一种定容绝热燃烧仓装置及方法

文档序号:584332 发布日期:2021-05-25 浏览:2次 >En<

阅读说明:本技术 一种定容绝热燃烧仓装置及方法 (Constant-volume heat-insulation combustion chamber device and method ) 是由 王海洋 李更天 刘成锋 王宁 刘骏 于 2021-01-28 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种定容绝热燃烧仓装置及方法,所述定容绝热燃烧仓装置包括箱体、实验舱单元、加热单元、测量单元和电气控制单元;所述实验舱单元设于所述箱体内,包括同轴设置的外胆舱结构和内胆舱结构,所述外胆舱结构和内胆舱结构均为密闭结构;所述加热单元设于所述内胆舱结构内;所述测量单元与所述实验舱单元相连;所述电气控制单元与所述测量单元和加热单元相连,控制所述加热单元的工作状态,以及控制所述测量单元按照预设的要求对位于内胆舱结构内的待测物进行测量。本发明中的实验舱单元是由具有密闭结构的外胆舱结构和内胆舱结构同轴设置组合而成,因而能够抵御更大的冲击压力。(The invention discloses a constant-volume heat-insulation combustion chamber device and a method, wherein the constant-volume heat-insulation combustion chamber device comprises a box body, an experiment chamber unit, a heating unit, a measuring unit and an electric control unit; the experiment cabin unit is arranged in the box body and comprises an outer liner cabin structure and an inner liner cabin structure which are coaxially arranged, and the outer liner cabin structure and the inner liner cabin structure are both closed structures; the heating unit is arranged in the inner container cabin structure; the measuring unit is connected with the experiment cabin unit; the electric control unit is connected with the measuring unit and the heating unit, controls the working state of the heating unit, and controls the measuring unit to measure the object to be measured in the inner container cabin structure according to the preset requirement. The experiment chamber unit is formed by coaxially arranging and combining an outer container chamber structure with a closed structure and an inner container chamber structure, so that higher impact pressure can be resisted.)

一种定容绝热燃烧仓装置及方法

技术领域

本发明属于分析仪器技术领域,具体涉及一种定容绝热燃烧仓装置及方法。

背景技术

绝热量热仪用于评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害的仪器。模拟样品在(失控等)严重情形下的自加速反应,绝热量热仪使用绝热动力学分析反应数据和大量的热力学因子,如:活化能,反应级数,频率因子,绝热温升,反应热等等,这些数据将会为化学品、危险品的生产、使用、储存和运输安全性/危害性评估提必要的供理论依据,这些信息对于研究和评估工艺过程,确保安全操作,防止可能造成毁灭性结果的热失控效应有着非常重要的意义。

目前,一些有效的实验设备可以用来模拟动力锂电池热失控场景失真,例如:包括加速量热仪、绝热反应热能量测定仪、锥形量热仪等,能够研究动力锂电池热失控过程中的产热、喷气、燃烧特性。其中,锥形量热仪是将样品用外部火焰点燃,基于氧耗法(OC)进行样品燃烧放热量、放热功率测量的,但实际场景下,样品热失控燃烧往往是由1个或多个样品在滥用条件下发生热失控继而引发整体热失控,燃烧过程并非如锥形量热仪外部火焰点燃的,且锥形量热仪一般仅可对样品单体进行燃烧加热实验;绝热反应热能量测定仪是将样品在密封腔内加热至热失控,再测量样品热失控,并不能直接测量过程中的热量。并且绝热反应热能量测定仪在封闭空间对样品进行加热诱发热失控,与样品热失控实际场景相差比较大。加速量热仪可以提供绝热条件下化学反应的时间-温度-压力数据.加速量热仪(ARC)基于绝热原理设计,可使用较大的样品量,灵敏度高,能精确测得样品热分解初始温度、绝热分解过程中温度和压力随时间的变化曲线,但是与绝热反应热能量测定仪缺点类似,也是将样品在密封腔内加热至热失控,再测量样品热失控,并不能直接测量过程中的热量,并且也与样品热失控实际场景相差比较大。由于测试的样品主要为毫克的当量,故对样品池要求较低,如德国耐驰和杭州仰仪,无法承担如电池电芯这类较大的样品,所以无法满足锂电池电芯;而英国THT具有更大的盛放空间,最大的产品型号,具有50L的容积,故可以用于检测锂电池电芯产品的热失控,但是随着锂电池行业发展日新月异的变化,对于锂电池模组的测试也应运而生,此时英国THT的产品无法满足该测试需求。

对于大多数具有高爆炸性的材料,如大容量锂电池电芯、锂电池模组或者高风险性含能材料,由于其热失控后,将产生较大的爆炸压力和爆炸冲击波,原有的绝热量热仪均采用钣金壳体制造,对于100安时电瓶容量的电芯产品,无法承受该产品热受控后的压力冲击,甚至可能会引起测试的安全事故。

发明内容

针对上述问题,本发明提出一种定容绝热燃烧仓装置及方法,所述定容绝热燃烧仓装置中的实验舱单元是由具有密闭结构的外胆舱结构和内胆舱结构同轴设置组合而成,因而能够抵御更大的冲击压力。

为了实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:

第一方面,本发明提供了一种定容绝热燃烧仓装置,包括:

箱体;

实验舱单元,设于所述箱体内,包括同轴设置的外胆舱结构和内胆舱结构,所述外胆舱结构和内胆舱结构均为密闭结构;

加热单元,设于所述内胆舱结构内;

测量单元,与所述内胆舱结构相连;

电气控制单元,与所述测量单元和加热单元相连,控制所述加热单元的工作状态,以及控制所述测量单元按照预设的要求对位于内胆舱结构内的待测物进行测量。

可选地,所述外胆舱结构包括顺次相连的外胆舱门、外胆筒体和外胆后端封头,三者共同形成第一密闭空间;

所述内胆舱结构位于所述第一密闭空间内,其包括顺次相连的内胆前端封头、第一内胆筒体、第二内胆筒体和内胆后端封头,四者共同形成第二密闭空间。

可选地,所述加热单元为加热棒,所述加热棒贯穿在所述第一内胆筒体和第二内胆筒体的内部,将二者连接起来;

和/或,所述加热棒还设于所述内胆前端封头和/或内胆后端封头内侧。

可选地,所述实验舱单元为长径比为1:1的圆柱体结构,内径为450-550mm,轴长为450-550mm。

可选地,所述外胆筒体上靠近外胆舱门的一侧顺次设有第一舱门法兰、舱门法兰垫片和第二舱门法兰;所述外胆筒体与所述第二舱门法兰铰接。

可选地,所述外胆后端封头上远离外胆筒体的一侧依次设有外胆后端法兰垫片和外胆后端法兰盖板。

可选地,所述外胆舱结构与内胆舱结构之间通过支架相连,且二者之间的间隙内填充有隔热棉。

可选地,所述外胆筒体与第一内胆筒体或第二内胆筒体上对应位置处均设有第一贯通孔、第二贯通孔、第三贯通孔和第四贯通孔;所述测量单元包括温度传感器、第一真空切断电磁阀、气切断电磁阀、取样阀、第二真空切断电磁阀、真空气泵、氮气瓶、空气压缩机和测量设备;所述温度传感器设于所述内胆舱结构内;所述第一贯通孔通过气管和第一真空切断电磁阀连接至真空气泵;所述第二贯通孔通过气管和气切断电磁阀连接至氮气瓶;所述第三贯通孔通气管和取样阀连接至测量设备;所述第四贯通孔通过气管和第二真空切断电磁阀连接至空气压缩机;所述第一真空切断电磁阀、气切断电磁阀、取样阀、第二真空切断电磁阀和温度传感器均与所述电气控制单元相连。

可选地,所述箱体包括顺次相连的保护罩前端舱门、保护罩和保护罩后端舱门,所述保护罩设于所述实验舱单元的外侧。

第二方面,一种基于第一方面中任一项所述的定容绝热燃烧仓装置的使用方法,包括以下步骤:

将用于实验的物品放置在内胆舱结构中;

闭锁所述内胆舱结构和外胆舱结构;

利用电气控制单元开启加热单元,直至所述内胆舱结构内部的温度达到预设要求后停止加热单元;

利用电气控制单元开启测量单元,并控制所述测量单元按照预设要求的采集实验数据并储存。

与现有技术相比,本发明的有益效果:

本发明中的实验舱单元是由具有密闭结构的外胆舱结构和内胆舱结构同轴设置而成,因而能够抵御更大的压力冲击。另外,本发明中将实验舱单元中的外胆舱结构和内胆舱结构均设计为大尺寸,因而具有更大的测量容积,即能够提供更大的测量池。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中:

图1为本发明一种实施例的定容绝热燃烧仓装置整体结构图;

图2为本发明一种实施例的定容绝热燃烧仓装置的爆炸结构示意图;

图3为本发明一种实施例的内胆舱结构布局图;

其中:

1、加热单元;2、温度传感器;3、内胆前端封头;4、固定螺栓;5、第一内胆筒体;6、第二内胆筒体;7、内胆后端封头;8、保护罩前端舱门;9、保护罩;10、保护罩后端舱门;11、外胆舱门;12、第一舱门法兰;13、第二舱门法兰;14、外胆筒体;15、外胆后端封头;16、外胆后端法兰垫片;17、外胆后端法兰盖板;18、第一舱门法兰垫片;19、外胆舱门铰链,20-快开螺栓。

具体实施方式

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当清楚,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任向具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中,需要理解的是,方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制:方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位,并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外,需要说明的是,使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

实施例1

本发明实施例中提供了一种定容绝热燃烧仓装置,如图1-3所示,包括:

箱体;

实验舱单元,设于所述箱体内,包括同轴设置的外胆舱结构和内胆舱结构,所述外胆舱结构和内胆舱结构均为密闭结构;

加热单元1,设于所述内胆舱结构内;

测量单元,与所述内胆舱结构相连;

电气控制单元(图中未示出),与所述测量单元和加热单元1相连,控制所述加热单元1的工作状态,以及控制所述测量单元按照预设的要求对位于内胆舱结构内的待测物进行测量。

经实验测定,本发明实施例中的定容绝热燃烧仓装置的防护等级为最大可承受压力1.7MPa,恒定承受压力不低于1.4MPa,在1.4MPa压力下进行密封性检验,24小时泄气量不大于1%。

在本发明实施例的一种具体实施方式中,如图1和2所示,所述箱体包括顺次相连的保护罩前端舱门8、保护罩9和保护罩后端舱门10,所述保护罩9包围在所述实验舱单元的外侧。所述箱体的材料可以选择不锈钢体,如304不锈钢。为了达到较好的绝热效果,所述保护罩9与外胆舱结构之间设有硅酸铝绝热棉,所述硅酸铝绝热棉的最小厚度不小于50mm。

如图1-2所示,在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述外胆舱结构包括顺次相连的外胆舱门11、外胆筒体14和外胆后端封头15,三者共同形成第一密闭空间;在实际应用过程中,所述外胆筒体14上靠近外胆舱门11的一侧顺次设有第一舱门法兰12、第一舱门法兰垫片18和第二舱门法兰13,所述第一舱门法兰12、第一舱门法兰垫片18和第二舱门法兰13均通过快开螺栓20与外胆筒体14相连;所述外胆筒体14与所述第二舱门法兰13通过外胆舱门铰链19铰接;所述外胆后端封头15上远离外胆筒体14的一侧依次设有外胆后端法兰垫片16和外胆后端法兰盖板17。

如图1-2所示,在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述内胆舱结构位于所述第一密闭空间内,其包括顺次相连的内胆前端封头3、第一内胆筒体5、第二内胆筒体6和内胆后端封头7,四者通过固定螺栓4相连,共同形成第二密闭空间;所述加热单元1为加热棒,所述加热棒贯穿在所述第一内胆筒体5和第二内胆筒体6的内部,将二者相连;进一步地,所述加热棒还设于所述内胆前端封头3和/或内胆后端封头7内侧;在实际选材过程中,所述内胆舱结构可以选用铸铝材质,以提高装置的整体抗压能力,承受更大的压力。

在实际应用过程中,所述内胆舱结构与外胆舱结构之间通过支架(图中未示出)相连,所述支架要求选用具有耐高温功能的支架;所述外胆舱结构与内胆舱结构之间的间隙内填充有隔热棉,所述隔热棉可以选用硅酸铝绝热棉(800℃以下长期稳定不烧蚀、不降解),高温隔热棉厚度不小于100mm,能够提高内胆舱结构的保温性能。

在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述温度传感器2可以选用热电偶,所述热电偶嵌入在所述第一内胆筒体5和/或第二内筒体内,在具体实施过程中,所述热电偶还可以嵌入在内胆前端封头3、内筒体底部、内胆后端封头7内表面上。

本发明实施例中实验舱单元为长径比为1:1的圆柱体结构,内径为450-550mm,优选为500mm;轴长为450-550mm,优选为500mm,容积约82L,大大提高了测量容积。

在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述外胆筒体14与第一内胆筒体5或第二内胆筒体6上对应位置处均设有第一贯通孔、第二贯通孔、第三贯通孔和第四贯通孔;所述测量单元包括温度传感器、第一真空切断电磁阀、气切断电磁阀、取样阀、第二真空切断电磁阀、真空气泵、氮气瓶、空气压缩机和测量设备;所述温度传感器设于所述第二密闭空间内,用于监测第二密闭空间内的温度值;所述第一贯通孔通过气管和第一真空切断电磁阀连接至真空气泵;所述第二贯通孔通过气管和气切断电磁阀连接至氮气瓶;所述第三贯通孔通气管和取样阀连接至测量设备;所述第四贯通孔通过气管和第二真空切断电磁阀连接至空气压缩机;所述第一真空切断电磁阀、气切断电磁阀、取样阀、第二真空切断电磁阀和温度传感器均与所述电气控制单元相连。进一步地,所述测量单元还包括真空压力表,所述真空压力表设于所述内胆舱结构内,且与电气控制单元相连,用于实时监测内胆舱结构内的压力值,所述电气控制单元基于真空压力表控制第一真空切断电磁阀的启停状态。

综上可见,当需要进行固体或液体化学品的热分析时,可以基于本发明实施例中的定容绝热燃烧仓装置采用以下步骤来进行:

检查定容绝热燃烧仓装置的状态,将用于实验的物品放置在内胆舱结构中;

闭锁所述内胆舱结构和外胆舱结构;

利用电气控制单元启动第一真空切断电磁阀,由真空泵实现对内胆舱结构进行抽真空;

利用电气控制单元启动气切断电磁阀,由氮气瓶实现对内胆舱结构进行充氮气;

利用电气控制单元启动加热单元,对位于内胆舱结构内的待测物进行加热,在加热过程中启动取样阀,对内胆舱结构内的气体进行取样,并传输至测量设备,由测量设备对采样获得的气体进行分析;

利用温度传感器对内胆舱结构内实时温度进行测量并存储,当内胆舱结构内的实时温度达到预设值时,关闭电加热单元,停止加热;

当试验结束后,利用电气控制单元启动第一真空切断电磁阀,由空气压缩机实现对内胆舱结构进行气体清洁,将内胆舱结构内原有的实验气体全部清理出去。

对装置内的所有设备及器件进行检查,不良换新,清洁并收集附着物,关闭内胆舱结构和外胆舱结构,关闭电源,实验结束。

本发明实施例中的定容绝热燃烧仓装置是用于评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害的仪器,模拟样品在(失控等)严重情形下的自加速反应,即可用于进行固体或液体化学品的热分析,评估(混合)气体、气/液、液/液、气/固、液/固混合体系、连续液体/气体加料反应体系的潜在危险,可以提供更准确全面的热力学和动力学数据。本发明实施例中的定容绝热燃烧仓装置的实验对象可以包括有机化学品、石油化工产品、药品、土壤化学品、精细有机化学品、电池、高分子、高能爆炸材料,其可以被用于进行烟火药剂的热安全性分析等,实验获得的数据可以为化学品、危险品的生产、使用、储存和运输安全性/危害性评估提必要的供理论依据,解决现有试验设备无法还原样品原位状态测量数据的问题,为电池生产企业、汽车生产企业及科研院所开展电池热失控研究提供帮助。

实施例2

本发明实施例中提供了一种基于实施例1中任一项所述的定容绝热燃烧仓装置的使用方法,包括以下步骤:

将用于实验的物品放置在内胆舱结构中;

闭锁所述内胆舱结构和外胆舱结构;

利用电气控制单元开启加热单元1,直至所述内胆舱结构内部的温度达到预设要求后停止加热单元;

利用电气控制单元开启测量单元,并控制所述测量单元按照预设要求的采集实验数据并储存。

如图1-2所示,在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述外胆舱结构包括顺次相连的外胆舱门11、外胆筒体14和外胆后端封头15,三者共同形成第一密闭空间;在实际应用过程中,所述外胆筒体14上靠近外胆舱门11的一侧顺次设有第一舱门法兰12、第一舱门法兰垫片18和第二舱门法兰13,所述第一舱门法兰12、第一舱门法兰垫片18和第二舱门法兰13均通过快开螺栓20与外胆筒体14相连;所述外胆筒体14与所述第二舱门法兰13通过外胆舱门铰链19铰接;所述外胆后端封头15上远离外胆筒体14的一侧依次设有外胆后端法兰垫片16和外胆后端法兰盖板17。

如图1-2所示,在本发明实施例的一种具体实施方式中,所述内胆舱结构位于所述第一密闭空间内,其包括顺次相连的内胆前端封头3、第一内胆筒体5、第二内胆筒体6和内胆后端封头7,四者通过固定螺栓4相连,共同形成第二密闭空间;所述加热单元1为加热棒,所述加热棒贯穿在所述第一内胆筒体5和第二内胆筒体6的内部,将二者相连;进一步地,所述加热棒还设于所述内胆前端封头3和/或内胆后端封头7内侧;在实际选材过程中,所述内胆舱结构可以选用铸铝材质,以提高装置的整体抗压能力,承受更大的压力。

所述外胆筒体14与第一内胆筒体5或第二内胆筒体6上对应位置处均设有第一贯通孔、第二贯通孔、第三贯通孔和第四贯通孔;所述测量单元包括温度传感器、第一真空切断电磁阀、气切断电磁阀、取样阀、第二真空切断电磁阀、真空气泵、氮气瓶、空气压缩机和测量设备;所述温度传感器设于所述第二密闭空间内,用于监测第二密闭空间内的温度值;所述第一贯通孔通过气管和第一真空切断电磁阀连接至真空气泵;所述第二贯通孔通过气管和气切断电磁阀连接至氮气瓶;所述第三贯通孔通气管和取样阀连接至测量设备;所述第四贯通孔通过气管和第二真空切断电磁阀连接至空气压缩机;所述第一真空切断电磁阀、气切断电磁阀、取样阀、第二真空切断电磁阀和温度传感器均与所述电气控制单元相连。进一步地,所述测量单元还包括真空压力表,所述真空压力表设于所述内胆舱结构内,且与电气控制单元相连,用于实时监测内胆舱结构内的压力值,所述电气控制单元基于真空压力表控制第一真空切断电磁阀的启停状态。

基于上述具体的结构,所述的定容绝热燃烧仓装置的使用方法具体为:

检查定容绝热燃烧仓装置的状态,将用于实验的物品放置在内胆舱结构中;

闭锁所述内胆舱结构和外胆舱结构;

利用电气控制单元启动第一真空切断电磁阀,由真空泵实现对内胆舱结构进行抽真空;

利用电气控制单元启动气切断电磁阀,由氮气瓶实现对内胆舱结构进行充氮气;

利用电气控制单元启动加热单元,对位于内胆舱结构内的待测物进行加热,在加热过程中启动取样阀,对内胆舱结构内的气体进行取样,并传输至测量设备,由测量设备对采样获得的气体进行分析;

利用温度传感器对内胆舱结构内实时温度进行测量并存储,当内胆舱结构内的实时温度达到预设值时,关闭电加热单元,停止加热;

当试验结束后,利用电气控制单元启动第一真空切断电磁阀,由空气压缩机实现对内胆舱结构进行气体清洁,将内胆舱结构内原有的实验气体全部清理出去。

对装置内的所有设备及器件进行检查,不良换新,清洁并收集附着物,关闭内胆舱结构和外胆舱结构,关闭电源,实验结束。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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