[发明专利]一种封闭舱内生成氢气纵向浓度梯度的实验装置

说明书

本发明涉及一种封闭舱内生成氢气纵向浓度梯度的实验装置。包括封闭舱、储气罐、配气机构和数据采集机构；封闭舱的顶部均布设有喷头，一侧面由上至下均布设有气体浓度传感器，下部设有排气孔；配气机构包括配气管、真空泵、氢气罐和空气罐；数据采集机构包括数据模块和计算机。实验时，打开封闭舱下部排气口和顶部喷头，将氢气均匀喷入，舱内原有空气排出，使舱内始终保持一个大气压；关闭排气孔，氢气在舱内扩散形成纵向氢气浓度梯度；气体浓度传感器检测不同位置实时氧气浓度，由于舱内气压保持不变，增加的氢气浓度即为减少的氧气浓度。本发明弥补了可燃气体燃烧爆炸特性研究中封闭舱可燃气体纵向浓度梯度研究的空白。

技术领域

本发明涉及氢气安全利用技术领域，具体是封闭实验舱内实现可燃气纵向浓度梯度并对该梯度进行实时监测的实验装置。

背景技术

目前，能源在保障国民经济增长、促进社会进步和提高人民生活水平等方面发挥着积极作用，但是基于能源稀缺性、过分倚重化石能源以及化石能源具有不可再生性等，它又成为经济发展的重要制约因素，并对环境保护造成压力，因此节约能源和开发利用新能源已成为新时期能源经济面对的现实课题。氢气能源作为近些年来的新兴能源之一，拥有巨大的潜力和广阔的前景，得到了日益广泛的重视和应用。氢气作为新型能源，其安全性也引起了广泛关注，氢气爆炸极限范围很广，单位体积爆炸释放能量高，一旦发生点燃，会造成巨大的经济损失和人员伤亡。由于氢气的密度很小，发生泄漏时的混合物中氢气会浮于空间的顶部，混合并不均匀，而非常可能在空间中形成一定的浓度梯度，这种具有浓度梯度的混合物一旦遇到点火源发生爆炸，可能会造成更加巨大的破坏。

现今针对封闭空间内具有浓度梯度的氢气爆炸，国内外的研究相对较少，尤其是实验方面，国内几乎没有对具有浓度梯度的氢气爆炸进行相关的实验研究。目前，国内并没有能够实现封闭空间内氢气具有浓度梯度并对氢气梯度进行实时监测的实验装置，因此，急需研发一种在封闭实验舱内实现氢气纵向浓度梯度并对该梯度进行实时监测的实验装置，来在不同平均浓度、不同氢气梯度与均匀情况形成对比，研究其对爆炸火焰和压力的影响。

发明内容

一种封闭舱内生成氢气纵向浓度梯度的实验装置，解决了现有实验装置中缺少研究具有浓度梯度的氢气爆炸研究实验装置的空白。

一种封闭舱内生成氢气纵向浓度梯度的实验装置包括封闭舱15、储气罐14、配气机构和数据采集机构；

所述封闭舱15的顶部均布设有四个以上的喷头21；每个喷头21的喷口位于封闭舱15内，喷头21的进口端通过电磁阀13和喷气管连通着储气罐14；与封闭舱15连通一侧的喷气管上设有喷气阀12；所述封闭舱15的侧面上由上至下均布设有三个以上气体浓度传感器16，下部还设有排气孔17；

所述储气罐14上设有压力表；

所述配气机构包括配气管3、真空泵7、氢气罐1和空气罐2；

所述配气管3上设有压力表6、真空管口、空气配气口、氢气配气口、空气进口和氢气进口；所述真空泵7的抽真空端口连通着真空管口，真空管口上设有真空控制阀20；所述空气配气口通过空气配气管9连通着封闭舱15的侧面上部，空气配气口上设有空气配气阀8；所述氢气配气口通过氢气配气管11连通着储气罐14的顶部，氢气配气口上设有氢气配气阀10；所述氢气进口通过管道连通着氢气罐1，氢气进口上设有氢气阀4；所述空气进口通过管道连通着空气罐2，空气进口上设有空气阀5；

所述数据采集机构包括数据模块18和计算机19，三个以上气体浓度传感器16通过导线连接着数据模块18的信号输入端，数据模块18的信号输出端通过导线连接着计算机19的信号输入端；

用于实验时，所述储气罐14内充入纯氢气，罐内氢气的压力为120Kpa；所述封闭舱15内充入干空气，舱内空气的压力为一个大气压；所述氢气罐1内为压力2～11Mpa纯氢气；所述空气罐2内为压力2～11Mpa干空气；