[发明专利]一种高温相变储能材料热物性测试方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于高温相变储能材料技术领域，具体涉及一种高温相变储能材料热物性测试 方法及其装置。

背景技术

随着全球工业的迅猛发展，矿物能源的枯竭和环境污染的加剧等问题逐步凸显，在生 产和生活中能源浪费的现象严重，又不能有效地利用自然界中的能源(如太阳能)，致使 国际能源的需求与日俱增。相变材料作为一种储能材料可以将这些浪费的能源或自然能源 储存起来，并根据不同的需求释放出来，使能源得到合理的利用。其应用领域主要包括太 阳能热发电、工业热利用以及余热回收、电力调峰、建筑节能、农业温室、航空航天器材 等。其中，太阳能的开发与利用则是其中一种行之有效的储能途径。而太阳能热发电更是 最有前途的储能方式之一，近年来在世界许多国家得到了快速的发展。针对太阳能热发电 的需求，高温相变储能材料成为日益受到重视的新型材料。在太阳能热发电技术中，由于 太阳能聚光产生的温度高，选择可靠的高温传热蓄热工作介质是提高太阳能热发电效率的 关键。

已研究的高温相变材料中，金属的比热容小，在过载情况下会导致过高的温度，具有 很强的腐蚀性，影响容器的寿命，同时也加大了出口温度的波动范围。氟盐及其共晶混合 物两个严重的缺点：一是由液相转变为固相时有较大的体积收缩，如LiF高达23％；二是 热导率低。这两个缺点导致阴影区内出现“热松脱”和“热斑”现象。PCM熔化/凝固交替进行， 很容易导致容器材料的热疲劳破坏。查阅文献及参考化工手册等，了解各种高温相变材料 的物化性能参数，选定NaCl/LiCl等高温相变材料作为主要研究对象，并测试其热物性。

然而，在高温相变材料性能测试方面还存有较大的局限性。比如，DSC相变温度及相 变焓测试中，高温环境增强无机盐的活性，使之与坩埚发生反应；样品的挥发易腐蚀加热 炉；高温对仪器损伤较大。DTA测试，对样品的要求较高，如易挥发性物质、碳酸盐、600℃ 左右条件下的LiCl、熔融阶段的KCl等均受到限制。另外，目前的测试技术要求样品质量 处于微量级，对易吸潮的样品测试结果造成较大的影响，加大了测试误差，严重地偏离了 实际数据。

本发明针对这些问题，设计出一套测试装置进行高温相变材料的制备和测试，通过理 论公式转化和计算，得出较理想的高温相变储能材料热物性测试结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温相变储能材料热物性测试方法及其装置。

本发明提出的高温相变储能材料热物性测试方法，具体步骤如下：

(1)试样的制备

采用处于共晶点附近的两种无机盐作为无机盐混合物，混合均匀，研磨成粉末后装入 镍坩埚中，其中：两种无机盐的质量比为1∶9--9∶1；

将装有无机盐混合物的镍坩埚置于铁盒中，放进设有温度高于无机盐混合物熔点 20～40℃的箱式电阻炉中至无机盐混合盐完全熔融。待其熔融后，取出镍坩埚，将热电偶 的探头插入熔融盐的正中间，完全埋入，且不触及镍坩埚底部，令其自然条件下冷却；将 镍坩埚固定于铁盒中，待用；

(2)升降温曲线的测试

将热电偶的另一端连上数字式测温仪，且数字式测温仪连接计算机，设置好各项参数： 测试温度范围为100～650℃，速率为每20s～40s一点。将铁盒置于设有温度为200～650℃的 箱式高温电阻炉中，测试其升温曲线；观测升温曲线，混合盐完全熔融且在温度高于熔融 平台30～60℃时取出铁盒，置于室温下测试其降温曲线；测试结束后保存数据，并进行数 据处理。

本发明的原理如下：

1相变模型

处于相变过程中的相变材料会在一个比较狭窄的温度范围里放出(降温过程)或吸收 (升温过程)较多的热量。该现象从外观上看等效于材料比热在相变过程中突然增大，而 在相变过程完成又恢复原来状态。因此，可以采用等效比热的概念处理其相变过程。