本發明屬于相變材料儲放熱循環性能測試領域，具體涉及一種用于相變材料儲放熱循環性能測試的程序控制系統及其方法。

背景技術：

儲熱技術可有效緩解熱能供求在時間、地點及強度上不匹配的矛盾，提高熱能利用效率。相比顯熱儲熱技術，相變儲熱技術具有儲熱密度高、儲放熱過程近乎等溫、體積變化小、維護簡單以及儲熱系統結構緊湊等優點，可用于回收工業余熱而進行移動式供熱，也可用于電子器件冷卻、太陽能熱利用、建筑及航空航天等領域。

相變(儲熱)材料的儲放熱循環穩定性能、耐熱性能及可靠性對相變儲熱技術的高效應用至關重要，因此在相變儲熱系統運行前對相變材料進行多次儲放熱循環穩定性能、耐熱性能及可靠性測試具有重要意義。

目前用于相變材料儲放熱循環穩定性能和耐熱性能的測試裝置主要有兩類，第一類裝置的特征在于，首先將相變材料儲存容器置于高溫環境中使相變材料熔化儲熱，達到儲熱的目的，儲熱完成后移入低溫環境中冷卻凝固，達到放熱的目的，如此循環，這類裝置的不足在于相變材料儲存容器在移動過程中受外界環境影響及人為因素等影響測試準確性，且操作復雜、測試效率低；第二類裝置的特征在于，將相變材料儲存容器置于恒溫環境中，通入高溫流體使相變材料熔化儲熱，儲熱完成后通入低溫流體使相變材料凝固放熱，如此循環，這類裝置的主要局限在于只能采用不同溫度的同種液體作為高溫流體和低溫流體，縮小了相變材料儲放熱測試的溫度范圍。

技術實現要素：

本發明針對已有測試系統和技術的不足，提出一種用于相變材料儲放熱循環性能測試的程序控制系統及其方法

本發明的技術方案如下：

本發明首先公開了一種用于測試相變材料儲放熱循環性能的程序控制系統，包括高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、高溫流體循環夾套、低溫流體循環夾套、絕熱隔板、自動升降桿、程序控制器、數據采集儀、相變材料試樣管；高溫恒溫浴通過循環管路與高溫流體循環夾套相連；低溫恒溫浴通過循環管路與低溫流體循環夾套相連；高溫流體循環夾套與低溫流體循環夾套在豎直方向上疊加放置，且兩個夾套內的空間互相連通；該連通空間內設置有相變材料試樣管；自動升降桿與相變材料試樣管連接，相變材料試樣管在所述連通空間內可上下移動；程序控制器分別與高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、自動升降桿和數據采集儀電連接,程序控制器控制高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、自動升降桿的啟停；高溫流體循環夾套和低溫流體循環夾套之間通過絕熱隔板隔開。

優選的，所述的高溫恒溫浴與高溫流體循環夾套相連的管路上設置有入口電磁閥ⅰ和出口電磁閥ⅰ；所述的低溫恒溫浴與低溫流體循環夾套相連的管路上設置有入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ；所述的入口電磁閥ⅰ、出口電磁閥ⅰ、入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ受程序控制器控制調整各自開度。

優選的，高溫流體循環夾套和低溫流體循環夾套為一體化設計，相變材料試樣管外側設有升降槽道，自動升降桿和相變材料試樣管外側的升降槽道相匹配，實現相變材料試樣管和高溫流體循環夾套及低溫流體循環夾套的內殼的無縫隙接觸。實現相變材料試樣管和高溫流體循環夾套及低溫流體循環夾套的內殼的無縫隙接觸，提高了換熱效率。

優選的，高溫流體循環夾套和低溫流體循環夾套的外殼通過絕熱材料加工制成，弱化甚至消除了高溫恒溫流體及低溫恒溫流體和周圍環境之間的傳熱；高溫流體循環夾套和低溫流體循環夾套的內殼通過導熱材料加工制成。強化了相變材料和高溫恒溫流體及低溫恒溫流體之間的傳熱，提高了測試效率和準確性。

優選的，所述系統中相變材料試樣管底部設置有絕熱底板，弱化甚至消除了相變材料第二次及后續儲熱中和低溫流體循環夾套之間的換熱。

本發明還公開了一種應用所述系統的用于相變材料儲放熱循環性能測試的程序控制方法，其特征在于：

將相變材料裝入相變材料試樣管并加蓋絕熱密封蓋，然后將相變材料試樣管放入高溫流體循環夾套并固定；開啟高溫恒溫浴，待高溫恒溫流體達到設定溫度時，程序控制器控制入口電磁閥ⅰ和出口電磁閥ⅰ打開，高溫恒溫流體進入高溫流體循環夾套，加熱相變材料使其熔化儲熱，當相變材料溫度達到高于其熔點的設定值時，視為其完全熔化，完成儲熱；

程序控制器控制入口電磁閥ⅰ和出口電磁閥ⅰ關閉，控制自動升降桿下降，將相變材料試樣管下移至低溫流體循環夾套，控制入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ打開，低溫恒溫流體進入低溫流體循環夾套，冷卻相變材料使其凝固放熱；當相變材料溫度達到低于其凝固溫度的設定值時，視為其完全凝固，完成放熱，

程序控制器控制入口電磁閥ⅱ和出口電磁閥ⅱ關閉，數據采集儀記錄相變材料儲放熱一次，同時記錄整個過程中相變材料的溫度和時間；數據采集完成后，視為相變材料完成一個儲放熱循環，之后程序控制器控制自動升降桿上升，將相變材料試樣管上移至高溫流體循環夾套開始第二次循環測試，實現相變材料儲放熱循環性能測試，循環多次后，取出少許相變材料測量其相變焓值、導熱系數、動力粘度、密度，熱分解溫度，結合數據采集儀記錄的溫度和時間評價相變材料的循環性能；

采用程序控制器設定高溫恒溫浴的溫度為相變材料熔點以上某溫度，設定相變材料在此溫度下的儲存時間，通過數據采集儀記錄該過程的溫度變化，存儲結束后取出少許相變材料測量其相變焓值、導熱系數、動力粘度、密度，熱分解溫度，實現相變材料的耐熱性能測試的目的。

本發明與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)通過程序控制器控制高溫恒溫浴、低溫恒溫浴、自動升降桿的啟停，實現相變材料儲放熱循環性能測試的自動控制，安裝簡單、操作方便，實現相變材料的多次儲放熱循環性能測試。

(2)通過高溫流體循環夾套加熱相變材料使其熔化儲熱，通過低溫流體循環夾套冷卻相變材料使其凝固放熱，實現高溫恒溫流體和低溫恒溫流體完全分離，測試過程中采用不同流體作為高溫恒溫流體和低溫恒溫流體，擴大了相變材料儲放熱測試的溫度范圍；

(3)通過在高溫流體循環夾套和低溫流體循環夾套之間設置絕熱隔板來實現高溫恒溫流體和低溫恒溫流體之間無熱交換，同時在相變材料試樣管底部設置絕熱隔板，避免了相變材料在放熱過程中高溫流體循環夾套中殘余熱量及儲熱過程中低溫流體循環夾套殘余熱量的影響。

(4)高溫流體循環夾套和低溫流體循環夾套的外殼通過絕熱材料加工制成，弱化甚至消除了高溫恒溫流體及低溫恒溫流體和周圍環境之間的傳熱；高溫流體循環夾套內殼和低溫流體循環夾套內殼通過高導熱材料加工制成，強化了相變材料和高溫恒溫流體及低溫恒溫流體之間的傳熱，提高了測試效率和準確性。

(5)通過自動升降桿控制相變材料試樣管在一體化高溫流體循環夾套和低溫流體循環夾套間自動升降，實現相變材料儲熱和放熱過程的自動切換。

(6)通過數據采集儀記錄相變材料儲熱和放熱的次數及儲放熱過程的溫度和時間，實現相變材料多次儲放熱循環性能的測試。

附圖說明

圖1為相變材料儲放熱循環性能測試系統圖；

圖2為一體化高低溫流體循環夾套剖視圖；

圖3為相變材料試樣管及升降槽道測視圖；

附圖中，各部件列表如下：

1：高溫恒溫浴；2：低溫恒溫浴；

3：高溫流體循環夾套；4：低溫流體循環夾套；

5：絕熱隔板；6：自動升降桿；

7：程序控制器；8：數據采集儀；

9：相變材料試樣管；10：相變材料；

11：絕熱密封蓋；12：入口電磁閥ⅰ；

13：出口電磁閥ⅰ；14：入口電磁閥ⅱ；

15：出口電磁閥ⅱ；16：升降槽道；

17：絕熱底板；18：高溫流體循環夾套內殼；

19：低溫流體循環夾套內殼；

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步詳細說明。

如圖1所示，測試相變材料儲放熱循環性能的程序控制系統包括高溫恒溫浴1、低溫恒溫浴2、高溫流體循環夾套3、低溫流體循環夾套4、絕熱隔板5、自動升降桿6、程序控制器7、數據采集儀8、相變材料試樣管9。首先將一定質量相變材料10裝入相變材料試樣管9并加蓋絕熱密封蓋11，然后將相變材料試樣管9放入高溫流體循環夾套3并固定；開啟高溫恒溫浴1，待高溫恒溫流體達到設定溫度時，程序控制器7控制入口電磁閥ⅰ12和出口電磁閥ⅰ13打開，高溫恒溫流體進入高溫流體循環夾套3，加熱相變材料10使其熔化儲熱，當相變材料10溫度達到高于其熔點的設定值時，視為其完全熔化，完成儲熱；程序控制器7控制入口電磁閥ⅰ12和出口電磁閥ⅰ13關閉，控制自動升降桿6下降，將相變材料試樣管9下移至低溫流體循環夾套4，控制入口電磁閥ⅱ14和出口電磁閥ⅱ15打開，低溫恒溫流體進入低溫流體循環夾套4，冷卻相變材料10使其凝固放熱；當相變材料10溫度達到低于其凝固溫度的設定值時，視為其完全凝固，完成放熱，程序控制器7控制入口電磁閥ⅱ14和出口電磁閥ⅱ15關閉，數據采集儀8記錄相變材料10儲放熱一次，同時記錄整個過程中相變材料10的溫度和時間。數據采集完成后，視為相變材料10完成一個儲放熱循環。之后程序控制器7控制自動升降桿6上升，將相變材料試樣管9上移至高溫流體循環夾套3開始第二次循環測試，實現相變材料10儲放熱循環性能測試。循環多次后，可取出少許相變材料10測量其相變焓值、導熱系數、動力粘度、密度，熱分解溫度，結合數據采集儀8記錄的溫度變化和時間評價相變材料10的儲放熱循環性能。

如圖2所示，高溫流體循環夾套3和低溫流體循環夾套4的外殼通過絕熱材料加工制成，強化了相變材料10和高溫恒溫流體及低溫恒溫流體之間的傳熱；高溫流體循環夾套內殼18和低溫流體循環夾套內殼19通過高導熱材料加工制成，弱化甚至消除了高溫恒溫流體及低溫恒溫流體和周圍環境之間的傳熱，提高了測試效率和準確性。

如圖3所示，高溫流體循環夾套3和低溫流體循環夾套4為一體化設計，它們的內殼設置有自動升降桿6，自動升降桿6和相變材料試樣管9外側的升降槽道16相匹配，實現相變材料試樣管9和高溫流體循環夾套3及低溫流體循環夾套4的內殼的無縫隙接觸，提高了換熱效率。相變材料試樣管9底部設置有絕熱底板17，避免了相變材料10在凝固放熱過程中高溫流體循環夾套3中殘余熱量及儲熱過程中低溫流體循環夾套4殘余熱量的影響。