本發(fā)明屬于相變材料儲放熱循環(huán)性能測試領(lǐng)域，具體涉及一種用于相變材料儲放熱循環(huán)性能測試的程序控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

儲熱技術(shù)可有效緩解熱能供求在時間、地點及強(qiáng)度上不匹配的矛盾，提高熱能利用效率。相比顯熱儲熱技術(shù)，相變儲熱技術(shù)具有儲熱密度高、儲放熱過程近乎等溫、體積變化小、維護(hù)簡單以及儲熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，可用于回收工業(yè)余熱而進(jìn)行移動式供熱，也可用于電子器件冷卻、太陽能熱利用、建筑及航空航天等領(lǐng)域。

相變(儲熱)材料的儲放熱循環(huán)穩(wěn)定性能、耐熱性能及可靠性對相變儲熱技術(shù)的高效應(yīng)用至關(guān)重要，因此在相變儲熱系統(tǒng)運行前對相變材料進(jìn)行多次儲放熱循環(huán)穩(wěn)定性能、耐熱性能及可靠性測試具有重要意義。

目前用于相變材料儲放熱循環(huán)穩(wěn)定性能和耐熱性能的測試裝置主要有兩類，第一類裝置的特征在于，首先將相變材料儲存容器置于高溫環(huán)境中使相變材料熔化儲熱，達(dá)到儲熱的目的，儲熱完成后移入低溫環(huán)境中冷卻凝固，達(dá)到放熱的目的，如此循環(huán)，這類裝置的不足在于相變材料儲存容器在移動過程中受外界環(huán)境影響及人為因素等影響測試準(zhǔn)確性，且操作復(fù)雜、測試效率低；第二類裝置的特征在于，將相變材料儲存容器置于恒溫環(huán)境中，通入高溫流體使相變材料熔化儲熱，儲熱完成后通入低溫流體使相變材料凝固放熱，如此循環(huán)，這類裝置的主要局限在于只能采用不同溫度的同種液體作為高溫流體和低溫流體，縮小了相變材料儲放熱測試的溫度范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對已有測試系統(tǒng)和技術(shù)的不足，提出一種用于相變材料儲放熱循環(huán)性能測試的程序控制系統(tǒng)及其方法

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明首先公開了一種用于測試相變材料儲放熱循環(huán)性能的程序控制系統(tǒng)，包括高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、高溫流體循環(huán)夾套、低溫流體循環(huán)夾套、絕熱隔板、自動升降桿、程序控制器、數(shù)據(jù)采集儀、相變材料試樣管；高溫恒溫浴通過循環(huán)管路與高溫流體循環(huán)夾套相連；低溫恒溫浴通過循環(huán)管路與低溫流體循環(huán)夾套相連；高溫流體循環(huán)夾套與低溫流體循環(huán)夾套在豎直方向上疊加放置，且兩個夾套內(nèi)的空間互相連通；該連通空間內(nèi)設(shè)置有相變材料試樣管；自動升降桿與相變材料試樣管連接，相變材料試樣管在所述連通空間內(nèi)可上下移動；程序控制器分別與高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、自動升降桿和數(shù)據(jù)采集儀電連接,程序控制器控制高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、自動升降桿的啟停；高溫流體循環(huán)夾套和低溫流體循環(huán)夾套之間通過絕熱隔板隔開。

優(yōu)選的，所述的高溫恒溫浴與高溫流體循環(huán)夾套相連的管路上設(shè)置有入口電磁閥ⅰ和出口電磁閥??；所述的低溫恒溫浴與低溫流體循環(huán)夾套相連的管路上設(shè)置有入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ；所述的入口電磁閥ⅰ、出口電磁閥ⅰ、入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ受程序控制器控制調(diào)整各自開度。

優(yōu)選的，高溫流體循環(huán)夾套和低溫流體循環(huán)夾套為一體化設(shè)計，相變材料試樣管外側(cè)設(shè)有升降槽道，自動升降桿和相變材料試樣管外側(cè)的升降槽道相匹配，實現(xiàn)相變材料試樣管和高溫流體循環(huán)夾套及低溫流體循環(huán)夾套的內(nèi)殼的無縫隙接觸。實現(xiàn)相變材料試樣管和高溫流體循環(huán)夾套及低溫流體循環(huán)夾套的內(nèi)殼的無縫隙接觸，提高了換熱效率。

優(yōu)選的，高溫流體循環(huán)夾套和低溫流體循環(huán)夾套的外殼通過絕熱材料加工制成，弱化甚至消除了高溫恒溫流體及低溫恒溫流體和周圍環(huán)境之間的傳熱；高溫流體循環(huán)夾套和低溫流體循環(huán)夾套的內(nèi)殼通過導(dǎo)熱材料加工制成。強(qiáng)化了相變材料和高溫恒溫流體及低溫恒溫流體之間的傳熱，提高了測試效率和準(zhǔn)確性。

優(yōu)選的，所述系統(tǒng)中相變材料試樣管底部設(shè)置有絕熱底板，弱化甚至消除了相變材料第二次及后續(xù)儲熱中和低溫流體循環(huán)夾套之間的換熱。

本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用所述系統(tǒng)的用于相變材料儲放熱循環(huán)性能測試的程序控制方法，其特征在于：

將相變材料裝入相變材料試樣管并加蓋絕熱密封蓋，然后將相變材料試樣管放入高溫流體循環(huán)夾套并固定；開啟高溫恒溫浴，待高溫恒溫流體達(dá)到設(shè)定溫度時，程序控制器控制入口電磁閥ⅰ和出口電磁閥ⅰ打開，高溫恒溫流體進(jìn)入高溫流體循環(huán)夾套，加熱相變材料使其熔化儲熱，當(dāng)相變材料溫度達(dá)到高于其熔點的設(shè)定值時，視為其完全熔化，完成儲熱；

程序控制器控制入口電磁閥ⅰ和出口電磁閥ⅰ關(guān)閉，控制自動升降桿下降，將相變材料試樣管下移至低溫流體循環(huán)夾套，控制入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ打開，低溫恒溫流體進(jìn)入低溫流體循環(huán)夾套，冷卻相變材料使其凝固放熱；當(dāng)相變材料溫度達(dá)到低于其凝固溫度的設(shè)定值時，視為其完全凝固，完成放熱，

程序控制器控制入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ關(guān)閉，數(shù)據(jù)采集儀記錄相變材料儲放熱一次，同時記錄整個過程中相變材料的溫度和時間；數(shù)據(jù)采集完成后，視為相變材料完成一個儲放熱循環(huán)，之后程序控制器控制自動升降桿上升，將相變材料試樣管上移至高溫流體循環(huán)夾套開始第二次循環(huán)測試，實現(xiàn)相變材料儲放熱循環(huán)性能測試，循環(huán)多次后，取出少許相變材料測量其相變焓值、導(dǎo)熱系數(shù)、動力粘度、密度，熱分解溫度，結(jié)合數(shù)據(jù)采集儀記錄的溫度和時間評價相變材料的循環(huán)性能；

采用程序控制器設(shè)定高溫恒溫浴的溫度為相變材料熔點以上某溫度，設(shè)定相變材料在此溫度下的儲存時間，通過數(shù)據(jù)采集儀記錄該過程的溫度變化，存儲結(jié)束后取出少許相變材料測量其相變焓值、導(dǎo)熱系數(shù)、動力粘度、密度，熱分解溫度，實現(xiàn)相變材料的耐熱性能測試的目的。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)通過程序控制器控制高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、自動升降桿的啟停，實現(xiàn)相變材料儲放熱循環(huán)性能測試的自動控制，安裝簡單、操作方便，實現(xiàn)相變材料的多次儲放熱循環(huán)性能測試。

(2)通過高溫流體循環(huán)夾套加熱相變材料使其熔化儲熱，通過低溫流體循環(huán)夾套冷卻相變材料使其凝固放熱，實現(xiàn)高溫恒溫流體和低溫恒溫流體完全分離，測試過程中采用不同流體作為高溫恒溫流體和低溫恒溫流體，擴(kuò)大了相變材料儲放熱測試的溫度范圍；

(3)通過在高溫流體循環(huán)夾套和低溫流體循環(huán)夾套之間設(shè)置絕熱隔板來實現(xiàn)高溫恒溫流體和低溫恒溫流體之間無熱交換，同時在相變材料試樣管底部設(shè)置絕熱隔板，避免了相變材料在放熱過程中高溫流體循環(huán)夾套中殘余熱量及儲熱過程中低溫流體循環(huán)夾套殘余熱量的影響。

(4)高溫流體循環(huán)夾套和低溫流體循環(huán)夾套的外殼通過絕熱材料加工制成，弱化甚至消除了高溫恒溫流體及低溫恒溫流體和周圍環(huán)境之間的傳熱；高溫流體循環(huán)夾套內(nèi)殼和低溫流體循環(huán)夾套內(nèi)殼通過高導(dǎo)熱材料加工制成，強(qiáng)化了相變材料和高溫恒溫流體及低溫恒溫流體之間的傳熱，提高了測試效率和準(zhǔn)確性。

(5)通過自動升降桿控制相變材料試樣管在一體化高溫流體循環(huán)夾套和低溫流體循環(huán)夾套間自動升降，實現(xiàn)相變材料儲熱和放熱過程的自動切換。

(6)通過數(shù)據(jù)采集儀記錄相變材料儲熱和放熱的次數(shù)及儲放熱過程的溫度和時間，實現(xiàn)相變材料多次儲放熱循環(huán)性能的測試。

附圖說明

圖1為相變材料儲放熱循環(huán)性能測試系統(tǒng)圖；

圖2為一體化高低溫流體循環(huán)夾套剖視圖；

圖3為相變材料試樣管及升降槽道測視圖；

附圖中，各部件列表如下：

1：高溫恒溫??；2：低溫恒溫??；

3：高溫流體循環(huán)夾套；4：低溫流體循環(huán)夾套；

5：絕熱隔板；6：自動升降桿；

7：程序控制器；8：數(shù)據(jù)采集儀；

9：相變材料試樣管；10：相變材料；

11：絕熱密封蓋；12：入口電磁閥ⅰ；

13：出口電磁閥ⅰ；14：入口電磁閥ⅱ；

15：出口電磁閥ⅱ；16：升降槽道；

17：絕熱底板；18：高溫流體循環(huán)夾套內(nèi)殼；

19：低溫流體循環(huán)夾套內(nèi)殼；

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，測試相變材料儲放熱循環(huán)性能的程序控制系統(tǒng)包括高溫恒溫浴1、低溫恒溫浴2、高溫流體循環(huán)夾套3、低溫流體循環(huán)夾套4、絕熱隔板5、自動升降桿6、程序控制器7、數(shù)據(jù)采集儀8、相變材料試樣管9。首先將一定質(zhì)量相變材料10裝入相變材料試樣管9并加蓋絕熱密封蓋11，然后將相變材料試樣管9放入高溫流體循環(huán)夾套3并固定；開啟高溫恒溫浴1，待高溫恒溫流體達(dá)到設(shè)定溫度時，程序控制器7控制入口電磁閥ⅰ12和出口電磁閥ⅰ13打開，高溫恒溫流體進(jìn)入高溫流體循環(huán)夾套3，加熱相變材料10使其熔化儲熱，當(dāng)相變材料10溫度達(dá)到高于其熔點的設(shè)定值時，視為其完全熔化，完成儲熱；程序控制器7控制入口電磁閥ⅰ12和出口電磁閥ⅰ13關(guān)閉，控制自動升降桿6下降，將相變材料試樣管9下移至低溫流體循環(huán)夾套4，控制入口電磁閥ⅱ14和出口電磁閥ⅱ15打開，低溫恒溫流體進(jìn)入低溫流體循環(huán)夾套4，冷卻相變材料10使其凝固放熱；當(dāng)相變材料10溫度達(dá)到低于其凝固溫度的設(shè)定值時，視為其完全凝固，完成放熱，程序控制器7控制入口電磁閥ⅱ14和出口電磁閥ⅱ15關(guān)閉，數(shù)據(jù)采集儀8記錄相變材料10儲放熱一次，同時記錄整個過程中相變材料10的溫度和時間。數(shù)據(jù)采集完成后，視為相變材料10完成一個儲放熱循環(huán)。之后程序控制器7控制自動升降桿6上升，將相變材料試樣管9上移至高溫流體循環(huán)夾套3開始第二次循環(huán)測試，實現(xiàn)相變材料10儲放熱循環(huán)性能測試。循環(huán)多次后，可取出少許相變材料10測量其相變焓值、導(dǎo)熱系數(shù)、動力粘度、密度，熱分解溫度，結(jié)合數(shù)據(jù)采集儀8記錄的溫度變化和時間評價相變材料10的儲放熱循環(huán)性能。

如圖2所示，高溫流體循環(huán)夾套3和低溫流體循環(huán)夾套4的外殼通過絕熱材料加工制成，強(qiáng)化了相變材料10和高溫恒溫流體及低溫恒溫流體之間的傳熱；高溫流體循環(huán)夾套內(nèi)殼18和低溫流體循環(huán)夾套內(nèi)殼19通過高導(dǎo)熱材料加工制成，弱化甚至消除了高溫恒溫流體及低溫恒溫流體和周圍環(huán)境之間的傳熱，提高了測試效率和準(zhǔn)確性。

如圖3所示，高溫流體循環(huán)夾套3和低溫流體循環(huán)夾套4為一體化設(shè)計，它們的內(nèi)殼設(shè)置有自動升降桿6，自動升降桿6和相變材料試樣管9外側(cè)的升降槽道16相匹配，實現(xiàn)相變材料試樣管9和高溫流體循環(huán)夾套3及低溫流體循環(huán)夾套4的內(nèi)殼的無縫隙接觸，提高了換熱效率。相變材料試樣管9底部設(shè)置有絕熱底板17，避免了相變材料10在凝固放熱過程中高溫流體循環(huán)夾套3中殘余熱量及儲熱過程中低溫流體循環(huán)夾套4殘余熱量的影響。