一种相变储能材料的相变性能测试装置、系统及测试方法与流程

1.本发明涉及相变储能技术领域，尤其涉及一种相变储能材料的相变性能测试装置、系统及测试方法。


背景技术：

2.为了合理使用能源，常常需要暂时存放未使用的能源并在需要时释放。而可再生能源在许多情况下往往具有高度的时间依赖性和环境依赖性，因此，如何保持稳定的供需关系是扩大其应用的关键问题。
3.热能存储系统可在能量供给高峰期将多余能源转化成热能进行储存，而在需求高峰释放以弥补供应缺口，来提高可再生能源应用时的稳定性。
4.相变储热既克服了显热储存存在的热储存密度小、热损失严重的缺点，又明显克服了热化学储存过程中存在的难以控制的缺点，相变储热材料经过几十年的发展，储热系统和建筑用相变材料被广泛应用于各个研究领域，广泛应用于航天、建筑、服装、制冷设备和军事方面。
5.然而，目前在相变储能材料性能测试方面存在较大的局限性，如主要使用差式扫描量热仪，但使用差式扫描量热仪时取样量仅为5-15mg，这使得测量存在较大误差；在一些方面，如相变储能材料的过冷度测试上不能测试出较为精准的数据，尤其是对于水合盐相变储能材料；以及不能对材料内部分布均匀性进行测试。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种相变储能材料的相变性能测试装置、系统及测试方法。
7.第一方面，本发明提供了一种相变储能材料的相变性能测试装置，包括容器、加热装置和温度探针；其中，
8.容器，用于盛装待测相变储能材料，放置于加热装置上；
9.多个温度探针，用于按预设间距放置于待测相变储能材料中，测量不同位置的待测相变储能材料在升/降温过程中的温度。
10.在一个可能的实现方式中，装置还包括隔热层，设置在加热装置外。
11.在一个可能的实现方式中，容器为密封容器。
12.在一个可能的实现方式中，隔热层的材料为聚氨酯硬泡、聚苯板、气凝胶毡、微纳隔热板、玻璃纤维棉板、玻璃纤维棉毡、离心剥离纤维棉、离心剥离纤维岩棉或胶粉聚苯颗粒保温浆料。
13.在一个可能的实现方式中，加热装置为水浴加热、油浴加热或电加热器加热。
14.在一个可能的实现方式中，温度探针为k型针状热电偶。
15.第二方面，本发明提供了一种相变储能材料的相变性能测试系统，该系统包括数据采集器、计算机及如第一方面的装置；其中，
16.数据采集器与温度探针相连接，用以采集与温度相关的数据；
17.计算机与数据采集器相连接，用以收集并处理与温度相关的数据。
18.第三方面，本发明提供了一种相变储能材料的相变性能测试方法，该方法用于如第二方面的系统，包括以下步骤：
19.将待测相变储能材料放置于容器中，并将多个温度探针按预设间距放置在相变储能材料中；
20.将容器放置于加热装置中；
21.将多个温度探针与数据采集器连接，并设置好数据采集器中的相关参数；
22.将数据采集器与计算机连接，打开加热装置，通过数据采集器采集待测相变储能材料在升温过程中与温度相关的第一数据，并利用计算机对第一数据进行处理；
23.待温度达到最大值时，关闭加热装置，通过数据采集器采集待测相变储能材料在降温过程中与温度相关的第二数据，并利用计算机对所述第二数据进行处理。
24.在一个可能的实现方式中，待测相变储能材料为发生固-固相变的相变储能材料或发生固-液相变的相变储能材料。
25.在一个可能的实现方式中，数据采集器间隔预设时间段进行数据采集。
26.本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
27.本发明实施例提供的相变储能材料的相变性能测试装置，该装置包括：容器、加热装置和温度探针；其中，容器，用于盛装待测相变储能材料，放置于加热装置上；多个温度探针，用于按预设间距放置于所述待测相变储能材料中，测量不同位置的所述待测相变储能材料在升/降温过程中的温度。通过本发明提供的相变性能测试装置，可以准确测试同一相变材料不同位置的相变温度，进而确认其分布是否均匀以及过冷度、升温/降温速率的实际数据，操作简单、测试原理明了、测量数据准确、数据获取效率高适合应用以及推广。
附图说明
28.图1为本发明实施例提供的一种相变储能材料的相变性能测试装置结构示意图；
29.图2为本发明实施例提供的一种相变储能材料的相变性能测试中的多位点分布示意图；
30.图3为本发明实施例提供的相变储能材料的相变性能测试系统结构示意图；
31.图4本发明实施例提供的一种相变储能材料的相变性能测试方法流程示意图；
32.图5为本发明实施例获得的六水硝酸镁与六水氯化镁复合相变储能材料的升温曲线；
33.图6为本发明实施例获得的六水硝酸镁与六水氯化镁复合相变储能材料的降温曲线。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
36.实施例1
37.针对背景技术中所提及的技术问题，本发明提供了一种相变储能材料的相变性能测试装置，具体详见图1，图1为本发明实施例提供的一种相变储能材料的相变性能测试装置结构示意图，如图1所示，该测试装置包括：容器1、加热装置2、温度探针3；其中，
38.容器1，用于盛装待测相变储能材料，放置于加热装置2上；
39.多个温度探针3，按预设间距放置于待测相变储能材料中，用于测量不同位置的待测相变储能材料在升/降温过程中的温度。
40.优选地，容器1为密封容器，当相变储能材料为液体时，可防止其发生泄漏，进而导致质量损失等情况出现。
41.在一个示例中，为避免环境对相变储能材料的影响，该装置还包括隔热层4，优选地，隔热层4为密封材料，进一步优选地，隔热层的材料为聚氨酯硬泡、聚苯板、气凝胶毡、微纳隔热板、玻璃纤维棉板、玻璃纤维棉毡、离心剥离纤维棉、离心剥离纤维岩棉或胶粉聚苯颗粒保温浆料。使用隔热材料是为了辅助，减少所测相变储能材料与外界的能量交换，提高数据的准确性。
42.在一个示例中，加热装置2为水浴加热、油浴加热或电加热器加热，为了相变储能材料受热均匀，优选水浴加热。
43.在一个示例中，通过温度探针3对待测相变储能材料的不同温度变化趋势，得到相变储能材料的具体相变过程，进而得到相变储能材料的相变时相变温度、过冷度的大小以及升温或降温所需时间，进而得到相变速率，优选地，温度探针3为k型针状热电偶，能够直接进行温度监测、操作简单、测量温度范围广、精度高，同时也便于输送信号，具体的，针对中低温相变材料性能测试，温度探针3的测试范围从-80℃-150℃，相对于使用差式扫描量热仪，根据熔化温度与凝固温度的差值确定相变温度的过冷度，更为准确。优选地，温度探针4为5根，可以针对同一相变材料，测量不同位置的温度变化，从而评估相变材料热性能的均一性，图2为本发明实施例提供的相变储能材料的相变性能测试中的多位点分布示意图，如图2所示，5个温度探针分别标记为t
1-t5，预设间距为25mm。
44.实施例2
45.为解决现有技术存在的问题，本发明还提供了一种相变储能材料的相变性能测试系统，具体参见图3，图3为本发明实施例提供的相变储能材料的相变性能测试系统结构示意图，如图3所示，该系统还包括数据采集器5、计算机6及图1中的装置，其中，
46.数据采集器5与温度探针3相连接，用以采集与温度相关的数据；
47.计算机6与数据采集器5相连接，用以收集并处理所述与温度相关的数据。
48.在一个示例中，数据采集器5为自动温度数据采集器，为确保数据相对更加准确，对相变储能材料进行实时监测，可预设间隔时间段来采集一次数据，比如间隔五秒采集一次数据，优选地，数据采集器5为agilent数据采集器。
49.本发明提供的相变储能材料的相变性能测试装置，相变性能测试装置内的加热装置可以通过需求对相变储能材料进行升温，同时通过温度探针检测相变储能材料不同位点的温度变化，通过数据采集器对所获得的数据进行采集，并利用计算机对所获得的数据进
行相关收集与处理，本发明提供的相变性能测试装置，结构简单、设计合理、成本较低，利用该测试装置进行相变储能材料的相变性能测试的测试方法操作简单、测试准确度高、数据精准，适合应用以及推广。
50.实施例3
51.针对背景技术中所提及的技术问题，本发明实施例提供了一种相变储能材料的相变性能测试方法，可以应用于如实施例1中的装置或如实施例2中的系统，多个温度探针被提前安置于相变储能材料内，能够在相变储能材料发生相变时，实时收集相关温度数据，同时观察相变储能材料在相变前后以及相变过程中的温度变化趋势，进而获得相变储能材料的具体相变过程即发生相变所用时间，同时也可以通过多位点的数据分析相变储能材料的分布是否均匀，具体的执行过程，还需要参见图4所示的方法流程示意图，如图4所示，该测试方法包括以下步骤：
52.步骤110，将待测相变储能材料放置于容器中，并将多个温度探针按预设间距放置在相变储能材料中。
53.具体的，待测相变储能材料为发生固-固相变的相变储能材料或发生固-液相变的相变储能材料。
54.根据需求，多根温度探针按预设间距被放置在相变储能材料内部，便于对不同位置的相变储能材料进行检测，以确定相变储能材料分布是否均匀。由于温度探针是提前安置于所测物品之中，所以可以从材料初始温度(室温)开始检测，从升温直至冷却至室温，中间不需其他操作。
55.另外，待放置好温度探针后，将容器使用密封材料进行密封，当相变储能材料为液体时，可防止其发生泄漏，进而导致质量损失等情况出现。
56.步骤120，将容器放置于加热装置中。
57.步骤130，将多个温度探针与数据采集器连接，并设置好数据采集器中的相关参数。
58.通过温度探针对待测相变储能材料的不同温度变化趋势，得到相变储能材料的具体相变过程，进而得到相变储能材料的相变时相变温度、过冷度的大小以及升温或降温所需时间，进而得到相变速率。为对相变储能材料进行实时监测，使得数据相对更加准确，数据采集器间隔预设时间段进行采集。优选地，数据采集器为自动温度数据采集器，间隔五秒采集一次数据，具体的，数据采集器为agilent数据采集器。
59.步骤140，将数据采集器与计算机连接，打开加热装置，通过数据采集器采集待测相变储能材料在升温过程中与温度相关的第一数据，并利用计算机对第一数据进行处理。
60.数据采集器与计算机相连后，计算机需要下载与数据采集器匹配的附件及软件，便于后期数据收集及处理数据，且在打开加热装置前，需要打开软件，先进行测试，使得计算机保持稳定，待数据稳定后，才能打开加热装置。比如，刚开始测数据会有波动，约取50个点左右，数据波动较小，几乎维持在一个数值时，才能打开加热装置。
61.通过加热装置对盛装的待测相变储能材料进行加热，相变储能材料在加热过程中会发生温度变化，被放置在不同位置的温度探针会采集同一相变材料不同位置的温度变化，进而得到升温曲线。
62.步骤150，待温度达到最大值时，关闭加热装置，通过数据采集器采集待测相变储
能材料在降温过程中与温度相关的第二数据，并利用计算机对所述第二数据进行处理。
63.待温度到达设置的最高温度时，稳定一段时间后，关闭加热装置，待数据收集完毕，进行相关数据的处理，即对相变储能材料停止加热，进行冷却。相变储能材料在停止加热后会继续发生温度变化，温度探针会对其进行温度采集，进而得到降温曲线。相对于使用差式扫描量热仪，根据熔化温度与凝固温度的差值确定相变温度的过冷度，此种方法更为准确。
64.本发明实施例提供的相变储能材料的相变性能测试方法，将待测相变储能材料放置于容器中，并将多个温度探针按预设间距放置在相变储能材料中，用以测量不同位置的所述待测相变储能材料在升/降温过程中的温度。将容器放置于加热装置中。将多个温度探针与数据采集器连接，并设置好数据采集器中的相关参数。将数据采集器与计算机连接，打开加热装置，通过数据采集器采集待测相变储能材料在升温过程中与温度相关的第一数据，并利用计算机对第一数据进行处理。待温度达到最大值时，关闭加热装置，通过数据采集器采集待测相变储能材料在降温过程中与温度相关的第二数据，并利用计算机对所述第二数据进行处理。通本发明提供的方法，不仅限于水合盐相变材料，亦可应用于其他相变材料温度变化的测试；通过本发明提供的方法，可以准确测试同一相变材料不同位置的相变温度，进而确认其分布是否均匀以及过冷度、升温/降温速率的实际数据，更为准确测试相变温度、相变时间、相变速率、相关过冷度及相变储能材料分布是否均匀，且测试方法操作简单、测试原理明了、测量数据准确、数据获取效率高适合应用以及推广。
65.实施例4
66.下面利用上述相变性能测试装置或测试系统，根据上述测试方法步骤，进行测试：
67.(1)相变储能材料的制备：
68.称取24g的六水氯化镁与36g的六水硝酸镁，加入锥形瓶中，形成混合盐，再次称取0.6g的羟甲基纤维素，加入到混合盐中，水浴加热并搅拌使其混合均匀。
69.(2)相变性能测试：
70.将混合后的复合相变储能材料置于盛装相变储能材料的容器中，将k型温度探针按设置好的位置放置，并将容器密封，放置于水浴锅中，在外层使用隔热材料进行封装。
71.将温度探针与agilent数据采集器相连，设置好agilent数据采集器的相关参数，并将agilent数据采集器与计算机相连，打开软件，进行测试，等待仪器相对稳定。
72.待数据稳定后，打开水浴锅开关，开始检测复合相变储能材料在升温过程的实时温度，所测得的数据被实时更新到计算机的软件中的测试图像中。
73.关闭水浴锅的加热系统，使得水浴锅停止加热，等待复合相变储能材料自然降温，k型温度探针收集复合相变储能材料降温过程的实时温度，所得数据被传输至计算机中。
74.agilent数据采集器将采集到的数据传输到计算机中，使用origin对所得数据进行处理，得到复合相变储能材料的升温曲线如图5所示，降温曲线如图6所示。
75.从图5可以看出，升温过程中，随着温度升高，复合相变储能材料在22-58℃时，温度上升较快，在58℃处到达相变平台，说明在58℃左右发生相变，升温速率减缓，后达到60℃后温度上升速率增加。对于不同位置的k型温度探针，曲线重复率较高，最大温差为3.12℃，说明复合相变储能材料分布较为均匀。
76.从图6可以看出，降温过程中，随着温度的降低，在52-56℃左右出现过冷度的峰
值，t
1-t5过冷度分别为1.26℃、1.65℃、1.44℃、1.52℃、1.23℃。对于不同位置的k型温度探针，曲线重复率较高，最大温差为2.58℃，说明复合相变储能材料分布较为均匀。
77.通过上述实施例，本发明提供的加热装置可以通过需求对相变储能材料进行升温，同时通过多个温度探针检测相变储能材料不同位点的温度变化，通过数据采集器对所获得的数据进行采集，并利用计算机对所获得的数据进行相关收集与处理。本发明提供的装置和系统结构简单、设计合理、成本较低，利用该测试装置进行相变储能材料的相变性能测试的测试方法测试操作简单、准确度高、数据精准，能更为准确测试相变温度、相变时间、相变速率以及相关过冷度，适合应用以及推广。
78.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
79.以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。