一种相变蓄热装置的性能测试方法与流程

本发明涉及性能测试设备领域，具体的说，是一种相变蓄热装置的性能测试方法。

背景技术：

利用材料物相变化实现的相变蓄热技术因单位体积的蓄热密度大、蓄放热过程温度恒定、相变温度广等优点而成为最具发展前景的热能储存方式。而且，该技术还可被广泛应用于多个工程领域，如太阳能利用、工业余（废）热回收、电力的削峰填谷、电子器件冷却及工业和民用建筑、空调的节能等。

但是，相变蓄热技术普遍存在一个致命的缺点，即相变材料，尤其是有机类材料的低导热系数（有机类材料的通常小于0.2w/(m·k)，无机类的常小于0.5w/(m·k)）及由此导致装置蓄、放热速率的降低，这在很大程度上限制了这一技术的应用。因此，有关相变传热的强化技术已发展成为国内外传热和能源应用。

目前的研究中已出现多种有效的强化传热措施，如向相变材料中添加金属等高导热性物质、采用各种形式的肋片增大传热面积及相变材料的微封装技术等。但是，这些强化传热措施均没考虑相变传热本身的特性，在增强相变传热的同时，往往会随之出现一些其它问题，如导致蓄热密度的降低、蓄热装置体积、重量的增加等。因此，开展结合相变传热本身特性的强化传热研究十分必要。

在相变蓄热装置的强化传热研究过程中，需要对蓄热装置的性能进行试验并记录，因此蓄热装置性能测试方法的制定对后续研究起到至关重要的作用，不容小觑。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相变蓄热装置的性能测试方法，对蓄热装置的性能进行测试，以便于块状相变蓄热装置的强化传热研究。

本发明提供的一种相变蓄热装置的性能测试方法，采用相变蓄热装置性能测试系统对蓄热装置进行性能测试，所述相变蓄热装置性能测试系统包括由多个保温板合围形成一个矩形内腔的箱体以及分别安装在箱体上的pid温控系统、测温系统，所述pid温控系统包括通过信号线连接的加热板、交流接触器、温控仪表、感温探头，安装在箱体外部的温控仪表通过交流接触器连接设置在内腔一个竖直壁面上的加热板，用于监测加热板温度的感温探头的输出端接入温控仪表，所述测温系统的输入端固定于保温板上且用于测试箱体内腔的温度，所述测温系统包括依次连接的热电偶、数据采集系统、计算机以及与数据采集系统连接的数码相机；所述加热板作为唯一热源与蓄热装置的一侧接触，蓄热装置除设置热源的壁面以外的其余壁面均为绝热的测试面；所述相变蓄热装置的性能测试方法，是指在温度相对恒定的环境中进行操作，先将相变材料封装入蓄热装置，然后安装热源并绝热，再分别进行单点温度变化测试、相界面分布测试。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述将相变材料封装入蓄热装置具体是指先将固相材料加热并使其熔为液相，然后采用针管将液相材料分层注入蓄热装置，每次注入高度为6-8mm且等上一层液相材料完全凝固后，再进行下一层的注入。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述将相变材料封装入蓄热装置的过程中，最后一次注入液相材料后其顶部距离蓄热装置的顶部有2-5mm。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述安装热源并绝热，具体是指：待蓄热装置的固相材料充分冷却至设定温度后静置一段时间，先将加热板与蓄热装置的一个竖向设置的侧壁面紧紧贴合，再用保温层覆盖需要绝热的测试面。

为了更好的实现本发明，进一步地，在安装热源并绝热之后还应检测pid温控系统中加热板、交流接触器、温控仪表、感温探头彼此之间的线路是否连接良好。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述单点温度变化测试、相界面分布测试，具体包括以下步骤：

步骤a1：分别在各个测试面上对应设置呈矩阵式分布的测试点，每个测试点对应安装一个热电偶；

步骤a2：将各个热电偶分别接入数据采集系统，并检查数据采集系统与计算机是否连接良好；

步骤a3：准备就绪后，通过pid温控系统将热源温度调节至设定值，蓄热过程由此开始，初始阶段内热源的温度迅速升至设定值，然后保持不变；此过程中，热电偶以设定频率间隔采集对应测试点的温度信息。

为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤a3中设定频率是指采样周期为1min。

为了更好的实现本发明，进一步地，在步骤a3中，还需要按设定时刻取下一块保温板，用数码相机记录相变蓄热装置内的固-液相界面位置，拍照后立即将该保温板恢复至覆盖位置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明借助相变蓄热装置性能测试系统对相变蓄热装置进行性能测试，能采集单点温度变化情况和相界面分布变化情况的相关数据，方便后续研究。

（2）本发明操作方便。

附图说明

图1为相变蓄热装置的性能测试方法的流程示意图。

图2为实施例2中矩形腔蓄热装置主视图及测温点分布示意图。

图3为实施例2中矩形腔蓄热装置左视图及测温点分布示意图。

图4为实施例3中楔形截面蓄热装置主视图及测温点分布示意图。

图5为本发明中相变蓄热装置性能测试系统的连接关系示意图。

其中：

1-加热板；2-交流接触器；3-温控仪表；4-感温探头；5-热电偶；6-数据采集系统；7-计算机；8-保温板；9-铜板；10-云母片；11-蓄热装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种相变蓄热装置的性能测试方法，采用相变蓄热装置性能测试系统对蓄热装置11进行性能测试。

如图5所示，所述相变蓄热装置11性能测试系统包括由多个保温板8合围形成一个矩形内腔的箱体以及分别安装在箱体上的pid温控系统、测温系统，所述pid温控系统包括通过信号线连接的加热板1、交流接触器2、温控仪表3、感温探头4，安装在箱体外部的温控仪表3通过交流接触器2连接设置在内腔一个竖直壁面上的加热板1，用于监测加热板1温度的感温探头4的输出端接入温控仪表3，所述测温系统的输入端固定于保温板8上且用于测试箱体内腔的温度，所述测温系统包括依次连接的热电偶5、数据采集系统6、计算机7以及与数据采集系统6连接的数码相机；所述加热板1作为唯一热源与蓄热装置11的一侧接触，蓄热装置11除设置热源的壁面以外的其余壁面均为绝热的测试面。

如图1所示，所述相变蓄热装置11的性能测试方法，是指在温度相对恒定的环境中进行操作，先将相变材料封装入蓄热装置11，然后安装热源并绝热，再分别进行单点温度变化测试、相界面分布测试。

所述将相变材料封装入蓄热装置11具体是指先将固相材料加热并使其熔为液相，然后采用针管将液相材料分层注入蓄热装置11，每次注入高度为6-8mm且等上一层液相材料完全凝固后，再进行下一层的注入。

所述将相变材料封装入蓄热装置11的过程中，最后一次注入液相材料后其顶部距离蓄热装置11的顶部有2-5mm。

所述安装热源并绝热，具体是指：待蓄热装置11的固相材料充分冷却至设定温度后静置一段时间，先将加热板1与蓄热装置11的一个竖向设置的侧壁面紧紧贴合，再用保温层覆盖需要绝热的测试面。在安装热源并绝热之后还应检测pid温控系统中加热板1、交流接触器2、温控仪表3、感温探头4彼此之间的线路是否连接良好。

所述单点温度变化测试、相界面分布测试，具体包括以下步骤：

步骤a1：分别在各个测试面上对应设置呈矩阵式分布的测试点，每个测试点对应安装一个热电偶5；

步骤a2：将各个热电偶5分别接入数据采集系统6，并检查数据采集系统6与计算机7是否连接良好；

步骤a3：准备就绪后，通过pid温控系统将热源温度调节至设定值，蓄热过程由此开始，初始阶段内热源的温度迅速升至设定值，然后保持不变；此过程中，热电偶5以间隔1min设定频率间隔采集对应测试点的温度信息。

在步骤a3中，还需要按设定时刻取下一块保温板8，用数码相机记录相变蓄热装置11内的固-液相界面位置，拍照后立即将该保温板8恢复至覆盖位置。

相变蓄热过程需要在温度相对恒定的室内进行。同时，本实施例中采用熔点为27-29℃的德国rubittherm公司生产的rt28hc为试验用相变材料。试验开始前，先将固相材料加热至液相，然后开始向蓄热装置11中填充，待蓄热装置11内液相材料凝固为固相并冷却至设定值，蓄热过程由此开始。初始阶段内热源的温度迅速升至设定值，然后保持不变。

采用本实施例中性能试验装置对蓄热装置11进行性能测试时，由pid温控系统控制热源温度调节，同时采用测温系统对试验过程中各个测试点数据进行采集、存储，从而作为后期研究分析的数据支持。更进一步，所述箱体其保温板8可拆卸。因此，在试验过程中，能在设定时刻取下某一侧壁的保温板8，用数码相机记录装置内固-液相界面位置。拍摄完成后将保温板8覆盖回原处。

所述pid温控系统中温控仪表3和交流接触器2安装在箱体外侧的一个绝热控制盒中，或者交流接触器2嵌入式安装在温控仪表3壳体内，交流接触器2的输出端通过电信号线连接加热板1以控制加热板1开始或停止加热工作，同时温控仪表3与感温探头4的输出端连接，实时获取加热板1的工作温度，从而形成热源温度的闭环控制。本实施例中，通过可以人工设置参数的温控仪表3显示加热板1对应热源处的温度值，从而pid调节控制加热板1表面温度。

所述温控仪表3为市售的智能温度控制器，可实现pid调节，采样频率为2次/秒，电源220vac/50-60hz。所述加热板1为市售的功率为50-200w的加热板1。所述交流接触器2为市售产品，接触器线圈工作电压u为交流36v，110v，127v，220v，380v；吸合电压85%-110%u；释放电压20%-75%u。所述感温探头4的检测范围-50℃~250℃，最大电流2ma。

所述热电偶5为铜-康铜t型热电偶，所述数据采集器为至少一个mobrey35951cimp数据采集板。所述pid温控系统中加热板1、交流接触器2、温控仪表3、感温探头4均为市售产品，根据本发明的内容进行连接、安装即可。所述热电偶5采集的温度数据通过数据采集板发送至电脑记录并可实时显示。

实施例2：

本实施例中，以矩形腔蓄热装置11为例。所述性能试验装置的内腔恰好与待性能测试的矩形腔蓄热装置11的外轮廓相当。

如图5所示，矩形腔蓄热装置11和箱体的左侧壁设置加热板1作为唯一热源。此时加热板1为矩形板且恰好与箱体左侧壁重合。

如图2、图3所示，以矩形腔蓄热装置11的宽度方向为x轴、以矩形腔蓄热装置11的高度方向为y轴、矩形腔蓄热装置11的长度方向为z轴。图中原点表示热电偶5分布位置，即测温点。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

一种相变蓄热装置的性能测试方法，内腔放置蓄热装置11，包括由多个保温板8合围形成一个矩形内腔的箱体以及分别安装在箱体上的pid温控系统、测温系统，所述pid温控系统包括通过信号线连接的加热板1、交流接触器2、温控仪表3、感温探头4，安装在箱体外部的温控仪表3通过交流接触器2连接设置在内腔一个竖直壁面上的加热板1，用于监测加热板1温度的感温探头4的输出端接入温控仪表3，所述测温系统的输入端固定于保温板8上且用于测试箱体内腔的温度，所述测温系统包括依次连接的热电偶5、数据采集系统6、计算机7，所述蓄热装置11内部封装相变材料，所述加热板1作为唯一热源与蓄热装置11的一侧接触，蓄热装置11除设置热源的壁面以外的其余壁面均绝热。

本实施例中，以楔形截面蓄热装置11为例。

如图5所示，楔形截面蓄热装置11的左侧壁为一竖直设置的侧壁，且箱体的左侧壁设置加热板1作为唯一热源。此时加热板1为矩形板且恰好与箱体左侧壁重合。

如图4所示，以楔形截面蓄热装置11的宽度方向为x轴、以楔形截面蓄热装置11的高度方向为y轴、楔形截面蓄热装置11的长度方向为z轴。图中原点表示热电偶5分布位置，即测温点。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在实施例1-3任一项的基础上，进一步优化，为了保证热源表面温度的均匀性，在加热板1与蓄热装置11之间增设同时与加热板1、蓄热装置11贴合的铜板10。经测试，同一条件下，加热板1有效覆盖范围内温差仅为0.5℃。

本实施例的其他部分与实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在实施例1-4任一项的基础上，进一步优化，所述加热板1靠近保温板8的背面安装云母片10。所述加热板1、铜板9、云母片10的长宽尺寸均一致，且大于蓄热装置11其设置热源的壁面的长宽尺寸。上述设置，可以减小加热板1这一热源向该外侧的散热损失。

本实施例的其他部分与实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是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，均落入本发明的保护范围之内。