CN216084058U - 化学安全教育实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种化学安全教育实验装置，包括外桶和内桶；内桶底部固定有安装槽，安装槽周边设有容纳槽，容纳槽底部设有喷嘴，喷嘴连接有通气管，通气管延伸出外桶并连接打气筒；外桶顶部设有顶盖，顶盖边缘处设有若干弹性绳，弹性绳连接有挂钩，外桶上部周边设有若干挂环，挂钩钩在挂环上；顶盖下表面设有凸台，凸台上粘接有气球；内桶上部固定有环形板，环形板上放置有内盖，内盖上表面低于内桶顶端，内盖与内桶内壁滑动配合。本实用新型通过精细化研究优化可燃粉末材料遇火爆炸的全过程，既强化了人们对实验可能带来的危害性的直观认识，又防止炸飞或者炸裂的物品击中实验者，确保了实验的安全性，还保证了实验的成功率，避免材料浪费。

Description

化学安全教育实验装置

技术领域

本实用新型涉及实验技术领域，尤其涉及一种化学安全教育实验装置。

背景技术

化学反应容易带来危险，如果不能清楚认识到这一点，学生容易在好奇心的驱使下进行化学实验活动，从而带来危险。

因此，有必要对各种年龄段的学生们（尤其是低龄学生）进行化学安全教育，提醒学生们化学实验是会带来危险的，进而防止学生不考虑安全因素随意进行化学实验。

进行化学安全教育，一个有效的方法是进行安全教育实验，通过实验向学生展示化学反应可能带来危险，尤其是展示人们直觉上应该安全的做法带来的危险，这样更能促使学生们认真反思自己认为安全的化学实验操作，避免依靠直觉而忽略规避安全风险。

以面粉为例，面粉燃烧时的化学反应为：（C₆H₁₀O₅）n+6nO₂®6nCO₂+5nH₂O。人们虽然从影视剧中能够了解到面粉会爆炸，但面粉爆炸对于大多数人来说仍然是反直觉的，因为家家都有面粉，但人们的生活中普遍没有哪家实际发生了面粉爆炸事故。面粉类的可燃性粉末爆炸实验能够让学生们认知到直觉的不可靠从而提高化学实验中的安全意识，但传统的面粉爆炸实验具有如下缺陷：

1、传统的可燃性粉末爆炸实验中，如果实验顺利并且没有意外，则没有物品因爆炸而被破坏，这降低了人们对实验结果危害性的直观认识，容易使学生们在直觉上产生“没有什么大不了的”这样的印象。

2、传统的可燃性粉末爆炸实验中，伴随着爆炸会有容器炸裂或盖子等物品被炸飞的现象，这本身就带来了危险，如果被炸飞的物品或者炸裂的碎片击中，实验者可能受伤。实验者围观实验时，更增大了实验事故的可能性。

3、传统的可燃性粉末爆炸实验依靠嘴吹气，一方面不同人吹气的效果（压力、流量等）不同，换一个人可能并不能成功进行实验，一次不成功的试验后，需要收集清理被吹出来的面粉，并且向实验装置内装入新的面粉，既浪费面粉又降低实验效率。另一方面粉在容器的封闭空间内分布不均匀，导致爆炸成功率下降，且爆炸效果下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种化学安全教育实验装置，强化人们对实验可能带来的危害性的直观认识，并且防止炸飞或者炸裂的物品击中实验者。

为实现上述目的，本实用新型的化学安全教育实验装置包括透明材料制成的外桶和金属材料制成的内桶；外桶和内桶均顶部敞口；

内桶底部中心处固定设有用于插设火源的安装槽，安装槽周边设有用于盛装可燃粉末材料的容纳槽；容纳槽底部设有开口向上的喷嘴，喷嘴连接有通气管，通气管延伸出容纳槽、内桶和外桶并连接有打气筒；

外桶顶部敞口处设有顶盖，顶盖边缘处沿周向均匀设有两个以上的弹性绳，弹性绳的末端连接有挂钩，外桶上部周边沿周向均匀设有若干挂环，挂钩与挂环一一对应并钩在挂环上；

内桶正上方的顶盖下表面设有由橡胶制成的凸台，凸台上粘接有气球；内桶上部固定设有环形板，环形板上放置有用于封闭环形板下方内桶空间的内盖，内盖上表面低于内桶顶端，内盖与内桶内壁滑动配合。

容纳槽环绕安装槽设置并呈环形；喷嘴设有若干个，各喷嘴沿周向均匀分布在容纳槽内；

通气管包括沿周向连通各喷嘴的环形管部分和沿径向延伸出容纳槽、内桶和外桶的连接管部分，连接管部分的内端连接环形管部分且其外端连接打气筒。

外桶底部设有定压箱，定压箱串联在通气管的连接管部分上，定压箱与内桶之间的连接管部分上串联设有定压导通装置；容纳槽内设有用于标示可燃粉末材料填充量的刻度线。

所述定压导通装置包括空心柱状的铁制外壳，外壳的轴向一端为进气端并连接有进气管，外壳的轴向另一端为出气端并连接有出气管，进气管用于与定压导通装置上游方向的连接管部分插接配合，出气管用于与定压导通装置下游方向的连接管部分插接配合；连接管部分具有弹性并包覆在进气管和出气管上；

外壳具有内腔，内腔于外壳的进气端处固定设有由强磁性材料制成的内筒，内筒的上游端与进气管相通，内筒的下游端吸附有用于关闭内筒的盖体，盖体由铁磁性材料制成，盖体大于内筒的内孔截面并小于外壳内腔的截面；

内腔于外壳的出气端处固定设有由橡胶制成的环形缓冲垫，环形缓冲垫围绕于出气管与外壳的连接口周围。

所述内盖上表面中部设有尖端朝上的尖刺；外桶顶端向上设有环形的橡胶圈。

本实用新型具有如下的优点：

本实用新型优选采用面粉作为可燃粉末材料进行实验，通过人们普遍直觉安全的面粉发生爆炸，增强学生对化学反应可能带来危险的直观认识，使学生重视实验安全问题。

本实用新型通过精细化研究优化可燃粉末材料遇火爆炸的全过程，既强化了人们对实验可能带来的危害性的直观认识，又防止炸飞或者炸裂的物品击中实验者，确保了实验的安全性，还保证了实验的成功率，避免材料浪费。

气球容易被向上崩飞的内盖所击破，气球爆破产生的声音和视觉效果均强化了爆炸的危险性，从而强化人们对实验可能带来的危害性的直观认识。

内盖上表面低于内桶顶端，使得内盖向上崩飞时，内桶对内盖起到导向作用，约束内盖使内盖垂直向上崩飞，防止崩飞方向不确定带来危险。

橡胶制成的凸台对向上崩飞的内盖起到缓冲作用，也限制了内盖向上运动的高点；顶盖被内盖向上顶起时，各弹性绳约束顶盖不会飞离外桶，防止炸飞或者炸裂的物品击中实验者。

容纳槽环绕安装槽设置并呈环形，各喷嘴沿周向均匀分布在容纳槽内，这样的设置提高了实验时可燃粉末材料被气流吹起来后在内桶空间内分布的均匀性，从而提高燃烧爆炸效果。

刻度线使得各次可燃粉末材料的填充量容易保持基本一致，在提前试验好填充量的情况下，可以保证实验的成功率。定压箱和定压导通装置的设置，使得无论何人操作，每次送入容纳槽中的气压和气量都是基本相同的，这样就排除了不同人操作带来不同效果（有些人的操作无法引起爆炸）的问题，保证实验取得成功（爆炸）。通过刻度线定量装料，通过定压箱和定压导通装置定量定压供气，使得各次实验的爆炸强度基本相同，不但保证实验成功，而且防止实验中发生爆炸强度过大的意外情况。

定压导通装置结构简单，便于制造，定压导通装置中盖体与内筒之间的吸附力决定了气流进入容纳槽的压力状况，定压箱的容积决定了进入容纳槽的气量，从而使得进气量和进气压力都不再受制于实验者的个性化操作，确保实验的成功率，避免可燃性材料的浪费（如果一次不成功，弥散开来的可燃性粉末也很难回收再利用）。定压导通装置与安全阀的不同之处在于：铁制外壳在强磁性材料（如钕铁硼磁铁）制成的内筒的磁化作用下也带有磁性，但其磁性小于内筒的磁性。盖体在气流压力下离开内筒之后，会自然吸附到外壳某处。由于盖体大于内筒的内孔截面并小于外壳内腔的截面，因而定压导通装置会持续保持导通状态，直到取下定压导通装置并手动使劲晃动外壳，此时盖体才会在内筒强磁性的吸引下以及晃动作用力下重新回归原位并封闭内筒。这样，定压箱内气体可以持续释放出来，不会因释放部分气体后气压下降而使定压导通装置自动关闭（普通的安全阀会在压力下降后自动关闭，因而不能充分释放定压箱中的气体）。总之，在本实用新型的使用场合下，定压导通装置的结构及作用优于普通的安全阀。

内盖上的尖刺很容易使气球爆破，强化爆炸的视觉效果和声音效果。橡胶圈则在顶盖回落时减小了顶盖对外桶顶端的冲击力。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中内桶处的放大图；

图3是定压导通装置的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型的化学安全教育实验装置包括透明材料（如塑料或钢化玻璃）制成的外桶1和金属材料制成的内桶2；外桶1和内桶2均顶部敞口；

内桶2底部中心处固定设有用于插设火源（如蜡烛）的安装槽3，安装槽3周边设有用于盛装可燃粉末材料（如面粉）的容纳槽4，容纳槽4的高度与火源火焰的预定高度相匹配；容纳槽4底部设有开口向上的喷嘴5，喷嘴5连接有通气管，通气管延伸出容纳槽4、内桶2和外桶1并连接打气筒6；

外桶1顶部敞口处设有顶盖7，顶盖7边缘处沿周向均匀设有两个以上的弹性绳8，弹性绳8的末端连接有挂钩9，外桶1上部周边沿周向均匀固定设有若干挂环10，挂钩9与挂环10一一对应并钩在挂环10上；

内桶2正上方的顶盖7下表面设有由橡胶制成的凸台11，凸台11上通过双面胶粘接有气球12；内桶2上部固定设有环形板13，环形板13上放置有用于封闭环形板13下方内桶2空间的内盖14，内盖14上表面低于内桶2顶端，内盖14与内桶2内壁滑动配合（这样内桶3的内壁对崩飞的内盖14起到垂直向上的导向作用，实现定向崩飞内盖14）。

气球12容易被向上崩飞的内盖14所击破，气球12爆破产生的声音和视觉效果均强化了爆炸的危险性，从而强化人们对实验可能带来的危害性的直观认识。

内盖14上表面低于内桶2顶端，使得内盖14向上崩飞时，内桶2对内盖14起到导向作用，约束内盖14使内盖14垂直向上崩飞，防止崩飞方向不确定带来危险。

橡胶制成的凸台11对向上崩飞的内盖14起到缓冲作用，也限制了内盖14向上运动的高点；顶盖7被内盖14向上顶起时，各弹性绳8约束顶盖7不会飞离外桶1，防止炸飞或者炸裂的物品击中实验者。

容纳槽4环绕安装槽3设置并呈环形；喷嘴5设有若干个，各喷嘴5沿周向均匀分布在容纳槽4内；

通气管包括沿周向连通各喷嘴5的环形管部分15和沿径向延伸出容纳槽4、内桶2和外桶1的连接管部分16，连接管部分16的内端连接环形管部分15且其外端连接打气筒6。

容纳槽4环绕安装槽3设置并呈环形，各喷嘴5沿周向均匀分布在容纳槽4内，这样的设置提高了实验时可燃粉末材料被气流吹起来后在内桶2空间内分布的均匀性，从而提高燃烧爆炸效果。

外桶1底部设有定压箱17，定压箱17串联在通气管的连接管部分16上，定压箱17与内桶2之间的连接管部分16上串联设有定压导通装置18；容纳槽4内设有用于标示可燃粉末材料填充量的刻度线。刻度线为常规结构，图未示。

刻度线使得各次可燃粉末材料的填充量容易保持基本一致，在提前试验好填充量的情况下，可以保证实验的成功率。定压箱17和定压导通装置18的设置，使得无论何人操作，每次送入容纳槽4中的气压和气量都是基本相同的，这样就排除了不同人操作带来不同效果（有些人的操作无法引起爆炸）的问题，保证实验取得成功（爆炸）。通过刻度线定量装料，通过定压箱17和定压导通装置18定量定压供气，使得各次实验的爆炸强度基本相同，不但保证实验成功，而且防止实验中发生爆炸强度过大的意外情况。

所述定压导通装置18包括空心柱状的铁制外壳19，外壳19的轴向一端为进气端并连接有进气管20，外壳19的轴向另一端为出气端并连接有出气管21，进气管20用于与定压导通装置18上游方向（以气流方向为下游方向）的连接管部分16插接配合，出气管21用于与定压导通装置18下游方向的连接管部分16插接配合；连接管部分16具有弹性并包覆在进气管20和出气管21上；

外壳19具有内腔22，内腔22于外壳19的进气端处固定设有由强磁性材料（如钕铁硼磁铁）制成的内筒23，内筒23的上游端与进气管20相通，内筒23的下游端吸附有用于关闭内筒23的盖体24，盖体24由铁磁性材料（如铁质、钢制）制成，盖体24大于内筒23的内孔截面并小于外壳19内腔22的截面；

内腔22于外壳19的出气端处固定设有由橡胶制成的环形缓冲垫25，环形缓冲垫25围绕于出气管21与外壳19的连接口周围。

定压导通装置18结构简单，便于制造，定压导通装置18中盖体24与内筒23之间的吸附力决定了气流进入容纳槽4的压力状况，定压箱17的容积决定了进入容纳槽4的气量，从而使得进气量和进气压力都不再受制于实验者的个性化操作，确保实验的成功率，避免可燃性材料的浪费（如果一次不成功，弥散开来的可燃性粉末也很难回收再利用）。缓冲垫25用于缓冲盖体24被气流冲开时的冲击力。

所述内盖14上表面中部设有尖端朝上的尖刺26；外桶1顶端向上设有环形的橡胶圈。内盖14上的尖刺26很容易使气球12爆破，强化爆炸的视觉效果和声音效果。橡胶圈则在顶盖7回落时减小了顶盖7对外桶1顶端的冲击力。

实验开始前先将定压导通装置18取下，晃动定压导通装置18使使盖体24吸附于内筒23上并封闭内筒23；再将定压导通装置18的进气管20和出气管21分别插入上下游方向的连接管部分16，在弹性回缩的作用下连接管部分16分别包覆进气管20和出气管21的插入部分。将气球粘在凸台11上，盖好顶盖7并使各挂钩9一一对应钩在相应的挂环10上。通过打气筒6不断向定压箱17内注入空气，使定压箱17处的压力不断升高。当定压箱17处的气体压力高于盖体24与内筒23之间的吸附力时，盖体24被气流冲开，从而使气流源源不断地向下游进入容纳槽4从而将可燃性粉末吹起并弥散于内桶2中。遇到火焰后，靠近火焰的粉末首先受热燃烧，燃烧产生的热量又使附近的粉末迅速蔓延燃烧，燃烧呈加速的连锁反应，在很短的时间（0.1秒或更短的时间）就可完成。燃烧时迅速产生大量气体，气体在高温状态下也会膨胀，大量气体及高温膨胀效应在内桶2中产生高压，从而发生爆炸。爆炸将内盖14向上崩飞，内桶2约束内盖14崩飞方向为垂直向上；内盖14上的尖刺26很容易使气球12爆破，强化爆炸的视觉效果和声音效果。顶盖7受力向上移动时，各弹性绳8约束顶盖7不会离开外桶1，并且顶盖7越向上移动，弹性绳8对顶盖7的拉力越大，从而使顶盖7迅速减速并回落，确保安全。实验过程中，盖好内盖14后要迅速进行实验，避免时间较长内桶内的氧气耗尽造成火源熄灭。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.化学安全教育实验装置，其特征在于：包括透明材料制成的外桶和金属材料制成的内桶；外桶和内桶均顶部敞口；

内桶底部中心处固定设有用于插设火源的安装槽，安装槽周边设有用于盛装可燃粉末材料的容纳槽；容纳槽底部设有开口向上的喷嘴，喷嘴连接有通气管，通气管延伸出容纳槽、内桶和外桶并连接有打气筒；

外桶顶部敞口处设有顶盖，顶盖边缘处沿周向均匀设有两个以上的弹性绳，弹性绳的末端连接有挂钩，外桶上部周边沿周向均匀设有若干挂环，挂钩与挂环一一对应并钩在挂环上；

内桶正上方的顶盖下表面设有由橡胶制成的凸台，凸台上粘接有气球；内桶上部固定设有环形板，环形板上放置有用于封闭环形板下方内桶空间的内盖，内盖上表面低于内桶顶端，内盖与内桶内壁滑动配合。

2.根据权利要求1所述的化学安全教育实验装置，其特征在于：容纳槽环绕安装槽设置并呈环形；喷嘴设有若干个，各喷嘴沿周向均匀分布在容纳槽内；

通气管包括沿周向连通各喷嘴的环形管部分和沿径向延伸出容纳槽、内桶和外桶的连接管部分，连接管部分的内端连接环形管部分且其外端连接打气筒。

3.根据权利要求2所述的化学安全教育实验装置，其特征在于：外桶底部设有定压箱，定压箱串联在通气管的连接管部分上，定压箱与内桶之间的连接管部分上串联设有定压导通装置；容纳槽内设有用于标示可燃粉末材料填充量的刻度线。

4.根据权利要求3所述的化学安全教育实验装置，其特征在于：所述定压导通装置包括空心柱状的铁制外壳，外壳的轴向一端为进气端并连接有进气管，外壳的轴向另一端为出气端并连接有出气管，进气管用于与定压导通装置上游方向的连接管部分插接配合，出气管用于与定压导通装置下游方向的连接管部分插接配合；连接管部分具有弹性并包覆在进气管和出气管上；

外壳具有内腔，内腔于外壳的进气端处固定设有由强磁性材料制成的内筒，内筒的上游端与进气管相通，内筒的下游端吸附有用于关闭内筒的盖体，盖体由铁磁性材料制成，盖体大于内筒的内孔截面并小于外壳内腔的截面；

内腔于外壳的出气端处固定设有由橡胶制成的环形缓冲垫，环形缓冲垫围绕于出气管与外壳的连接口周围。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的化学安全教育实验装置，其特征在于：所述内盖上表面中部设有尖端朝上的尖刺；外桶顶端向上设有环形的橡胶圈。

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