发明内容
基于此,有必要针对目前的相变材料测试装置所存在的测试存在明显误差的问题,提供一种建筑用相变材料的热稳定性测试装置及方法。
上述目的通过下述技术方案实现:
一种建筑用相变材料的热稳定性测试装置,其包括外壳、加热壳体和抽取组件,所述加热壳体设置于所述外壳内部,所述加热壳体和所述外壳之间形成第一腔室,所述第一腔室用以容纳受试材料,所述加热壳体用以加热所述第一腔室内的受试材料,沿受热方向所述第一腔室的厚度相等;所述抽取组件用以在测试后将所述加热壳体和受试材料从所述外壳中取出。
在其中一个实施例中,所述加热壳体的外周壁面上设置有环形槽。
在其中一个实施例中,所述环形槽底部开设有第一通孔,所述第一通孔内穿设有分切刀片;所述抽取组件包括第一轴,所述第一轴上设置有顶推部,所述抽取组件远离所述外壳时,所述顶推部使得所述分切刀片向靠近所述外壳的方向移动。
在其中一个实施例中,所述分切刀片与所述加热壳体之间设置有第一弹性件,所述第一弹性件的弹力总是使得所述分切刀片向远离所述外壳的方向移动或具有该移动的趋势。
在其中一个实施例中,所述环形槽的数量为多个,多个所述环形槽沿所述加热壳体的轴向方向均匀分布。
在其中一个实施例中,所述加热壳体端部设置有第二通孔;所述抽取组件包括第一轴,所述第一轴的端部设置有密封单元,所述密封单元用以密封所述第二通孔;所述密封单元内设置有第一透气孔,所述抽取组件远离所述外壳时,所述第一透气孔连通所述第一腔室和所述加热壳体内部。
在其中一个实施例中,所述第一腔室容纳受试材料后,形成未容纳受试材料的第二腔室;所述抽取组件远离所述外壳时,所述第二腔室增大。
在其中一个实施例中,所述密封单元包括锥形密封件,所述锥形密封件靠近所述第一轴一端的尺寸大于所述锥形密封件远离所述第一轴一端的尺寸。
本发明还提供了一种建筑用相变材料的热稳定性测试方法,其利用上述实施例中任一项所述的建筑用相变材料的热稳定性测试装置实现,并包括以下步骤:
S100,将容纳有受试材料的外壳放入水箱内,此时水箱内水温为T1,T1温度大于受试材料的熔点,保持该温度至受试材料完全融化;
S200,将加热外壳和抽取组件装入外壳内,降低水箱内的水温至T2,T2温度小于收拾材料的凝固点,保持该温度至受试材料完全凝固;
S300,利用加热外壳对受试材料进行加热,并使受试材料完全融化;
S400,重复上述步骤S200和S300预设次数;
S500,拉拽抽取组件,将加热壳体和凝固黏附于加热壳体上的受试材料从外壳中带出。
在其中一个实施例中,所述加热壳体的外周壁面上设置有环形槽,所述环形槽底部开设有第一通孔,所述第一通孔内穿设有分切刀片;所述抽取组件包括第一轴,所述第一轴上设置有顶推部,所述抽取组件远离所述外壳时,所述顶推部使得所述分切刀片向靠近所述外壳的方向移动,建筑用相变材料的热稳定性测试方法还包括以下步骤:
S600,推拉抽取组件,使得顶推部驱动分切刀片运动,并将环形槽内的受试材料推出。
本发明的有益效果是:
本发明实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置和建筑用相变材料的热稳定性测试方法,通过设置形状相匹配的加热壳体和外壳,使得其二者之间的受试材料沿受热方向厚度基本相等。在相变材料测试试验,特别是高循环次数的相变材料测试试验中,受试材料受热均匀能够保证最终结果的准确性,避免由于受热不均导致的受试材料性质的区域性差别。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的结构示意图;
图2为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的中加热壳体的立体图;
图3为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图中外壳位于水箱内;
图4为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图中抽取组件和加热外壳正在伸入外壳;
图5为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图中抽取组件和加热外壳完全伸入外壳;
图6为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图示状态为测试循环完成,将加热壳体、外壳从水箱中取出;
图7为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图中抽取组件移动至上极限位置;
图8为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图示状态下加热外壳正带动受试材料从外壳中取出;
图9为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图示状态下加热外壳已带动受试材料从外壳中取出;
图10为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图示状态下加热壳体外多余的受试材料已被去除;
图11为本发明一实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置的工作示意图,图中抽取组件正相对于加热壳体向上移动。
其中:
100、外壳;101、第一腔室;102、第二腔室;200、加热壳体;210、环形槽;211、第一通孔;212、分切刀片;213、第一弹性件;220、第二通孔;230、限位件;300、抽取组件;310、第一轴;320、顶推部;330、密封单元;331、第一透气孔;332、锥形密封件;340、环形密封件;350、第二透气孔;400、水箱;900、受试材料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下通过实施例,并结合附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本文中为组件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说明,均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
本发明提供了一种建筑用相变材料的热稳定性测试装置,其主要应用于对建筑当中的室内储能相变结构、节能建筑围护结构当中的相变材料进行测试;当然,其也可以用于对其他用途的相变材料进行测试。
具体的,如图1-图11所示,本发明实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置由外至内依次包括外壳100、加热壳体200和抽取组件300。外壳100内部形成有第一腔室101,第一腔室101用以容纳受试材料900;试验状态下,加热壳体200位于外壳100的内部,加热组件用以加热第一腔室101内的受试材料900;抽取组件300用以将加热壳体200从外壳100中抽出或将加热壳体200放入外壳100内。
在本实施例当中,外壳100和加热壳体200的外形整体近似于普通试管,加热壳体200的外形可视为由外壳100的外形按比例缩放得到,由于热量是从外壳100或加热壳体200上传导至第一腔室101内的,基于加热壳体200和外壳100的形状和位置关系,使得试验状态下第一腔室101内的受试材料900厚度(沿外壳100和加热壳体200之间最短距离的方向)基本相同。当然,其他形状也可适用于本发明,例如外壳100和加热壳体200均为半球形、椭球形或其他形状,只要其能够满足试验状态下第一腔室101内的受试材料900厚度基本相同即可。
由此,本发明实施例提供的建筑用相变材料的热稳定性测试装置,通过设置形状相匹配的加热壳体200和外壳100,使得其二者之间的受试材料900沿受热方向厚度基本相等。在相变材料测试试验,特别是高循环次数的相变材料测试试验中,受试材料900受热均匀能够保证最终结果的准确性,避免由于受热不均导致的受试材料900性质的区域性差别。
在其中一个实施例当中,加热壳体200的外周壁面上设置有多个环形槽210。环形槽210的作用主要包括以下两方面:一方面,受试材料900一般以固体状态结束测试,设置环形槽210,在相变材料测试试验结束后,能够增大加热壳体200和受试材料900之间的连接力,便于将受试材料900从外壳100中取出;另一方面,环形槽210能够以规整形状容纳一部分受试材料900,在测试结束后,可以从环形槽210内取出这部分受试材料900,由于其形状相对规整、可控,便于后续的检验、检测。
进一步的,环形槽210与加热壳体200的中心线(对于回转体形的加热壳体200,中心线即为轴线)之间呈夹角设置,且环形槽210靠近加热壳体200的中心线的一端低于环形槽210远离加热壳体200的中心线的一端(如图1所示状态),由此进一步增大加热壳体200和受试材料900之间的连接力。
在其中一个实施例当中,环形槽210底部开设有第一通孔211,第一通孔211内穿设有分切刀片212。测试过程中分切刀片212不动作,始终位于第一通孔211和/或环形槽210内。分切刀片212主要包括以下作用:一方面,在测试完成、还未将加热壳体200从外壳100内取出时,驱动分切刀片212向外(由加热壳体200向外壳100移动即为向外方向,反之即为向内方向)动作,由于第一腔室101内还充满受试材料900且该处的受试材料900受外壳100限制无法运动,位于环形槽210内的受试材料900也无法运动,分切刀片212会将环形槽210内的受试材料900切分为多个弧段,以便后续取出,将环形槽210内的受试材料900切分为多个弧段驱动分切刀片212向内运动并回到初始位置;另一方面,在测试完成并将加热壳体200从外壳100内取出后,首先将加热壳体200外的受试材料900取出,只保留环形槽210内的受试材料900,然后驱动分切刀片212向外动作,此时由于环形槽210内的受试材料900向外运动不再受限制,分切刀片212会将环形槽210内的受试材料900推出环形槽210。
在本实施例中,为了驱动分切刀片212动作,抽取组件300包括第一轴310,第一轴310上设置有顶推部320,抽取组件300远离外壳100时,顶推部320使得分切刀片212向靠近外壳100的方向移动。具体的,顶推部320上设置有顶推斜面,相应的,分切刀片212的根部平面同样倾斜设置。第一轴310向上移动时(从图5位置移动至图6位置),顶推部320顶推分切刀片212,使得分切刀片212向外运动。
进一步的,分切刀片212与加热壳体200之间设置有第一弹性件213,第一弹性件213的弹力总是使得分切刀片212向远离外壳100的方向移动或具有该移动的趋势。顶推部320顶推分切刀片212使得分切刀片212向外运动时,第一弹性件213受压形变。当顶推部320推动分切刀片212向外运动,且顶推部320不再顶推分切刀片212时,第一弹性件213的弹力带动分切刀片212移动至初始位置。
在其中一个实施例当中,环形槽210的数量为多个,多个环形槽210沿着加热壳体200的轴向方向均匀间隔设置。第一通孔211和分切刀片212的数量为多个,第一通孔211和分切刀片212一一对应,多个第一通孔211围绕加热壳体200的轴线均匀分布。
在其中一个实施例当中,加热壳体200端部设置有第二通孔220,加热壳体200内部和外部环境能够实现气体交换,例如本实施例当中,加热壳体200内部与外部环境通过第二透气孔350导通。抽取组件300包括第一轴310,第一轴310的端部设置有密封单元330,密封单元330用以密封第二通孔220;密封单元330内设置有第一透气孔331,抽取组件300远离外壳100时,第一透气孔331连通第一腔室101和加热壳体200内部。在测试完成后,取出第一腔室101内的受试材料900时,受试材料900处于固体状态,且其与外壳100内壁和加热壳体200外壁之间紧密接触,其与外壳100和加热壳体200在分离时第一腔室101会产生负压,该负压阻碍加热壳体200抽离外壳100。通过在加热壳体200的底部设置第二通孔220,能够使得第一腔室101内的负压减小,便于抽取加热壳体200;同时,为了避免第一腔室101内的受试材料900在融化状态从第二通孔220内流入加热壳体200内部,在第一轴310的端部设置有密封单元330,密封单元330用以封堵第二通孔220,密封单元330内部的第一透气孔331连通第一腔室101和加热壳体200内部,由于第一透气孔331的孔径较小,使得受试材料900难以经第一透气孔331流入加热壳体200内部;或者在密封单元330移动至下极限位置时,第一透气孔331与第一腔室101的连通处紧贴于外壳100内壁,使得第一透气孔331不再连通第一腔室101和加热壳体200内部。
在其中一个实施例当中,第一腔室101容纳受试材料900后,形成未容纳受试材料900的第二腔室102;抽取组件300远离外壳100时,第二腔室102增大。于本实施例中,加热壳体200顶部设置有环形密封件340,该密封件与受试材料900、外壳100共同包围形成第二腔室102。特别的,外壳100自下而上尺寸增大,使得向上抽取加热壳体200时,第二腔室102的体积变化速率增大。在测试完成,向外抽取加热壳体200时,第二腔室102的体积逐渐增大,由于第二腔室102相对隔绝,其内部形成负压;而第一腔室101内由于第二通孔220和第一透气孔331的存在,其内部负压较小,因此第一腔室101内的压力大于第二腔室102内的压力并形成压力差,该压力差有助于将加热壳体200和受试材料900一并从外壳100中取出。
在其中一个实施例当中,密封单元330包括锥形密封件332,锥形密封件332靠近第一轴310一端的尺寸大于锥形密封件332远离第一轴310一端的尺寸。在测试循环中加热壳体200对外壳100进行加热时,加热壳体200内部与外部环境之间不进行气体交换;此时加热壳体200内部受热,气体膨胀压力增高,推动第一轴310向下运动,带动锥形密封件332向下运动并使得锥形密封件332与第二通孔220的密封效果增强。
在其中一个实施例当中,加热壳体200上设置有限位件230,限位件230用以限制抽拉组件的移动行程。
在其中一个实施例当中,加热壳体200在内部设置有加热电阻丝,在测试循环中的加热阶段,电阻丝通电发热,该热量通过加热壳体200传导至第一腔室101内的受试材料900。可以理解的是,加热壳体200的加热方式不局限于电阻丝,其他加热方式亦可应用于本发明,例如在加热壳体200内部设置换热介质通道,通过外部设备将温度较高的换热介质通入加热壳体200内部的换热介质通道,并在换热介质温度降低后回流至外部设备重新加热。
在其中一个实施例当中,建筑用相变材料的热稳定性测试装置还包括水箱400,水箱400内存储有大量温度较低的水或者其他换热介质,测试循环中的降温阶段通过水箱400借由外壳100将第一腔室101内受试材料900的热量带走完成。当然,其他能够使得外壳100温度降低的方式同样可以完成测试循环中的降温阶段,例如对于一些熔点较高、对相变速度要求较低的情况,可以通过室温自然降温完成降温阶段。
本发明实施例还提供了一种建筑用相变材料的热稳定性测试方法,其利用上述实施例中任一项所述的建筑用相变材料的热稳定性测试装置实现,并包括以下步骤:
S100,将容纳有受试材料900的外壳100放入水箱400内,此时水箱400内水温为T1,T1温度大于受试材料900的熔点,保持该温度至受试材料900完全融化;
S200,将加热外壳100和抽取组件300装入外壳100内,降低水箱400内的水温至T2,T2温度小于收拾材料的凝固点,保持该温度至受试材料900完全凝固;
S300,利用加热外壳100对受试材料900进行加热,并使受试材料900完全融化;
S400,重复上述步骤S200和S300预设次数;
S500,拉拽抽取组件300,将加热壳体200和凝固黏附于加热壳体200上的受试材料900从外壳100中带出。
在其中一个实施例中,加热壳体200的外周壁面上设置有环形槽210,环形槽210底部开设有第一通孔211,第一通孔211内穿设有分切刀片212;抽取组件300包括第一轴310,第一轴310上设置有顶推部320,抽取组件300远离外壳100时,顶推部320使得分切刀片212向靠近外壳100的方向移动,还包括以下步骤:
S600,推拉抽取组件300,使得顶推部320驱动分切刀片212运动,并将环形槽210内的受试材料900推出。
在其中一个实施例中,建筑用相变材料的热稳定性测试装置由外至内依次包括外壳100、加热壳体200和抽取组件300。外壳100内部形成有第一腔室101,第一腔室101用以容纳受试材料900;试验状态下,加热壳体200位于外壳100的内部,加热组件用以加热第一腔室101内的受试材料900;抽取组件300用以将加热壳体200从外壳100中抽出或将加热壳体200放入外壳100内。
外壳100和加热壳体200的外形整体近似于普通试管,加热壳体200的外形可视为由外壳100的外形按比例缩放得到,由于热量是从外壳100或加热壳体200上传导至第一腔室101内的,基于加热壳体200和外壳100的形状和位置关系,使得试验状态下第一腔室101内的受试材料900厚度基本相同。加热壳体200的外周壁面上设置有多个环形槽210,环形槽210与加热壳体200的中心线之间呈夹角设置,且环形槽210靠近加热壳体200的中心线的一端低于环形槽210远离加热壳体200的中心线的一端。环形槽210底部开设有第一通孔211,第一通孔211内穿设有分切刀片212。测试过程中分切刀片212不动作,始终位于第一通孔211和/或环形槽210内。抽取组件300包括第一轴310,第一轴310上设置有顶推部320,抽取组件300远离外壳100时,顶推部320使得分切刀片212向靠近外壳100的方向移动。分切刀片212与加热壳体200之间设置有第一弹性件213,第一弹性件213的弹力总是使得分切刀片212向远离外壳100的方向移动或具有该移动的趋势。
环形槽210的数量为多个,多个环形槽210沿着加热壳体200的轴向方向均匀间隔设置。第一通孔211和分切刀片212的数量为多个,第一通孔211和分切刀片212一一对应,多个第一通孔211围绕加热壳体200的轴线均匀分布。
加热壳体200端部设置有第二通孔220,加热壳体200内部和外部环境能够实现气体交换。加热壳体200内部与外部环境通过第二透气孔350导通。抽取组件300包括第一轴310,第一轴310的端部设置有密封单元330,密封单元330用以密封第二通孔220;密封单元330内设置有第一透气孔331,抽取组件300远离外壳100时,第一透气孔331连通第一腔室101和加热壳体200内部。第一腔室101容纳受试材料900后,形成未容纳受试材料900的第二腔室102;抽取组件300远离外壳100时,第二腔室102增大。加热壳体200顶部设置有环形密封件340,该密封件与受试材料900、外壳100共同包围形成第二腔室102。
密封单元330包括锥形密封件332,锥形密封件332靠近第一轴310一端的尺寸大于锥形密封件332远离第一轴310一端的尺寸。加热壳体200上设置有限位件230,限位件230用以限制抽拉组件的移动行程。
加热壳体200在内部设置有加热电阻丝,在测试循环中的加热阶段,电阻丝通电发热,该热量通过加热壳体200传导至第一腔室101内的受试材料900。建筑用相变材料的热稳定性测试装置还包括水箱400,水箱400内存储有大量温度较低的水或者其他换热介质。
测试时,如图3所示,首先将容纳有受试材料900的外壳100放入水箱400中,此时水箱400内的水温较高,使得受试材料900融化。
如图4所示,将抽取组件300和加热壳体200一并放入到外壳100内,直至抽取组件300和加热壳体200移动至预定位置,如图5所示。此时环形密封件340密封外壳100的上端开口,加热壳体200没入受试材料900内,并将受试材料900挤压成如图所示形状。
开始测试循环,水箱400内的水温降低至T1并保持一定时间至受试材料900完全凝固,然后加热壳体200加热一定时间至受试材料900完全融化,重复该步骤预设次数。
最后一次水箱400水温降低并使得受试材料900凝固后,此时抽取组件300处于下极限位置,如图5所示。
将外壳100、加热壳体200、抽取组件300和受试材料900一并从水箱400中取出,并向上拉动抽取组件300,抽取组件300首先移动至如图6所示位置,此时加热壳体200和外壳100保持相对静止,抽取组件300相对于加热壳体200向上移动,密封单元330向上移动,使得第一透气孔331连通第一腔室101和加热壳体200内部,第一腔室101内的压力增高,负压削弱。同时第一轴310上的顶推部320顶推分切刀片212,分切刀片212向外运动并将环形槽210内的受试材料900分割为多个弧段。
继续向上拉动抽取组件300至抽取组件300接触至加热壳体200上的限位件230,如图7所示,此时由于限位件230的作用,抽取组件300和加热壳体200一并向上移动;同时,顶推部320越过分切刀片212,刀片在第一弹性件213的作用下退回初始位置。
继续向上拉动抽取组件300,如图8所示,该过程中第二腔室102体积逐渐增大。拉动抽取组件300直至将加热壳体200和受试材料900完全从外壳100中取出,如图9所示,通过敲击、切割或其他方式将除环形槽210之外的受试材料900去除,如图10所示。
向下推动抽取组件300,在顶推部320的作用下分切刀片212向外运动并将环形槽210内的受试材料900顶出,将顶出的受试材料900作为样品放入差示扫描量热仪中检测并记录数据计算。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。