CN116832892A - 相变材料温度测试循环系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种相变材料温度测试循环系统，包括框架体，框架体上设有水平运动模组，水平运动模组设有可水平移动的滑动台，还设有与滑动台连接的竖向运动模组，竖向运动模组设有可竖向移动的滑动板，滑动板下端设有试管架，试管架上设有多个相变材料试管，框架体上还设有实验水槽，实验水槽包括恒温冷水槽和恒温热水槽，相变材料试管交替在恒温冷水槽和恒温热水槽中浸泡，解决了相变材料温度实验耗时长、劳动强度大的问题。

Description

相变材料温度测试循环系统

技术领域

本发明涉及相变材料领域，尤其是涉及一种相变材料温度测试循环系统。

背景技术

相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固-液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。

物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。复合相变储热材料既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。因此，研制复合相变储热材料已成为储热材料领域的热点研究课题。相变材料实际上可作为能量存储器，这种特性在节能，温度控制等领域有着极大的意义。

相变材料的温度循环测试是检测相变材料性能重要试验，主要的过程为将向相变材料交替放置在高温和低温环境，并且完成足够多的循环次数，在实验过程和试验结束后需要检测相变材料的性能，传统的方式是将相变材料装在容器中并放置在温箱中，但是由于空气导热效率低，传热时间占单次循环的比例较大，实验整体耗时较长，并且需要人力将相变材料在不同温度的温箱之间来回搬运，十分消耗人力。

发明内容

本发明提供了一种相变材料温度测试循环系统，解决了相变材料温度实验耗时长、劳动强度大的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种相变材料温度测试循环系统，包括框架体，框架体上设有水平运动模组，水平运动模组设有可水平移动的滑动台，还设有与滑动台连接的竖向运动模组，竖向运动模组设有可竖向移动的滑动板，滑动板下端设有试管架，试管架上设有多个相变材料试管，框架体上还设有实验水槽，实验水槽包括恒温冷水槽和恒温热水槽，相变材料试管交替在恒温冷水槽和恒温热水槽中浸泡。

优选的方案中，实验水槽一侧设有连通管，连通管与实验水槽连通，连通管设有浮球液位计，浮球液位计设有感测连杆，感测连杆伸入连通管内，感测连杆上套有可滑动的浮球体。

优选的方案中，实验水槽上端槽口处设有吸液回收装置，吸液回收装置包括多孔隙状并可形变的第一吸液体，第一吸液体中心设有多个试管刮擦孔，试管刮擦孔用于使相变材料试管通过，试管刮擦孔内径小于相变材料试管的外径。

优选的方案中，吸液回收装置还包括槽口板，槽口板中央设有中心贯通的环套体，环套体内设有收集环槽，第一吸液体下端设在收集环槽内，收集环槽底端设有第一排出孔，第一排出孔内设有第二吸液体，环套体下端连接有向外伸出的延伸块，延伸块内设有倾斜的引流槽，引流槽内设有第三吸液体，环套体外侧设有外环体，延伸块远离环套体的一端连接外环体，外环体内设有环形容腔，环形容腔内侧壁设有衔接通槽，引流槽一端设在第一排出孔下端，引流槽另一端通过衔接通槽与环形容腔连通，环形容腔内设有第四吸液体，环形容腔底端设有第二排出孔。

优选的方案中，环形容腔中第四吸液体的上方设有压环，还设有导杆，导杆上端连接压环，导杆下端设有浮筒，导杆与第二排出孔滑动插接，导杆外壁设有槽道。

优选的方案中，槽口板上设有可升降的环架，环架下端设有磁环，磁环用于吸附压环。

优选的方案中，环架上侧设有调整杆，调整杆穿过槽口板，调整杆上螺纹连接有螺母，螺母下端面抵靠槽口板上端面。

优选的方案中，试管架下端设有环形凸起，环套体内第一吸液体上方设有中央下压块，环形凸起用于下压中央下压块，环套体与中央下压块之间设有复位弹簧。

优选的方案中，浮筒上端设有螺杆部，螺杆部与导杆螺纹连接。

本发明的有益效果为：利用实验水槽替代温箱作为实验环境，液体导热效率高，比热容高，实验时传热效率高，温度波动小；利用十字型直线运动模组替代人力进行相变材料的自动搬运，大大降低劳动强度；采用液位检测装置实时检测液面变化，保证两个实验水槽的液位均等；采用吸液回收装置减少液体蒸发排出的量，并降低试管带出的液体量，并自动回收液体，避免水槽损失过多的液体。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的设备正面示意图。

图2是本发明的运动模组示意图。

图3是本发明的运动模组俯视图。

图4是本发明的实验水槽示意图。

图5是本发明的吸液回收装置正视图。

图6是本发明的吸液回收装置剖视放大图。

图7是本发明的吸液回收装置示意图。

图8是本发明的吸液回收装置爆炸图。

图9是本发明的环套体示意图。

图10是本发明的外环体示意图。

图11是本发明的吸液体组合示意图。

图12是本发明的导杆示意图。

图中：框架体1；恒温冷水槽101；恒温热水槽102；相变材料试管2；试管架201；环形凸起202；竖向运动模组3；滑动板301；水平运动模组4；触摸屏5；吸液回收装置6；槽口板601；第一吸液体602；试管刮擦孔603；环套体604；收集环槽605；第一排出孔606；第二吸液体607；延伸块608；引流槽609；第三吸液体610；外环体611；环形容腔612；衔接通槽613；第四吸液体614；第二排出孔615；压环616；环架617；磁环618；调整杆619；浮筒620；导杆621；槽道622；连通管7；浮球液位计701；感测连杆702；浮球体703；温度传感器8；热电偶801；中央下压块9；复位弹簧10；限位环11。

具体实施方式

实施例1：

如图1-12中，一种相变材料温度测试循环系统，包括框架体1，框架体1上设有水平运动模组4，水平运动模组4设有可水平移动的滑动台，还设有与滑动台连接的竖向运动模组3，竖向运动模组3设有可竖向移动的滑动板301，滑动板301下端设有试管架201，试管架201上设有多个相变材料试管2，框架体1上还设有实验水槽，实验水槽包括恒温冷水槽101和恒温热水槽102，相变材料试管2交替在恒温冷水槽101和恒温热水槽102中浸泡。

框架体1中可安装控制柜，在适合高速的位置安装触摸屏5。

多个相变材料试管2用于对照试验，恒温冷水槽101和恒温热水槽102设有温度不同但液位相同的液体。竖向运动模组3和水平运动模组4可为丝杠、导轨、伺服电机组成的模组直线移动模组或同步带、滑杆、伺服电机组成的直线移动模组等，竖向运动模组3和水平运动模组4的移动方向垂直，水平运动模组4驱动竖向运动模组3整体移动到恒温冷水槽101上方，竖向运动模组3驱动滑动板301下移，试管架201带着多个相变材料试管2从槽口下伸入恒温冷水槽101中，浸泡设定时间后，将相变材料试管2提起，然后水平运动模组4驱动竖向运动模组3横移到恒温热水槽102上方，再次将相变材料试管2下伸到恒温热水槽102中，浸泡同样的时间，如此循环往复。

各相变材料试管2内设有热电偶801，检测此段时间内相变材料内部温度，绘制温度曲线，使得相变材料试管2内的相变材料反复发生相变，较长时间后，相变材料发生的相变次数达到设定值时，测试完成后根据保存的温度数据来进行分析判断，取出相变材料，测试相变材料的导热率等性能。

恒温冷水槽101和恒温热水槽102外壁可设置保温层，恒温冷水槽101和恒温热水槽102设有进液口和出液口，恒温冷水槽101和恒温热水槽102内部设有温度传感器8，当温度变化超过阈值时，排放掉内部的水并补充适合温度的水。或者利用外部温控器连通两个口，循环内部的水，使得温度处于恒温。

由于相变材料试管2浸入液体后，从实验水槽提上时，管壁会携带液体，恒温冷水槽101中的液体温度低、粘度大，恒温热水槽102中的液体温度高、粘度小，也就是说从恒温冷水槽101中携带的液体多，浸入恒温热水槽102中时这部分液体会进入到恒温热水槽102中，从恒温热水槽102中携带的液体少，浸入回恒温冷水槽101中时，反馈的液体少，实验次数较多时，表现为恒温冷水槽101中液面降低，恒温热水槽102中液面升高。

因此，优选的方案中，实验水槽一侧设有连通管7，连通管7与实验水槽连通，连通管7设有浮球液位计701，浮球液位计701设有感测连杆702，感测连杆702伸入连通管7内，感测连杆702上套有可滑动的浮球体703。

浮球体703随着水面高度变化而上下移动，感测连杆702通过检测浮球体703的位置判断水位高度，若低于正常水位，则需要通过进液口向水槽内补充同温度的液体，若高于正常水位，则需要通过出液口从水槽内排出液体，以保证实验时两个水槽液面等高。

优选的方案中，实验水槽上端槽口处设有吸液回收装置6，吸液回收装置6包括多孔隙状并可形变的第一吸液体602，第一吸液体602中心设有多个试管刮擦孔603，试管刮擦孔603用于使相变材料试管2通过，试管刮擦孔603内径小于相变材料试管2的外径。

试管刮擦孔603可采用海绵，相变材料试管2通过试管刮擦孔603后插入到液面以下，向上提起时外壁携带的液体被试管刮擦孔603刮擦并吸收，因此，可有效减少被带出水槽的液体，当液体在试管刮擦孔603中积累一定量后滴落回水槽中。

试管刮擦孔603还可有效减少液体由于蒸发排出水槽的量。

由于第一吸液体602能容纳的液体有限并且体积有限，各位置的含液量拉不开差距，吸收饱和时，相变材料试管2拔出时还是会带出大量液体。

因此，优选的方案中，吸液回收装置6还包括槽口板601，槽口板601中央设有中心贯通的环套体604，环套体604内设有收集环槽605，第一吸液体602下端设在收集环槽605内，收集环槽605底端设有第一排出孔606，第一排出孔606内设有第二吸液体607，环套体604下端连接有向外伸出的延伸块608，延伸块608内设有倾斜的引流槽609，引流槽609内设有第三吸液体610，环套体604外侧设有外环体611，延伸块608远离环套体604的一端连接外环体611，外环体611内设有环形容腔612，环形容腔612内侧壁设有衔接通槽613，引流槽609一端设在第一排出孔606下端，引流槽609另一端通过衔接通槽613与环形容腔612连通，环形容腔612内设有第四吸液体614，环形容腔612底端设有第二排出孔615。

第一排出孔606、引流槽609作为连接收集环槽605和环形容腔612的引流通道，第一排出孔606竖直布置，引流槽609向外逐渐降低，通道填充吸液体使得液体更快的被引导到环形容腔612中。

第一吸液体602、第二吸液体607、第三吸液体610和衔接通槽613均可采用海绵，第一吸液体602上试管刮擦孔603处吸收的液体通过第一吸液体602发散并由于重力逐步积累到第一吸液体602下端的环形结构处，再通过第二吸液体607和第三吸液体610被吸收到第四吸液体614中，并通过第二排出孔615滴落回水槽中。

通过处于下方的外侧的大体积各吸液体将第一吸液体602中吸收的液体分散引走，试管刮擦孔603处始终处于欠饱和态，避免液体大量的在试管刮擦孔603处聚集，使得相变材料试管2抽出时还是会回带有大量的液体。

优选的方案中，环形容腔612中第四吸液体614的上方设有压环616，还设有导杆621，导杆621上端连接压环616，导杆621下端设有浮筒620，导杆621与第二排出孔615滑动插接，导杆621外壁设有槽道622。

浮筒620接触液面，当水面下降时压环616下移并挤压第四吸液体614，使得第四吸液体614中积累的液体从槽道622流出到水槽中。

由于浮筒620的存在，吸液回收装置6与液面高度建立了反馈机制，能够根据液面的变化调整挤压力度，使得水位始终处于动态稳定状态。

但是，由于液面下降是连续的，也就是说压环616下压第四吸液体614也是连续的，当第四吸液体614被挤压后孔隙减小，其吸液能力逐渐下降，不利于继续吸收第三吸液体610中的液体，并且当压环616下降一定位置后，第三吸液体610与第四吸液体614的接缝处被阻挡，此时，若液体得不到补充，压环616没法回升，换句话说反馈系统此时会被卡死，这种方式对于各零件尺寸设计难度较大。

因此，优选的方案中，槽口板601上设有可升降的环架617，环架617下端设有磁环618，磁环618用于吸附压环616。

压环616采用钢制并带有防锈层，初始时，压环616被磁环618吸住，即使液位下降，由于浮力加磁吸力大于组件自重，压环616不下降，这个阶段试管刮擦孔603处吸收的液体被大量的引流到第四吸液体614中积累；当液位继续下降，浮力减小，组件自重使得压环616脱离磁环618吸附，此时压环616猛然下压第四吸液体614，使得第四吸液体614中大量的液体被挤出流回实验水槽，液面回升较大，压环616被顶起并在接近磁环618时，组件整体被吸引并快速升起。

此种间断式下降的设计可早吸液阶段保留第四吸液体614的孔隙大小，有利于将第一吸液体602中的液体导流到第四吸液体614中，并且由于距离越近磁力越大，压环616上升到一定高度即可被突然吸起，跳过了卡死临界点，降低了零件高度方向尺寸的设计难度，避免了反馈系统卡死的风险。

优选的方案中，环架617上侧设有调整杆619，调整杆619穿过槽口板601，调整杆619上螺纹连接有螺母，螺母下端面抵靠槽口板601上端面。

可调整环架617的挂接高度，组装后可调试初始位磁力大小，避开卡死临界位置，进一步避免了反馈系统卡死的风险。

优选的方案中，试管架201下端设有环形凸起202，环套体604内第一吸液体602上方设有中央下压块9，环形凸起202用于下压中央下压块9，环套体604与中央下压块9之间设有复位弹簧10。

竖向运动模组3驱动试管架201下降时，环形凸起202下压中央下压块9使得上一次积累在第一吸液体602中的液体被挤压向第二吸液体607，最终导流到第四吸液体614中。试管架201上抬时，复位弹簧10向上推起中央下压块9直到抵靠到限位环11，此时第一吸液体602中的液体含量少，相变材料试管2外壁刮擦试管刮擦孔603时可吸收大量的液体。

优选的方案中，浮筒620上端设有螺杆部，螺杆部与导杆621螺纹连接。

可调整浮筒620和导杆621的整体长度，方便根据液位调试压环616的初始高度。

实施例2：

一种相变材料温度测试循环系统，其特征在于，包括恒温冷水槽、恒温热水槽、相变材料试管及装夹机构、运动模块、温度检测单元、PLC控制模块、触控屏，恒温冷水槽、恒温热水槽提供高精度温度水浴环境，为相变材料提供温度恒定的测试环境，存放有相变材料的试管通过装夹机构同运动循环模块进行连接固定，PLC控制模块发送指令控制运动模块进行程式化运动，控制相变材料在冷热环境之间进行循环测试，在冷热环境中的测试时间及循环频率均可在触控屏上根据需要进行设置，温度检测单元随同相变材料试管一起运动，以实时检测相变材料所处温度环境，其温度数据以温度曲线的方式在触控屏上实时显示。

通过相变材料在冷热环境中的循环切换，测试相变材料的热效力与温度疲劳性能，以此判断相变材料的长期使用周期。

采用不锈钢试管托架放置28支存放有相变材料的试管，试管托架通过四个手拧螺丝固定在运动循环模块上。

通过水平及竖直两个方向的直线运动模组进行正交连接，实现相变材料在冷水槽与热水槽之间的空间位置转换。

通过高精度热电偶对相变材料试管所处环境温度进行独立检测，其检测数据以模拟量电流信号反馈给PLC,最终以温度曲线的形式显示在触控屏上。

采用EtherCAT运动总线的方式同直线运动模组伺服单元进行通讯链接，PLC控制模块包含有模拟量输入单元，可以将温度检测单元反馈的模拟信号转换为数字信号，触控屏同PLC通过以太网线通讯。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种相变材料温度测试循环系统，其特征是：包括框架体（1），框架体（1）上设有水平运动模组（4），水平运动模组（4）设有可水平移动的滑动台，还设有与滑动台连接的竖向运动模组（3），竖向运动模组（3）设有可竖向移动的滑动板（301），滑动板（301）下端设有试管架（201），试管架（201）上设有多个相变材料试管（2），框架体（1）上还设有实验水槽，实验水槽包括恒温冷水槽（101）和恒温热水槽（102），相变材料试管（2）交替在恒温冷水槽（101）和恒温热水槽（102）中浸泡。

2.根据权利要求1所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：实验水槽一侧设有连通管（7），连通管（7）与实验水槽连通，连通管（7）设有浮球液位计（701），浮球液位计（701）设有感测连杆（702），感测连杆（702）伸入连通管（7）内，感测连杆（702）上套有可滑动的浮球体（703）。

3.根据权利要求1或2所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：实验水槽上端槽口处设有吸液回收装置（6），吸液回收装置（6）包括多孔隙状并可形变的第一吸液体（602），第一吸液体（602）中心设有多个试管刮擦孔（603），试管刮擦孔（603）用于使相变材料试管（2）通过，试管刮擦孔（603）内径小于相变材料试管（2）的外径。

4.根据权利要求3所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：吸液回收装置（6）还包括槽口板（601），槽口板（601）中央设有中心贯通的环套体（604），环套体（604）内设有收集环槽（605），第一吸液体（602）下端设在收集环槽（605）内，收集环槽（605）底端设有第一排出孔（606），第一排出孔（606）内设有第二吸液体（607），环套体（604）下端连接有向外伸出的延伸块（608），延伸块（608）内设有倾斜的引流槽（609），引流槽（609）内设有第三吸液体（610），环套体（604）外侧设有外环体（611），延伸块（608）远离环套体（604）的一端连接外环体（611），外环体（611）内设有环形容腔（612），环形容腔（612）内侧壁设有衔接通槽（613），引流槽（609）一端设在第一排出孔（606）下端，引流槽（609）另一端通过衔接通槽（613）与环形容腔（612）连通，环形容腔（612）内设有第四吸液体（614），环形容腔（612）底端设有第二排出孔（615）。

5.根据权利要求4所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：环形容腔（612）中第四吸液体（614）的上方设有压环（616），还设有导杆（621），导杆（621）上端连接压环（616），导杆（621）下端设有浮筒（620），导杆（621）与第二排出孔（615）滑动插接，导杆（621）外壁设有槽道（622）。

6.根据权利要求5所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：槽口板（601）上设有可升降的环架（617），环架（617）下端设有磁环（618），磁环（618）用于吸附压环（616）。

7.根据权利要求6所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：环架（617）上侧设有调整杆（619），调整杆（619）穿过槽口板（601），调整杆（619）上螺纹连接有螺母，螺母下端面抵靠槽口板（601）上端面。

8.根据权利要求6所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：试管架（201）下端设有环形凸起（202），环套体（604）内第一吸液体（602）上方设有中央下压块（9），环形凸起（202）用于下压中央下压块（9），环套体（604）与中央下压块（9）之间设有复位弹簧（10）。

9.根据权利要求5所述相变材料温度测试循环系统，其特征是：浮筒（620）上端设有螺杆部，螺杆部与导杆（621）螺纹连接。