一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器及其监测方法技术

本发明专利技术涉及一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器，包括内部灌装有相变材料的封闭的盒体、中心电极和外部电极，中心电极为一端设置于盒体内部、另一端穿过盒体顶部中央孔伸出盒体外的绝缘体棒，绝缘体棒外包覆有金属箔，绝缘体棒顶端的金属箔与导线连接、除了与导线连接的部分外包覆于绝缘体棒外部的金属箔均涂覆有绝缘漆；外部电极为设置于盒体外周的金属箔，所述金属箔与导线连接。本发明专利技术的技术方案性能稳定可靠、误差小、能耗低，可以通过电池进行供电；能够对相变蓄能材料的相变过程进行实时监测，从而可以量化相变过程的进度，能够预算出相变材料的熔化时长，从而得出保温时长，对于冷链运输工作具有重要意义。

A monitoring sensor for cold storage ice box phase change process and its monitoring method

The invention relates to a monitoring sensor for phase change process of ice storage box, which comprises a closed box body filled with phase change material, a central electrode and an external electrode. The central electrode is an insulator rod arranged at one end in the box body and the other end extends out of the box body through a central hole at the top of the box body. The insulator rod is coated with metal foil. The metal foil at the top of the insulator rod is connected with the conductor, and the metal foil is coated with insulating paint except the part connected with the conductor, and the external electrode is a metal foil arranged around the box body, and the metal foil is connected with the conductor. The technical scheme of the invention has stable and reliable performance, small error and low energy consumption, and can be powered by batteries; the phase change process of the phase change energy storage material can be monitored in real time, so that the progress of the phase change process can be quantified, the melting time of the phase change material can be estimated, and the holding time can be obtained for cold chain transportation. Work is of great significance.

【技术实现步骤摘要】
一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器及其监测方法
本专利技术涉及冷链保温
，具体涉及一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器及其监测方法。
技术介绍
利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用是近年来能源科学和材料科学中一个十分活跃的研究方向。相变储能材料在其发生相变的过程中，与环境发生能量交换，从而达到控制环境温度的效果。为了适应我国冷链物流业快速发展的需要，需加强冷链运输配套设备的研发，尤其是保温箱内温度的监控和预警是目前研究的一个重要方向。目前保温箱内多使用相变材料蓄冷装置如冰盒等作为保温箱内部的冷源，对于相变材料的热分析技术现有技术一般包括热卡计法、差热分析法、差示扫描量热法、瞬态热线法等，但上述方法存在对试样量要求较高、不适合实时在线进行检测并提供相变材料的相变过程情况信息，均无法准确表征相变材料在大尺寸情况下的相变行为，且存在设备繁杂庞大、不易使用的缺点。本专利技术提供了一种能对相变蓄能材料的相变过程进行实时监测、从而可以量化相变过程的进度的蓄冷冰盒相变过程监测传感器及其监测方法，可以精确预算出保温箱的相变材料的熔化时长、进而得出保温箱的保温时长，对于冷链运输工作有重要的参考意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器及其监测方法，能对相变蓄能材料的相变过程进行实时监测、从而可以量化相变过程的进度，可以精确预算出保温箱的相变材料的熔化时长、进而得出保温箱的保温时长。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器，包括内部灌装有相变材料的封闭的盒体，还包括中心电极和外部电极，所述中心电极为一端设置于盒体内部、另一端穿过盒体顶部中央孔伸出盒体外的绝缘体棒，所述绝缘体棒外包覆有金属箔，绝缘体棒顶端的金属箔与导线连接、除了与导线连接的部分外包覆于绝缘体棒外部的金属箔均涂覆有绝缘漆；所述外部电极为设置于盒体外周的金属箔，所述金属箔与导线连接。进一步地，盒体内部灌装相变材料的体积为盒体内部容积的80-85%；进一步地，所述绝缘体棒与盒体之间通过防水密封胶粘结并固定；进一步地，所述防水密封胶为硅酮防水密封胶；进一步地，所述硅酮防水密封胶的组份按重量份计为：甲基三丁酮肟基硅烷20份、羟基封端巯基聚硅氧烷20份、气相二氧化硅和二氧化钛粉末质量比2:1的混合物3份、氨丙基三乙氧基硅烷0.01份；进一步地，所述金属箔为铜箔；进一步地，所述盒体的壁厚<3mm；进一步地，所述盒体的壁厚为2.3mm；进一步地，所述盒体材质为PE、PP、PET或PVC；进一步地，所述盒体为掺有20%重量份数PET的PE材质。本专利技术还公开了如上所述的蓄冷冰盒相变过程监测传感器的监测方法，即将由蓄冷冰盒相变过程监测传感器测得的相变材料的电容值c净代入如下关系计算得到t：，t为距相变材料相变结束的时间、单位为s，ε液即相变材料液态的介电常数、单位为C2/(N▪m2)，ε固即相变材料固态的介电常数、单位为C2/(N▪m2)，k1为0.007922、单位为1/pF，k2为5.941、单位为pF▪N▪m2/(109▪C2)，k3为相变材料的潜热值、单位为J/g，m为盒体内相变材料的质量、单位为g，Uθ为保温箱漏热率、单位为W/℃，Δθ为箱内外温差绝对值、单位为℃；进一步地，所述相变材料为极性绝缘物质。本专利技术具有如下优点：1）本专利技术的蓄冷冰盒相变过程监测传感器性能稳定可靠、误差小、能耗低，可以通过电池进行供电；2）能够对相变蓄能材料的相变过程进行实时监测，从而可以量化相变过程的进度，能够预算出相变材料的熔化时长，从而得出保温时长，对于冷链运输工作具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的蓄冷冰盒相变过程监测传感器剖面结构示意图。图2为本专利技术的蓄冷冰盒相变监测传感器的监测电路示意图。其中附图标记如下：1-盒体，2-绝缘棒，3-盒体顶部中央孔，4-绝缘体棒顶端的金属箔，5-导线。具体实施方式一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器，包括内部灌装有相变材料的封闭的盒体1、中心电极和外部电极，所述中心电极为一端设置于盒体1内部、另一端穿过盒体顶部中央孔3伸出盒体外的绝缘体棒2，所述绝缘体棒外包覆有金属箔，绝缘体棒顶端的金属箔4与导线5连接、除了与导线5连接的部分外包覆于绝缘体棒外部的金属箔均涂覆有绝缘漆；所述外部电极为设置于盒体外周的金属箔，所述金属箔与导线连接。上述蓄冷冰盒相变过程监测传感器具有结构简单、制造成本低、安装方便、性能稳定可靠、误差小、能耗低、可以通过电池进行供电的优点，可便于冷链运输公司在发现相变储能材料的蓄冷量不足以满足实际需求的情况下提前采取措施进行干预，如增加冰盒或更换冰盒。本专利技术的测量原理为监测在低测量频率、特定电容器、特定测量电路的条件下，电容值随相变程度发生的变化。本专利技术的理论依据为，相变材料尤其是极性绝缘相变材料的液态与固态的介电常数相差非常大，例如冰与水的介电常数相差非常大，水在常温下，介电常数约为81，纯水冰的介电常数约为4。冰在熔化过程中，冰水混合比发生变化，导致外部电极、中心电极、盒体外壁、盒体内物质共同构成的电容器的容值发生变化，从而根据容值变化的特征曲线来预测相变材料熔化的过程进度。作为优选，盒体内部灌装相变材料的体积为盒体内部容积的80-85%；该体积比能有效降低盒体因冰水相变而产生的体积变化对盒体强度产生的影响，若盒体内部灌装相变材料体积过高将容易使盒体强度降低，若相变材料体积过低将浪费冷链运输运力及盒体内部的体积；作为优选，所述绝缘体棒与盒体之间通过防水密封胶粘结并固定；作为优选，所述防水密封胶为硅酮防水密封胶；作为优选，所述硅酮防水密封胶的组份按重量份计为：甲基三丁酮肟基硅烷20份、羟基封端巯基聚硅氧烷20份、气相二氧化硅和二氧化钛粉末质量比2:1的混合物3份、氨丙基三乙氧基硅烷0.01份；上述配方的密封胶通过添加气相二氧化硅和二氧化钛粉末的混合物有效改善了密封胶的附着力、抗撕裂性和稳定性，并且提高了密封胶的耐水性约50%，提高了密封胶的耐腐蚀性约35%。作为优选，所述金属箔为铜箔；作为优选，所述盒体的壁厚<3mm；作为优选，所述盒体的壁厚为2.3mm；上述盒体的壁厚既能够满足盒体对强度的要求又充分考虑到相变材料热阻的问题。作为优选，绝缘体棒的直径为5mm；作为优选，所述盒体材质为PE、PP、PET或PVC；作为优选，所述盒体为掺有20%重量份数PET的PE材质；上述盒体材质组份的比例可满足盒体对透光、便于观察合体内部液位的要求，又可满足盒体对于强度、韧性、耐水性及耐腐蚀性的要求，并且所使用的的PE为低密度聚乙烯，混入总体重量比20%的PET由于能更好地阻断电子在材料中的移动，因此能提高盒体绝缘性45%，极大地降低了盒体本身对于介电常数的影响，能有效降低相变过程监测结果的偏差。作为优选，绝缘体棒顶端的金属箔与导线、盒体外周的金属箔与导线连接均通过焊接或导电胶粘剂；作为优选，导电胶粘剂为掺有石墨烯、银粉和铜粉混合物的环氧树脂胶粘剂；作为优选，所述导电胶粘剂的组份按重量份计包括：双酚A环氧树脂20份、聚环氧丙烷四氢呋喃二缩水甘油醚20份、N-羟乙基间苯二胺10份、石墨烯0.2份、银粉0.1份、铜粉0.3份；上述配方的导电胶属于填充型导电胶，通过引入少量的石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器，包括内部灌装有相变材料的封闭的盒体，其特征在于，还包括中心电极和外部电极，所述中心电极为一端设置于盒体内部、另一端穿过盒体顶部中央孔伸出盒体外的绝缘体棒，所述绝缘体棒外包覆有金属箔，绝缘体棒顶端的金属箔与导线连接、除了与导线连接的部分外包覆于绝缘体棒外部的金属箔均涂覆有绝缘漆；所述外部电极为设置于盒体外周的金属箔，所述金属箔与导线连接。

【技术特征摘要】
1.一种蓄冷冰盒相变过程监测传感器，包括内部灌装有相变材料的封闭的盒体，其特征在于，还包括中心电极和外部电极，所述中心电极为一端设置于盒体内部、另一端穿过盒体顶部中央孔伸出盒体外的绝缘体棒，所述绝缘体棒外包覆有金属箔，绝缘体棒顶端的金属箔与导线连接、除了与导线连接的部分外包覆于绝缘体棒外部的金属箔均涂覆有绝缘漆；所述外部电极为设置于盒体外周的金属箔，所述金属箔与导线连接。2.根据权利要求1所述的蓄冷冰盒相变过程监测传感器，其特征在于，盒体内部灌装相变材料的体积为盒体内部容积的80-85%。3.根据权利要求1所述的蓄冷冰盒相变过程监测传感器，其特征在于，所述绝缘体棒与盒体之间通过防水密封胶粘结并固定。4.根据权利要求3所述的蓄冷冰盒相变过程监测传感器，其特征在于，所述防水密封胶为硅酮防水密封胶；优选地，所述硅酮防水密封胶的组份按重量份计为：甲基三丁酮肟基硅烷20份、羟基封端巯基聚硅氧烷20份、气相二氧化硅和二氧化钛粉末质量比2:1的混合物3份、氨丙基三乙氧基硅烷0.01份。5.根据权利要求1所述的蓄冷冰盒相变过程监测传感器，其特征在于，所述金属箔为...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟天阳，马晓城，侯钦鹏，刘静，
申请(专利权)人：青岛允天保温科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37