CN105954312B - 一种固液相变材料的热稳定性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固液相变材料的热稳定性测试系统，其包括样品测试系统、试剂瓶以及对样品进行加热的加热装置和对样品冷却的冷却装置。其中，样品测试系统包括入水主管、出水主管以及设置在入水主管和出水主管之间均与两个主管连通的测试管，测试管上具有多个用于密封安装试剂瓶的测试孔，冷却装置与入水主管连通，加热装置安装在试剂瓶中。液体冷却装置达到设定的温度时，模式切换自动控制系统连通液体冷却装置与测试管，加热装置不工作；预设时间后，模式切换自动控制系统切断液体冷却装置与测试管的连接，加热装置工作。采用本申请中的热稳定性测试系统可实现多种样品同时检测，提高了检测效率，缩短了检测时间。

Description

一种固液相变材料的热稳定性测试系统

技术领域

本发明涉及固液相变材料热稳定性的技术领域，具体的说，是涉及一种固液相变材料的热稳定性测试系统。

背景技术

相变材料在较适合的相变温度范围内具有较高的相变潜热，储热密度大，广泛应用于工业废热的回收、太阳热能利用、储冷空调系统、建筑控温保温等。在蓄放热的过程中，相变材料应该具有较长的使用寿命，也就是经过多次融化/凝固循环后，它的稳定性要好。为此，在热能存储系统中将相变材料作为潜热储存材料应用之前，进行相应的热稳定性测试是很有必要的。

相变材料进行多次相变循环后，其热物性的稳定性影响其使用寿命，使该相变材料应用领域受到局限。目前，固—液相变材料循环稳定性的测量大多采用手工或半手工方式测试，效率极低。通常一个循环需要的时间大于6分钟，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的稳定性检测往往存在测试的样品组数少却耗时特别长的问题。所以需要能同时对多个样品进行循环操作的测试仪器，这样才能提高测试效率。

因此，如何提供一种固液相变材料热稳定性测试系统，以提高测试效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固液相变材料热稳定性测试系统，以提高测试效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固液相变材料的热稳定性测试系统，其包括：

样品测试系统，所述样品测试系统包括入水主管、出水主管以及测试管，所述测试管的一端与所述入水主管连通，所述测试管的另一端与所述出水主管连通，所述测试管上具有多个测试孔；

密封安装在所述测试孔内，用于盛放待测试材料的试剂瓶；

用于对所述试剂瓶内的待测试材料进行加热的加热装置；

与所述入水主管连通的液体冷却装置；

模式切换自动控制系统，当所述液体冷却装置达到设定的温度时，所述模式切换自动控制系统连通所述液体冷却装置与所述测试管，所述加热装置不工作；预设时间后，所述模式切换自动控制系统切断所述液体冷却装置与所述测试管的连接，所述加热装置工作。

优选地，上述的测试系统中，所述液体冷却装置包括：

压缩机；

一端与所述压缩机的输出端相连的冷凝器；

与所述冷凝器的另一端相连的蒸发器，所述蒸发器位于水箱内，并对所述水箱内的液体进行冷却，所述入水主管和所述出水主管均与所述水箱连通；

用于检测所述水箱内水温的温度传感器；

恒温控制器，接收所述温度传感器获得的温度信号，并且控制所述压缩机的启停使所述水箱内温度的恒定，并在获得的温度恒定在预设值时所述恒温控制器发出信号给所述模式切换自动控制系统，所述模式切换自动控制系统连通所述液体冷却装置与所述测试管。

优选地，上述的测试系统中，所述冷凝器与所述蒸发器之间的管路上设置有毛细管。

优选地，上述的测试系统中，所述液体冷却装置还包括循环泵，所述循环泵的输入端与所述水箱连接，所述循环泵的一个输出端通过第一电动截止阀与所述入水主管的入口端连通，所述循环泵的另一个输出端通过第二电动截止阀与所述水箱连通；所述入水主管的出口端与所述水箱之间的管路上设置有第三电动截止阀；

所述模式切换自动控制系统通过控制所述第一电动截止阀打开，所述第二电动截止阀和所述第三电动截止阀均关闭实现连通所述液体冷却装置与所述测试管；所述第一电动截止阀关闭，所述第二电动截止阀和所述第三电动截止阀均打开实现切断所述液体冷却装置与所述测试管。

优选地，上述的测试系统中，还包括计数器，当所述第一电动截止阀状态改变两次时，所述计数器的显示数值增加1。

优选地，上述的测试系统中，还包括设置在所述测试管的入口处的热电偶温度计，所述热电偶温度计采集所述测试管的入口处的水温，并在所述热电偶温度计检测温度的时间达到所述预设时间后发出信号给所述模式切换自动控制系统以改变所述液体冷却装置与所述测试管的连接关系。

优选地，上述的测试系统中，所述测试管为多个，并且均安装在所述入水主管和所述出水主管之间，每个所述测试管上均具有手动截止阀。

优选地，上述的测试系统中，所述测试管所在平面相对于水平面倾斜布置，所述测试孔的轴线垂直于水平面方向布置。

优选地，上述的测试系统中，所述加热装置为安装在所述试剂瓶内的电加热管。

优选地，上述的测试系统中，所述试剂瓶为铜制容器，所述试剂瓶与所述测试孔通过橡胶密封环螺纹连接。

经由上述的技术方案可知，本发明公开了一种固液相变材料的热稳定性测试系统，其包括样品测试系统、试剂瓶以及对样品进行加热的加热装置和对样品冷却的冷却装置。其中，样品测试系统包括入水主管、出水主管以及设置在入水主管和出水主管之间并且均与两个主管连通的测试管，而且测试管上具有多个用于密封安装试剂瓶的测试孔，上述的冷却装置与入水主管连通，加热装置安装在试剂瓶中。通过增加测试孔的个数，可实现对多个试剂瓶中的待测试材料进行热稳定性测试。采用本申请中的热稳定性测试系统可实现多种样品同时检测，提高了检测效率，缩短了检测时间。模式切换自动控制系统，当液体冷却装置达到设定的温度时，模式切换自动控制系统连通液体冷却装置与测试管，加热装置不工作，此时对样品进行冷却；预设时间后，模式切换自动控制系统切断液体冷却装置与测试管的连接，加热装置工作，此时对样品进行加热处理。通过控制系统可实现整个装置的自动化控制，进一步提高检测的效率，降低操作者的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的固液相变材料热稳定性测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的安装有试剂瓶的测试孔的剖视图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种固液相变材料热稳定性测试系统，以提高测试效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明公开了一种固液相变材料的热稳定性测试系统，其包括样品测试系统、试剂瓶13以及对样品进行加热的加热装置12和对样品冷却的冷却装置。其中，样品测试系统包括入水主管91、出水主管92以及设置在入水主管91和出水主管92之间并且均与两个主管连通的测试管，而且测试管上具有多个用于密封安装试剂瓶的测试孔9，上述的冷却装置与入水主管91连通，加热装置12安装在试剂瓶13中。通过增加测试孔9的个数，可实现对多个试剂瓶13中的待测试材料进行热稳定性测试。采用本申请中的热稳定性测试系统可实现多种样品同时检测，提高了检测效率，缩短了检测时间。模式切换自动控制系统，当液体冷却装置达到设定的温度时，模式切换自动控制系统连通液体冷却装置与测试管，加热装置不工作，此时对样品进行冷却；预设时间后，模式切换自动控制系统切断液体冷却装置与测试管的连接，加热装置工作，此时对样品进行加热处理。通过控制系统可实现整个装置的自动化控制，进一步提高检测的效率，降低操作者的劳动强度。

具体的实施例中，将测试管设置为多个，并且均安装在入水主管91和出水主管92之间。设置多个测试管可进一步增多测试孔9的数量，提高同时检测的试剂瓶13的个数。对于测试管的数量可根据不同的需要进行设定，且均在保护范围内。在一具体实施例中，将测试管设置为五个，并且每个测试管上具有十个测试孔9，即在检测过程中可同时实现五十个样品的检测。

虽然可尽可能多的设置测试管的个数，但是，在需要检测的样品个数不多时，为了节省成本，可在每个测试管上均设置手动截止阀8，并通过手动截止阀8可实现对应测试管与冷却装置的导通和截断，达到节省成本的目的。

进一步的实施例中，该测试管所在平面相对于水平面倾斜布置，优选的，系统正常放置时，出水主管92的高度高于入水主管91的高度，并且测试管所在平面相对于水平面倾斜45°。样品测试区的测试管采用倾斜放置，以确保样品加热前测试管中的冷却水通过自重完全排空。为了防止试剂瓶13倾斜，本申请中的测试孔9的轴线方向需要垂直于水平面的方向。

本申请中公开的液体冷却装置包括：压缩机1、冷凝器2、蒸发器4和水箱5。其中，压缩机1为液体冷却提供动力基础，采用压缩机1和冷凝器2以及蒸发器4连接方式，可通过蒸发器4对水箱5内的液体进行热交换实现液体的冷却，并将冷却后的液体输送至入水主管91内，以实现对测试管的冷却，即完成样品冷却的过程。本申请中仅提供了一种液体冷却的方式，采用上述的液体冷却装置可实现对水箱5内水温的机械化控制，在不考虑其他条件时也可直接采用冰块降温的方式。对于控制部分，还包括用于检测水箱5内水温的温度传感器；恒温控制器，接收温度传感器获得的温度信号，并且控制压缩机1的启停使水箱5内温度的恒定，并在获得的温度恒定在预设值时恒温控制器发出信号给模式切换自动控制系统，模式切换自动控制系统连通所述液体冷却装置与所述测试管。

本申请中公开的液体冷却装置还包括循环泵6，其中，该循环泵6的输入端与水箱5连接，而循环泵6的一个输出端通过第一电动截止阀10与入水主管91的入口端连通，循环泵6的另一个输出端通过第二电动截止阀7与水箱5连通；入水主管91的出口端与水箱5之间的管路上设置有第三电动截止阀11。工作时，当第一电动截止阀10打开，而第二电动截止阀7和第三电动截止阀11关闭时，水箱5中的冷却液体能够流入测试管内，对试剂瓶13中的样品进行冷却。而当冷却完成后，关闭第一电动截止阀10，并打开第二电动截止阀7和第三电动截止阀11，以将测试管内的液体排空。具体的，连接过程中，在冷凝器2与蒸发器4之间的管路上设置毛细管3。模式切换自动控制系统通过控制第一电动截止阀10打开，第二电动截止阀7和第三电动截止阀11均关闭实现连通液体冷却装置与测试管；第一电动截止阀10关闭，第二电动截止阀7和第三电动截止阀11均打开实现切断液体冷却装置与测试管。

本申请中公开的加热装置12为安装在试剂瓶13内的电加热管，电加热管由包裹着铜制金属网丝的电加热管组成，电加热管与变压器连接，由变压器控制其加热功率。

更进一步的实施例中公开的试剂瓶13为铜制容器，并且该试剂瓶13与测试孔9通过密封环螺纹连接。铜制容器由铜管和圆形铜片焊接而成，并通过密封圈15密封试剂瓶的瓶口位置。铜制容器套有带外螺纹的橡胶密封环14，容器和橡胶密封环14之间为紧密配合，再用胶水粘合防漏水，橡胶密封环14与测试孔9通过螺纹连接，橡胶密封环14周边有螺纹，拧到测试管的测试孔9上，需保证紧密配合防止泄漏，既保证密封同时防止橡胶密封环14由于测试管中的水压弹出。此处仅是提供了一种试剂瓶的具体形式，在实际中也可采用其他方式的试剂瓶，只需要保证试剂瓶与测试孔之间的密封即可。

为了更清楚地描述本发明，下面阐述本发明的工作过程：

首先，启动系统后，恒温控制系统开始制冷，待水箱5的水温降至预先设定的温度范围内后，温度传感器将信息反馈给模式切换自动控制系统。随后，冷却凝固模式启动，循环泵6将冷却水输送到样品测试区，冷却样品试剂，此时，第一电动截止阀10通电打开，第二电动截止阀7、第三电动截止阀11关闭，位于测试管入口处的热电偶温度计对冷却水的温度进行采集，模式切换自动控制系统以此为指标设置相应的冷却时间。冷却完成后第一电动截止阀10关闭，第二电动截止阀7、第三电动截止阀11打开，冷却水通过回流管道回流到水箱5；同时，样品测试区的测试管中残余的冷却水通过自重沿倾斜管回流至水箱5；另外加热装置启动，电加热管得到通电发热融化样品。待样品完全融化后，电加热系统断电，重新进入冷却模式，如此周而复始的循环。在循环过程中，布置在水中的温度传感器对冷却水的温度进行采集分析，将结果反馈给恒温控制器，恒温控制器控制压缩机的工作状态，将水箱5中的水温维持在设定温度。

以下阐述冷却凝固和加热融化两种模式的工作过程：

冷却凝固模式：第二电动截止阀7、第三电动截止阀11断电关闭，第一电动截止阀10通电打开，冷却水流入样品测试区，冷却测试孔中的样品试剂，同时，位于测试管入口处的热电偶温度计对冷却水的温度进行采集，模式切换自动控制系统以此为指标设置相应的冷却时间，达到相应的冷却时间后自动切换为加热融化模式。

加热融化模式：第一电动截止阀10断电关闭，第二电动截止阀7、第三电动截止阀11通电打开，冷却水通过第二电动截止阀7和第三电动截止阀11回到水箱5，随后，加热装置启动，电加热棒加热融化样品，当到达设定加热时间后，加热装置断电并重新进入冷却凝固模式。

当第一电动截止阀10状态切换2次之后，计数器记为1次循环；加热/冷却工况反复循环，待计数器所计循环次数达到系统所设定的循环次数时，程序会做出提醒并终止设备的运行，依次停止冷却系统及循环泵并关闭电动截止阀阀门。温度、流量等采集装置及计数装置持续进行，待人为操作将其停止。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种固液相变材料的热稳定性测试系统，其特征在于，包括：

样品测试系统，所述样品测试系统包括入水主管(91)、出水主管(92)以及测试管，所述测试管的一端与所述入水主管(91)连通，所述测试管的另一端与所述出水主管(92)连通，所述测试管上具有多个测试孔(9)；

密封安装在所述测试孔(9)内，用于盛放待测试材料的试剂瓶(13)；

用于对所述试剂瓶(13)内的待测试材料进行加热的加热装置(12)；

与所述入水主管(91)连通的液体冷却装置；

设置在所述测试管的入口处的热电偶温度计，所述热电偶温度计采集所述测试管的入口处的水温；

模式切换自动控制系统，当所述液体冷却装置达到设定的温度时，所述模式切换自动控制系统连通所述液体冷却装置与所述测试管，所述热电偶温度计对冷却水的温度进行采集，模式切换自动控制系统以此为指标设置相应的冷却时间，所述加热装置不工作；达到所述相应的冷却时间后自动切换为加热融化模式，所述模式切换自动控制系统切断所述液体冷却装置与所述测试管的连接，所述加热装置工作；待样品完全融化后，所述加热装置断电并重新进入冷却凝固模式。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述液体冷却装置包括：

压缩机(1)；

一端与所述压缩机(1)的输出端相连的冷凝器(2)；

与所述冷凝器(2)的另一端相连的蒸发器(4)，所述蒸发器(4)位于水箱(5)内，并对所述水箱(5)内的液体进行冷却，所述入水主管(91)和所述出水主管(92)均与所述水箱(5)连通；

用于检测所述水箱(5)内水温的温度传感器；

恒温控制器，接收所述温度传感器获得的温度信号，并且控制所述压缩机(1)的启停使所述水箱(5)内温度的恒定，并在获得的温度恒定在预设值时所述恒温控制器发出信号给所述模式切换自动控制系统，所述模式切换自动控制系统连通所述液体冷却装置与所述测试管。

3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述冷凝器(2)与所述蒸发器(4)之间的管路上设置有毛细管(3)。

4.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述液体冷却装置还包括循环泵(6)，所述循环泵(6)的输入端与所述水箱(5)连接，所述循环泵(6)的一个输出端通过第一电动截止阀(10)与所述入水主管(91)的入口端连通，所述循环泵(6)的另一个输出端通过第二电动截止阀(7)与所述水箱(5)连通；所述入水主管(91)的出口端与所述水箱(5)之间的管路上设置有第三电动截止阀(11)；

所述模式切换自动控制系统通过控制所述第一电动截止阀(10)打开，所述第二电动截止阀(7)和所述第三电动截止阀(11)均关闭实现连通所述液体冷却装置与所述测试管；所述第一电动截止阀(10)关闭，所述第二电动截止阀(7)和所述第三电动截止阀(11)均打开实现切断所述液体冷却装置与所述测试管。

5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，还包括计数器，当所述第一电动截止阀(10)状态改变两次时，所述计数器的显示数值增加1。

6.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，在所述热电偶温度计检测温度的时间达到所述相应的冷却时间后发出信号给所述模式切换自动控制系统以改变所述液体冷却装置与所述测试管的连接关系。

7.根据权利要求1-6任一项所述的测试系统，其特征在于，所述测试管为多个，并且均安装在所述入水主管(91)和所述出水主管(92)之间，每个所述测试管上均具有手动截止阀(8)。

8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述测试管所在平面相对于水平面倾斜布置，所述测试孔(9)的轴线垂直于水平面方向布置。

9.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述加热装置(12)为安装在所述试剂瓶(13)内的电加热管。

10.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述试剂瓶(13)为铜制容器，所述试剂瓶(13)与所述测试孔(9)通过橡胶密封环(14)螺纹连接。