一種復(fù)合相變材料潛熱測(cè)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及潛熱測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種復(fù)合相變材料潛熱測(cè)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變材料(PCM，Phase Change Material)在一定溫度范圍內(nèi)，能夠W環(huán)境和材料 的溫差作為推動(dòng)力改變其物理狀態(tài)(汽-液、固一液等），實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)熱或放熱。利用運(yùn)一儲(chǔ)能特 性，將PCM與傳統(tǒng)建筑材料(如水泥砂漿、石膏墻板等)相結(jié)合應(yīng)用到建筑物中，可W儲(chǔ)存夜 間環(huán)境的冷量供白天房間制冷使用，或是儲(chǔ)存白天太陽(yáng)能供夜間采暖使用，從而達(dá)到建筑 物的節(jié)能效果，并且降低峰值電能消耗，削峰填谷，緩解城市電力緊張狀況;相變材料還可 W提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力，降低室內(nèi)溫度的波動(dòng)性，提高建筑物的舒適性?？梢?jiàn)其在 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、供暖儲(chǔ)熱系統(tǒng)和空調(diào)儲(chǔ)冷系統(tǒng)等建筑節(jié)能方面的應(yīng)用具有廣闊的前景。
[0003] 相變材料在相變過(guò)程中往往W非固態(tài)形式出現(xiàn)，而且耐久性較差，不能直接作為 建筑材料使用，因此，一般需要先經(jīng)過(guò)微膠囊封裝或是多孔介質(zhì)固化等手段制成復(fù)合相變 材料后，再通過(guò)滲入到水泥砂漿或是石膏等建筑材料的方法制成復(fù)合相變材料。在實(shí)際工 程應(yīng)用中，必須根據(jù)復(fù)合相變材料的整體熱物理性質(zhì)來(lái)選擇合適的相變材料。相變溫度和 相變潛熱是衡量相變材料應(yīng)用范圍與儲(chǔ)能性能首先要考慮到的兩個(gè)主要熱物理性質(zhì)。常用 的分析測(cè)試方法為差示掃描量熱儀法(DSC)，其原理是利用補(bǔ)償方法建立熱流量隨溫度或 時(shí)間的變化曲線。但由于DSC方法的取樣量極少(<50mg )，而復(fù)合相變材料在取樣量少時(shí)應(yīng) 視為非勻質(zhì)材料，故其測(cè)試結(jié)果不能很好地反映材料整體的熱物性能，因此該方法不適合 對(duì)復(fù)合相變材料相變溫度和潛熱的分析，僅適合對(duì)單一成分物質(zhì)熱物理性質(zhì)的分析。其他 方法如采用測(cè)量相變材料和參比物在空氣中加熱或冷卻時(shí)溫度隨時(shí)間變化的曲線的方法 (T-化story方法），通過(guò)計(jì)算得出相變材料的相變潛熱，但由于復(fù)合相變材料相變過(guò)程中溫 度會(huì)有一定的變化，計(jì)算過(guò)程中相變起始點(diǎn)的判斷會(huì)受到實(shí)驗(yàn)者的主觀影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié) 果有一定的偏差。除上述方法之外，也有研究報(bào)道采用水浴加熱方法測(cè)量復(fù)合相變材料的 相變潛熱，但由于復(fù)合相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，無(wú)法保證相變材料的均勻受熱，測(cè)量結(jié)果的 準(zhǔn)確性也受到質(zhì)疑，用此方法測(cè)量復(fù)合相變材料的相變潛熱，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性更加無(wú)法 保證。
[0004] 也就是說(shuō)，對(duì)于單一相變材料的主要性能指標(biāo)，已經(jīng)有了檢測(cè)方法，但是實(shí)際應(yīng)用 中需要將相變材料制成復(fù)合相變材料才能在工程中作為建筑材料使用，而所述單一相變材 料的性能指標(biāo)并不能充分代表該復(fù)合相變材料的性能，例如復(fù)合相變材料的潛熱并不是完 全可W按照產(chǎn)品說(shuō)明中相變材料所占比例進(jìn)行計(jì)算的，更何況有些廠家并沒(méi)有嚴(yán)格按照配 方將價(jià)格較貴的相變材料的分量加足。必需提供復(fù)合相變材料的主要性能指標(biāo)給建筑設(shè)計(jì) 人員，并且要使用于實(shí)際工程的復(fù)合相變材料有辦法進(jìn)行檢測(cè)。目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)科學(xué)、準(zhǔn)確 的測(cè)量復(fù)合相變材料相變潛熱的裝置。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種復(fù)合相變材料潛熱測(cè)定裝置，W實(shí)現(xiàn)：
[0006] 1)通過(guò)對(duì)大塊的復(fù)合相變材料試樣直接測(cè)量，減少DSC法取樣量過(guò)少帶來(lái)的誤差， 真實(shí)反映復(fù)合相變材料的熱物性；
[0007] 2)適用于絕大多數(shù)復(fù)合相變材料儲(chǔ)熱性能的測(cè)試，運(yùn)里的復(fù)合相變材料既包括經(jīng) 過(guò)微膠囊封裝和多孔介質(zhì)固化的復(fù)合相變材料，也包括由水泥砂漿和石膏等滲雜的復(fù)合相 變材料制作的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料；
[0008] 3)通過(guò)測(cè)量和計(jì)算可W得到復(fù)合相變材料的相變溫度、潛熱和固液態(tài)的比熱。
[0009] 4)可W直接對(duì)復(fù)合相變材料試樣進(jìn)行測(cè)試，不需要參比物；
[0010] 5)裝置簡(jiǎn)單，制作成本低，操作方便，自動(dòng)化程度高。
[0011] 本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種基于上述復(fù)合相變材料潛熱測(cè)定裝置的復(fù) 合相變材料潛熱測(cè)定方法。
[0012] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：
[0013] -種復(fù)合相變材料潛熱測(cè)定裝置，包括：固定底座、平板熱流計(jì)、保溫框、恒溫板、 恒溫裝置、數(shù)據(jù)采集儀、夾緊裝置和計(jì)算裝置，其中，所述平板熱流計(jì)、所述保溫框和所述恒 溫板均內(nèi)置固定在所述固定底座中，所述恒溫板包括第一恒溫板和第二恒溫板，所述第一 恒溫板和所述第二恒溫板間隔設(shè)置，所述平板熱流計(jì)包括面積相同的第一平板熱流計(jì)和第 二平板熱流計(jì)，所述第一平板熱流計(jì)和所述第二平板熱流計(jì)間隔設(shè)置，所述第一平板熱流 計(jì)和所述第二平板熱流計(jì)設(shè)置在所述第一恒溫板和所述第二恒溫板之間，試樣設(shè)置在所述 第一平板熱流計(jì)和所述第二平板熱流計(jì)之間，所述第一恒溫板、所述第一平板熱流計(jì)、所述 試樣、所述第二平板熱流計(jì)和所述第二恒溫板依次貼覆接觸且被所述夾緊裝置夾緊固定， 所述保溫框?qū)⑺鲈嚇优c所述第一平板熱流計(jì)和所述第二平板熱流計(jì)的四周密封，所述第 一恒溫板和所述第二恒溫板均內(nèi)置有用于恒溫流體流動(dòng)的第一流體通道，所述第一流體通 道與所述恒溫裝置連通從所述恒溫裝置中提取所述恒溫流體，所述試樣表面設(shè)置有多組熱 電偶，所述數(shù)據(jù)采集儀用于采集所述熱電偶、所述第一平板熱流計(jì)和所述第二平板熱流計(jì) 的數(shù)據(jù)，所述計(jì)算裝置接收所述數(shù)據(jù)采集儀采集的數(shù)據(jù)并計(jì)算得出測(cè)試結(jié)果。
[0014] 優(yōu)選的，上述第一流體通道包括設(shè)置在所述第一恒溫板中的第一子流體通道和設(shè) 置在所述第二恒溫板中的第二子流體通道，所述第一子流體通道和所述第二子流體通道為 U形通道或者W形通道或者蛇形通道，所述恒溫流體自所述恒溫裝置流出，流經(jīng)所述第一子 流體通道和所述第二子流體通道后再流回到所述恒溫裝置中。
[0015] 優(yōu)選的，上述恒溫流體為恒溫水，所述恒溫裝置中內(nèi)置有用于盛放水的水槽W及 控制水溫的冷源裝置和溫控裝置。
[0016] 優(yōu)選的，上述冷源裝置包括頂蓋、冰箱和冰水混合水槽，所述冰水混合水槽放置在 所述冰箱的底部，所述水槽放置在所述冰水混合水槽的上方，所述水槽與所述冰水混合水 槽之間設(shè)有熱交換管，所述頂蓋蓋在所述冰箱的上方的開(kāi)口處，所述水槽中的水流過(guò)浸沒(méi) 在所述冰水混合水槽內(nèi)的冰水混合物中的所述熱交換管后再回到所述水槽中。
[0017] 優(yōu)選的，上述水槽采用兩根U型不誘鋼管支撐在所述冰水混合水槽的上方，所述兩 根U型不誘鋼管的四根直立的立管均穿過(guò)所述水槽的底部且其露出在所述水槽內(nèi)的長(zhǎng)度與 所述水槽中的水的高度相同且與所述水槽的底部焊接密封，所述兩根U型不誘鋼管的兩根 橫管浸沒(méi)且支撐在所述冰水混合水槽的底部，所述熱交換管為所述兩根U型不誘鋼管。
[0018] 優(yōu)選的，每根所述u型不誘鋼管的一個(gè)立管上設(shè)置有進(jìn)水口和第一出水口，所述第 一出水口的高度高于所述進(jìn)水口，另一個(gè)立管上設(shè)置有第二出水口，進(jìn)入所述進(jìn)水口的所 述水的一部分從所述第一出水口噴出到所述水槽中，所述水的另一部分經(jīng)過(guò)所述U型不誘 鋼管的底部后由所述另一個(gè)立管上設(shè)置的所述第二出水口噴回到所述水槽中，所述兩根U 型不誘鋼管上共四個(gè)出水口的出水方向兩兩垂直設(shè)置，，均沿水平方向噴出，攬動(dòng)所述水槽 中的水，形成環(huán)流。
[0019] 優(yōu)選的，上述溫控裝置包括溫控儀、加熱管和溫度傳感器，所述加熱管設(shè)置在所述 水槽的底部，所述溫控儀接收所述溫度傳感器的信號(hào)并根據(jù)所述信號(hào)控制所述加熱管進(jìn)行 加熱。
[0020] 優(yōu)選的，上述水槽的外壁包覆保溫材料層。
[0021] 優(yōu)選的，上述頂蓋為聚苯材料制成。
[0022] 優(yōu)選的，上述固定底座通過(guò)所述夾緊裝置將所述第一恒溫板、所述第一平板熱流 計(jì)、所述試樣、所述第二平板熱流計(jì)和所述第二恒溫板夾緊固定。
[0023] 本實(shí)用新型還提供一種復(fù)合相變材料潛熱測(cè)定方法，包括:步驟1)制備試樣，所述 試樣與平板熱流計(jì)的對(duì)接面積與所述平板熱流計(jì)的工作面積相同；步驟2)平板熱流計(jì)校 準(zhǔn);步驟3)用兩個(gè)所述平板熱流計(jì)將所述試樣夾住，用兩個(gè)恒溫板將兩個(gè)所述平板熱流計(jì) 夾住，通過(guò)恒溫裝置控制所述恒溫水的溫度，所述恒溫板通過(guò)內(nèi)部的第一流體通道內(nèi)流通 所述恒溫水實(shí)現(xiàn)恒溫;步驟4)測(cè)試步驟:①、設(shè)置好恒溫裝置中的溫控儀控制的所述水槽中 的流體的溫度，確保水槽內(nèi)的溫度能夠穩(wěn)定在每個(gè)測(cè)試溫度±〇.〇5°C的范圍內(nèi)；②、在升溫 測(cè)試過(guò)程中，初始溫度至少?gòu)脑嚇拥娜诨瘻囟葴pl〇°C處開(kāi)始;在降溫測(cè)試過(guò)程中，初始溫度 至少?gòu)脑嚇拥哪虦囟?l〇°C處開(kāi)始;③、測(cè)定名義相變溫度為A°C的復(fù)合相變材料，首先確 定測(cè)試溫度范圍M°C~護(hù)C和升溫間隔L°C，由此確定一系列測(cè)試溫度，如M°C，M+L°C，M+2L °C，......，N-L°C，護(hù)C，其中，所述M°C<A°C<護(hù)C;④、將循環(huán)水槽的水溫控制在M°C，待恒 溫板、平板熱流計(jì)和試樣Ξ者在此溫度達(dá)到平衡后，通過(guò)兩塊平板熱流計(jì)進(jìn)入試樣的總熱 量應(yīng)該為零，此時(shí)記錄得到一條縱坐標(biāo)值接近于零的水平線;⑤、將水槽的溫度設(shè)置在M+L °C，立刻開(kāi)始測(cè)量并記錄通過(guò)兩塊平板熱流計(jì)進(jìn)入試樣的總熱量，當(dāng)恒溫板、平板熱流計(jì)和 試樣Ξ者在新的溫度下再次達(dá)到新的平衡，此時(shí)測(cè)量得到的總熱量即為試樣和平板熱流計(jì) 溫度從M°C升至ijM+lX時(shí)所需要的總熱量;⑥、使用同樣的方法，巧慢并記錄M+1X~M+^°C， M+化。C~M+化。C，......，N-化。C~N-L°C，N-L°C~護(hù)C每段升溫過(guò)程中通過(guò)兩塊平板熱流 計(jì)進(jìn)入試樣的總熱量，通過(guò)計(jì)算可W得到復(fù)合相變材料在升溫過(guò)程中每個(gè)溫度段的吸熱狀 況，包括材料相變前后的顯熱和相變過(guò)程中的潛熱;⑦、在升溫測(cè)試過(guò)程結(jié)束后，仍將循環(huán) 水槽溫度設(shè)