CN111721435A - 一种相变储能材料的温度测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相变储能材料的温度测试装置及测试方法，该温度测试装置包括控温设备(1)和温度数据采集***(2)，还包括用于盛装基准物的容器I(3)和用于盛装待测相变储能材料的容器II(4)，本发明通过控温设备对基准物和待测相变储能材料进行升温和降温，并通过温度数据采集***实时测量并采集基准物与待测相变储能材料的温度，得到升温和降温曲线，从而得到待测相变储能材料的相变温度和过冷度区间，本发明的温度测试装置结构简单、设计合理、成本低廉，且测试方法操作简便、测量准确、效率高，适合推广实施。

Description

一种相变储能材料的温度测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于相变储能材料技术领域，具体涉及一种相变储能材料的温度测试装置及测试方法。

背景技术

近年来，相变储能技术在可再生能源利用和节能降耗等领域得到了越来越多的重视和发展，其在暖通空调***中的应用也越来越多。研制用于空调领域的相变储能材料，可将用电低谷的廉价电能转化成热能储存在相变材料里，在用电高峰将这部分热量释放出来，减少高峰期的用电量，实现了削峰填谷的作用。在目前已知的储能方法中，固液相变材料储能具有较高的储热密度和稳定的相变温度，因此被广泛应用于暖通空调、太阳能蓄热、环保家居等方面。

无机类相变材料中用途比较广的是结晶水合盐，它们都有比较大的相变热和固定的熔点，当其温度升高时，结晶水合盐失去结晶水使盐溶解吸热，当温度降低时发生逆过程，吸收结晶水放热。结晶水合盐具有导热系数较大，密度大且单位体积蓄热密度高等优点。但是由于所用无机材料大多数为强碱性，易腐蚀物质，在相变过程中无法对相变储能材料进行温度的实时精确测量。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种相变储能材料温度测试装置，该装置通过控温设备对基准物和待测相变储能材料进行升温和降温，并通过温度数据采集***实时测量并采集基准物与待测相变储能材料的温度，得到升温和降温曲线，从而得到待测相变储能材料的相变温度和过冷度区间，本发明的温度测试装置结构简单、设计合理、成本低廉，且测试方法操作简便、测量准确、效率高，适合推广实施，从而完成本发明。

本发明的目的一方面在于提供一种相变储能材料的温度测试装置，所述装置包括控温设备和温度数据采集***。

其中，所述装置还包括容器I和容器II，所述容器I用于盛装基准物，所述容器II用于盛装待测相变储能材料。

其中，所述控温设备用于对容器I中的基准物和容器II中的相变储能材料进行加热。

其中，所述温度数据采集***设有测温探头，优选设有测温探头I和测温探头II，测温探头I用于测试基准物的温度，测温探头II用于测试相变储能材料的温度，温度数据采集***采集测温探头I和测温探头II测得的温度。

其中，所述控温设备选自水浴加热设备、油浴加热设备或电磁加热设备。

其中，所述待测相变储能材料为有机相变储能材料或无机相变储能材料，优选为无机相变储能材料，更优选为碱类物质或无机盐。

其中，所述碱类物质选自氢氧化钠、一水氢氧化钠、八水氢氧化钡、一水氢氧化钡、八水氢氧化锶等中的一种或几种。

所述无机盐选自十二水硫酸铝、三水醋酸钠、七水硫酸铝、六水氯化钙、十二水硫酸铝钾、十水硫酸钠、二水氟化钾、三水醋酸钠、五水硫代硫酸钠、七水硫酸镁、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、十二水硫酸铝铵以及十八水硫酸铝等中的一种或几种。

本发明的另一方面提供一种根据本发明第一方面所述的测试装置测试相变储能材料的温度的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、将基准物和待测相变储能材料分别加入到容器I和容器II中；

步骤2、将测温探头I和测温探头II伸入到基准物和待测相变储能材料中；

步骤3、采用控温设备对将容器I和容器II进行加热，通过温度数据采集***采集温度；

步骤4、关闭控温设备停止加热。

本发明的再一方面提供根据本发明第一方面所述的测试装置的用途，优选用于测试无机相变储能材料相变温度和过冷度，更优选采用本发明第二方面所述的方法进行测试。

本发明所具有的有益效果为：

(1)本发明所提供的温度测试装置采用通过控温设备对基准物和待测相变储能材料进行升温和降温，并通过温度数据采集***实时测量并采集基准物与待测相变储能材料的温度，得到升温和降温趋势，清晰的反应出相变储能材料的相变过程；

(2)本发明提供了一种新的表征相变材料相变过程及过冷度的测试方法；

(3)本发明的温度测试装置结构简单、设计合理、成本低廉，降低了测试成本，适合推广实施；

(4)本发明所提供的采用所述温度测试装置测量相变储能材料的测试方法操作简便、测试原理清晰、测量结果直观准确、效率高，适合推广实施。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式的相变储能材料的温度测试装置；

图2示出本发明实施例1所得甘油和八水氢氧化钡的升温曲线；

图3示出本发明实施例3所得甘油和八水氢氧化钡的降温曲线。

附图标号说明：

1-控温设备；

2-温度数据采集***；

21-测温探头I；

22-测温探头II；

3-容器I；

4-容器II。

具体实施方式

下面通过附图和优选实施方式对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

本发明的温度测试装置能够测得在升温和降温过程中，相变储能材料的实时温度，并观察该相变储能材料的温度变化趋势，从而得到相变储能材料的相变过程。

根据本发明，本发明提供一种相变储能材料的温度测试装置，该装置包括控温设备1和温度数据采集***2。

根据本发明，该装置还包括容器I 3和容器II 4，其中，容器I 3用于盛装基准物，容器II 4用于盛装待测相变储能材料。

根据本发明，容器I 3和容器II 4为可密封容器，当盛装基准物或待测相变储能材料后，为避免环境等的影响，将容器I 3和容器II 4密封。

根据本发明，容器I 3和容器II 4可以是烧瓶，优选为带有冷凝回流装置的烧瓶。

根据本发明，控温设备1用于对容器I 3和容器II 4进行温度控制，从而实现对基准物和相变储能材料的温度控制。

根据本发明一种优选的实施方式，控温设备1中包括加热介质，控温设备1通过对加热介质加热实现对加热介质温度的控制。

根据本发明，容器I 3和容器II 4置于加热介质中，控温设备通过对加热介质加热使得基准物和待测相变储能材料升温，停止对加热介质加热使得基准物和相变储能材料降温。

根据本发明，控温设备1为水浴加热设备、油浴加热设备或电磁加热设备，例如水浴锅、油浴锅或电磁加热器。

根据本发明另一种实施方式，控温设备1为微波加热设备，微波加热设备通过微波加热的方式对容器I 3中的基准物和容器II 4中的待测相变储能材料进行加热，微波加热的方式使得基准物和待测储能相变材料受热更均匀，且能够提高待测相变储能材料的循环次数。

根据本发明，加热介质为硅油、水、石蜡、电阻丝或微波。

根据本发明，温度数据采集***2优选为自动温度数据采集***，该温度数据采集***2上设有测温探头，测温探头能够通过与待测物接触，测得待测物的温度，并将测得的温度传输至数据采集***，数据采集***将得到的温度数据采集并处理，若对待测物进行加热或冷却可得到待测物的实时温度变化曲线，例如升温曲线或降温曲线。

根据本发明，温度数据采集***2上设有两个以上测温探头，优选有两个测温探头，分别为测温探头I 21和测温探头II22，其中，测温探头I 21伸入到容器I 3中，与基准物内部接触，测定基准物的实时温度，测温探头II 22伸入到容器II 4中，与待测相变储能材料内部接触，测定待测相变储能材料内部的实时温度。

根据本发明，测温探头I 21和测温探头II 22为测温热电偶，优选为K型针状热电偶，能够直接测量温度、结构简单、测量范围广、精度高，便于远距离输出信号。

根据本发明，采用橡胶塞等将测温探头I和测温探头II分别固定在容器I 3和容器II 4上，优选地，测温探头I 21和测温探头II 22***到橡胶塞的孔中并伸入到基准物和待测相变储能材料中，同时也实现了密封，从而使得测试结果更加准确。

根据本发明，装入测温探头I 21和测温探头II 22后，对容器I 21和容器II 22进行密封，优选在容器I 21和容器II 22上装冷凝回流装置。

根据本发明，如果容器I 21和容器II 22为烧瓶，则采用橡胶塞或玻璃塞将***瓶口密封，优选在瓶口上涂覆密封胶，如凡士林等。

根据本发明，基准物为热力学性质稳定、不易分解、凝固点较高的物质，例如甘油、硅油等，该基准物的选择根据待测相变材料的相变温度如熔化温度进行选择。

根据本发明，待测相变储能材料为无机相变储能材料或有机相变储能材料，优选为无机相变储能材料。

根据本发明进一步优选的实施方式，待测相变储能材料包括碱类物质或无机盐。其中，碱类物质选自氢氧化钠、一水氢氧化钠、八水氢氧化钡、一水氢氧化钡、八水氢氧化锶等中的一种或几种；无机盐优选为结晶水合盐，优选选自十二水硫酸铝、十二水硫酸铝钾、十水硫酸钠、二水氟化钾、五水硫代硫酸钠、七水硫酸镁、十水硫酸钠、十八水硫酸铝、三水醋酸钠、七水硫酸铝、十二水磷酸氢二钠、十水碳酸钠、十二水合硫酸铝铵、三水醋酸钠、六水氯化钙等中的一种或几种。

根据本发明更进一步优选的实施方式，待测相变储能材料7还包括成核剂，成核剂选自有机成核剂和/或无机成核剂，其中，有机成核剂为有机纤维成核剂，如芳纶、丙纶等；无机成核剂选自焦磷酸钠、磷酸氢二钠、醋酸钠、硫酸钠、硼砂、硫酸钡、氯化钡、氯化锶、氢氧化钡、氟化钙、氟化钠、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等中的一种或几种。根据本发明更进一步优选的实施方式，待测相变储能材料还包括缓冲剂，缓冲剂为碱类物质或无机盐的饱和溶液。

根据本发明，待测相变储能材料还包括增稠剂，增稠剂选自高吸水树脂、气相二氧化硅、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、膨润土、聚丙烯酸钠、明胶、黄原胶、淀粉和瓜尔胶中的一种或几种。增稠剂能够改变溶液的粘度，使得无机盐类颗粒相对均匀地分布在溶液中，避免沉积到底部，能够克服相分离现象。

根据本发明，为避免纤维状成核剂在相变材料中漂浮在液面上层，影响成核效率，可将纤维状成核剂缠绕在支架上，然后再填充无机相变材料、缓冲剂、增稠剂等，得到待测相变储能材料。

根据本发明，当待测相变储能材料的相变温度低于120℃时，可选择甘油作为基准物。

本发明中，通过基准物与待测相变储能材料的不同温度变化趋势，得到待测相变储能材料的相变过程，进而得到相变材料的过冷度区间。

本发明中，通过对加热介质进行加热，容器I 3中的基准物和容器II 4中的待测相变储能材料在加热过程中会发生温度的变化，温度数据采集***3将测温探头I 21和测温探头II 22测得的不同时间下的温度采集并处理，得到基准物和待测相变储能材料的升温曲线。

本发明中，对加热介质进行冷却，优选停止对加热介质加热，停止加热后，基准物和待测相变储能材料在停止加热后会发生温度的变化，温度数据采集***2将测温探头I21和测温探头II 22测得的不同时间下的温度采集并处理，得到基准物和待测相变储能材料的降温曲线。

本发明的另一方面提供本发明第一方面所述的相变储能材料的温度测试装置用于测试无机相变储能材料相变温度和过冷度的用途。

本发明的再一方面提供一种相变储能材料的温度测试方法，优选采用本发明第一方面所述的测试装置进行，该方法包括以下步骤：

步骤1、将基准物和待测相变储能材料分别加入到容器I 3和容器II 4中。

根据本发明，步骤1中，将基准物加入到容器I 3中，将待测相变储能材料加入到容器II 4中，优选基准物和待测相变储能材料的加入的质量相等。

步骤2、将测温探头I 21和测温探头II 22伸入到基准物和待测相变储能材料中。

根据本发明，步骤2中，将测温探头I 21伸入到容器I 3的基准物中，用以实时测试基准物内部的温度，将测温探头II 22伸入到待测相变储能材料中，用以实时测试待测相变储能材料内部的温度，测温探头I 21和测温探头II 22不能接触容器壁，以防止容器壁的温度影响所测的实时温度，导致所测实时温度产生误差。

根据本发明，采用橡胶塞等将测温探头I 21和测温探头II22分别固定在容器I 3和容器II 4上，优选地，测温探头I 21和测温探头II 4***到橡胶塞的孔中并伸入到基准物和待测相变储能材料中，同时也实现了密封，从而使得测试结果更加准确。

根据本发明，步骤2中，装入测温探头I 21和测温探头II 22后，对容器I 3和容器II 4进行密封，优选在容器I 3和容器II 4上装冷凝回流装置。

根据本发明，如果容器I 3和容器II 4为烧瓶，则采用橡胶塞或玻璃塞将***瓶口密封，优选在瓶口上涂覆密封胶，如凡士林等。

步骤3、采用控温设备1对将容器I 3和容器II 4进行加热，通过温度数据采集***2采集温度。

根据本发明，步骤3中，采用控温设备1对容器I 3和容器II 4进行加热，加热温度根据待测相变储能材料的相变温度而定。优选加热温度高于待测相变储能材料的熔化温度，更优选加热介质的加热温度高于待测相变储能材料的熔化温度10～100℃。

根据本发明，步骤3中，基准物和待测相变储能材料在加热时，温度数据采集***3收集实时温度并处理，得到升温曲线。

步骤4、关闭控温设备1停止加热。

根据本发明，步骤4中，关闭控温设备1，停止对容器I 3和容器II 4进行加热，基准物和待测相变储能材料开始降温，温度数据采集***2实时采集温度并处理，得到降温曲线。

根据本发明，通过待测相变储能材料的升温曲线和降温曲线能够得到待测相变储能材料的相变温度和过冷度区间。

本发明的再一方面提供根据本发明第一方面所述的测试装置的用途，优选用于测试无机相变储能材料相变温度和过冷度，更优选采用本发明第二方面所述的方法进行测试。

本发明的测试装置和测试方法能够清晰地反映出相变材料的相变过程，如无机盐的熔化过程和结晶过程，其温度变化趋势，提供了一种新的表征测试相变材料如无机盐相变过程及过冷度的方法，明显地反映出无机盐相变过程及过冷度区间。本发明所提供的相变储能材料的温度测试装置结构简单、设计合理，成本低，利用该测试装置进行相变储能材料温度的测试方法简单、方便，测试效率高，温度测量准确，适合推广实施。

实施例

实施例1

称取100g甘油作为基准物和100g八水氢氧化钡，分布加入到两个烧瓶中；

将数据采集***的两个测温K型热电偶伸入到甘油和八水氢氧化钡中，用以测量甘油和八水氢氧化钡的内部温度，并用橡皮塞将两个热电偶固定，同时将两个烧瓶密封，然后将两个烧瓶置于装有硅油的油浴锅中，通过油浴锅对两个烧瓶进行加热，加热至100℃，恒温；

油浴锅开始加热的同时启动自动温度数据采集***，两个测温热电偶分别测试甘油和八水氢氧化钡的升温过程的实时温度，并将测得的数据传输至自动温度数据采集***；

关闭油浴锅的加热***，使油浴锅停止加热，使两个烧瓶在油浴中自然降温。两个测温热电偶分别测试甘油和八水氢氧化钡降温过程的实时温度，并将测得的数据传输至自动温度数据采集***。

自动温度数据采集***对采集的数据处理得到的甘油和八水氢氧化钡的升温曲线如图2所示，降温曲线如图3所示。

从图2中可以看出，升温过程中，随着温度的升高，甘油的的温度在0～30min时升温速率较快，温度逐渐升高，经40min后，温度基本维持在86℃，而八水氢氧化钡在0～15min时，温度迅速升高至70℃，八水氢氧化钡的升温速率大于甘油的升温速率温度，后在15～45min时，温度缓慢升高，在45min时，升温曲线出现拐点，说明八水氢氧化钡在78.13℃发生相变，之后温度继续升高，甚至高于甘油的温度。

从图3中可以看出，在降温过程中，甘油温度迅速下降，而八水氢氧化钡在75min时，开始出现结晶，有固体析出，能量也释放出来，温度升高，测得八水氢氧化钡的过冷温度为63.19℃，相变时最高温度为74.95℃，说明八水氢氧化钡的过冷度区间为63.19～74.95℃，过冷度为11.76℃。

以上结合优选实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明。不过需要声明的是，这些具体实施方式仅是对本发明的阐述性解释，并不对本发明的保护范围构成任何限制。在不超出本发明精神和保护范围的情况下，可以对本发明技术内容及其实施方式进行各种改进、等价替换或修饰，这些均落入本发明的保护范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种相变储能材料的温度测试装置，其特征在于，所述装置包括控温设备(1)和温度数据采集***(2)。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述装置还包括用于盛装基准物的容器I(3)和用于盛装待测相变储能材料的容器II(4)。

3.根据权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述控温设备(1)用于对容器I(3)中的基准物和容器II(4)中的待测相变储能材料进行加热。

4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述温度数据采集***(2)设有测温探头，优选设有测温探头I(21)和测温探头II(22)，测温探头I(21)用于测试基准物的温度，测温探头II(22)用于测试待测相变储能材料的温度，温度数据采集***(2)采集测温探头I(21)和测温探头II(22)测得的温度。

5.根据权利要求1至4之一所述的测试装置，其特征在于，所述控温设备(1)选自水浴加热设备、油浴加热设备或电磁加热设备。

6.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述待测相变储能材料为有机相变储能材料或无机相变储能材料，优选为无机相变储能材料，更优选地，待测相变储能材料包括碱类物质或无机盐。

7.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述碱类物质选自氢氧化钠、一水氢氧化钠、八水氢氧化钡、一水氢氧化钡、八水氢氧化锶等中的一种或几种。

8.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述无机盐选自十二水硫酸铝、、三水醋酸钠、七水硫酸铝、六水氯化钙、十二水硫酸铝钾、十水硫酸钠、二水氟化钾、三水醋酸钠、五水硫代硫酸钠、七水硫酸镁、十水硫酸钠、十二水磷酸氢二钠、十二水硫酸铝铵以及十八水硫酸铝等中的一种或几种。

9.一种根据权利要求1至8之一所述的测试装置测试相变储能材料的温度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、将基准物和待测相变储能材料分别加入到容器I(3)和容器II(4)中；

步骤2、将测温探头I(21)和测温探头II(22)伸入到基准物和待测相变储能材料中；

步骤3、采用控温设备(1)对将容器I(3)和容器II(4)进行加热，通过温度数据采集***(2)采集温度；

步骤4、关闭控温设备(1)停止加热。

10.根据权利要求1至8之一所述的测试装置的用途，优选用于测试无机相变储能材料相变温度和过冷度，更优选采用权利要求9的方法进行测试。

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