领域
本发明涉及相变材料稳定性测试技术，具体为一种能够自动使固液相变材料反复融化、凝固的相变材料稳定性测试系统。
背景技术
固液相变材料因在固液相变时可吸收或释放大量热能同时保持恒定的温度，具有比显热蓄能材料更大的蓄能密度，因此可被用于多种能源系统的蓄能装置中，例如太阳能热利用的蓄热系统，空调的蓄冷系统，工业余热的热回收系统等。
固液相变材料可分为有机相变材料和无机相变材料，有机相变材料(例如石蜡类、脂肪酸类)具有无腐蚀性、化学和热物理性质稳定、没有或较低的过冷度等优点，但是密度小、相变潜热较小，因此单位体积的蓄能量较小，另外其热导率低、易燃也不利于有机相变材料的应用。无机相变材料主要是水合无机盐相变材料，由于密度大、相变潜热大，因而具有较大的蓄能密度，同时具有较好的传热性能且价格便宜，因此倍受关注。但是水合无机盐相变材料有较大的过冷度和易析出无机盐晶体而发生相分层的缺点，因此提出了多种不同的成核剂和稳定剂，以减小或消除过冷度及相分层。然而，由于实际工程应用时，相变材料需要数百次乃至数千次反复融化、凝固，这就要求对成核剂和稳定剂长期使用的稳定性和可靠性进行测试，如果使用人工重复这种过程，将十分耗时耗力。另外对于其它类型的相变材料，在长期反复使用时，也可能存在相变潜热减小，相变温度不稳定等衰减现象，因此也有稳定性测试的需求。
发明内容
为了解决相变材料长期使用稳定性测试问题，本发明提出一种固液相变材料稳定性测试系统。
本发明采用的技术方案是：
一种固液相变材料稳定性测试系统，包括有高温热源恒温槽(1)，低温热源恒温槽(2)，定时控制器(3)，数据采集仪(4)，计算机(5)，第一两通电磁阀(6)，第一三通电磁阀(7)，第二三通电磁阀(8)，第二两通电磁阀(9)，保温容器(10)，试样容器(11)，温度传感器(12)。
所述高温热源恒温槽(1)的工作温度为-40℃至350℃。
所述低温热源恒温槽(2)的工作温度为-40℃至350℃。
所述的定时控制器(3)，其特征在于可以分别设置任意的融化时间间隔和凝固时间间隔，用以定时控制第一两通电磁阀(6)，第一三通电磁阀(7)，第二三通电磁阀(8)，第二两通电磁阀(9)的通断；
所述的高温热源恒温槽(1)的g端为恒温介质出口端，h端为恒温介质入口端；低温热源恒温槽(2)的i端为恒温介质出口端，j端为恒温介质入口端；
所述的第一两通电磁阀(6)的l端为入口端，k端为出口端；第二两通电磁阀(9)的n端为入口端，m端为出口端；
所述第一三通电磁阀(7)的a端和b端为出口端，c端为入口端；也可使用两个两通电磁阀分别控制a端和b端，取代第一三通电磁阀(7)；
所述第二三通电磁阀(8)的d端和e端为入口端，f端为出口端；也可使用两个两通电磁阀分别控制d端和e端，取代第二三通电磁阀(8)；
所述保温容器(10)的o端为恒温介质入口端，p端为恒温介质出口端；
所述试样容器(11)用于填装待测试样，可以是1个或多个；
所述的第一两通电磁阀(6)的l端与高温热源恒温槽(1)的g端以及第二三通电磁阀(8)的d端连接，k端与高温热源恒温槽(1)的h端以及第一三通电磁阀(7)的a端连接；
所述的第二两通电磁阀(9)的n端与低温热源恒温槽(2)的j端以及第一三通电磁阀(7)的b端连接，m端与低温热源恒温槽(2)的i端以及第二三通电磁阀(8)的e端连接；
所述第一三通电磁阀(7)的a端与高温热源恒温槽(1)的h端以及第一两通电磁阀(6)的k端连接，b端与低温热源恒温槽(2)的j端以及第二两通电磁阀(9)的n端连接，c端与保温容器(10)的p端连接；
所述第二三通电磁阀(8)的d端与高温热源恒温槽(1)的g端以及第一两通电磁阀(6)的l端连接，e端与低温热源恒温槽(2)的i端以及第二两通电磁阀(9)的m端连接，f端与保温容器(10)的o端连接。
所述固液相变材料稳定性测试系统，首先填装试样，设定高温热源恒温槽(1)和低温热源恒温槽(2)的温度，根据所装试样的质量和相变潜热大小，设定定时控制器(3)切换时间间隔，并确保在此时间间隔内试样能被完全融化和凝固。当恒温槽温度达到设定值时，启动定时控制器(3)开始工作：
1.定时控制器(3)关断第一两通电磁阀(6)，关断第一三通电磁阀(7)的b端，关断第二三通电磁阀(8)的e端，开通第二两通电磁阀(9)，开通第一三通电磁阀(7)的a端，开通第二三通电磁阀(8)的d端；同时开始计时；此时高温热源恒温槽(1)内的高温的恒温介质在恒温槽外循环泵驱动下从g端流出，流经第二三通电磁阀(8)的d端和f端，从保温容器(10)的o端流入保温容器(10)，然后从保温容器(10)的p端流出，经第一三通电磁阀(7)的c端和a端，从h端流回高温热源恒温槽(1)，高温的恒温介质在此流程中加热融化试样容器(11)中的相变材料试样；此时低温热源恒温槽(2)内的低温的恒温介质在恒温槽外循环泵的驱动下从i端流出，经第二两通电磁阀(9)，从j端流回低温热源恒温槽(2)；
2.定时控制器(3)计时达到设定融化时间间隔时，开通第一两通电磁阀(6)，开通第一三通电磁阀(7)的b端，开通第二三通电磁阀(8)的e端，关断第二两通电磁阀(9)，关断第一三通电磁阀(7)的a端，关断第二三通电磁阀(8)的d端；同时开始重新计时；此时高温热源恒温槽(1)内的高温的恒温介质在恒温槽外循环泵驱动下从g端流出，流经第一两通电磁阀(6)，从h端流回高温热源恒温槽(1)；此时低温热源恒温槽(2)内的低温的恒温介质在恒温槽外循环泵的驱动下从i端流出，流经第二三通电磁阀(8)的e端和f端，从保温容器(10)的o端流入保温容器(10)，然后从保温容器(10)的p端流出，经第一三通电磁阀(7)的c端和b端，从j端流回低温热源恒温槽(2)，低温的恒温介质在此流程中冷却凝固试样容器(11)中的相变材料试样；
3.定时控制器(3)计时达到设定凝固时间间隔时，重复以上步骤。
定时控制器(3)开始工作时，也可以同时使用温度传感器(12)，数据采集仪(4)和计算机(5)对相变材料试样进行温度测量，监测其融化凝固过程温度变化情况。相变材料试样融化凝固循环次数可以通过实验总时间及定时控制器设定的融化时间间隔和凝固时间间隔确定。
本发明通过定时控制器3自动切换高温热源恒温槽(1)和低温热源恒温槽(2)内的冷热恒温介质交替流经保温容器(10)，从而反复加热融化和冷却凝固试样容器(11)中的相变材料试样，无需人为操作，自动化程度高。可用于相变材料长期使用稳定性的检测。
附图说明
图1为本发明固液相变材料稳定性测试系统示意图，有高温热源恒温槽(1)，低温热源恒温槽(2)，定时控制器(3)，数据采集仪(4)，计算机(5)，第一两通电磁阀(6)，第一三通电磁阀(7)，第二三通电磁阀(8)，第二两通电磁阀(9)，保温容器(10)，试样容器(11)，温度传感器(12)。
具体实施方式
图1为本发明固液相变材料稳定性测试系统实施例1的示意图，主要有高温热源恒温槽(1)，低温热源恒温槽(2)，定时控制器(3)，数据采集仪(4)，计算机(5)，第一两通电磁阀(6)，第一三通电磁阀(7)，第二三通电磁阀(8)，第二两通电磁阀(9)，保温容器(10)，试样容器(11)，温度传感器(12)，其间有管路连接。高温热源恒温槽(1)和低温热源恒温槽(2)的工作温度为-40℃至350℃。
定时控制器(3)可分别设置任意的融化时间间隔和凝固时间间隔，系统使用时首先填装试样，设定高温热源恒温槽(1)和低温热源恒温槽(2)的温度，根据所装试样的质量和相变潜热大小，设定定时控制器(3)切换时间间隔，并确保在此时间间隔内试样能被完全融化和凝固。当恒温槽温度达到设定值时，启动定时控制器(3)开始工作：
1.定时控制器(3)关断第一两通电磁阀(6)，关断第一三通电磁阀(7)的b端，关断第二三通电磁阀(8)的e端，开通第二两通电磁阀(9)，开通第一三通电磁阀(7)的a端，开通第二三通电磁阀(8)的d端；同时开始计时；此时高温热源恒温槽(1)内的高温的恒温介质在恒温槽外循环泵驱动下从g端流出，流经第二三通电磁阀(8)的d端和f端，从保温容器(10)的o端流入保温容器(10)，然后从保温容器(10)的p端流出，经第一三通电磁阀(7)的c端和a端，从h端流回高温热源恒温槽(1)，高温的恒温介质在此流程中加热融化试样容器(11)中的相变材料试样；此时低温热源恒温槽(2)内的低温的恒温介质在恒温槽外循环泵的驱动下从i端流出，经第二两通电磁阀(9)，从j端流回低温热源恒温槽(2)；
2.定时控制器(3)计时达到设定融化时间间隔时，开通第一两通电磁阀(6)，开通第一三通电磁阀(7)的b端，开通第二三通电磁阀(8)的e端，关断第二两通电磁阀(9)，关断第一三通电磁阀(7)的a端，关断第二三通电磁阀(8)的d端；同时开始重新计时；此时高温热源恒温槽(1)内的高温的恒温介质在恒温槽外循环泵驱动下从g端流出，流经第一两通电磁阀(6)，从h端流回高温热源恒温槽(1)；此时低温热源恒温槽(2)内的低温的恒温介质在恒温槽外循环泵的驱动下从i端流出，流经第二三通电磁阀(8)的e端和f端，从保温容器(10)的o端流入保温容器(10)，然后从保温容器(10)的p端流出，经第一三通电磁阀(7)的c端和b端，从j端流回低温热源恒温槽(2)，低温的恒温介质在此流程中冷却凝固试样容器(11)中的相变材料试样；
3.定时控制器(3)计时达到设定凝固时间间隔时，重复以上步骤。
定时控制器(3)开始工作时，也可以同时使用温度传感器(12)，数据采集仪(4)和计算机(5)对相变材料试样进行温度测量，监测其融化凝固过程温度变化情况。相变材料试样融化凝固循环次数可以通过实验总时间及定时控制器设定的融化时间间隔和凝固时间间隔确定。
本发明通过定时控制器(3)自动切换高温热源恒温槽(1)和低温热源恒温槽(2)内的冷热恒温介质交替流经保温容器(10)，从而反复加热融化和冷却凝固试样容器(11)中的相变材料试样，无需人为操作，自动化程度高。可用于科研单位和相关生产厂商对相变材料的研发和产品长期使用稳定性的检测。

Claims (2)

1.一种固液相变材料稳定性测试系统，包括有高温热源恒温槽(1)，低温热源恒温槽(2)，定时控制器(3)，数据采集仪(4)，计算机(5)，第一两通电磁阀(6)，第一三通电磁阀(7)，第二三通电磁阀(8)，第二两通电磁阀(9)，保温容器(10)，试样容器(11)，温度传感器(12)；
所述的定时控制器(3)，其特征在于可以分别设置任意的融化时间间隔和凝固时间间隔，用以定时控制第一两通电磁阀(6)，第一三通电磁阀(7)，第二三通电磁阀(8)，第二两通电磁阀(9)的通断；
所述的高温热源恒温槽(1)的g端为恒温介质出口端，h端为恒温介质入口端；低温热源恒温槽(2)的i端为恒温介质出口端，j端为恒温介质入口端；
所述的第一两通电磁阀(6)的l端为入口端，k端为出口端；第二两通电磁阀(9)的n端为入口端，m端为出口端；
所述第一三通电磁阀(7)的a端和b端为出口端，c端为入口端；也可使用两个两通电磁阀分别控制a端和b端，取代第一三通电磁阀(7)；
所述第二三通电磁阀(8)的d端和e端为入口端，f端为出口端；也可使用两个两通电磁阀分别控制d端和e端，取代第二三通电磁阀(8)；
所述保温容器(10)的o端为恒温介质入口端，p端为恒温介质出口端；
所述试样容器(11)用于填装待测试样，可以是1个或多个；
所述的第一两通电磁阀(6)的l端与高温热源恒温槽(1)的g端以及第二三通电磁阀(8)的d端连接，k端与高温热源恒温槽(1)的h端以及第一三通电磁阀(7)的a端连接；
所述的第二两通电磁阀(9)的n端与低温热源恒温槽(2)的j端以及第一三通电磁阀(7)的b端连接，m端与低温热源恒温槽(2)的i端以及第二三通电磁阀(8)的e端连接；
所述第一三通电磁阀(7)的a端与高温热源恒温槽(1)的h端以及第一两通电磁阀(6)的k端连接，b端与低温热源恒温槽(2)的j端以及第二两通电磁阀(9)的n端连接，c端与保温容器(10)的p端连接；
所述第二三通电磁阀(8)的d端与高温热源恒温槽(1)的g端以及第一两通电磁阀(6)的l端连接，e端与低温热源恒温槽(2)的i端以及第二两通电磁阀(9)的m端连接，f端与保温容器(10)的o端连接。
2.根据权利要求1所述的一种固液相变材料稳定性测试系统，其特征在于当恒温槽温度达到设定值时具有以下运行步骤：
(1)定时控制器(3)关断第一两通电磁阀(6)，关断第一三通电磁阀(7)的b端，关断第二三通电磁阀(8)的e端，开通第二两通电磁阀(9)，开通第一三通电磁阀(7)的a端，开通第二三通电磁阀(8)的d端；同时开始计时；此时高温热源恒温槽(1)内的高温的恒温介质在恒温槽外循环泵驱动下从g端流出，流经第二三通电磁阀(8)的d端和f端，从保温容器(10)的o端流入保温容器(10)，然后从保温容器(10)的p端流出，经第一三通电磁阀(7)的c端和a端，从h端流回高温热源恒温槽(1)，高温的恒温介质在此流程中加热融化试样容器(11)中的相变材料试样；此时低温热源恒温槽(2)内的低温的恒温介质在恒温槽外循环泵的驱动下从i端流出，经第二两通电磁阀(9)，从j端流回低温热源恒温槽(2)；
(2)定时控制器(3)计时达到设定融化时间间隔时，开通第一两通电磁阀(6)，开通第一三通电磁阀(7)的b端，开通第二三通电磁阀(8)的e端，关断第二两通电磁阀(9)，关断第一三通电磁阀(7)的a端，关断第二三通电磁阀(8)的d端；同时开始重新计时；此时高温热源恒温槽(1)内的高温的恒温介质在恒温槽外循环泵驱动下从g端流出，流经第一两通电磁阀(6)，从h端流回高温热源恒温槽(1)；此时低温热源恒温槽(2)内的低温的恒温介质在恒温槽外循环泵的驱动下从i端流出，流经第二三通电磁阀(8)的e端和f端，从保温容器(10)的o端流入保温容器(10)，然后从保温容器(10)的p端流出，经第一三通电磁阀(7)的c端和b端，从j端流回低温热源恒温槽(2)，低温的恒温介质在此流程中冷却凝固试样容器(11)中的相变材料试样；
(3)定时控制器(3)计时达到设定凝固时间间隔时，重复以上步骤。
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