[發明專利]一種高溫梯級相變蓄熱設備綜合性能測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201610059403.2
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105606645B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 何雅玲;馬朝;袁帆;金波
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 劉國智

技術領域

本發明屬于熱能工業余熱和太陽能熱能存儲以及利用領域，具體涉及一種高溫梯級相變蓄熱設備綜合性能測試裝置及測試方法。

背景技術

針對太陽能等新能源以及工業余熱等都具有間斷性和不穩定的特點，需要采用有效的蓄熱方式，才能解決能源利用中存在的時間和空間不匹配的問題，有效提高能源利用效率，對緩解能源壓力及促進社會經濟的可持續發展具有十分重要的意義。而相變蓄熱材料具有蓄熱密度大、蓄放熱過程溫度變化較小等優點，成為一種具有廣闊應用前景的蓄熱材料。

但是相變蓄熱材料還存在著導熱系數較低、腐蝕性嚴重、過冷、相分離等缺點，需要通過相關的實驗研究進行改進。目前對相變蓄熱設備的研究較少，測試的溫度范圍較小，同時對相變蓄熱材料以及相變蓄熱設備進行性能測試的實驗裝置功能也較為單一，例如多數性能測試平臺只能對相變蓄熱設備進行單級實驗段、單方向流通方向或者定工況測試，不能實現對相變蓄熱材料或者相變蓄熱設備進行全面的性能測試。為此，亟需一個可用于多種熔鹽儲熱設備性能測試的綜合實驗裝置。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種能夠克服現有測試平臺的缺點，對相變蓄熱換熱器進行雙方向、變流量和溫度工況等更加全面的蓄熱換熱測試，也可以進行梯級相變蓄熱材料的性能測試；還可以進行更高溫度下的性能測試的高溫梯級相變蓄熱設備綜合性能測試裝置及測試方法。

在這個實驗裝置上，可以長期開展各種不同相變蓄熱材料和相變蓄熱設備的性能測試實驗，可以大大降低實驗研究成本。

為實現上述目的，本發明的裝置包括：與相變蓄熱設備相連的高溫空氣輸送系統、空氣冷卻系統以及數據采集控制系統；

所述的相變蓄熱設備內部布置有與數據采集控制系統相連的溫度傳感器和壓力傳感器；

所述的高溫空氣輸送系統包括風機以及通過進氣管路與風機相連的空氣加熱器，空氣加熱器的出口通過實驗測試段連接管路與相變蓄熱設備的入口相連，所述的空氣加熱器與數據采集控制系統相連，實驗測試段連接管路進出口布置有與數據采集控制系統相連的溫度傳感器和壓力傳感器，所述的進氣管路上安裝有與數據采集控制系統相連的進氣閥和流量計；

所述的空氣冷卻系統包括依次相連構成閉合循環回路的冷卻器、冷卻塔、水箱和水泵，所述的冷卻器與相變蓄熱設備的出口相連通過冷卻器后排入大氣。

所述的相變蓄熱設備為一組或兩至三組首尾相連的(串連)梯級蓄熱結構。

所述的風機出口通過三通管接頭分別與排氣管路和進氣管路連接，其中排氣管路上安裝排氣閥，進氣管路上還安裝有與數據采集控制系統相連的進氣壓力傳感器和進氣溫度傳感器。

所述的風機入口安裝有過濾器。

所述的冷卻器的入口及出口管路上分別安裝有與數據采集控制系統相連的溫度傳感器。

所述的空氣加熱器的出口還連接有氣體分路，帶有入口、出口高溫電動閥的相變蓄熱設備并聯在實驗測試段連接管路與氣體分路之間，氣體分路的出口與實驗測試段連接管路的出口相連后與冷卻器的入口相連，在位于入口高溫電動閥前后的實驗測試段連接管路上安裝有第一、第二高溫電動閥，在位于出口高溫電動閥前后的氣體分路上安裝有第三、第四高溫電動閥，所述的入口、出口高溫電動閥、第一、第二高溫電動閥及第三、第四高溫電動閥分別與數據采集控制系統相連。

本發明的測試方法如下：

1)高溫空氣輸送系統流量控制：

數據采集控制系統通過讀取流量計測量進入空氣加熱器的空氣流量信息，調節排氣閥門的開度，對空氣流量進行粗調節，再調節進氣閥的開度進行精細調節使進入空氣加熱器的空氣流量達到設定值；

2)高溫空氣輸送系統溫度控制：

各溫度傳感器實時測量空氣加熱器出口的空氣溫度以及相變蓄熱設備不同位置的溫度信息；數據采集控制系統通過溫度傳感器獲取空氣加熱器出口的空氣溫度以及相變蓄熱設備不同位置的溫度信息，與所設置的溫度隨時間的變化曲線之間的偏差對空氣加熱器的加熱功率進行調節達到溫度設定值；

在相變蓄熱設備內部和與相變蓄熱設備相連的實驗測試段連接管路進出口布置有溫度傳感器和壓力傳感器，通過數據采集控制系統獲得相變蓄熱設備內部各點和相變蓄熱設備相連的實驗測試段連接管路進出口的溫度變化曲線、壓力數據，得到不同相變蓄熱材料和相變蓄熱設備的蓄放熱性能、穩定性、安全性。