CN104569040A - 一种储能相变微胶囊节能性能测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种储能相变微胶囊节能性能测量装置。所述装置包括红外加热灯、储能微胶囊测量盒、热电偶、热电偶温度测量模块、第一数据连接线、RS232与RS485信号转换模块、第二数据连接线、USB转RS232转换器、USB转RS232转换器与电脑间的连接线、电脑、热电偶补偿导线和空白微胶囊测量盒；所述储能微胶囊测量盒和空白微胶囊测量盒中分别设置有以上的热电偶，所述热电偶通过热电偶补偿导线与热电偶温度测量模块连接；所述热电偶温度测量模块通过第一数据连接线与RS232与RS485信号转换模块连接，所述RS232与RS485信号转换模块通过第二数据连接线与USB转RS232转换器连接。本发明装置结构简单，方便实用，较好地解决了储能相变微胶囊宏观节能性能的测量及其长期使用稳定性能的测试。

Description

一种储能相变微胶囊节能性能测量装置

技术领域

本发明涉及储能材料性能测试装置，具体涉及一种储能相变微胶囊节能性能测量装置。

背景技术

储能相变微胶囊可以将储能物质封装在微胶囊内转变成无数微小工作单元，可使其具有特殊性质和用途，可广泛应用与涂料、阻燃剂、纺织品等领域。储能相变微胶囊的工作机理主要是利用封装在微胶囊内的相变物质在不同的环境下发生相变，利用相变潜热达到阻燃、保温、较少温度波动等目的。目前对储能相变微胶囊微观性能方面的测试已有许多精密的仪器，但对于宏观性能的测试缺乏相对简单实用，便于实际操作的方法。如需要测量储能相变微胶囊在墙体涂料上的节能性能时，真实的过程是需要将一定大小的房间内墙涂上含有储能相变微胶囊的涂料，在一定时间内进行制冷和制热并和没有涂上含有微胶囊涂料的相同的房间进行对比实验。这样的实验不仅很难控制周边环境条件的一致性(当然也可以付出巨大的代价，营造出相对稳定的周边环境)，同时也需要消耗相对较多的微胶囊，这对于尚在实验研究阶段的项目老说并不是一种十分可行的方法。

为了解决上述储能相变微胶囊宏观性能测试中碰到的困难，本发明提出了一种双房子同时测量的方法，最大限度地较少了环境波动对测量过程的影响，同时利用测温技术，通过USB接口可以方便地获取各种数据，提高了测量精度。

发明内容

本发明针对上述储能相变微胶囊宏观性能测试中碰到的困难，提出了一种储能相变微胶囊节能性能测量装置。

本发明中，两个相同小房子的玻璃面上分别涂上相变材料及空白材料，将其对称地置于红外线加热灯下。每个小房子内安装3路热电偶共6路热电偶用于测量温度，热电偶通过A/D转换模块将小房子内的温度信号以RS485的形式进入RS485转RS232转换器，再通过RS232转USB接线直接和计算机的USB接口相连接。利用供应商提供的A/D转换模块，获取6路热电偶的温度，通过温度的变化来确定储能相变微胶囊的节能性能及热稳定性能。

本发明通过以下技术实现：

一种储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，所述装置包括红外加热灯、储能微胶囊测量盒、热电偶、热电偶温度测量模块、第一数据连接线、RS232与RS485信号转换模块、第二数据连接线、USB转RS232转换器、USB转RS232转换器与电脑间的连接线、电脑、热电偶补偿导线和空白微胶囊测量盒；所述储能微胶囊测量盒和空白微胶囊测量盒中分别设置有一对以上的热电偶，所述热电偶通过热电偶补偿导线与热电偶温度测量模块连接；所述热电偶温度测量模块通过第一数据连接线与RS232与RS485信号转换模块连接，所述RS232与RS485信号转换模块通过第二数据连接线与USB转RS232转换器连接，所述USB转RS232转换器与电脑的USB接口相连接；所述红外加热灯正对储能微胶囊测量盒和空白微胶囊测量盒。本发明中，测量时利用除玻璃面所涂材料不同外，其他全部相同的储能微胶囊测量盒和空白微胶囊测量盒同时进行测量，最大限度地消除了环境变化对测量结果影响。

上述装置中，所述储能微胶囊测量盒由木板材、铝箔纸保温棉、凹槽和玻璃板组成；所述储能微胶囊测量盒为双层长方体结构，内层为相同的木板材，外层为铝箔纸保温棉；所述储能微胶囊测量盒的左、右、后三面中心点均开有一个用于安装热电偶的小孔。

上述装置中，开孔的左、右、后三面均设置有一个横向的凹槽，玻璃板通过凹槽插入储能微胶囊测量盒中。

上述装置中，所述玻璃板的材料为普通白玻璃；插入储能微胶囊测量盒中的玻璃板含有储能相变微胶囊。

上述装置中，所述空白微胶囊测量盒由木板材、铝箔纸保温棉、凹槽和玻璃板组成；所述空白微胶囊测量盒均为双层长方体结构，内层为相同的木板材，外层为铝箔纸保温棉；所述空白微胶囊测量盒的左、右、后三面中心点均开有一个用于安装热电偶的小孔。

上述装置中，开孔的左、右、后三面均设置有一个横向的凹槽，玻璃板通过凹槽插入空白微胶囊测量盒中。

上述装置中，所述玻璃板的材料为普通白玻璃；插入空白微胶囊测量盒的玻璃板不含储能相变微胶囊。

上述装置中，玻璃板插入后用硅橡胶将测量盒密封，以防止测量盒内热空气外泄，影响测量精度。

与现有技术相比，本发明的优点

(1)利用两个完全相同的测量盒，均匀地置于同一热源的正下方，基本消除了环境变动、热源变动、测量盒本身变动等外部因素，对测量结果的影响。测量时利用除玻璃面所涂材料不同外，其他全部相同的储能微胶囊测量盒和空白微胶囊测量盒同时进行测量，最大限度地消除了环境变化对测量结果影响。

(2)利用0.2-0.4mm铜等金属所制的热电偶，减少了传感器本身的吸热量，提高了测量的灵敏性，并利用多路同时测量，减少了测量系统误差。

(3)测量盒装置利用凹槽设计，结构紧密，安装简单容易，密封性能好，提高了测量精度。

(4)本发明装置即时对所测量的温度进行处理，大大方便了测量装置的使用者。

(5)由于测量盒采用双层结构，从而最大限度地减少了测量盒本身与环境之间的热量传递，提高了测量的准确度。

(6)由于引入了USB转RS232转换器，大大方便了测量系统和电脑的连接，可以方便地在带有USB接口的电脑上使用。

(7)由于测量盒体积相对较小，可将测量盒放进冰箱内进行冷却状态下，储能相变微胶囊的节能性能的测量。

(8)由于整个测量系统相对较小，在测量过程中无论是相变微胶囊的消耗还是电力的消耗均相对较少。

(9)可多次重复测量，用以观察储能相变微胶囊的热稳定性。

(10)整套测量系统简便实用，性价比高。

附图说明

图1为本发明储能相变微胶囊节能性能测量装置结构示意图；

图2为储能微胶囊测量盒或空白微胶囊测量盒的正面截图；

图3为储能微胶囊测量盒或空白微胶囊测量盒的俯视截图；

图4为加热前第1-7路温度测量图；

图5为加热前节能率图；

图6为加热后第2路的温度变化情况图；

图7为加热后第3路的温度变化情况图；

图8为加热后第4路的温度变化情况图；

图9为加热后第5路的温度变化情况图；

图10为加热后第6路的温度变化情况图；

图11为加热后第7路的温度变化情况图；

图12为加热后计算节能率随时间变化图。

其中，红外加热灯1、储能微胶囊测量盒2、热电偶3、热电偶温度测量模块4、第一数据连接线5、RS232与RS485信号转换模块6、第二数据连接线7、USB转RS232转换器8、USB转RS232转换器与电脑间的连接线9、电脑10、热电偶线11、空白微胶囊测量盒12。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

本发明装置的连接关系为：如图1-3所示，所述装置包括红外加热灯1、储能微胶囊测量盒2、热电偶3、热电偶温度测量模块4、第一数据连接线5、RS232与RS485信号转换模块6、第二数据连接线7、USB转RS232转换器8、USB转RS232转换器与电脑间的连接线9、电脑10、热电偶补偿导线11和空白微胶囊测量盒12；所述储能微胶囊测量盒2和空白微胶囊测量盒12中分别设置有一对以上的热电偶3，所述热电偶3通过热电偶补偿导线11与热电偶温度测量模块4连接；所述热电偶温度测量模块4通过第一数据连接线5与RS232与RS485信号转换模块6连接，所述RS232与RS485信号转换模块6通过第二数据连接线7与USB转RS232转换器8连接，所述USB转RS232转换器8与电脑10的USB接口相连接；所述红外加热灯1正对储能微胶囊测量盒2和空白微胶囊测量盒12。所述储能微胶囊测量盒2由木板材16、铝箔纸保温棉14、凹槽19和玻璃板15组成；所述储能微胶囊测量盒2为双层长方体结构，内层为相同的木板材16，外层为铝箔纸保温棉14；所述储能微胶囊测量盒2的左、右、后三面中心点均开有一个用于安装热电偶的小孔13、17、18。开孔的左、右、后三面均设置有一个横向的凹槽19，玻璃板15通过凹槽19插入储能微胶囊测量盒2中。所述玻璃板的材料为普通白玻璃；插入储能微胶囊测量盒2中的玻璃板含有储能相变微胶囊。所述空白微胶囊测量盒12由木板材16、铝箔纸保温棉14、凹槽19和玻璃板16组成；所述空白微胶囊测量盒12均为双层长方体结构，内层为相同的木板材16，外层为铝箔纸保温棉14；所述空白微胶囊测量盒12的左、右、后三面中心点均开有一个用于安装热电偶的小孔13、17、18。开孔的左、右、后三面均设置有一个横向的凹槽19，玻璃板15通过凹槽19插入空白微胶囊测量盒12中。所述玻璃板的材料为普通白玻璃；插入空白微胶囊测量盒12的玻璃板不含储能相变微胶囊。玻璃板插入后用硅橡胶将测量盒密封，以防止测量盒内热空气外泄，影响测量精度。

本发明中热电偶温度测量模块4将温度信号转变成数字信号；第一数据连接线5用于热电偶温度测量模块4与RS232与RS485信号转换模块6之间的数据连接；RS232与RS485信号转换模块6用于将RS485信号转换成RS232信号、第二数据连接线7用于RS232与RS485信号转换模块6与USB转RS232转换器8之间的数据连接；USB转RS232转换器8用于将RS232信号通过电脑的USB接口直接和电脑连接；电脑10用于发送开始测量信号和接收通过转变的数字信号并通过显示屏显示各路热电偶温度及自定义节能率。

储能微胶囊测量盒2和空白微胶囊测量盒12内层采用相同材料(一般为同类木板材，厚度为3-8mm)，利用常规方法制造两个长方体内层，长方体内部大小为200mm×80mm×100mm，其中长方体的顶层为空，长方体的左面、右面、后面各钻一个小孔用于安装热电偶。长方体外层用铝箔纸保温棉14包裹，在安装热电偶的对应位置上开小孔，将已经过标定的六路热电偶分别安装在两个测量盒内，注意热电偶在两个测量盒内位置的完全一致，并用硅橡胶将六个安装热电偶的小孔封死。割制两块大小和测量和顶层相吻合透明玻璃，其厚度为2-5mm，并在两块玻璃的一面分别涂上含有相变微胶囊的涂料和含有空白样品(即只有微胶囊外层里层没有相变材料的空白胶囊，也可以直接涂上涂料，无任何其他加物)的涂料，将涂有涂料的一面朝上，利用两个测量盒的左、右、后三面顶部的凹槽，将两块涂有不同物质的玻璃插入两个测量盒的左、右、后三面顶部的凹槽内，利用硅橡胶将其余测量盒边缘彻底封死。大约1-2天后，所有密封硅橡胶固化后，检查无气孔，可以进行相变储能微胶囊节能性能测试。测试时，将两个测量盒置于红外加热灯正下方20-40cm，启动自主开发的测量软件，此时可以观测到六路热电偶的温度几乎完全一致，表明系统测量数据正常，停止测量。打开红外加热灯，再次启动测量，就可以发现涂有微胶囊的测量盒内的热电偶温度变化缓慢，而没有涂微胶囊的测量盒内的热电偶温度变化相对较快，根据温度的变化，结合自定义的节能率计算公式，就可以测量出储能相变微胶囊即时节能率，通过温度的变化来确定储能相变微胶囊的节能性能及热稳定性能。

实施例1

首先在电子电器市场采购红外加热灯1、热电偶温度测量模块4、RS232与RS485信号转换模块6、USB转RS232转换器8、直径为0.2-0.4mm铜及康铜线若干。

利用常规制备热电偶的方法制备10对长约1米的热电偶3。

热电偶温度测量模块4供应商提供。

将制备的十对热电偶中随机挑选七对连接到热电偶温度测量模块4的0-6号端口上(分别为第a路-第g路，0端口号对应第a路热电偶，以此类推)，利用常规热电偶标定的方法，对七对热电偶进行标定，对比自主开发测量程序测得的温度数据t₀和用精密温度计测得的实际温度数据t_R,利用线性拟合工具拟合得到如下方程：

t_R＝a₀+a₁t₀    (1)

注意七对热电偶的拟合参数可能会有差别，但一般相差不大。对于拟合参数a₀、a₁偏离七对热电偶平均值较大的热电偶(如偏离3％以上)，需要换下该对热电偶，用剩下3对热电偶中的任意一对替换，并重新进行标定，直至符合条件为止。

按照上述装置连接方法。

选择材质均匀的木板材，厚度为5mm，利用常规方法制造两个长方体内层，见图2-3，长方体内部大小为200mm×80mm×100mm，其中长方体的顶层为空，长方体的左面、右面、后面各钻一个小孔用于安装热电偶。长方体外层用铝箔纸保温棉包裹，在安装热电偶的对应位置上开小孔，将已经过标定的七路热电偶标记为a、b、c、d、e、f、g，其中b、c、d路安装在储能微胶囊测量盒2内，e、f、g路安装在空白微胶囊测量盒12，a路(第1路)热电偶用于测量环境温度(打开红外灯时需注意避免加热第a路热电偶)。注意b、c、d路热电偶及e、f、g路热电偶在两个测量盒内位置的完全一致，并用硅橡胶将六个安装热电偶的小孔封死。割制两块大小和测量和顶层相吻合透明玻璃，其厚度为3mm，并在两块玻璃的一面分别涂上含有相变微胶囊的涂料和含有空白样品(即只有微胶囊外层里层没有相变材料的空白胶囊，也可以直接涂上涂料，无任何其他加物)的涂料，将涂有涂料的一面朝上，利用两个测量盒的左、右、后三面顶部的凹槽，将两块涂有不同物质的玻璃插入两个测量盒的左、右、后三面顶部的凹槽内，利用硅橡胶将其余测量盒边缘彻底封死。48小时后，所有密封硅橡胶固化后，检查无气孔，可以进行相变储能微胶囊节能性能测试。测试时，将两个测量盒置于红外加热灯正下方30cm，此时可以观测到七路热电偶的温度几乎完全一致，见图4，表明系统测量数据正常，加热前节能率图见图5，停止测量。打开红外加热灯，再次测量，就可以发现涂有微胶囊的测量盒内的热电偶温度变化缓慢，而没有涂微胶囊的测量盒内的热电偶温度变化相对较快，根据温度的变化，见图6-图11，其中图6、图7、图8是置于空白微胶囊测量盒(12)中标记为e、f、g路即第2、第3、第4路热电偶温度变化曲线，开灯加热后，温度上升较快；其中图9、图10、图11是置于储能相变微胶囊测量盒2中标记为b、c、d路即第5、第6、第7路热电偶温度变化曲线，开灯加热后，温度上升较慢。

结合自定义的节能率计算公式，就可以测量出储能相变微胶囊即时节能率，自定义节能率计算公式如下：

$\mathrm{\β}=\left(\frac{(t_2+t_3+t_4)/3-(t_5+t_6+t_7)/3}{(t_2+t_3+t_4)}\right)\×100\%---\left(2\right)$

其中β是自定义节能率，t_i表示经标定校正后的第i路热电偶温度，结果见图12，由图12可知，当开灯加热后，由于t₂、t₃、t₄温度上升的速度比t₅、t₆、t₇快，根据自定义公式(2)计算所得的节能率β就随之增加，节能率越大，表明储能相变微胶囊在实际应用中的节能性能越佳。

上述实施例中的相变微胶囊的制备方法如下：采用界面聚合法，以聚脲树脂为壁材，正十八烷相变材料为芯材，芯壁质量比为1.95:1，乳化剂选用OP-10，占乳液体系质量比的2.04％，乳化搅拌转度为1000r/min，反应温度为60℃，反应过程25min，反应后保温2小时，将反应后的乳液进行过滤、洗涤、干燥，即得。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，所述装置包括红外加热灯（1）、储能微胶囊测量盒（2）、热电偶（3）、热电偶温度测量模块（4）、第一数据连接线、RS232与RS485信号转换模块（6）、第二数据连接线（7）、USB转RS232转换器（8）、 USB转RS232转换器与电脑间的连接线（9）、电脑（10）、热电偶补偿导线（11）和空白微胶囊测量盒（12）；所述储能微胶囊测量盒（2）和空白微胶囊测量盒（12）中分别设置有一对以上的热电偶（3），所述热电偶（3）通过热电偶补偿导线（11）与热电偶温度测量模块（4）连接；所述热电偶温度测量模块（4）通过第一数据连接线（5）与RS232与RS485信号转换模块（6）连接，所述RS232与RS485信号转换模块（6）通过第二数据连接线（7）与USB转RS232转换器（8）连接，所述USB转RS232转换器（8）与电脑（10）的USB接口相连接；所述红外加热灯（1）正对储能微胶囊测量盒（2）和空白微胶囊测量盒（12）。

2.根据权利要求1所述的储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，所述储能微胶囊测量盒（2）由木板材、铝箔纸保温棉、凹槽和玻璃板组成；所述储能微胶囊测量盒（2）为双层长方体结构，内层为相同的木板材，外层为铝箔纸保温棉；所述储能微胶囊测量盒（2）的左、右、后三面中心点均开有一个用于安装热电偶的小孔。

3.根据权利要求2中所述的储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，开孔的左、右、后三面均设置有一个横向的凹槽，玻璃板通过凹槽插入储能微胶囊测量盒（2）中。

4.根据权利要求3所述储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，所述玻璃板的材料为普通白玻璃；插入储能微胶囊测量盒（2）中的玻璃板含有储能相变微胶囊。

5.根据权利要求1所述的储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，所述空白微胶囊测量盒（12）由木板材、铝箔纸保温棉、凹槽和玻璃板组成；所述空白微胶囊测量盒（12）均为双层长方体结构，内层为相同的木板材，外层为铝箔纸保温棉；所述空白微胶囊测量盒（12）的左、右、后三面中心点均开有一个用于安装热电偶的小孔。

6.根据权利要求5中所述的储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，开孔的左、右、后三面均设置有一个横向的凹槽，玻璃板通过凹槽插入空白微胶囊测量盒（12）中。

7.根据权利要求6所述储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，所述玻璃板的材料为普通白玻璃；插入空白微胶囊测量盒（12）的玻璃板不含储能相变微胶囊。

8.根据权利要求4所述的储能相变微胶囊节能性能测量装置，其特征在于，玻璃板插入后用硅橡胶将测量盒密封。