專利名稱：高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于高溫相變儲能材料技術領域，具體涉及一種高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動測試裝置。
背景技術：
能源短缺問題已經(jīng)嚴重影響人們的生活和制約社會的發(fā)展，因此太陽能的開發(fā)與利用越來越受到人們的重視。然而由于晝夜交替、陰晴雨雪等自然現(xiàn)象，導致太陽能的不連續(xù)性和波動性，造成了太陽能的供給和需求之間的不匹配。相變材料作為一種儲能材料可以將太陽能以相變熱的形式儲存起來，根據(jù)不同的需要釋放出能量，使能源得到合理有效地利用。在太陽能熱發(fā)電技術中，太陽能聚光產(chǎn)生的溫度高達400-100(TC，選擇可靠的高溫傳熱蓄熱工作介質是提高太陽能熱發(fā)電效率的關鍵，因此高溫相變儲能材料日益受到人們的重視。目前高溫相變儲能材料中研究廣泛的有熔融鹽、金屬合金及高溫復合材料，這幾類材料具有相變潛熱高、導熱系數(shù)大、相變時體積變化小、價格便宜等優(yōu)良性能。另外，由于相變材料的熱循環(huán)穩(wěn)定程度是影響太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率、壽命的關鍵因素之一， 在太陽能發(fā)電等實際應用中，高溫相變儲能材料的熱循環(huán)穩(wěn)定性能是需要考慮的一個重要性能。高溫相變儲能材料的熱穩(wěn)定性的改變一般是由兩方面引起的，一方面是高溫相變材料自身的熱劣化，另一方面是相變材料對容器材料的腐蝕，使得相變材料的熱穩(wěn)定性變差。 因此在太陽能發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和應用中，對高溫相變儲能材料的熱穩(wěn)定性的測試顯得尤為重要。然而，高溫相變儲能材料的熱穩(wěn)定性能在測試方面還存有較大的局限性。已知的測定相變材料熱穩(wěn)定性的方法耗時耗力，且很難達到多次數(shù)在線實時監(jiān)測，對相變材料的熱劣化性的細節(jié)變化信息沒有詳細的采集，使得相變材料在許多領域的應用受到了嚴重的限制。本實用新型針對這些問題，設計出一套自動循環(huán)測試裝置，進行高溫相變儲能材料的熱循環(huán)穩(wěn)定性測試，通過理論計算和數(shù)據(jù)比較，得出較理想的高溫相變儲能材料熱物穩(wěn)定性測試結果。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種操作簡單、成本低廉、效率效的高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置。本裝置克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，不僅提供溫度范圍廣的高溫環(huán)境，還具有操作簡單、成本低廉、效率高效等優(yōu)點。本實用新型提供的高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，包括高溫模塊、循環(huán)制動模塊和在線監(jiān)測模塊三部分，所述高溫模塊包括管式高溫電阻爐1、不銹鋼管 2、樣品3、剛玉保護管4、高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶5、溫度控制器6;所述循環(huán)制動模塊包括步進電機控制器7、步進電機驅動器8、滑竿9、滑枕10、滑輪11 ；其中，步進電機控制器7控制步進電機驅動器8按一定頻率、轉速和轉向進行轉動，步進電機驅動器8則驅動固定于滑竿 9之上的滑枕10按一定頻率、速度和方向移動，滑枕10與不銹鋼管2之間通過鋼絲線相連， 并用滑輪11將鋼絲線方向改變90度，最終實現(xiàn)不銹鋼管按一定頻率、速度和方向上下自動移動；所述在線監(jiān)測模塊包括數(shù)字式測溫儀12、熱電偶13、微電腦記錄裝置14。其中樣品 3放置于不銹鋼管2內，不銹鋼管2置于管式高溫電阻爐1中，熱電偶13—端插入剛玉保護管4中，另一端連接數(shù)字式測溫儀12，數(shù)字式測溫儀12連接記錄裝置14。高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶5 —端放在管式高溫電阻爐1的爐膛內，另一端與溫度控制器6連接。本實用新型高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動測試裝置，與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點(1)本自動測試裝置的溫度變化范圍大，可提供從室溫至1000攝氏度的加熱循環(huán)溫度，為各種范圍熔點，特別是高熔點的相變儲熱材料提供有效的熱穩(wěn)定性能測試手段；
(2)使用常規(guī)的不銹鋼材料作為高溫相變儲能材料的盛裝容器，原料成本低廉易得；(3)測試樣品量較大，且樣品受熱均勻，可減小樣品內部的溫度梯度以獲得與實際測試溫度一致的數(shù)據(jù)；(4) 一次可同時測試幾個樣品，提高了測試效率；(5)可對試樣進行多次自動循環(huán)測試并在線監(jiān)測采集數(shù)據(jù)，可清晰地觀察到樣品的相變過程，隨時掌握溫度變化情況；(6)裝置簡單、設備投資少，原料成本低廉易得，操作容易，重現(xiàn)性好，適用性強。
圖1高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置示意圖。圖2熔融過程的溫度_時間曲線。圖3熱循環(huán)溫度_時間曲線。圖中標號1、高溫模塊包括管式高溫電阻爐2、特制不銹鋼管3、樣品4、剛玉保護管5、高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶6、溫度控制器7、步進電機控制器8、步進電機驅動器9、滑竿 10、滑枕11、滑輪12、數(shù)字式測溫儀13、熱電偶14、微電腦記錄裝置。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。本實用新型的高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，其結構見圖1所示。包括高溫模塊、循環(huán)制動模塊和在線監(jiān)測模塊三部分，所述高溫模塊包括管式高溫電阻爐1、不銹鋼管2、樣品3、剛玉保護管4、高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶5、溫度控制器6 ；所述循環(huán)制動模塊包括步進電機控制器7、步進電機驅動器8、滑竿9、滑枕10、滑輪11 ；所述在線監(jiān)測模塊包括數(shù)字式測溫儀12、熱電偶13、微電腦記錄裝置14。其中樣品3放置于不銹鋼管2內，不銹鋼管2置于管式高溫電阻爐1中，熱電偶13 —端插入剛玉保護管4中，另一端連接數(shù)字式測溫儀12，數(shù)字式測溫儀12連接記錄裝置14。高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶5 —端放在管式高溫電阻爐1的爐膛內，另一端與溫度控制器6連接。本實用新型中[0022]所述的管式高溫電阻爐，溫度范圍在2(Γ1000 。所述的不銹鋼管容積為5 25g ；高度為50— 200mm，例如為IOOmm ；直徑為10 — 30 mm，例如為22mm。所述的熱電偶為長度廣3m的高溫熱電偶；所述的溫度控制器，溫度控制范圍在2(T120(TC ；不銹鋼管2采用耐腐蝕不銹鋼，如316L。所述的步進電機控制器，最高輸出頻率為40KHz，一次連續(xù)位移范圍為-7999999 7999999脈沖，行進速率范圍為廣39999脈沖數(shù)/秒，時間間隔范圍為廣7999999毫秒、循環(huán)周期廣99999次；所述的center309數(shù)字式測溫儀，測溫范圍為_2(Tl00(rC ；所述的微電腦安裝有SE309軟件。實施例氯化鈉高溫相變材料熱穩(wěn)定性測試。高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動循環(huán)測試的技術路線如下首先組建圖1所示的實驗裝置，將各儀器設備連接好之后，進行詳細的參數(shù)設定。 設定溫度控制器為恒電流加熱管式高溫電阻爐，并且保持管式高溫電阻爐的溫度在800°C ； 設定步進電機控制器，輸出頻率為40KHz，一次連續(xù)位移范圍為000000(Γ0003500脈沖， 行進速率范圍為400脈沖數(shù)/秒，前進位移從0000000至0003500脈沖、升溫時間間隔為 0370000毫秒，后退位移從0003500至0000000脈沖、降溫時間為0420000毫秒，循環(huán)周期 1000次；啟動center309數(shù)字式測溫儀和計算機(微電腦)，雙擊打開Center309數(shù)字式測溫儀配套的應用程序SE309，按需求設定各個參數(shù)，測試溫度范圍為25(T850°C，速率為每2s 記錄一點。稱取質量為15g氯化鈉高溫相變材料，熔融后研磨成粉末。將研磨好的15g熔融鹽粉末放入特制的高度為100mm，直徑22mm的不銹鋼管中，并在熔融鹽粉末中插入300mm剛玉保護管待用。將不銹鋼管與步進電機的滑枕用耐高溫鐵絲連接，將剛玉管置于不銹鋼管正中并固定，然后將熱電偶的探頭伸入剛玉管中，并保證不觸及剛玉管底部。啟動循環(huán)制動模塊和在線監(jiān)測模塊，利用步進電機控制器自動將不銹鋼管伸入 800°C的電阻爐中，至無機鹽混合物完全熔融，按照步進電機控制器設定的時間間隔步進電機控制器將自動取出不銹鋼管，使之自然冷卻。與此同時在線監(jiān)測模塊系統(tǒng)將自動采集數(shù)據(jù)，由程序記錄該無機鹽熔融過程和降溫過程的溫度_時間曲線，圖2為熔融過程的溫度-時間曲線，根據(jù)該曲線可確定相變溫度和熔融平臺長度，以該長度表征相變潛熱。系統(tǒng)連續(xù)自動采集數(shù)據(jù)，當設定的循環(huán)次數(shù)后結束。在線監(jiān)測模塊會得溫度-時間數(shù)據(jù)，并以 Excel格式等格式保存，關閉裝置。運用Origin軟件繪制熱循環(huán)溫度_時間曲線，如圖3所
7J\ ο取不同循環(huán)次數(shù)的的熔融過程的溫度_時間曲線，根據(jù)其平臺長度確定相變潛熱的變化情況。氯化鈉高溫相變材料結果多次熱循環(huán)后期平臺長度均在60s左右，相變溫度區(qū)間在15°C左右。以上數(shù)據(jù)表明該高溫相變儲能材料具有較好的熱循環(huán)穩(wěn)定性。
權利要求1.一種高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，其特征在于該測試裝置包括高溫模塊、循環(huán)制動模塊和在線監(jiān)測模塊三部分，所述高溫模塊包括管式高溫電阻爐、不銹鋼管、樣品、剛玉保護管、高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶、溫度控制器；所述循環(huán)制動模塊包括步進電機控制器、步進電機驅動器、滑竿、滑枕、滑輪；其中，步進電機控制器控制步進電機驅動器按一定頻率、轉速和轉向進行轉動，步進電機驅動器則驅動固定于滑竿之上的滑枕按一定頻率、速度和方向移動，滑枕與不銹鋼管之間通過鋼絲線相連，并用滑輪將鋼絲線方向改變90度，最終實現(xiàn)不銹鋼管按一定頻率、速度和方向上下自動移動；所述在線監(jiān)測模塊包括數(shù)字式測溫儀、熱電偶、微電腦記錄裝置；其中樣品放置于不銹鋼管內，不銹鋼管置于管式高溫電阻爐中，熱電偶一端插入剛玉保護管中，另一端連接數(shù)字式測溫儀，數(shù)字式測溫儀連接記錄裝置；高溫鎳鉻_鎳硅熱電偶一端放在管式高溫電阻爐的爐膛內，另一端與溫度控制器連接。
2.根據(jù)權利要求1所述高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，其特征在于所述的管式高溫電阻爐，溫度范圍在2(Ti00(rc。
3.根據(jù)權利要求1或2所述高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，其特征在于所述的熱電偶為長度廣3m的高溫熱電偶。
4.根據(jù)權利要求1或2所述高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，其特征在于所述的溫度控制器，溫度控制范圍在2(T120(TC。
5.根據(jù)權利要求1或2所述高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，其特征在于所述的步進電機控制器，最高輸出頻率為40KHz，一次連續(xù)位移范圍為-7999999 7999999脈沖，行進速率范圍為廣39999脈沖數(shù)/秒，時間間隔范圍為廣7999999毫秒，循環(huán)周期廣99999次。
6.根據(jù)權利要求1或2所述高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動化測試裝置，其特征在于所述的數(shù)字式測溫儀采用center309數(shù)字式測溫儀，測溫范圍為-2(Ti00(rc。
專利摘要本實用新型屬于高溫相變儲能材料技術領域，具體為一種高溫相變儲能材料熱循環(huán)穩(wěn)定性自動測試裝置。該測試裝置包括高溫模塊、循環(huán)制動模塊和在線監(jiān)測模塊三部分，高溫模塊包括管式高溫電阻爐、不銹鋼管、樣品、剛玉保護管、高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶、溫度控制器；循環(huán)制動模塊包括步進電機控制器、步進電機驅動器等；在線監(jiān)測模塊包括數(shù)字式測溫儀、熱電偶、微電腦記錄裝置；樣品放置于不銹鋼管內，不銹鋼管置于管式高溫電阻爐中，熱電偶一端插入剛玉保護管中，另一端連接數(shù)字式測溫儀，數(shù)字式測溫儀連接記錄裝置；高溫鎳鉻-鎳硅熱電偶一端放在管式高溫電阻爐的爐膛內，另一端與溫度控制器連接。本實用新型結構簡單、設備投資少，原料成本低廉易得，操作容易，重現(xiàn)性好，適用性強。
文檔編號G01N25/02GK201974393SQ201020664179
公開日2011年9月14日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權日2010年12月17日
發(fā)明者張東, 張洋, 李明廣, 李月鋒 申請人:同濟大學