技术领域
[0001] 本
发明涉及
相变材料的测试领域，特别是涉及一种用于测试相变潜热和相变温度的装置。
背景技术
[0002] 相变材料具有较高的储能
密度，能够在近乎等温的条件下，通过相变系统与环境间的热量交换而实现
热能的储存与利用，应对
环境温度的急剧变化，相变材料应用于建筑节能领域，可以减少内外的热流动，提供舒适的人居环境，减少
能源的消耗，达到节能的目的。
[0003] 相变材料具有良好的
调温性能和较大的潜热，目前，差式扫描量热仪测试相变潜热仍然是标准方法，但是测量所需样品量很少，而在实际生产中，相变材料很难取得具有代表性的部分样品，测得结果与真实相变材料的蓄放热性能有较大差异，不能反映真实相变材料的热性能。现有测试相变材料调温性能的方法中，测试内外温差较大，不可避免进行
散热，造成测试误差，影响相变材料真实的热性能测试结果。
发明内容
[0004] 本发明的主要目的在于，提供一种用于测试相变潜热和相变温度的装置，所要解决的技术问题是现有的装置不能真实反映相变材料的热性能。
[0005] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种用于测试相变潜热和相变温度的装置，其包括：
[0006] 外绝热腔体；
[0007] 内绝热腔体，位于所述外绝热腔体的内部，且与所述外绝热腔体之间形成第一空腔，所述第一空腔用于盛放
流体介质；
[0008] 样品容器，位于所述内绝热腔体的内部，与所述内绝热腔体之间形成第二空腔，所述第二空腔用于盛放流体介质；
[0009] 温度
传感器，分别放置在所述内绝热腔体和样品容器中，用于测量流体介质的温度和样品的温度。
[0010] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0011] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中所述外绝热腔体的上端开口可开合地连接有密封盖。
[0012] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中所述内绝热腔体的上端开口可开合地连接有密封盖。
[0013] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中所述样品容器的上端开口可开合地连接有密封盖。
[0014] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中还包括：温差
控制器，所述温差控制器设置有温度
探头，所述
温度探头分别放置在所述第一空腔的流体介质中和所述第二空腔的流体介质中。
[0015] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中在所述外绝热腔体的内部设置有加热/冷却装置，所述加热/冷却装置与所述温差控制器连接，用于调控第一空腔中的流体介质的温度，使其与第二空腔中的流体介质的温度相同。
[0016] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中在所述外绝热腔体的内部设置有至少一个搅拌器，用于搅拌外绝热腔体中的流体介质。
[0017] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中在所述内绝热腔体的内部设置有加热装置，用于控制内绝热腔体中流体介质的初始温度。
[0018] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中所述外部绝热腔体上设置有两个孔，其中一个孔作为流体介质的取放口，另一个孔作为加压减压孔。
[0019] 优选的，前述的用于测试相变潜热和相变温度的装置，其中所述外绝热腔体的材质为
绝热材料，其
传热系数小于1.35W/㎡·K；
[0020] 所述内绝热腔体的材质为绝热材料，其传热系数小于1.35W/㎡·K；
[0021] 所述样品容器的材质为金属或
石英玻璃。
[0022] 借由上述技术方案，本发明提出的用于测试相变潜热和相变温度的装置至少具有下列优点：
[0023] 1、本发明的装置包括外绝热腔体、内绝热腔体、样品容器和温度传感器，将样品容器置于内绝热腔体中，并在内绝热腔体外部设置外绝热腔体，使内绝热腔体中流体介质的温度不易受到外部环境的影响，避免内绝热腔体散热引起误差，减少热量散失，使得温度传感器测的数据能真实反映相变材料的温度变化情况，测试数据更准确，进而得到在实际应用过程中相变材料的相变潜热和相变温度。
[0024] 2、本发明的装置将温度传感器分别设置在内绝热腔体和样品容器中，测量第二空腔中流体介质的温度和样品的温度，并在其多处设置温度传感器，使得测得的数据能真实反映流体介质和相变材料温度的变化情况。实时监控相变材料以及内部绝热腔体中流体介质的温度变化，通过分析介质温度梯度，合理设计温度传感器的
位置，使测试数据较准确，进一步通过测得的数据得到相变材料的相变潜热和相变温度。
[0025] 3、在绝热腔体上的绝热密封盖可开合，便于样品的取放，减少热量散失，使得绝热腔体的内部环境不易受到外部环境的影响，进一步使得温度传感器测的数据能真实反映相变材料的温度变化情况，进而得到在实际应用过程中相变材料的相变潜热和相变温度。
[0026] 4、本发明通过设置内绝热腔体和外绝热腔体，在外绝热腔体中添加和内绝热腔体中同温度的流体介质来模拟外部环境；通过温差控制器控制设置在外绝热腔体中的加热/制冷装置，用内绝热腔体中流体介质的温度来反馈并调控外绝热腔体中流体介质的温度。该装置适用于模拟外部环境，避免内绝热腔体散热引起误差，原理科学易懂，设备简单易设置，降低了试验成本。
[0027] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照
说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳
实施例并配合
附图详细说明如后。
附图说明
[0028] 图1是本发明实施例的一种用于测试相变潜热和相变温度的装置的结构示意图；
[0029] 图2是本发明实施例的另一种用于测试相变潜热和相变温度的装置的结构示意图。
具体实施方式
[0030] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于测试相变潜热和相变温度的装置其具体实施方式、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。
[0031] 如图1和2所示，本发明的一个实施例提出的一种用于测试相变潜热和相变温度的装置，其包括：
[0032] 外绝热腔体2，
[0033] 内绝热腔体1，位于所述外绝热腔体2的内部，且与所述外绝热腔体2之间形成第一空腔，所述第一空腔用于盛放流体介质8；
[0034] 样品容器5，用于放置相变材料6，位于所述内绝热腔体1的内部，与所述内绝热腔体1之间形成第二空腔，所述第二空腔用于盛放流体介质8；
[0035] 温度传感器12，分别放置在所述内绝热腔体1和样品容器5中，用于测量流体介质8的温度和样品6的温度。
[0036] 本发明的样品容器内盛装有相变材料，并固定在内绝热腔体中，但不限制样品容器在内绝热腔体内的具体位置；优选样品容器的器壁不与内绝热腔体内壁
接触，并且能够尽可能多的浸在第二空腔的流体介质中，如图1所示，样品容器的开口与内绝热腔体的开口齐平，此时，内绝热腔体中的流体介质可以充满第二空腔；如图2所示，样品容器通过
支架固定在内绝热腔体内部，此时需要注意的是，第二空腔中的流体介质的液位要低于样品容器的上端开口，防止流体介质进入样品容器中。
[0037] 本发明的装置将温度传感器分别设置在内绝热腔体和样品容器中，测量第二空腔中流体介质的温度和样品的温度，并在其多处设置温度传感器，使得测得的数据能真实反映流体介质和相变材料温度的变化情况。实时监控相变材料以及内部绝热腔体中流体介质的温度变化，通过分析介质温度梯度，合理设计温度传感器的位置，使测试数据较准确。
[0038] 本发明并不限制温度传感器的数量，可在内绝热腔体和样品容器的多处位置设置温度传感器，使得测得的数据能真实反映流体介质和相变材料温度的变化情况。以相变材料的相变温度来来设定温度传感器的数量，以10-20℃温度梯度设置温度传感器，如图1所示，在第二空腔中流体介质的上下方向上设3个温度传感器12，并按进入第二空腔中流体介质的深度也按温度梯度分布，以保证能更全面准确的测定第二空腔中流体介质的温度变化。同时也在样品容器中的相变材料中设置3个温度传感器12，在进入相变材料的深度也按梯度设置，并在横截面上按梯度上分布。以保证能更全面准确的测定第二空腔中流体介质的温度变化。例如分析第二空腔中流体介质的温度在10-80℃范围变换，那么设置4个温度传感器，在流体介质中从上到下，并按照与样品容器的距离从近及远(或从远及近)设置温度传感器。这样就尽可能全面准确的测定第二空腔中流体介质的温度变化。
[0039] 本发明采用温度传感器采集温度变化情况，所述温度传感器采用
热电偶；所述数据记录仪采用无纸记录仪，至少有16路输入输出端口。通过设置外绝热腔
体模拟外部环境，使得内绝热腔体壁面散热几乎为零，内绝热腔体中热电偶多处设置，可以减少温度梯度的分布，使测得的数据更能反映真实温度情况，测试装置结构简单，原理易懂，造价较低，适用于实验室测试相变材料的热性能参数。
[0040] 进一步优选外绝热腔体、内绝热腔体和样品容器都为上开口的圆柱形腔体，上端开口处具有绝热密封盖，放入材料时应迅速，减少绝热腔体封盖打
开关闭时的热量散失。圆柱形腔体的设置可以使温度梯度只在径向和纵向分布，使得温度传感器测得的数据更能真实反应实际
水温的变化。
[0041] 本发明的装置通过设置内绝热腔体和外绝热腔体，在外绝热腔体中设置和内绝热腔体中同温度的流体介质来模拟外部环境，可以通过内绝热腔体中流体的介质温度反馈调控外绝热腔体中流体介质的温度。避免内绝热腔体散热引起误差，原理科学易懂，设备简单易设置，降低了试验成本。
[0042] 第一空腔和第二空腔中的流体介质为水；外绝热腔体内装有与内绝热腔体相同温度的水，或通过内绝热腔体中流体介质的温度反馈调控外绝热腔体中流体介质的温度。能够根据相变材料的热物性估计水的用量及水的最高温度，可以控制相变材料的用量。
[0043] 作为优选实施方案，所述外绝热腔体2的上端开口可开合地连接有密封盖4。
[0044] 作为优选实施方案，所述内绝热腔体1的上端开口可开合地连接有密封盖3。
[0045] 绝热腔体上的绝热密封盖可开合，便于样品的取放，减少热量散失，使得绝热腔体的内部环境不易受到外部环境的影响，进一步使得温度传感器测的数据能真实反映相变材料的温度变化情况，进而得到在实际应用过程中，相变材料相变潜热和相变温度。
[0046] 作为优选实施方案，所述样品容器5的上端开口可开合地连接有密封盖。
[0047] 样品容器的上的绝热密封盖可开合，便于样品的取放，并防止外部环境对相变材料的影响。
[0048] 作为优选实施方案，该装置还包括：温差控制器9，所述温差控制器9设置有温度探头10，所述温度探头10分别放置在所述第一空腔的流体介质中和所述第二空腔的流体介质中。
[0049] 作为优选实施方案，在所述外绝热腔体的内部设置有加热/冷却装置7，所述加热/冷却装置7与所述温差控制器10连接，用于调控第一空腔中的流体介质的温度，使其与第二空腔中的流体介质的温度相同。
[0050] 本发明外绝热腔体中的加热/冷却装置与温差控制器通过传输线连接，温差控制器通过控制设置在外绝热腔体中的加热/冷却装置，调控外绝热腔体中的流体介质温度变化，使内绝热腔体的内部空间不受外界环境温度的影响。加热/冷却装置优选采用螺旋盘管装置，通
过冷热
水循环来达到控温的目的。可选择螺旋盘管或“S”形加热丝来实现加热的目的，可选择螺旋盘管或
散热片来实现冷却的目的。
[0051] 作为优选实施方案，在所述外绝热腔体2的内部设置有至少一个搅拌器15，用于搅拌外绝热腔体中的流体介质。
[0052] 通过设置外绝热腔体中设置小型搅拌器，使得外绝热腔体中水温分布更均匀。温度均匀时可不设置。
[0053] 作为优选实施方案，在所述内绝热腔体的内部设置有加热装置11，用于控制内绝热腔体1中流体介质的初始温度。
[0054] 本发明的内绝热腔体中的加热装置采用螺旋加热丝对水进行加热，达到实验温度，当内绝热腔体中添加流体介质温度为实验要求温度时，加热装置可不设置。
[0055] 作为优选实施方案，所述外部绝热腔体上设置有两个孔，其中一个孔作为流体介质的取放口，另一个孔作为加压减压孔。
[0056] 流体介质的取放口用于外绝热腔体中流体介质的取放。加压减压孔用于控制外绝热腔体中压强，从而控制外绝热腔体腔体中流体温度。
[0057] 作为优选实施方案，所述外绝热腔体2的材质为绝热材料，其传热系数小于1.35W/㎡·K；
[0058] 所述内绝热腔体1的材质为绝热材料，其传热系数小于1.35W/㎡·K；
[0059] 所述样品容器5的材质为金属或石英玻璃。
[0060] 本发明采用绝热保温材料制备内绝热腔体和外绝热腔体，温度接近恒定，不易受外部环境影响，内绝热腔体和外绝热腔体的材质都优选气凝胶，进一步方便温度传感器测得相变材料的真实温度变化。
[0061] 本发明的样品容器的材质优选304不锈
钢。
[0062] 在使用该装置测试相变材料相变潜热和相变温度之前，应先对待测相变材料6的热物性进行预估，样品颗粒度不大于3mm，总体积不小于0.03m3，选用去离子水作为流体介质8，根据相变材料6的热物性预估相变材料6的用量、水的用量及水的最高温度；称量相变材料6和水的
质量，将实验用水注入内绝热腔体1中，同时外绝热腔体2中注入同温度的水，分别盖好内绝热密封盖3和外绝热密封盖4，开启数据记录仪13记录内绝热腔体中温度传感器12测得的数据，启动温差控制器9，根据温差控制器探头10测得的数据控制加热/制冷装置7工作，并启动搅拌器15，使外绝热腔体中水的温度与内绝热腔体中水的温度相同，如果需要的水温达不到要求，启动内部加热装置11，待内外绝热腔体中水温恒定后，在内绝热腔体1中放入装有相变材料6的样品容器5，盖好密封盖，开启数据记录仪13记录样品容器5和内绝热腔体中温度传感器12测得的数据；待样品温度恒定后，开启
数据处理系统14，处理数据记录仪13记录的样品容器和内绝热腔体中温度传感器12测得的数据，进而得到该相变材料样品的相变潜热和相变温度。
[0063] 在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方法或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
[0064] 此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0065] 在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0066] 可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
[0067] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
