CN218212734U - 定容绝热燃烧仓装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种定容绝热燃烧仓装置，具有底座，所述底座顶部固定设置有实验舱，侧面设置有前后并列的电气控制柜和真空泵；所述实验舱由碳钢外胆和包裹在碳钢外胆内部的白钢内胆组成；所述碳钢外胆和白钢内胆的后端封闭，前端设置有相互连通的开口；所述碳钢外胆的开口处铰接有外胆舱门，白钢内胆的开口处设置有内胆舱门，所述内胆舱门固定连接在外胆舱门的内侧，白钢内胆的内腔壁面以及内胆舱门的壁面上均设置有与外部电气控制柜电性连接的加热棒；所述碳钢外胆的后端中心以及外胆舱门的外端中心均固定设置有能够连通白钢内胆内腔的测量模块。这种定容绝热燃烧仓装置能够抵御更大的压力冲击，应用范围广，安全系数高。

Description

定容绝热燃烧仓装置

技术领域

本实用新型涉及一种绝热量热仪，尤其涉及一种定容绝热燃烧仓装置。

背景技术

绝热量热仪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，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（ARC），绝热反应热能量测定仪（VSP2），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。

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：绝热量热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。

由于其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安时这类电芯产品，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

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够承受热受控后更大压力冲击且实验对象更广的定容绝热燃烧仓装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种定容绝热燃烧仓装置，具有底座，所述底座顶部固定设置有实验舱，侧面设置有前后并列的电气控制柜和真空泵；所述实验舱由碳钢外胆和包裹在碳钢外胆内部的白钢内胆组成；所述碳钢外胆和白钢内胆的后端封闭，前端设置有相互连通的开口，且白钢内胆的开口与碳钢外胆的开口上下齐平；所述碳钢外胆前端的开口处铰接有能够与其开闭配合的外胆舱门，白钢内胆前端的开口处设置有能够与其开闭配合的内胆舱门，所述内胆舱门固定连接在外胆舱门的内侧，白钢内胆的内腔壁面以及内胆舱门的壁面上均设置有与外部电气控制柜电性连接的加热棒；所述碳钢外胆的后端中心以及外胆舱门的外端中心均固定设置有能够连通白钢内胆内腔的测量模块。

进一步地，所述碳钢外胆与白钢内胆之间以及外胆舱门与内胆舱门之间均具有间隙，白钢内胆与碳钢外胆之间以及内胆舱门与外胆舱门之间均通过耐高温支架固定连接在一起。

进一步地，所述碳钢外胆与白钢内胆之间的间隙内以及外胆舱门与内胆舱门之间的间隙内均填充有由耐高温隔热棉构成的隔热层。

进一步地，所述白钢内胆的外周包设有U型加热丝，白钢内胆的后端外部以及内胆舱门的外部均包设有封头加热丝，所述碳钢外胆和外胆舱门上均设置有方便U型加热丝和封头加热丝引出的衔接孔，所述U型加热丝和封头加热丝穿过衔接孔与电气控制柜电性连接。

进一步地，所述碳钢外胆前端的开口外侧设置有封口法兰，所述外胆舱门上对应碳钢外胆前端开口处的部位设置有能够与所述封口法兰密闭配合的舱门法兰，所述舱门法兰与封口法兰之间通过快拆螺栓固定连接在一起。

进一步地，所述外胆舱门与碳钢外胆之间通过舱门铰链铰接连接。

进一步地，所述测量模块由封头阀体模块以及设置在封头阀体模块上的热电偶、传感器、配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀组成；所述碳钢外胆和白钢内胆的后端中心以及外胆舱门和内胆舱门的端面中心均设置有前后连通的通孔，每个所述通孔上固定连接有一组测量模块，所述测量模块中的配气切断电磁阀、真空切断电磁阀和气动座角阀均与所述真空泵管路连接，且所述配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀以及热电偶均通过与其电性连接的电气控制柜进行控制。

进一步地，所述封头阀体模块上的传感器具有5只，包括量程为0-100kPa、量程为0-20kPa以及量程为0-1500kPa的真空压力表各一只，量程为0-100kPa以及量程为0-20kPa的压力传感器各一只，每个传感器各配置一个气阀，在对应工作状态打开。

进一步地，所述实验舱外部罩设有钢制保护罩，所述钢制保护罩的底部固定连接在底座的顶部。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处在于：这种定容绝热燃烧仓装置具有更大容积的测量池，能够抵御更大的压力冲击，采用了内胆的泄压设计，能够评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害，模拟样品在（失控等）严重情形下的自加速反应；既可用于固体或液体化学品的热分析，也可评估（混合）气体、气/液、液/液、气/固和液/固混合体系、包括连续液体/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，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、高能爆炸材料以及烟火药剂的热安全性分析；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，应用范围广。

附图说明

图1是本实用新型定容绝热燃烧仓装置外部立体结构示意图；

图2是本实用新型定容绝热燃烧仓装置俯视结构示意图；

图3是图2中A-A的结构剖视图；

图4是图2中B-B的结构剖视图；

图5是本实用新型定容绝热燃烧仓装置中实验舱立体结构示意图；

图6是本实用新型定容绝热燃烧仓装置中实验舱端部结构示意图；

图7是本实用新型定容绝热燃烧仓装置中加热丝与白钢内胆装配结构示意图。

图中：1、底座；2、电气控制柜；3、钢制保护罩；4、真空泵；5、实验舱；51、碳钢外胆；511、外胆舱门；52、白钢内胆；521、内胆舱门；53、隔热层；54、U型加热丝；541、封头加热丝；55、舱门法兰；56、封口法兰；57、快拆螺栓；58、舱门铰链；6、测量模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。

图1-4所示一种定容绝热燃烧仓装置，具有底座1，所述底座1顶部固定设置有实验舱5，侧面设置有前后并列的电气控制柜2和真空泵4，为了提高实验的安全系数，所述实验舱5外部罩设有钢制保护罩3，所述钢制保护罩3的底部固定连接在底座1的顶部，实验舱5与钢制保护罩3之间具有厚度不小于50mm的硅酸铝绝热棉层；所述实验舱5由碳钢外胆51和包裹在碳钢外胆51内部的白钢内胆52组成，其中白钢内胆52为长径比为1：1的圆柱体舱体结构，其内径约500mm，轴长约500mm，容积约82L，具有较大的内腔即测量池；如图5和图6所示，所述碳钢外胆51和白钢内胆52的后端封闭，前端设置有相互连通的开口，且白钢内胆52的开口与碳钢外胆51的开口上下齐平；所述碳钢外胆51前端的开口处铰接有能够与其开闭配合的外胆舱门511，所述外胆舱门511与碳钢外胆51之间通过舱门铰链58铰接连接；为了方便外胆舱门511与碳钢外胆51密闭配合，同时方便紧密连接和快速分离，所述碳钢外胆51前端的开口外侧设置有封口法兰56，所述外胆舱门511上对应碳钢外胆51前端开口处的部位设置有能够与所述封口法兰56密闭配合的舱门法兰55，所述舱门法兰55与封口法兰56之间通过快拆螺栓57固定连接在一起，为了保证舱门法兰55与封口法兰56之间闭合后的固定效果，所述快拆螺栓57具有多个，其沿封口法兰56的外圈四周等间距均匀设置；所述白钢内胆52前端的开口处设置有能够与其开闭配合的内胆舱门521，所述内胆舱门521固定连接在外胆舱门511的内侧；为了便于白钢内胆52在碳钢外胆51内的固定以及内胆舱门521在外胆舱门511上的固定，所述碳钢外胆51与白钢内胆52之间以及外胆舱门511与内胆舱门521之间均具有间隙，白钢内胆52与碳钢外胆51之间以及内胆舱门521与外胆舱门511之间均通过耐高温支架固定连接在一起；为了保证白钢内胆52内的保温效果，且提高安全系数，所述碳钢外胆51与白钢内胆52之间的间隙内以及外胆舱门511与内胆舱门521之间的间隙内均填充有由耐高温隔热棉构成的隔热层53，所述耐高温隔热棉为硅酸铝绝热棉，其厚度不小于100mm；为了方便白钢内胆52内圈的加热，所述白钢内胆52的内腔壁面以及内胆舱门521的壁面上均设置有与外部电气控制柜2电性连接的加热棒，所述碳钢外胆51、外胆舱门511、白钢内胆52以及内胆舱门521上均设置有便于加热棒上线缆引出的导引孔，且碳钢外胆51和白钢内胆52上的导引孔位置相互对应，外胆舱门511和内胆舱门521上的导引孔位置相互对应，加热棒上的线缆通过导引孔可以与电气控制柜电性连接在一起；所述碳钢外胆51的后端中心以及外胆舱门511的外端中心均固定设置有能够连通白钢内胆52内腔的测量模块6；所述测量模块6由封头阀体模块以及设置在封头阀体模块上的热电偶、传感器、配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀组成，封头阀体模块能够连通白钢内胆52内腔；所述碳钢外胆51和白钢内胆52的后端中心以及外胆舱门511和内胆舱门521的端面中心均设置有前后连通的通孔，每个所述通孔上固定连接有一组测量模块6，所述测量模块6中的配气切断电磁阀、真空切断电磁阀和气动座角阀均与所述真空泵4管路连接，且所述配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀以及热电偶均通过与其电性连接的电气控制柜2进行控制；为了能够监控不同实验对象的压力，所述封头阀体模块上的传感器具有5只，包括量程为0-100kPa、量程为0-20kPa以及量程为0-1500kPa的真空压力表各一只，量程为0-100kPa以及量程为0-20kPa的压力传感器各一只，每个传感器各配置一个气阀，在对应工作状态打开。

为了保证加热功率，如图7所示，所述白钢内胆52的外周包设有U型加热丝54，白钢内胆52的后端外部以及内胆舱门521的外部均包设有封头加热丝541，所述碳钢外胆51和外胆舱门511上均设置有方便U型加热丝54和封头加热丝541引出的衔接孔，所述U型加热丝54和封头加热丝541穿过衔接孔与电气控制柜2电性连接，单位面积加热功率不小于10.2kw/m²。

为了能够对白钢内胆52内的温度进行监控，所述白钢内胆52内腔筒体上嵌入有控制热电偶，且控制热电偶具有多个，分布在白钢内胆52内腔后端、底部中间以及外胆舱门511内壁上，碳钢外胆51和白钢内胆52上具有用于热电偶或其他过充电源线、电压采集线等穿设的进出孔，进出孔通过集尘头法兰密封。

这种定容绝热燃烧仓装置的操作方法包括以下步骤：

S1、待机准备：检查装置的状态、电气柜状态，将组合在一起的外胆舱门511和内胆舱门521开启，将用于实验的物品放置在白钢内胆52中；

S2、真空环境设置：关闭组合在一起的外胆舱门511和内胆舱门521，通过快拆螺栓57锁紧固定，将封头阀体模块2上的阀门全部关闭，并验证，通过电气控制柜2配合真空泵4开启配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀，真空泵4对白钢内胆52抽真空至-95kPa，时间不大于10分钟（即从常压抽真空至真空度95%的时间小于10分钟），使白钢内胆52内腔达到真空度要求后停止，然后关闭配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀；

S3、开始试验：开启热电偶及传感器，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/固和液/固混合体系、包括连续液体/气体加料反应体系的潜在危险，数据全部读取完毕并储存；

S4、装置清洁：实验完毕以后，将压力降低到大气压力，检查热电偶及压力传感器，不良换新，清洁并收集附着物，关闭组合在一起的外胆舱门511和内胆舱门521，关闭电源、真空泵，实验结束。

这种定容绝热燃烧仓装置具有更大容积的测量池，能够抵御更大的压力冲击，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小时泄气量不得大于1%，密封性能好，采用了内胆的泄压设计，能够评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害，模拟样品在（失控等）严重情形下的自加速反应；既可用于固体或液体化学品的热分析，也可评估（混合）气体、气/液、液/液、气/固和液/固混合体系、包括连续液体/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，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、高能爆炸材料以及烟火药剂的热安全性分析；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，应用范围广。

这种定容绝热燃烧仓装置具有更大容积的测量池，能够抵御更大的压力冲击，采用了内胆的泄压设计，能够评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害，模拟样品在（失控等）严重情形下的自加速反应；既可用于固体或液体化学品的热分析，也可评估（混合）气体、气/液、液/液、气/固和液/固混合体系、包括连续液体/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，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、高能爆炸材料以及烟火药剂的热安全性分析；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，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，应用范围广。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种定容绝热燃烧仓装置，其特征是，具有底座（1），所述底座（1）顶部固定设置有实验舱（5），侧面设置有前后并列的电气控制柜（2）和真空泵（4）；所述实验舱（5）由碳钢外胆（51）和包裹在碳钢外胆（51）内部的白钢内胆（52）组成；所述碳钢外胆（51）和白钢内胆（52）的后端封闭，前端设置有相互连通的开口，且白钢内胆（52）的开口与碳钢外胆（51）的开口上下齐平；所述碳钢外胆（51）前端的开口处铰接有能够与其开闭配合的外胆舱门（511），白钢内胆（52）前端的开口处设置有能够与其开闭配合的内胆舱门（521），所述内胆舱门（521）固定连接在外胆舱门（511）的内侧，白钢内胆（52）的内腔壁面以及内胆舱门（521）的壁面上均设置有与外部电气控制柜（2）电性连接的加热棒；所述碳钢外胆（51）的后端中心以及外胆舱门（511）的外端中心均固定设置有能够连通白钢内胆（52）内腔的测量模块（6）。

2.根据权利要求1所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述碳钢外胆（51）与白钢内胆（52）之间以及外胆舱门（511）与内胆舱门（521）之间均具有间隙，白钢内胆（52）与碳钢外胆（51）之间以及内胆舱门（521）与外胆舱门（511）之间均通过耐高温支架固定连接在一起。

3.根据权利要求2所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述碳钢外胆（51）与白钢内胆（52）之间的间隙内以及外胆舱门（511）与内胆舱门（521）之间的间隙内均填充有由耐高温隔热棉构成的隔热层（53）。

4.根据权利要求1所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述白钢内胆（52）的外周包设有U型加热丝（54），白钢内胆（52）的后端外部以及内胆舱门（521）的外部均包设有封头加热丝（541），所述碳钢外胆（51）和外胆舱门（511）上均设置有方便U型加热丝（54）和封头加热丝（541）引出的衔接孔，所述U型加热丝（54）和封头加热丝（541）穿过衔接孔与电气控制柜（2）电性连接。

5.根据权利要求1所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述碳钢外胆（51）前端的开口外侧设置有封口法兰（56），所述外胆舱门（511）上对应碳钢外胆（51）前端开口处的部位设置有能够与所述封口法兰（56）密闭配合的舱门法兰（55），所述舱门法兰（55）与封口法兰（56）之间通过快拆螺栓（57）固定连接在一起。

6.根据权利要求1所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述外胆舱门（511）与碳钢外胆（51）之间通过舱门铰链（58）铰接连接。

7.根据权利要求1所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述测量模块（6）由封头阀体模块以及设置在封头阀体模块上的热电偶、传感器、配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀组成；所述碳钢外胆（51）和白钢内胆（52）的后端中心以及外胆舱门（511）和内胆舱门（521）的端面中心均设置有前后连通的通孔，每个所述通孔上固定连接有一组测量模块（6），所述测量模块（6）中的配气切断电磁阀、真空切断电磁阀和气动座角阀均与所述真空泵（4）管路连接，且所述配气切断电磁阀、真空切断电磁阀、气动座角阀以及热电偶均通过与其电性连接的电气控制柜（2）进行控制。

8.根据权利要求7所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述封头阀体模块上的传感器具有5只，包括量程为0-100kPa、量程为0-20kPa以及量程为0-1500kPa的真空压力表各一只，量程为0-100kPa以及量程为0-20kPa的压力传感器各一只，每个传感器各配置一个气阀，在对应工作状态打开。

9.根据权利要求1所述的定容绝热燃烧仓装置，其特征是，所述实验舱（5）外部罩设有钢制保护罩（3），所述钢制保护罩（3）的底部固定连接在底座（1）的顶部。

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