CN201974393U - 高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于高温相变储能材料技术领域，具体为一种高温相变储能材料热循环稳定性自动测试装置。该测试装置包括高温模块、循环制动模块和在线监测模块三部分，高温模块包括管式高温电阻炉、不锈钢管、样品、刚玉保护管、高温镍铬-镍硅热电偶、温度控制器；循环制动模块包括步进电机控制器、步进电机驱动器等；在线监测模块包括数字式测温仪、热电偶、微电脑记录装置；样品放置于不锈钢管内，不锈钢管置于管式高温电阻炉中，热电偶一端插入刚玉保护管中，另一端连接数字式测温仪，数字式测温仪连接记录装置；高温镍铬-镍硅热电偶一端放在管式高温电阻炉的炉膛内，另一端与温度控制器连接。本实用新型结构简单、设备投资少，原料成本低廉易得，操作容易，重现性好，适用性强。

Description

高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置

技术领域

本实用新型属于高温相变储能材料技术领域，具体涉及一种高温相变储能材料热循环稳定性自动测试装置。

背景技术

能源短缺问题已经严重影响人们的生活和制约社会的发展，因此太阳能的开发与利用越来越受到人们的重视。然而由于昼夜交替、阴晴雨雪等自然现象，导致太阳能的不连续性和波动性，造成了太阳能的供给和需求之间的不匹配。相变材料作为一种储能材料可以将太阳能以相变热的形式储存起来，根据不同的需要释放出能量，使能源得到合理有效地利用。

在太阳能热发电技术中，太阳能聚光产生的温度高达400-1000℃，选择可靠的高温传热蓄热工作介质是提高太阳能热发电效率的关键，因此高温相变储能材料日益受到人们的重视。目前高温相变储能材料中研究广泛的有熔融盐、金属合金及高温复合材料，这几类材料具有相变潜热高、导热系数大、相变时体积变化小、价格便宜等优良性能。另外，由于相变材料的热循环稳定程度是影响太阳能热发电系统的发电效率、寿命的关键因素之一，在太阳能发电等实际应用中，高温相变储能材料的热循环稳定性能是需要考虑的一个重要性能。高温相变储能材料的热稳定性的改变一般是由两方面引起的，一方面是高温相变材料自身的热劣化，另一方面是相变材料对容器材料的腐蚀，使得相变材料的热稳定性变差。因此在太阳能发电系统的开发和应用中，对高温相变储能材料的热稳定性的测试显得尤为重要。

然而，高温相变储能材料的热稳定性能在测试方面还存有较大的局限性。已知的测定相变材料热稳定性的方法耗时耗力，且很难达到多次数在线实时监测，对相变材料的热劣化性的细节变化信息没有详细的采集，使得相变材料在许多领域的应用受到了严重的限制。

本实用新型针对这些问题，设计出一套自动循环测试装置，进行高温相变储能材料的热循环稳定性测试，通过理论计算和数据比较，得出较理想的高温相变储能材料热物稳定性测试结果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种操作简单、成本低廉、效率效的高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置。本装置克服现有技术存在的缺陷，不仅提供温度范围广的高温环境，还具有操作简单、成本低廉、效率高效等优点。

本实用新型提供的高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，包括高温模块、循环制动模块和在线监测模块三部分，所述高温模块包括管式高温电阻炉1、不锈钢管2、样品3、刚玉保护管4、高温镍铬-镍硅热电偶5、温度控制器6；所述循环制动模块包括步进电机控制器7、步进电机驱动器8、滑竿9、滑枕10、滑轮11；其中，步进电机控制器7控制步进电机驱动器8按一定频率、转速和转向进行转动，步进电机驱动器8则驱动固定于滑竿9之上的滑枕10按一定频率、速度和方向移动，滑枕10与不锈钢管2之间通过钢丝线相连，并用滑轮11将钢丝线方向改变90度，最终实现不锈钢管按一定频率、速度和方向上下自动移动；所述在线监测模块包括数字式测温仪12、热电偶13、微电脑记录装置14。其中：样品3放置于不锈钢管2内，不锈钢管2置于管式高温电阻炉1中，热电偶13一端插入刚玉保护管4中，另一端连接数字式测温仪12，数字式测温仪12连接记录装置14。高温镍铬-镍硅热电偶5一端放在管式高温电阻炉1的炉膛内，另一端与温度控制器6连接。

本实用新型高温相变储能材料热循环稳定性自动测试装置，与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本自动测试装置的温度变化范围大，可提供从室温至1000摄氏度的加热循环温度，为各种范围熔点，特别是高熔点的相变储热材料提供有效的热稳定性能测试手段；

（2）使用常规的不锈钢材料作为高温相变储能材料的盛装容器，原料成本低廉易得;

（3）测试样品量较大，且样品受热均匀，可减小样品内部的温度梯度以获得与实际测试温度一致的数据；

（4）一次可同时测试几个样品，提高了测试效率;

（5）可对试样进行多次自动循环测试并在线监测采集数据，可清晰地观察到样品的相变过程，随时掌握温度变化情况；

（6）装置简单、设备投资少，原料成本低廉易得，操作容易，重现性好，适用性强。

附图说明

图1高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置示意图。

图2 熔融过程的温度-时间曲线。

图3 热循环温度-时间曲线。

图中标号：1、高温模块包括管式高温电阻炉2、特制不锈钢管3、样品4、刚玉保护管5、高温镍铬-镍硅热电偶6、温度控制器7、步进电机控制器8、步进电机驱动器9、滑竿10、滑枕11、滑轮12、数字式测温仪13、热电偶14、微电脑记录装置。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

本实用新型的高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，其结构见图1所示。包括高温模块、循环制动模块和在线监测模块三部分，所述高温模块包括管式高温电阻炉1、不锈钢管2、样品3、刚玉保护管4、高温镍铬-镍硅热电偶5、温度控制器6；所述循环制动模块包括步进电机控制器7、步进电机驱动器8、滑竿9、滑枕10、滑轮11；所述在线监测模块包括数字式测温仪12、热电偶13、微电脑记录装置14。其中：样品3放置于不锈钢管2内，不锈钢管2置于管式高温电阻炉1中，热电偶13一端插入刚玉保护管4中，另一端连接数字式测温仪12，数字式测温仪12连接记录装置14。高温镍铬-镍硅热电偶5一端放在管式高温电阻炉1的炉膛内，另一端与温度控制器6连接。

本实用新型中：

所述的管式高温电阻炉，温度范围在20~1000℃。

所述的不锈钢管容积为5~25g；高度为50—200mm，例如为100mm；直径为10—30 mm，例如为22mm。

所述的热电偶为长度1~3m的高温热电偶；

所述的温度控制器，温度控制范围在20~1200℃；

不锈钢管2采用耐腐蚀不锈钢，如316L。

所述的步进电机控制器，最高输出频率为40KHz，一次连续位移范围为-7999999~7999999脉冲，行进速率范围为1~39999脉冲数/秒，时间间隔范围为1~7999999毫秒、循环周期1~99999次；

所述的center309数字式测温仪，测温范围为-20~1000℃；

所述的微电脑安装有SE309软件。

实施例：氯化钠高温相变材料热稳定性测试。

高温相变储能材料热循环稳定性自动循环测试的技术路线如下：

首先组建图1所示的实验装置，将各仪器设备连接好之后，进行详细的参数设定。设定温度控制器为恒电流加热管式高温电阻炉，并且保持管式高温电阻炉的温度在800℃；设定步进电机控制器，输出频率为40KHz，一次连续位移范围为0000000~0003500脉冲，行进速率范围为400脉冲数/秒，前进位移从0000000至0003500脉冲、升温时间间隔为0370000毫秒，后退位移从0003500至0000000脉冲、降温时间为0420000毫秒，循环周期1000次；启动center309数字式测温仪和计算机（微电脑），双击打开center309数字式测温仪配套的应用程序SE309，按需求设定各个参数，测试温度范围为250~850℃，速率为每2s记录一点。

称取质量为15g 氯化钠高温相变材料，熔融后研磨成粉末。将研磨好的15g熔融盐粉末放入特制的高度为100mm，直径22mm的不锈钢管中，并在熔融盐粉末中插入300mm刚玉保护管待用。将不锈钢管与步进电机的滑枕用耐高温铁丝连接，将刚玉管置于不锈钢管正中并固定，然后将热电偶的探头伸入刚玉管中，并保证不触及刚玉管底部。

启动循环制动模块和在线监测模块，利用步进电机控制器自动将不锈钢管伸入800℃的电阻炉中，至无机盐混合物完全熔融，按照步进电机控制器设定的时间间隔步进电机控制器将自动取出不锈钢管，使之自然冷却。与此同时在线监测模块系统将自动采集数据，由程序记录该无机盐熔融过程和降温过程的温度-时间曲线，图2为熔融过程的温度-时间曲线，根据该曲线可确定相变温度和熔融平台长度，以该长度表征相变潜热。系统连续自动采集数据，当设定的循环次数后结束。在线监测模块会得温度-时间数据，并以Excel格式等格式保存，关闭装置。运用Origin软件绘制热循环温度-时间曲线，如图3所示。

取不同循环次数的的熔融过程的温度-时间曲线，根据其平台长度确定相变潜热的变化情况。氯化钠高温相变材料结果多次热循环后期平台长度均在60s左右，相变温度区间在15℃左右。以上数据表明该高温相变储能材料具有较好的热循环稳定性。

Claims (6)

1.一种高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，其特征在于该测试装置包括高温模块、循环制动模块和在线监测模块三部分，所述高温模块包括管式高温电阻炉、不锈钢管、样品、刚玉保护管、高温镍铬-镍硅热电偶、温度控制器；所述循环制动模块包括步进电机控制器、步进电机驱动器、滑竿、滑枕、滑轮；其中，步进电机控制器控制步进电机驱动器按一定频率、转速和转向进行转动，步进电机驱动器则驱动固定于滑竿之上的滑枕按一定频率、速度和方向移动，滑枕与不锈钢管之间通过钢丝线相连，并用滑轮将钢丝线方向改变90度，最终实现不锈钢管按一定频率、速度和方向上下自动移动；所述在线监测模块包括数字式测温仪、热电偶、微电脑记录装置；其中：样品放置于不锈钢管内，不锈钢管置于管式高温电阻炉中，热电偶一端插入刚玉保护管中，另一端连接数字式测温仪，数字式测温仪连接记录装置；高温镍铬-镍硅热电偶一端放在管式高温电阻炉的炉膛内，另一端与温度控制器连接。

2.根据权利要求1所述高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，其特征在于所述的管式高温电阻炉，温度范围在20~1000℃。

3.根据权利要求1或2所述高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，其特征在于所述的热电偶为长度1~3m的高温热电偶。

4.根据权利要求1或2所述高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，其特征在于所述的温度控制器，温度控制范围在20~1200℃。

5.根据权利要求1或2所述高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，其特征在于所述的步进电机控制器，最高输出频率为40KHz，一次连续位移范围为-7999999~7999999脉冲，行进速率范围为1~39999脉冲数/秒，时间间隔范围为1~7999999毫秒，循环周期1~99999次。

6.根据权利要求1或2所述高温相变储能材料热循环稳定性自动化测试装置，其特征在于所述的数字式测温仪采用center309数字式测温仪，测温范围为-20~1000℃。

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