CN114705715B - 相变材料的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种相变材料的测试装置及测试方法，包括：相变换热单元，包括：相变材料容纳腔，用于容纳相变材料；介质容纳腔，用于容纳压力介质以调节施加在相变材料上的压力；温度控制单元，用于控制相变换热单元内的相变材料的温度；压力控制单元包括：存储部，用于存储压力介质并与介质容纳腔流体连通；加压支路，用于通过将存储部的压力介质输送到介质容纳腔调节施加在相变材料上的压力；常压支路，用于基于大气压将存储部的压力介质输送到介质容纳腔；限压支路，与介质容纳腔和存储部连通，用于使相变换热单元的压力保持在预设压力值；测量部，用于测量存储部内的压力介质的体积。可以实时连续地测量相变材料的体积、压力、温度等多项参数。

Description

相变材料的测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及相变材料的测试领域，尤其涉及一种用于温差能浮力驱动系统中相变材料的物理特性测试装置及测试方法。

背景技术

温差能浮力驱动系统是利用相变材料在海水不同深度情况下的不同温度发生相变带来的体积变化对外做功的动力系统。温差能浮力驱动系统已经广泛应用于海洋探测设备、水下发电、航天器相变微动机构等领域。相变材料的各种物理性能都是温差能浮力驱动系统设计中的关键参数，因此对于相变材料的各种物理性能的测试尤为重要。

但现有的相变材料测试中，测试条件过于理想，难以模拟实际工况，同时干扰因素多，精度不足，导致测量的相变材料结果不准确。

发明内容

本发明的实施例提出了一种相变材料的测试装置，包括：相变换热单元，包括：相变材料容纳腔，被配置为容纳相变材料，所述相变材料的体积随温度的变化发生变化；以及介质容纳腔，被配置为容纳压力介质以向所述相变材料施加压力；温度控制单元，被配置为控制所述相变换热单元内的相变材料的温度；以及压力控制单元，包括：存储部，被配置成存储压力介质并与所述介质容纳腔流体连通，所述压力介质在所述介质容纳腔和存储部之间流动；加压支路，被配置成通过将所述存储部的压力介质输送到所述介质容纳腔为所述相变换热单元内的相变材料施加压力；常压支路，被配置成基于大气压将所述存储部的压力介质输送到所述介质容纳腔；限压支路，与所述介质容纳腔和所述存储部连通，被配置为在所述加压支路对所述相变换热单元内的相变材料施加压力的过程中，使所述相变换热单元的压力保持在预设压力值；以及测量部，被配置成测量所述存储部内的压力介质的体积，以获得所述相变材料在不同温度和/或压力下的体积变化。

在本发明实施例中，还包括填充抽气单元，与所述相变材料容纳腔连通，被配置为为所述相变换热单元填充相变材料并抽出所述相变材料容纳腔内的气体。

在本发明实施例中，所述压力控制单元还包括：第一截止阀，与所述加压支路、所述限压支路、所述常压支路和所述介质容纳腔连接，被配置为控制所述介质容纳腔与所述加压支路、所述限压支路和所述常压支路的连通或者断开。

在本发明实施例中，其中：所述加压支路包括：加压泵，与所述介质容纳腔和所述存储部连通，被配置为将所述存储部的压力介质泵送到所述介质容纳腔；所述限压支路包括：溢流阀，与所述介质容纳腔和所述存储部连通，被配置为在所述相变换热单元的压力超过所述预设压力值的情况下，使所述介质容纳腔内的压力介质通过所述限压支路流入所述存储部，使所述相变换热单元的压力下降到预设压力值；以及所述常压支路包括：第二截止阀，与所述存储部和所述介质容纳腔连接，被配置为控制所述存储部和所述介质容纳腔的连通或者断开；以及单向阀，被配置为在所述相变换热单元的压力值小于大气压的情况下，使所述存储部的压力介质单向流入所述介质容纳腔。

在本发明实施例中，所述填充抽气单元包括：第一控制阀组，与真空泵和所述相变材料容纳腔连通，被配置为抽出所述相变换热单元的气体； 第二控制阀组，与外部相变材料储存部和所述相变材料容纳腔连通，被配置为控制所述外部相变材料储存部的相变材料输入到所述相变材料容纳腔；连接阀组，所述第一控制阀组和所述第二控制阀组通过所述连接阀组与所述相变材料容纳腔连通；以及负压表，与所述连接阀组连通，被配置为在填充相变材料和/或抽出所述相变材料容纳腔内气体时，检测所述相变换热单元的压力。

在本发明实施例中，所述温度控制单元包括：水箱，被构造成容纳所述相变换热单元；低温循环系统，被构造成向所述水箱中输送低温水，使得所述温度控制单元内的相变材料保持在相变温度以下；高温循环系统，被构造成向所述水箱中输送高温水，使得所述温度控制单元内的相变材料保持在相变温度以上；以及控制器，被配置成控制低温循环系统或者高温循环系统，以调节所述相变材料的温度。

本发明的实施例还提出了一种利用上述测试装置测试相变材料的测试方法，包括 液相温度测试方法和固相温度测试方法中的至少一种，其中：所述液相温度测试方法包括： 步骤11：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；步骤12：调节限压支路的压力为第一 预设压力值；步骤13：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以将施加 在相变换热单元内的相变材料上的压力保持在所述第一预设压力值；步骤14：控制所述温 度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以上分别处于

；以及步骤15：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于

时的 体积，以获得所述相变材料的体积在相变温度以上的状态下随温度变化的特性。

所述固相温度测试方法包括：步骤21：将所述相变换热单元放置在温度控制单元 内；步骤22：调节限压支路的压力为第二预设压力值；步骤23：连通加压支路，使得存储部的 压力介质输送到介质容纳腔，以将施加在相变换热单元内的相变材料上的压力保持在所述 第二预设压力值；步骤24：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在 相变温度以下分别处于

；以及步骤25：由测量部分别测量存储部内的压力 介质在相变材料处于

时的体积，以获得所述相变材料的体积在相变温度以 下的状态下随温度变化的特性。

本发明的实施例还提出了一种利用上述测试装置测试相变材料的测试方法，包括 液相压力测试方法和固相压力测试方法中的至少一种，其中：所述液相压力测试方法包括： 步骤31：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；步骤32：控制所述温度控制单元，使 相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；步骤33：连通 加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以向相变换热单元内的相变材料施 加压力；步骤34：将限压支路的压力分别调节为

；以及步骤35：由测量部分 别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力为

时的体积，以获得所述 相变材料的体积在相变温度以上的状态下随压力变化的特性。

所述固相压力测试方法包括：步骤41：将所述相变换热单元放置在温度控制单元 内；步骤42：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以下 保持在第二预设温度值；步骤43：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳 腔，以向相变换热单元内的相变材料施加压力；步骤44：将限压支路的压力分别调节为

；以及步骤45：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力 为

时的体积，以获得所述相变材料的体积在相变温度以下的状态下随压力 变化的特性。

本发明的实施例还提出了一种利用上述测试装置测试相变材料的测试方法，包括 相变材料由液相变成固相的加压测试方法和相变材料由固相变成液相的加压测试方法中 的至少一种，其中：所述相变材料由液相变成固相的加压测试方法：步骤51：将所述相变换 热单元放置在温度控制单元内；步骤52：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变 材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；步骤53：在相变材料处于液相的状态 下，测量存储部内的压力介质的第一初始体积

；步骤54：连通加压支路，使得存储部的压 力介质输送到介质容纳腔，以向相变换热单元内的相变材料施加压力，将限压支路的压力 分别调节为

；步骤55：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料 的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值，使得相变材料由液相变成固相；以及步骤 56：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力为

的状态下 相变材料由液相变成固相后的体积

，以获得所述相变材料由液相变成固相 期间的体积变化率

，其中i为正整数。

所述相变材料由固相变成液相的加压测试方法：步骤61：将所述相变换热单元放 置在温度控制单元内；步骤62：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温 度在相变温度以下保持在第二预设温度值；步骤63：在相变材料处于固相的状态下，测量存 储部内的压力介质的第一初始体积

；步骤64：连通加压支路，使得存储部的压力介质输 送到介质容纳腔，以向相变换热单元内的相变材料施加压力，将调节限压支路的压力分别 调节为

；步骤65：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温 度在相变温度以上保持在第一预设温度值，使得相变材料由固相变成液相；以及步骤66：由 测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力为

的状态下相变 材料由固相变成液相后的体积

，以获得所述相变材料由固相变成液相期间的 体积变化率

，其中i为正整数。

本发明的实施例还提出了一种利用上述测试装置测试相变材料的测试方法，还包 括相变材料由液相变成固相的常压测试方法，所述常压测试方法包括：步骤71：将所述相变 换热单元放置在温度控制单元内；步骤72：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相 变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；步骤73：在相变材料处于液相的状 态下，测量存储部内的压力介质的第一初始体积

；步骤74：连通常压支路，使得存储部的 压力介质基于大气压输送到所述介质容纳腔；步骤75：控制所述温度控制单元，使相变换热 单元内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值，使得所述相变材料由液 相变成固相；以及步骤76：由测量部测量存储部内的压力介质在相变材料由液相变成固相 后的体积

，以获得所述相变材料由液相变成固相期间的体积变化率

。

根据本发明的实施例相变材料的物理特性测试装置及测试方法，通过设置温度控制单元可以通过控制相变材料的温度进而控制相变材料的处于液相或者固相，并且在做相变材料温度对照测试时可以灵活精准的控制相变材料的温度；在做相变材料加压测试时，可以控制温度处于恒定温度，模拟海洋表面与深海处的大温差环境，使加压测试实验更加精确；通过压力控制单元，可以设置不同的预设压力值，精准控制相变材料的凝固压力与融化压力，从而进行多组不同的压力测试；在做相变材料温度测试时，可以保证相变材料的压力处于固定状态，进而提升相变材料温度测试的精确度。这样，通过温度控制单元、压力控制单元和相变换热单元，可以在通过温度控制使相变材料处于固相或液相状态下实现相变材料的体积影响特性测试、在通过压力控制使相变材料处于固相或液相状态下实现相变材料的体积影响特性测试、在不同温度或不同压力环境下实现相变材料相变前后的体积变化影响的特性测试，同时实时连续地测量体积、压力、温度等多项参数。

附图说明

图1是根据本发明的一种示意性实施例的相变材料的测试装置的立体图；

图2是图1所示的测试装置的原理示意图；

图3是图1所示的测试装置中相变换热单元的剖视图；

图4a是图1所示的测试装置中温度控制单元的立体图；

图4b是图1所示的测试装置中温度控制单元另一角度观察的立体图；

图5是图1所示的测试装置中压力控制单元的立体图；以及

图6是图1所示的测试装置中填充抽气单元的立体图。

附图标记

1：相变换热单元；

11：相变材料容纳腔；

12：介质容纳腔；

13：第三截止阀；

14：相变材料堵头转接头；

15：相变材料端盖；

16：相变材料堵头；

17：密封圈；

18：第一主壳体；

19：橡胶管堵头；

110：橡胶管；

111：抱箍；

112：油口堵头；

113：油口堵头转接头；

114：油口端盖；

2：温度控制单元；

21：水箱；

22：温度传感器；

23：相变换热单元支撑架；

24：低温循环系统；

241：制冷机组；

242：低温循环进水口；

243：低温循环出水口；

25：高温循环系统；

251：制热机组；

252：高温循环进水口；

253：高温循环出水口；

26：上位机；

27：控制器；

28：试验台；

3：压力控制单元；

31：存储部；

32：加压支路；

321：加压泵；

322：电机；

323：电机泵联轴器；

33：常压支路；

331：第二截止阀；

332：单向阀；

34：限压支路；

35：第一截止阀；

36：高压钢管；

37：三通接头；

38：压力传感器；

39：高压直角接头；

310：高压十字接头；

311：第一软管；

312：第二软管；

313：测量部；

4：填充抽气单元；

41：第一控制阀组；

42：第二控制阀组；

43：连接阀组；

44：负压表；

45：第二主壳体；

46：第二上端盖；

47：第二下端盖；

48：真空泵。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。但是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同元件。

以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

为便于本领域技术人员理解本发明技术方案，现对如下技术术语进行解释说明。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等）。

图1是根据本发明的一种示意性实施例的相变材料的测试装置的立体图；图2是图1所示的测试装置的原理示意图。

本发明的实施例提供一种相变材料的测试装置，如图1-2所示，该测试装置包括相变换热单元1、温度控制单元2和压力控制单元3。相变换热单元1包括相变材料容纳腔11和介质容纳腔12。相变材料容纳腔11被配置为容纳相变材料，相变材料的体积随温度的变化发生变化；介质容纳腔12被配置为容纳压力介质以向相变材料施加压力。

温度控制单元2被配置为控制相变换热单元1内的相变材料的温度。

压力控制单元3包括：存储部31、加压支路32、常压支路33、限压支路34和测量部313。存储部31被配置成存储压力介质并与介质容纳腔12流体连通，压力介质在介质容纳腔12和存储部31之间流动；加压支路32被配置成通过将存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12为相变换热单元1内的相变材料施加压力；常压支路33被配置成基于大气压在相变材料从液相变成固相的情况下由于体积收缩将存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12；限压支路34与介质容纳腔12和存储部31连通，被配置为在加压支路对相变换热单元1内的相变材料施加压力的过程中，使相变换热单元1的压力保持在预设压力值；测量部313被配置成测量存储部31内的压力介质的体积，以获得相变材料在不同温度和/或压力下的体积变化。

图3是图1所示的测试装置中相变换热单元的剖视图。

如图3所示，相变换热单元1包括相变材料容纳腔11和介质容纳腔12。橡胶管110通过抱箍111、橡胶管堵头19和油口堵头112连接形成介质容纳腔12，介质容纳腔12通过油口堵头112与橡胶管堵头19完成密封；油口堵头112、第一主壳体18和相变材料堵头16连接形成相变材料容纳腔11，相变材料容纳腔11 通过第一主壳体18的径向密封面挤压密封圈17完成密封。相变换热单元1还包括第三截止阀13、相变材料堵头转接头14、相变材料端盖15、油口堵头转接头113和油口端盖114。

油口端盖114与第一主壳体18一端螺纹连接将油口堵头112固定，相变材料端盖15与第一主壳体18另一端螺纹连接将相变材料堵头16固定，相变材料堵头16通过相变材料堵头转接头14与第三截止阀13连接，使变材料容纳腔11实现在真空条件下完成的封口；油口堵头112的端口安装油口堵头转接头113，实现与压力控制单元3连接。

第一主壳体18可以设计为细长圆筒结构，换热面积大，具有良好的导热性能，可加快相变速度，提高实验效率。橡胶管110可以选择丁腈橡胶软管，可以实现较大的变形量，在相变材料发生体积变化时，可将体积变化通过丁腈橡胶软管传递至压力介质。相变材料可以选择为正十五烷、正十六烷、水凝胶、石蜡、脂肪酸等材料，还可以选择为这几种材料的混合物。

通过设置温度控制单元2可以通过控制相变材料的温度进而控制相变材料的处于液相或者固相，并且在做相变材料温度对照测试时可以灵活精准地控制相变材料的温度。在做相变材料加压测试时，可以控制温度处于恒定温度，模拟海洋表面与深海处的大温差环境，使加压测试实验更加精确。通过压力控制单元3，可以设置不同的预设压力值，精准控制相变材料的凝固压力与融化压力，以进行多组不同的压力测试。在做相变材料温度测试时，可以保证相变材料的压力处于固定状态，进而提升相变材料温度测试的精确度。这样，通过温度控制单元2、压力控制单元3和相变换热单元1，可以在通过温度控制使相变材料处于固相或液相状态下实现相变材料的体积影响特性测试、在通过压力控制使相变材料处于固相或液相状态下实现相变材料的体积影响特性测试、在不同温度或不同压力环境下实现相变材料相变前后的体积变化影响的特性测试，同时实时连续地测量体积、压力、温度等多项参数。

在一些实施例中，还包括填充抽气单元4，与相变材料容纳腔11连通，被配置为为相变换热单元1填充相变材料并抽出相变材料容纳腔11内的气体。通过设置填充抽气单元4可以减少溶解气体和气体残余对相变材料体积变化率的影响，同时可以精准地控制相变材料的填充量。

在一些实施例中，压力控制单元3还包括第一截止阀35，与加压支路32、限压支路34、常压支路33和介质容纳腔12连接，被配置为控制介质容纳腔12与加压支路32、限压支路34和常压支路33的连通或者断开。

图5是图1所示的测试装置中压力控制单元的立体图。

在一些实施例中，如图5所示，压力控制单元3包括第一截止阀35、高压钢管36、三通接头37、压力传感器38、高压直角接头39、高压十字接头310、溢流阀、存储部31、测量部313、第一软管311、加压泵321、电机泵联轴器323、单向阀332、电机322、第二截止阀331和第二软管312。

详细而言，压力控制单元3通过第二软管312连接至相变换热单元1，第二软管312另一端连接第一截止阀35，压力控制单元3通过控制第一截止阀35控制与相变换热单元1的阻断或连通。第一截止阀35通过三通接头37与高压十字接头310引出三条支路，分别为加压支路32、限压支路34和常压支路33。在一些实施例中，加压支路32包括加压泵 321，与介质容纳腔12和存储部31连通，被配置为将存储部31的压力介质泵送到介质容纳腔12。

如图5所示，加压支路32通过高压钢管36接入加压泵321出油口，加压泵321进油口通过第一软管311伸入存储部31中，加压泵321通过电机泵联轴器323与电机322相连接。

在一些实施例中，限压支路34包括溢流阀，与介质容纳腔12和存储部31连通，被配置为在相变换热单元1的压力超过预设压力值的情况下，使介质容纳腔12内的压力介质通过限压支路34流入存储部31，使相变换热单元1的压力下降到预设压力值。

如图5所示，限压支路34依次连接压力传感器38、高压直角接头39、溢流阀和第一软管311，限压支路34通过第一软管311伸入存储部31中。

通过设置限压支路34的预设压力值，调节加压支路32对相变材料的加压程度。具体地，在加压支路32通过电机322带动加压泵321向介质容纳腔12输送压力介质期间，当输送的介质比较多使得相变材料的压力值大于预设压力值时，压力介质会通过限压支路34的溢流阀流回存储部31，降低相变材料的压力值以使相变材料的压力值处于预设压力值。在一些实施例中，常压支路33包括第二截止阀331和单向阀332。第二截止阀331与存储部31和介质容纳腔12连接，并被配置为控制存储部31和介质容纳腔12的连通或者断开。单向阀332被配置为在相变换热单元1的压力值小于大气压的情况下，使存储部31的压力介质单向流入介质容纳腔12。

在一些实施例中，如图5所示，常压支路33依次连接第二截止阀331、单向阀332和第一软管311，常压支路33通过第一软管311伸入存储部31中。在相变材料由液相向固相相变过程中，相变材料容纳腔11的压力会减小，当单向阀332开启时，存储部31中的压力介质在大气压的作用下会流入介质容纳腔12，通过测量部313测得相变材料在常压下的体积变化。测量部313可以选择使用液位计，与透明量筒垂直安装，方便精准测量相变材料的体积变化。压力传感器38与加压泵321可以选择压力等级较高的，以模拟超过2000米的外压环境。通过压力控制单元3可以真实模拟温差能驱动时相变材料所处的高压环境，同时可以实现测试的实时性与连续性。

在一些实施例中，填充抽气单元4包括：第一控制阀组41、第二控制阀组42、连接阀组43和负压表44。第一控制阀组41与真空泵48和相变材料容纳腔11连通，被配置为抽出相变换热单元1的气体。第二控制阀组42与外部相变材料储存部和相变材料容纳腔11连通，被配置为控制外部相变材料储存部的相变材料输入到相变材料容纳腔11。第一控制阀组41和第二控制阀组42通过连接阀组43与相变材料容纳腔11连通。负压表44与连接阀组43连通，被配置为在填充相变材料和/或抽出相变材料容纳腔11内气体时，检测相变换热单元1的压力。

图6是图1所示的测试装置中填充抽气单元的立体图。

在一些实施例中，如图6所示，填充抽气单元4包括第一控制阀组41、负压表44、第二控制阀组42、第二上端盖46、第二主壳体45、第二下端盖47和连接阀组43。第二主壳体45上下两端分别通过径向密封面挤压密封圈与第二上端盖46和第二下端盖47形成闭合腔体。填充抽气单元4通过第一控制阀组41连接真空泵，通过第二控制阀组42连接外部相变材料储存部，通过连接阀组43与相变换热单元1连接，通过真空泵可以排除闭合腔体和相变换热单元1内部的残余气体，通过控制第二控制阀组42控制相变材料的添加量，通过负压表44测量闭合腔体和相变换热单元1内部负压值，通过测量的负压值，控制真空泵的工作状态，通过连接阀组43可以实现在真空条件下阻断相变材料填充，防止气体继续进入相变换热单元1。

在一些实施例中，温度控制单元2包括水箱21、低温循环系统24、高温循环系统25和控制器27。水箱21被构造成容纳相变换热单元1。低温循环系统24被构造成向水箱21中输送低温水，使得温度控制单元2内的相变材料保持在相变温度以下。高温循环系统25被构造成向水箱21中输送高温水，使得温度控制单元2内的相变材料保持在相变温度以上。控制器27被配置成控制低温循环系统24或者高温循环系统25，以调节相变材料的温度。

图4a是图1所示的测试装置中温度控制单元的立体图；图4b是图1所示的测试装置中温度控制单元另一角度观察的立体图。

如图4a-4b所示，温度控制单元2包括水箱21、温度传感器22、相变换热单元支撑架23、低温循环进水口242、低温循环出水口243、高温循环进水口252、高温循环出水口253、上位机26、控制器27、制热机组251、制冷机组241、试验台28。制冷机组241、低温循环进水口242和低温循环出水口243组成低温循环系统24；制热机组251、高温循环进水口252和高温循环出水口253组成高温循环系统25。水箱21与试验台28紧贴放置，方便安装与电气连接；制热机组251与制冷机组241依次摆放在试验台28下方并向水箱21中分别引入低温循环进水口242、低温循环出水口243、高温循环进水口252、高温循环出水口253；恒温水槽内安装有温度传感器22用于测量恒温水浴系统中水的温度；制热机组251与制冷机组241的控制端与温度传感器22的输出端连接至控制器27和上位机26形成闭环，实现精准控温。

本发明的实施例还提供了一种利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料的测试方法，包括液相温度测试方法、固相温度测试方法、液相压力测试方法、固相压力测试方法、相变材料由液相变成固相的加压测试方法、相变材料由固相变成液相的加压测试方法和相变材料由液相变成固相的常压测试方法。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料的液相温度测试方法包括：

步骤11：将相变换热单元1放置在温度控制单元2内；

步骤12：调节限压支路34中溢流阀的压力为第一预设压力值；

步骤13：连通加压支路32，通过电机322带动加压泵321为相变材料加压，使得存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12，与限压支路34配合以将施加在相变换热单元1内的相变材料上的压力保持在第一预设压力值；

步骤14：上位机控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相 变温度以上即使相变材料处于液相的温度分别处于

；以及

步骤15：由测量部313分别测量存储部31内的压力介质在相变材料处于

时的体积，以获得相变材料的体积在相变温度以上的状态下随温度变化的特 性。

通过液相温度测试方法可以测试相变材料处于液相状态下，不同温度对于相变材料体积的影响，通过压力控制单元3控制相变材料的压力，使相变材料的压力值为常量，提高液相温度测试的精准性。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料的固相温度测试方法包括：

步骤21：将相变换热单元1放置在温度控制单元2内；

步骤22：调节限压支路34中溢流阀的压力为第二预设压力值；

步骤23：连通加压支路32，通过电机322带动加压泵321为相变材料加压，使得存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12，与限压支路34配合以将施加在相变换热单元1内的相变材料上的压力保持在第二预设压力值；

步骤24：上位机控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相 变温度以下即使相变材料处于固相的温度分别处于

；以及

步骤25：由测量部313分别测量存储部31内的压力介质在相变材料处于

时的体积，以获得相变材料的体积在相变温度以下的状态下随温度变化的 特性。

通过固相温度测试方法可以测试相变材料处于固相状态下，不同温度对于相变材料体积的影响，通过压力控制单元3控制相变材料的压力，使相变材料的压力值为常量，提高固相温度测试的精准性。

上述的第一预设压力值和第二预设压力值可以对应相等，以便测量在相同压力下，不同温度对相变材料固态和液态体积的影响。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料的液相压力测试方法包括：

步骤31：将相变换热单元1放置在温度控制单元2内；

步骤32：上位机控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；

步骤33：连通加压支路32，通过电机322带动加压泵321为相变材料加压，使得存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12，以向相变换热单元1内的相变材料施加压力；

步骤34：通过调节溢流阀将限压支路34的压力分别调节为

；以及

步骤35：由测量部313分别测量存储部31内的压力介质在相变材料处于压力为

时的体积，以获得相变材料的体积在相变温度以上的状态下随压力变化的 特性。

通过液相压力测试方法可以测试相变材料处于液相状态下，不同压力对于相变材料体积的影响，通过温度控制单元2控制相变材料的温度，使相变材料的温度值为常量，提高液相压力测试的精准性。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料的固相压力测试方法包括：

步骤41：将相变换热单元1放置在温度控制单元2内；

步骤42：上位机控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值；

步骤43：连通加压支路32，通过电机322带动加压泵321为相变材料加压，使得存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12，以向相变换热单元1内的相变材料施加压力；

步骤44：通过调节溢流阀将限压支路34的压力分别调节为

；以及

步骤45：由测量部313分别测量存储部31内的压力介质在相变材料处于压力为

时的体积，以获得相变材料的体积在相变温度以下的状态下随压力变化的 特性。

通过固相压力测试方法可以测试相变材料处于固相状态下，不同压力对于相变材料体积的影响，通过温度控制单元2控制相变材料的温度，使相变材料的温度值为常量，提高固相压力测试的精准性。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料由液相变成固相的加压测试方法：

步骤51：将相变换热单元1放置在温度控制单元2内；

步骤52：上位机控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；

步骤53：在相变材料处于液相的状态下，测量存储部31内的压力介质的第一初始 体积

；

步骤54：连通加压支路32，使得存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12，以向相 变换热单元1内的相变材料施加压力，通过调节溢流阀将限压支路34的压力分别调节为

；

步骤55：上位机控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值，使得相变材料由液相变成固相；以及

步骤56：由测量部313分别测量存储部31内的压力介质在相变材料处于压力为

的状态下相变材料由液相变成固相后的体积

，以获得相变材 料由液相变成固相期间的体积变化率

，其中i为正整数。

通过相变材料由液相变成固相的加压测试方法可以测试相变材料由液相变成固相时，施加不同压力对于相变材料体积的影响，并通过测得的体积变化可以计算出相变材料的体积率。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料由固相变成液相的加压测试方法：

步骤61：将相变换热单元1放置在温度控制单元2内；

步骤62：控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值；

步骤63：在相变材料处于固相的状态下，测量存储部31内的压力介质的第一初始 体积

；

步骤64：连通加压支路32，使得存储部31的压力介质输送到介质容纳腔12，以向相 变换热单元1内的相变材料施加压力，将调节限压支路34的压力分别调节为

；

使得相变材料由固态变成液态；

步骤65：上位机控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值，使得相变材料由固相变成液相；以及

步骤66：由测量部313分别测量存储部31内的压力介质在相变材料处于压力为

的状态下相变材料由固相变成液相后的体积

，以获得相变材料 由液相变成固相期间的体积变化率

，其中i为正整数。

通过相变材料由固相变成液相的加压测试方法可以测试相变材料由固相变成液相时，施加不同压力对于相变材料体积的影响，并通过测得的体积变化可以计算出相变材料的体积率。相对应的，在温度测试过程中也可以实现相变材料的体积率的测量，在此不再赘述。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料由液相变成固相的常压测试方法：

步骤71：将相变换热单元1放置在温度控制单元2内；

步骤72：控制温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；

步骤73：在相变材料处于液相的状态下，测量存储部31内的压力介质的第一初始 体积

；

步骤74：连通常压支路33，使得存储部31的压力介质基于大气压输送到介质容纳腔12；

步骤75：控制所述温度控制单元2，使相变换热单元1内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值，使得所述相变材料由液相变成固相；以及

步骤76：由测量部313测量存储部31内的压力介质在相变材料由液相变成固相后 的体积

，以获得相变材料由液相变成固相期间的体积变化率

。

通过相变材料由液相变成固相的常压测试方法，可以测试相变材料在常压状态下由液相变成固相时，相变材料体积的变化，可以与上述的加压测试形成对比实验。

上述的第一预设温度值和第二预设温度值可以为相同的，以便测量在相同温度下，不同压力对相变材料固态和液态体积的影响。

在一些实施例中，利用如上述相变材料的测试装置测试相变材料的还包括相变换热单元1的填充方法：

步骤81：将填充抽气单元4通过连接阀组43连接至相变换热单元1的第三截止阀13，通过第二控制阀组42连接至外部相变材料储存部；

步骤82：依次打开第三截止阀13和连接阀组43，关闭第二控制阀组42，将第一控制阀组41连接至真空泵；

步骤83：真空泵上电后打开第一控制阀组41开始抽气，负压表44压力逐渐降低直至达到预设负压值时，关闭第一控制阀组41；

步骤84：打开第二控制阀组42，相变材料在大气压的作用下逐渐进入相变换热单元1与填充抽气单元4，直至液面达到预设位置，关闭第二控制阀组42，完成相变材料填充。

在一些实施例中，上述试相变材料的测试方法还包括相变换热单元1的排气方法：

步骤91：将与填充抽气单元4连接的相变换热单元1放入温度控制单元2中，上位机26控制温度控制单元2将温度调节至相变温度以下，相变材料开始凝固；

步骤92：通过测量部313检测相变材料的相变状态，在检测到相变材料完全凝固后，上位机26控制温度控制单元2将温度调节至相变温度以上，相变材料开始融化，等待其完全融化；

步骤93：在此过程中，当负压表44检测到相变材料的负压值高于预设负压值时，打开第一控制阀组41进行抽真空操作；

步骤94：反复相变一定次数后，依次关闭相变换热单元1的第三截止阀13和第二控制阀组42，将相变换热单元1与填充抽气单元4分离，即可完成相变材料排气操作。

通过相变换热单元1的填充方法和排气方法，可以有效地控制相变换热单元1中相变材料的体积以及相变材料中空气溶解度、空气残余度等参数。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造，并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本发明的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10%的变化、在一些实施例中±5%的变化、在一些实施例中±1%的变化、在一些实施例中±0.5%的变化。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种相变材料的测试装置，其特征在于，包括：

相变换热单元，包括：

相变材料容纳腔，被配置为容纳相变材料，所述相变材料的体积随温度的变化发生变化；以及

介质容纳腔，被配置为容纳压力介质以向所述相变材料施加压力；

温度控制单元，被配置为控制所述相变换热单元内的相变材料的温度；以及

压力控制单元，包括：

存储部，被配置成存储压力介质并与所述介质容纳腔流体连通，所述压力介质在所述介质容纳腔和存储部之间流动；

加压支路，被配置成通过将所述存储部的压力介质输送到所述介质容纳腔为所述相变换热单元内的相变材料施加压力；

常压支路，被配置成基于大气压将所述存储部的压力介质输送到所述介质容纳腔；

限压支路，与所述介质容纳腔和所述存储部连通，被配置为在所述加压支路对所述相变换热单元内的相变材料施加压力的过程中，使所述相变换热单元的压力保持在预设压力值；

测量部，被配置成测量所述存储部内的压力介质的体积，以获得所述相变材料在不同温度和/或压力下的体积变化；以及

填充抽气单元，与所述相变材料容纳腔连通，被配置为为所述相变换热单元填充相变材料并抽出所述相变材料容纳腔内的气体，所述填充抽气单元包括第一控制阀组、负压表、第二控制阀组、第二上端盖、第二主壳体、第二下端盖和连接阀组，其中：

所述第二主壳体上下两端分别与所述第二上端盖和所述第二下端盖形成闭合腔体；

所述第一控制阀组与真空泵和所述相变材料容纳腔连通，被配置为抽出所述闭合腔体和所述相变换热单元内部的残余气体；

所述第二控制阀组与外部相变材料储存部和所述相变材料容纳腔连通，被配置为控制所述外部相变材料储存部的相变材料输入到所述相变材料容纳腔；

所述第一控制阀组和所述第二控制阀组通过所述连接阀组与所述相变材料容纳腔连通；以及

所述负压表与所述连接阀组连通，被配置为在填充相变材料和/或抽出所述相变材料容纳腔内气体时，检测所述闭合腔体和所述相变换热单元的负压值，通过所述负压值，控制所述真空泵的工作状态，通过所述连接阀组能够在真空条件下阻断相变材料填充，防止气体继续进入所述相变换热单元。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述常压支路包括：

第二截止阀，与所述存储部和所述介质容纳腔连接，被配置为控制所述存储部和所述介质容纳腔的连通或者断开；以及

单向阀，被配置为在所述相变换热单元的压力值小于大气压的情况下，使所述存储部的压力介质单向流入所述介质容纳腔。

3.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述压力控制单元还包括：第一截止阀，与所述加压支路、所述限压支路、所述常压支路和所述介质容纳腔连接，被配置为控制所述介质容纳腔与所述加压支路、所述限压支路和所述常压支路的连通或者断开。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

所述加压支路包括：加压泵，与所述介质容纳腔和所述存储部连通，被配置为将所述存储部的压力介质泵送到所述介质容纳腔；以及

所述限压支路包括：溢流阀，与所述介质容纳腔和所述存储部连通，被配置为在所述相变换热单元的压力超过所述预设压力值的情况下，使所述介质容纳腔内的压力介质通过所述限压支路流入所述存储部，使所述相变换热单元的压力下降到预设压力值。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述温度控制单元包括：

水箱，被构造成容纳所述相变换热单元；

低温循环系统，被构造成向所述水箱中输送低温水，使得所述温度控制单元内的相变材料保持在相变温度以下；

高温循环系统，被构造成向所述水箱中输送高温水，使得所述温度控制单元内的相变材料保持在相变温度以上；以及

控制器，被配置成控制低温循环系统或者高温循环系统，以调节所述相变材料的温度。

6.一种利用如权利要求1-5中的任一项所述测试装置测试相变材料的测试方法，其特征在于，包括液相温度测试方法和固相温度测试方法中的至少一种，其中：

所述液相温度测试方法包括：

步骤11：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；

步骤12：调节限压支路的压力为第一预设压力值；

步骤13：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以将施加在相变换热单元内的相变材料上的压力保持在所述第一预设压力值；

步骤14：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以 上分别处于

；以及

步骤15：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于

时的体 积，以获得所述相变材料的体积在相变温度以上的状态下随温度变化的特性；

所述固相温度测试方法包括：

步骤21：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；

步骤22：调节限压支路的压力为第二预设压力值；

步骤23：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以将施加在相变换热单元内的相变材料上的压力保持在所述第二预设压力值；

步骤24：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以 下分别处于

；以及

步骤25：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于

时的 体积，以获得所述相变材料的体积在相变温度以下的状态下随温度变化的特性。

7.一种利用如权利要求1-5中的任一项所述测试装置测试相变材料的测试方法，其特征在于，包括液相压力测试方法和固相压力测试方法中的至少一种，其中：

所述液相压力测试方法包括：

步骤31：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；

步骤32：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；

步骤33：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以向相变换热单元内的相变材料施加压力；

步骤34：将限压支路的压力分别调节为

；以及

步骤35：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力为

时的体积，以获得所述相变材料的体积在相变温度以上的状态下随压力变 化的特性；以及

所述固相压力测试方法包括：

步骤41：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；

步骤42：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值；

步骤43：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以向相变换热单元内的相变材料施加压力；

步骤44：将限压支路的压力分别调节为

；以及

步骤45：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力为

时的体积，以获得所述相变材料的体积在相变温度以下的状态下随压力变化的特性。

8.一种利用如权利要求1-5中的任一项所述测试装置测试相变材料的测试方法，其特征在于，包括相变材料由液相变成固相的加压测试方法和相变材料由固相变成液相的加压测试方法中的至少一种，其中：

所述相变材料由液相变成固相的加压测试方法：

步骤51：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；

步骤52：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；

步骤53：在相变材料处于液相的状态下，测量存储部内的压力介质的第一初始体积

；

步骤54：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以向相变换热单元内的相变材料施加压力，将限压支路的压力分别调节为

；

步骤55：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值，使得相变材料由液相变成固相；以及

步骤56：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力为

的状态下相变材料由液相变成固相后的体积

，以获得所述相变材料由液相变成固相期间的体积变化率

，其中i为正整数；

所述相变材料由固相变成液相的加压测试方法：

步骤61：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；

步骤62：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值；

步骤63：在相变材料处于固相的状态下，测量存储部内的压力介质的第一初始体积

；

步骤64：连通加压支路，使得存储部的压力介质输送到介质容纳腔，以向相变换热单元内的相变材料施加压力，将调节限压支路的压力分别调节为

；

步骤65：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值，使得相变材料由固相变成液相；以及

步骤66：由测量部分别测量存储部内的压力介质在相变材料处于压力为

的状态下相变材料由固相变成液相后的体积

，以获得所述相变材料由固相变成液相期间的体积变化率

，其中i为正整数。

9.一种利用如权利要求1-5中的任一项所述测试装置测试相变材料的测试方法，其特征在于，还包括相变材料由液相变成固相的常压测试方法，所述常压测试方法包括：

步骤71：将所述相变换热单元放置在温度控制单元内；

步骤72：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以上保持在第一预设温度值；

步骤73：在相变材料处于液相的状态下，测量存储部内的压力介质的第一初始体积

；

步骤74：连通常压支路，使得存储部的压力介质基于大气压输送到所述介质容纳腔；

步骤75：控制所述温度控制单元，使相变换热单元内的相变材料的温度在相变温度以下保持在第二预设温度值，使得所述相变材料由液相变成固相；以及

步骤76：由测量部测量存储部内的压力介质在相变材料由液相变成固相后的体积

，以获得所述相变材料由液相变成固相期间的体积变化率

。

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