一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备，包括反应腔主体、反应器、液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统。反应器设于反应腔主体内；反应腔主体上连有液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统。本实用新型专利技术的大型化燃烧合成设备通过反应腔冷却系统和相变储能元件实现了对燃烧合成反应腔内总热量的精确控制，解决了由于反应腔容积增大带来的放热反应与冷却能力不匹配问题，将反应腔内部温度维持在合理的温度和压力区间范围内，从而保证大型化后设备的生产安全。

Large temperature combustion synthesis device controlled by temperature and pressure

The utility model discloses a large temperature and pressure controlled combustion synthesis device comprises a reaction cavity body, reactor, hydraulic control system, temperature measurement system, phase change energy storage module control system, the reactor cooling system and pressure measuring system. The reactor is provided with a hydraulic control system, a temperature measuring system, a phase change energy storage module, a control system, a reaction chamber, a cooling system and a pressure measuring system. The utility model has the advantages of large scale combustion synthesis equipment component to achieve precise control of the combustion synthesis reaction chamber total heat through the reaction cavity cooling system and phase change, solve the increasing volume of the reaction cavity exothermic reaction and cooling capacity does not match the problem, internal temperature of the reaction chamber to maintain the temperature and pressure in a reasonable range inside, so as to ensure the safety production of large-scale equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备
本专利技术涉及材料合成装置
更具体地，涉及一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备。
技术介绍
燃烧合成法(又称为自蔓延高温合成法)是利用反应物之间反应放热来合成材料的一种方法，反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，整个过程几乎不需要外界提供能量，并且反应迅速、合成时间短。燃烧合成法具有工艺简单、周期短、能耗低、成本低廉等特点，是合成高性能陶瓷粉末材料的重要工艺方法之一。在采用燃烧合成方法制备特种陶瓷粉体方面，已有大量的专利和研究论文报道，例如，前苏联Merzhanov等人专利技术的“一种制备高α相氮化硅的方法”(专利US5032370)和“自蔓延制备氮化硅”(专利RU2257338)，较早地采用燃烧合成方法成功制备除了α相氮化硅粉体，但采用的氮气压力较高(最高达到30MPa)，对设备要求很高，不利于放大生产，同时采用大量卤化铵盐，反应后会产生大量的卤化氢气体，既对设备造成严重腐蚀，也对操作人员造成危害，如果不经处理直接排放，还会污染环境。中国科学院理化技术研究所的林志明等人专利技术的“控温活化自蔓延燃烧合成α相氮化硅粉体的方法”(中国专利CN1673070A)，通过对原料进行活化，在较低氮气压力下制备出了高α相氮化硅粉体，但因为也需使用铵盐，因此也存在腐蚀设备等问题。清华大学陈克新等人专利技术的“一种低压燃烧合成高α相氮化硅粉体的方法”(中国专利CN1362358A)，采用硅粉悬浮氮化技术，可以进一步降低氮气压力，实现连续化合成，但工序较多、生产周期较长，能耗也相对较大。目前主流的燃烧合成设备包括两种：一种是卧式高压反应釜，另一种是立式高压反应釜，中南大学王德志等人对现有的立式高压反应釜进行了结构改进(中国专利CN2703594Y)，在反应腔内部设置了预压板，由设置在上端的螺旋夹紧器控制预压板上下运动，实现对反应腔内部物料的预压，该专利并未对反应釜进行实质性的改进。目前，在采用燃烧合成方法制备特种陶瓷粉体的现有设备中，设备容积均未超过100L，设备的容积和合成规模都比较小，单次合成量不超过10kg，总体生产效率较低，影响了燃烧合成低成本优势的发挥。因此，燃烧合成设备的大型化和与之匹配的工艺参数的优化是燃烧合成技术产业化的关键问题所在，其中对设备的改进尤其困难，燃烧合成反应一般在高温高压密闭条件下进行，设备的反应腔需要耐高温、耐高压、耐腐蚀，并且压力和温度的变化剧烈，对于反应腔的抗热震性、抗压力突变性等有较高的要求，在这种情况下，在不改变原有结构设计的基础上盲目放大燃烧合成设备，容易导致放大后的设备温度和压力工况发生变化，比如当反应腔冷却能力的提升显著弱于反应腔的体积增大带来的反应总热量的增加时，会造成反应腔内部维持在较高的温度，这种情况下反应腔所用金属材料长期处于高温高压环境中，耐受性下降，容易引发安全事故。因此，本专利技术提出了一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备，改进的关键在于解决由于反应腔容积增大带来的放热反应与冷却能力不匹配问题，将反应腔内部温度维持在合理的温度和压力区间范围内，从而保证大型化后设备的生产安全。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备，包括反应腔主体、反应器、液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统；所述反应器设于反应腔主体内；所述反应腔主体上连有液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统；所述反应腔主体包括反应腔盖、反应腔、冷却腔、泄压阀、压力测量元件、温度测量元件、相变储能元件和相变储能检测装置；所述反应腔一侧设有反应腔盖，另一侧设有泄压阀；所述反应腔盖通过导线连接液压控制系统；所述反应腔内部设有反应器；所述反应腔的内壁设有相变储能元件；所述反应腔的上端设有压力测量元件，下端设有温度测量元件和相变储能检测装置；所述压力测量元件通过导线连接压力测量系统，实现反应腔内压力的适时采集和控制；所述温度测量元件通过导线连接温度测量系统，实现温度的采集和检测；所述相变储能检测装置的上端连接相变储能元件，下端通过导线连接相变储能模块控制系统，由相变储能控制系统来监测和控制相变储能元件的工作状态；所述反应腔外部套设有冷却腔；所述冷却腔为中空结构，冷却水从一端可以流到另一端实现循环，带走反应腔的部分热量；所述冷却腔通过导线连接反应腔冷却系统，通过冷却系统可实现冷却速度的精确控制。优选地，所述反应腔呈圆筒型，容积为0.2-20m3；优选地，所述相变储能元件活动式连接或固定式连接于反应腔的内壁上；所述相变储能元件为一组；优选地，所述温度测量元件至少为两组；优选地，所述压力测量元件至少为两组；优选地，所述反应器包括一层以上的料舟，所述料舟的一端设有点火位置，所述料舟上等距离设置两个以上的物料温度测量点，所述物料温度测量点通过导线连接温度测量元件，可以实现反应物料的温度测量。优选地，所述相变储能元件的相变储能材料选自三水醋酸钠、NH4Al(SO4)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O、KCl-ZnCl2、NaCl-MgCl2、NaF-KF-LiF-MgF2、Al-Si、Al-Cu-Si、Mg-Zn、Al-Mg-Zn中的一种或几种；优选地，所述相变储能元件的结构为弯管式、盘管式或阵列管式，管内密封相变储能材料；优选地，所述相变储能元件的结构为圆环状或圆筒状，圆环或圆筒内密封相变储能材料。优选地，所述相变储能材料的相变温度区间为50-600℃，相变潜热为150-500kJ/kg。本专利技术的技术方案通过两个技术手段，实现了对燃烧合成反应腔内总热量的精确控制。一是反应腔冷却系统的精确控制，通过所述的冷却系统来控制冷却腔内冷却水的流速和流量；二是在反应腔内部设置相变储能元件，在燃烧合成反应的前段和中段，反应腔的温度和压力快速增长的过程中，相变储能元件能够吸收热量，直至相变温度，减缓反应腔内温度升高的速度，随着燃烧合成反应进入中后段时，反应腔的温度开始逐步下降，当低于相变储能元件的相变温度时，相变储能元件开始向反应腔释放热能，从而减缓反应腔内温度降低的速度，由此可见，相变储能元件在整个反应过程中降低了温度的梯度，保证燃烧合成反应在一个相对稳定的环境温度和压力下完成。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的大型化燃烧合成设备通过反应腔冷却系统和相变储能元件实现了对燃烧合成反应腔内总热量的精确控制，解决了由于反应腔容积增大带来的放热反应与冷却能力不匹配问题，将反应腔内部温度维持在合理的温度和压力区间范围内，从而保证大型化后设备的生产安全。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出实施例1中大型化燃烧合成设备的示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。实施例1一种大型化燃烧合成设备，包括反应腔主体、反应器2、液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备，其特征在于，包括反应腔主体、反应器、液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统；所述反应器设于反应腔主体内；所述反应腔主体上连有液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统。

【技术特征摘要】
1.一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备，其特征在于，包括反应腔主体、反应器、液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统；所述反应器设于反应腔主体内；所述反应腔主体上连有液压控制系统、温度测量系统、相变储能模块控制系统、反应腔冷却系统和压力测量系统。2.根据权利要求1所述的一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备，其特征在于，所述反应腔主体包括反应腔盖、反应腔、冷却腔、泄压阀、压力测量元件、温度测量元件、相变储能元件和相变储能检测装置；所述反应腔一侧设有反应腔盖，另一侧设有泄压阀；所述反应腔盖通过导线连接液压控制系统；所述反应腔内部设有反应器；所述反应腔的内壁设有相变储能元件；所述反应腔的上端设有压力测量元件，下端设有温度测量元件和相变储能检测装置；所述压力测量元件通过导线连接压力测量系统；所述温度测量元件通过导线连接温度测量系统；所述相变储能检测装置的上端连接相变储能元件，下端通过导线连接相变储能模块控制系统；所述反应腔外部套设有冷却腔；所述冷却腔为中空结构；所述冷却腔通过导线连接反应腔冷却系统。3.根据权利要求2所述的一种温度压力可控的大型化燃烧合成设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光华，杨增朝，贺刚，李江涛，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11