本申请涉及材料测试领域，具体涉及一种相变材料冷热循环寿命测试装置与测试方法。
背景技术：
相变材料作为一种新型材料拥有较高的储能密度，通过物相变化吸收或释放热能。相变储热材料的研究和应用涉及材料学、太阳能、工程热物理、空调和采暖及工业废热利用等领域。相变材料按相变形式可以分为以下四类：(1)固-固相变；(2)固-液相变；(3)固-气相变；(4)液-气相变。由于固-气、液-气类在相变过程中产生气体，相变前后体积变化较大，因此很少有实际应用。常用的相变材料为“固-液相变”材料。相变贮热的效率明显高于显热贮热，如某些水合盐的单位贮热量约为水的7倍，卵石的12倍。以硫代硫酸钠(na2s2o3·5h2o)为相变材料贮存太阳能，其熔点为49℃，贮热容量为201j/g；硫酸钠(na2so4·10h2o)为相变材料贮存太阳能，其熔点为32.4℃，贮热容量为125.6j/g。美国管道系统公司(pipesystemlnc.)以cacl2·6h2o作为相变材料贮存太阳能，美国太阳能公司(solarlnc.)以naso4·10h2o作为相变材料贮存太阳能，都是应用较成功的实例。
相变材料在使用过程中，随着冷热循环次数的增加会产生蓄热性能衰减的问题。相变蓄热(或蓄冷)材料在相变温度点上、下，经过冷热环境条件交替变化，会出现相变蓄热(或蓄冷)能力的衰减，引起储热(或蓄冷)能力下降。如何有效且快速测试相变材料的冷热循环寿命成为相变材料应用技术发展的重要问题。
相变材料的冷热循环寿命测试的常用方法有：第一种方法是让材料在冷热空气中循环，观测材料的变化和用温度传感器记录材料在吸热(或放热)过程中恒温平台时间的长短变化，以判断材料的使用寿命。该方法有效，但由于材料在空气环境中，空气和材料的热交换速度慢从而影响测试效率。第二种方法是将相变材料或其制品在冷、热液体中交换循环放置，使其放热和吸热进行循环相变，观察或测试材料的相变情况以确定材料的寿命。该方法测试效率高，但存在的问题是需要在两个容器中来回交换位置，带来不便、影响效率。第三种方法是将相变材料或制品放置在一个盛有液体的容器中，在该容器中对液体进行冷、热循环制冷与加热，使相变材料或制品吸放热循环，观察材料的循环寿命。这种方法能耗高且效率低。因此，开发低耗能、高效率、操作简单的相变材料冷热循环寿命测试方法及设备对相变材料的发展具有重要意义。
申请内容
本申请实施例通过提供一种相变材料冷热循环寿命测试装置与测试方法，解决了现有测试装置和测试方法能耗高、效率低且操作繁琐的问题，实现了对相变材料冷热循环寿命有效且快速的测试。
为达到上述目的，本申请主要提供如下技术方案：
一方面，本申请实施例提供了一种相变材料冷热循环寿命测试装置，包括液体工作槽、液体循环系统和相变温度测定系统；
所述液体工作槽用于放置相变材料或相变材料制品；
所述液体循环系统用于向液体工作槽内交替更换两种不同温度的液体；
所述相变温度测定系统用于测定并记录相变材料或相变材料制品的温度。
作为优选，所述液体循环系统包括两个恒温液体槽和控制系统；
所述两个恒温液体槽均通过两条管道与液体工作槽连接；所述控制系统与两个恒温液体槽电连接；
所述两个恒温液体槽用于制冷或制热液体；
所述控制系统用于控制向液体工作槽内定时交替更换两个恒温液体槽内不同温度的液体；
所述控制系统还用于控制两个恒温液体槽制冷或制热液体的温度。
作为优选，所述液体循环系统还包括四个液体泵；
所述四个液体泵分别位于两个恒温液体槽与液体工作槽之间的四条管道中；
所述四个液体泵均与控制系统电连接；
所述控制系统通过四个液体泵控制两个恒温液体槽内的液体向液体工作槽内定时交替注入以及从液体工作槽向恒温液体槽内回流。
作为优选，所述液体循环系统还包括两个液体泵和两个电磁阀；
所述两个液体泵和两个电磁阀分别位于两个恒温液体槽与液体工作槽之间的四条管道中；
所述两个液体泵和两个电磁阀均与控制系统电连接；
所述控制系统通过两个液体泵和两个电磁阀控制两个恒温液体槽内的液体向液体工作槽内定时交替注入以及从液体工作槽向恒温液体槽内回流。
作为优选，当所述液体工作槽的高度高于恒温液体槽时，所述控制系统通过液体泵控制恒温液体槽内的液体向液体工作槽内注入，以及通过电磁阀控制液体从液体工作槽向恒温液体槽内进行重力回流；
当所述液体工作槽的高度低于恒温液体槽时，所述控制系统通过电磁阀控制恒温液体槽内的液体向液体工作槽内进行重力注入，以及通过液体泵控制液体从液体工作槽向恒温液体槽内回流。
作为优选，所述液体工作槽的槽体内设有保温层。
作为优选，所述控制系统还用于控制恒温液体槽内的液体在液体工作槽和恒温液体槽之间进行注入回流循环。
作为优选，所述相变温度测定系统包括温度传感器和温度记录仪；
所述温度传感器与温度记录仪电连接；
所述温度传感器用于测量相变材料的温度；
所述温度记录仪用于记录相变材料的温度。
另一方面，本申请实施例还提供了一种相变材料冷热循环寿命测试方法，该测试方法采用上述的测试装置；
所述测试方法包括：
(1)将相变材料或相变材料制品置于容器内，再一起置于液体工作槽内，采用液体循环系统向液体工作槽内定时交替更换温度低于相变材料相变温度点和温度高于相变材料相变温度点的两种液体；
(2)观察和记录相变材料或相变材料制品的相变状态，并采用相变温度测定系统测试并记录相变材料或相变材料制品的温度，根据相变材料或相变材料制品的相变状态和温度确定相变材料冷热循环寿命。
作为优选，所述向液体工作槽内定时交替更换两种液体的周期大于相变材料或相变材料制品的相变时间。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的相变材料冷热循环寿命测试装置和测试方法，通过设置液体循环系统，将相变材料容器或制品置于可以冷热液体定时交替更换的液体工作槽中，交替通以高于相变温度点的液体和低于相变温度点的液体，使相变材料容器(或制品)交替吸热和放热，热交换速率大大提高；通过设置两个恒温液体槽，对交换液体分别制冷或制热，大大缩短了制冷或制热时间，既提高了测试效率又节约了能耗；通过设置控制系统对液体制冷或制热以及液体更换进行自动控制，简化了操作步骤，缩短了测试时间，提高了测试效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种相变材料冷热循环寿命测试装置的示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种相变材料冷热循环寿命测试装置的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本申请为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本申请提出的技术方案的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
本申请实施例提供了一种相变材料冷热循环寿命测试装置，包括液体工作槽、液体循环系统和相变温度测定系统；其中液体工作槽用于放置相变材料或相变材料制品，液体循环系统用于向液体工作槽内交替更换两种不同温度的液体，相变温度测定系统用于测定并记录相变材料或相变材料制品的温度。该测试装置可以将温度高于材料相变温度点和温度低于材料相变温度点的两种不同温度的液体交替注入到液体工作槽中，使放置在液体工作槽内的相变材料吸热或放热，再通过观察相变材料的相变状态和测定相变材料的温度变化，来实现相变材料冷热循环寿命的测试。首先，该测试装置可以以温度高于材料相变温度点的高温液体和温度低于材料相变温度点的低温液体与相变材料进行热交换，其热交换效率远大于与空气的交换效率，提高了相变材料冷热循环寿命的测试效率，大大缩短了测试时间；其次，采用向液体工作槽内交替更换高温液体和低温液体的方式，不需要将液体工作槽内的相变材料移出，对于需要吸热或放热循环数百次以上的测试过程，大大提高了操作效率，节省了测试时间，另外，该方式可通过自动控制系统实现高温液体和低温液体自动定时更换，可进一步提高操作效率；再次，本申请实施例将用于向相变材料放热和吸热的液体分开使用，即温度高于材料相变温度点的高温液体只用于向相变材料放热，温度低于材料相变温度点的低温液体只用于向相变材料吸热，例如，当注入液体工作槽内的高温液体与相变材料的热交换过程结束后，从液体工作槽中移出并加热或制冷至所需温度，用于下一次的热交换过程，同时，低温液体注入到液体工作槽内与相变材料进行热交换，待热交换结束后，低温液体从液体工作槽中移出并加热或制冷至所需温度，用于下一次的热交换过程，如此循环，既节省了对高温液体或低温液体加热或制冷的时间，又节省了能耗。
上述测试装置还包括两个恒温液体槽和控制系统，如图1所示，其中两个恒温液体槽分别为恒温液体槽1和恒温液体槽2，这两个恒温液体槽用于制冷或制热液体，且均通过两条管道与液体工作槽连接，控制系统与两个恒温液体槽电连接，控制系统用于控制向液体工作槽内定时交替更换两个恒温液体槽内不同温度的液体，控制系统还用于控制两个恒温液体槽制冷或制热液体的温度。其中恒温液体槽包括制冷或制热系统以及液体槽，制冷或制热系统用于对液体槽内的液体进行加热或制冷。本申请实施例通过两个恒温液体槽来分别对两种不同温度的液体进行制冷或加热，并通过独立的管道与液体工作槽连接，可实现对两种不同温度的液体单独制冷或加热，互不干扰，并可实现向液体工作槽中交替更换高温液体和低温液体，节省了液体加热或制冷的时间，另外，通过控制系统控制高温液体和低温液体向液体工作槽内定时交替更换，操作简便，提高了测试效率。
上述测试装置中的液体循环系统还包括四个液体泵，如图1所示，四个液体泵分别位于两个恒温液体槽与液体工作槽之间的四条管道中；且四个液体泵与控制系统电连接；控制系统通过四个液体泵控制两个恒温液体槽内的液体向液体工作槽内定时交替注入以及从液体工作槽向恒温液体槽内回流。例如，当开启控制系统时，待恒温液体槽内的液体达到预设温度后，首先液体泵11开启，恒温液体槽1内的液体向液体工作槽注入，待液面全部注入后，液体泵11关闭，待相变过程完成后，液体泵12开启，液体全部回流至恒温液体槽1中，液体工作槽清空后，液体泵12关闭；然后液体泵21开启，恒温液体槽2内的液体向液体工作槽注入，待液面全部注入后，液体泵21关闭，待相变过程完成后，液体泵22开启，液体全部回流至恒温液体槽2中，液体工作槽清空后，液体泵22关闭；此时液体泵11重新开启，并重复上述过程。本申请实施例通过液体泵来控制液体从恒温液体槽向液体工作槽的注入以及从液体工作槽向恒温液体槽的回流，能实现两种液体的自动更换，操作简单，提高了操作效率。
作为上述四个液体泵的另外一种实施方式，如图2所示，液体循环系统还包括两个液体泵和两个电磁阀，两个液体泵和两个电磁阀分别位于两个恒温液体槽与液体工作槽之间的四条管道中；两个液体泵和两个电磁阀均与控制系统电连接；控制系统通过两个液体泵和两个电磁阀控制两个恒温液体槽内的液体向液体工作槽内定时交替注入以及从液体工作槽向恒温液体槽内回流。当液体工作槽的高度高于恒温液体槽时，控制系统通过液体泵控制恒温液体槽内的液体向液体工作槽内注入，以及通过电磁阀控制液体从液体工作槽向恒温液体槽内进行重力回流；当液体工作槽的高度低于恒温液体槽时，控制系统通过电磁阀控制恒温液体槽内的液体向液体工作槽内进行重力注入，以及通过液体泵控制液体从液体工作槽向恒温液体槽内回流。本申请实施例通过液体泵和电磁阀组合的方式来实现液体的注入和回流，相比采用四个液体泵的方式，节约了能耗。
作为优选，液体工作槽的槽体内设有保温层。保温层的材料可为常用的隔热保温材料，如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、酚醛树脂泡沫等。在液体工作槽内的液体吸热或放热的过程中，外界环境会影响液体工作槽内液体的温度，使相变材料相变过程的吸热或放热速率变慢，或者不能完成相变过程，通过在液体工作槽的槽体内设置保温层，可减小外界环境对液体工作槽内液体温度的影响。
作为优选，上述控制系统还用于控制恒温液体槽内的液体在液体工作槽和恒温液体槽之间进行注入回流循环，即两个恒温液体槽内的液体向液体工作槽内注入的同时向恒温液体槽中进行回流。例如，当开启控制系统时，待恒温液体槽内的液体达到预设温度后，首先电磁阀1开启，恒温液体槽1内的液体向液体工作槽重力注入，待液面达到预定高度后，液体泵1开启，液体向恒温液体槽1回流，此时液体在恒温液体槽1和液体工作槽之间进行注入回流循环，待相变过程完成后，电磁阀1关闭，液体全部回流至恒温液体槽1中，液体工作槽清空后，液体泵1关闭；然后电磁阀2开启，恒温液体槽2内的液体向液体工作槽重力注入，待液面达到预定高度后，液体泵2开启，液体向恒温液体槽2回流，此时液体在恒温液体槽2和液体工作槽之间进行注入回流循环，待相变过程完成后，电磁阀2关闭，液体全部回流至恒温液体槽2中，液体工作槽清空后，液体泵2关闭；此时电磁阀1重新开启，并重复上述过程。在采用上述测试装置测试相变材料冷热循环寿命时，注入液体工作槽内的液体会因为吸热或放热的原因使温度逐渐靠近相变材料的相变温度点，从而使相变材料相变过程的吸热或放热速率变慢，或者不能完成相变过程，而通过控制恒温液体槽内的液体在液体工作槽和恒温液体槽之间进行注入回流循环，即液体向液体工作槽内注入的同时向恒温液体槽中进行回流，可使液体工作槽内的液体维持在一定温度范围内，保证相变材料吸热或放热过程高效进行，提高了测试效率。
上述测试装置的相变温度测定系统包括温度传感器和温度记录仪；温度传感器与温度记录仪电连接；温度传感器用于测量相变材料的温度，在测试时插入相变材料或相变材料制品中；温度记录仪用于记录相变材料的温度，可为多通道无纸记录仪。
以下实施例采用上述的测试装置来测试相变材料冷热循环寿命。
实施例1
本实施例采用的上述测试装置中包括四个液体泵11、12、21和22，如图1所示，恒温液体槽1和恒温液体槽2内的液体均通过液体泵向液体工作槽内注入以及从液体工作槽向恒温液体槽回流。
本实施例所测的相变材料为固液相变材料，相变温度为8℃。向两个恒温液体槽内注入一定量的液体，将恒温液体槽1的温度设定为-5℃，恒温液体槽2的温度设定为16℃；将固液相变材料放置到烧杯中，再随烧杯一起放入到液体工作槽中，在烧杯中插入温度传感器并与多通道无纸记录仪相连接；在控制系统上设定两种温度的液体交替注入的周期为30min，注入的次数各为500次，且恒温液体槽内的液体向液体工作槽注入的同时向恒温液体槽进行回流；开启控制系统，待恒温液体槽内的液体达到预设温度后，首先液体泵11开启，恒温液体槽1内的液体向液体工作槽注入，待液面达到预定高度后，液体泵12开启，液体向恒温液体槽1回流，此时液体在恒温液体槽1和液体工作槽之间进行注入回流循环，待30min后，液体泵1关闭，液体全部回流至恒温液体槽1中，液体工作槽清空后，液体泵12关闭；然后液体泵21开启，恒温液体槽2内的液体向液体工作槽注入，待液面达到预定高度后，液体泵22开启，液体向恒温液体槽2回流，此时液体在恒温液体槽2和液体工作槽之间进行注入回流循环，待30min后，液体泵21关闭，液体全部回流至恒温液体槽2中，液体工作槽清空后，液体泵22关闭；此时液体泵11重新开启，并重复上述过程499次；当控制系统开启后，观察相变材料的状态，同时温度传感器和温度记录仪开始对相变材料的温度进行测量和记录；最后根据相变材料的相变状态和温度确定相变材料冷热循环寿命。
实施例2
本实施例采用的上述测试装置中包括两个液体泵1和2以及两个电磁阀1和2，如图2所示，且液体工作槽的高度高于两个恒温液体槽，恒温液体槽1和恒温液体槽2内的液体通过液体泵向液体工作槽内注入，以及通过电磁阀控制液体从液体工作槽向恒温液体槽的重力回流。
本实施例所测的相变材料为固液相变材料，向两个恒温液体槽内注入一定量的液体，相变温度为22℃。将恒温液体槽1的温度设定为15℃，恒温液体槽2的温度设定为30℃；将固液相变材料放置到烧杯中，再随烧杯一起放入到液体工作槽中，在烧杯中插入温度传感器并与多通道无纸记录仪相连接；在控制系统上设定两种液体交替注入的周期为40min，注入的次数各为1000次，且恒温液体槽内的液体向液体工作槽注入的同时向恒温液体槽进行回流。开启控制系统，待恒温液体槽内的液体达到预设温度后，首先液体泵1开启，恒温液体槽1内的液体向液体工作槽注入，待液面达到预定高度后，电磁阀1开启，液体在重力作用下向恒温液体槽1回流，此时液体在恒温液体槽1和液体工作槽之间进行注入回流循环，待40min后，液体泵1关闭，液体全部回流至恒温液体槽1中，液体工作槽清空后，电磁阀1关闭；然后液体泵2开启，恒温液体槽2内的液体向液体工作槽注入，待液面达到预定高度后，电磁阀2开启，液体在重力作用下向恒温液体槽2回流，此时液体在恒温液体槽2和液体工作槽之间进行注入回流循环，待40min后，液体泵2关闭，液体全部回流至恒温液体槽2中，液体工作槽清空后，电磁阀2关闭；此时液体泵1重新开启，并重复上述过程999次；当控制系统开启后，观察相变材料的状态，同时温度传感器和温度记录仪开始对相变材料的温度进行测量和记录；最后根据相变材料的状态和温度确定相变材料冷热循环寿命。
实施例3
本实施例采用的上述测试装置中包括两个液体泵1和2以及两个电磁阀1和2，如图2所示，且液体工作槽的高度低于两个恒温液体槽，恒温液体槽1和恒温液体槽2内的液体通过电磁阀控制向液体工作槽内进行重力注入，以及通过液体泵控制液体从液体工作槽向恒温液体槽的回流。
本实施例所测的相变材料为固液相变材料，向两个恒温液体槽内注入一定量的液体，相变温度为29℃。将恒温液体槽1的温度设定为20℃，恒温液体槽2的温度设定为38℃；将固液相变材料放置到烧杯中，再随烧杯一起放入到液体工作槽中，在烧杯中插入温度传感器并与多通道无纸记录仪相连接；在控制系统上设定两种液体交替注入的周期为50min，注入的次数各为2000次，且恒温液体槽内的液体向液体工作槽注入的同时向恒温液体槽进行回流；开启控制系统后，待恒温液体槽内的液体达到预设温度后，首先电磁阀1开启，恒温液体槽1内的液体向液体工作槽重力注入，待液面达到预定高度后，液体泵1开启，液体向恒温液体槽1回流，此时液体在恒温液体槽1和液体工作槽之间进行注入回流循环，待50min后，电磁阀1关闭，液体全部回流至恒温液体槽1中，液体工作槽清空后，液体泵1关闭；然后电磁阀2开启，恒温液体槽2内的液体向液体工作槽重力注入，待液面达到预定高度后，液体泵2开启，液体向恒温液体槽2回流，此时液体在恒温液体槽2和液体工作槽之间进行注入回流循环，待50min后，电磁阀2关闭，液体全部回流至恒温液体槽2中，液体工作槽清空后，液体泵2关闭；此时电磁阀1重新开启，并重复上述过程1999次；当控制系统开启后，观察相变材料的状态，同时温度传感器和温度记录仪开始对相变材料的温度进行测量和记录；最后根据相变材料的状态和温度确定相变材料冷热循环寿命。
实施例4
本实施例采用的上述测试装置中包括四个液体泵11、12、21和22，如图1所示，恒温液体槽1和恒温液体槽2内的液体均通过液体泵向液体工作槽内注入以及从液体工作槽向恒温液体槽回流。
本实施例所测的相变材料为固液相变材料，向两个恒温液体槽内注入一定量的液体，相变温度为58℃。将恒温液体槽1的温度设定为30℃，恒温液体槽2的温度设定为80℃；将固液相变材料放置到烧杯中，再随烧杯一起放入到液体工作槽中，在烧杯中插入温度传感器并与多通道无纸记录仪相连接；在控制系统上设定两种液体交替注入的周期为50min，注入的次数各为2000次。当开启控制系统时，待恒温液体槽内的液体达到预设温度后，首先液体泵11开启，恒温液体槽1内的液体向液体工作槽注入，待液面全部注入后，液体泵11关闭，待50min后，液体泵12开启，液体全部回流至恒温液体槽1中，液体工作槽清空后，液体泵12关闭；然后液体泵21开启，恒温液体槽2内的液体向液体工作槽注入，待液面全部注入后，液体泵21关闭，待50min后，液体泵22开启，液体全部回流至恒温液体槽2中，液体工作槽清空后，液体泵22关闭；此时液体泵11重新开启，并重复上述过程1999次。当控制系统开启后，观察相变材料的状态，同时温度传感器和温度记录仪开始对相变材料的温度进行测量和记录；最后根据相变材料的状态和温度确定相变材料冷热循环寿命。
本申请实施例提供的相变材料冷热循环寿命测试装置和测试方法，通过设置液体循环系统，将相变材料容器或制品置于可以冷热液体定时交替更换的液体工作槽中，交替通以高于相变温度点的液体和低于相变温度点的液体，使相变材料容器(或制品)交替吸热和放热，热交换速率大大提高；通过设置两个恒温液体槽，对交换液体分别制冷或制热，大大缩短了制冷或制热时间，既提高了测试效率又节约了能耗；通过设置控制系统对液体制冷或制热以及液体更换进行自动控制，简化了操作步骤，缩短了测试时间，提高了测试效率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。