本實(shí)用新型涉及的是一種動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火試驗(yàn)裝置，屬于化工和消防安全技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車在國家的政策扶持下快速發(fā)展并大面積推廣應(yīng)用；電動(dòng)汽車的核心部件是動(dòng)力鋰電池，作為一種清潔能源，動(dòng)力鋰電池以其高能量、高電壓、循環(huán)壽命長和綠色環(huán)保的特點(diǎn)得到了越來越多的關(guān)注。

隨著動(dòng)力鋰電池的廣泛應(yīng)用，其火災(zāi)危險(xiǎn)性也逐漸顯現(xiàn)，動(dòng)力鋰電池在其燃燒過程中會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，一般還伴有放電現(xiàn)象，因此，動(dòng)力鋰電池火災(zāi)特性和蔓延發(fā)展情況較為復(fù)雜，不同于普通的消防建筑和設(shè)施的滅火環(huán)境，具有一定的獨(dú)特性，目前國內(nèi)還沒有設(shè)備、環(huán)境相類似的消防滅火系統(tǒng)，更沒有此類特殊環(huán)境及設(shè)備的消防標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，所以，研究動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火裝置和滅火方法就顯得非常重要，這也是當(dāng)前安全工程領(lǐng)域尤其是火災(zāi)與消防科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題之一。

動(dòng)力鋰電池火災(zāi)是由一系列電化學(xué)反應(yīng)引起，這些電化學(xué)反應(yīng)速度較快，反應(yīng)劇烈，這使得動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火不同于普通的消防建筑和設(shè)施的滅火環(huán)境，普通滅火劑很難撲滅，即使撲滅，也會(huì)發(fā)生復(fù)燃，而且對(duì)人員和環(huán)境傷害很大；動(dòng)力鋰電池的熱失控燃燒反應(yīng)發(fā)生在電池內(nèi)部，滅火劑一般不能直接作用于電池內(nèi)部，滅火就更為困難；鑒于動(dòng)力鋰電池一般安裝在電動(dòng)汽車內(nèi)部封閉空間，內(nèi)部不僅有儀器設(shè)備，而且有人員活動(dòng)，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，人員難以及時(shí)逃生，因此對(duì)滅火介質(zhì)的安全、環(huán)保特性有較高要求，要求消防滅火系統(tǒng)必須以人為本，滅火介質(zhì)的選擇必須最大限度的降低對(duì)人體的傷害。

目前的各類滅火介質(zhì)中，鹵代烷對(duì)人員有傷害，有的鹵代烷還存在酸類熱分解產(chǎn)物，對(duì)儀器設(shè)備損害較大；二氧化碳滅火介質(zhì)對(duì)人員有致命傷害；惰性氣體滅火介質(zhì)對(duì)人體和設(shè)備損失均較小，但其窒息作用原理完全不適宜于此場合；細(xì)水霧對(duì)人體無害，環(huán)保性最好；表面活性劑由天然或再生資源為原料加工而成，具有良好的表面活性、兼容性、溶解度和穩(wěn)定性，它在水中形成對(duì)疏水性有機(jī)物具有增溶作用的膠束，極大提高有機(jī)物在水中的表觀溶解度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供的是一種動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火試驗(yàn)裝置，其目的是解決動(dòng)力鋰電池發(fā)生熱失控燃燒時(shí)不能及時(shí)被撲滅而引燃整個(gè)電動(dòng)汽車火災(zāi)的問題,以及提供一種對(duì)典型的動(dòng)力鋰電池和大型的電池模塊都能進(jìn)行火災(zāi)滅火研究的試驗(yàn)裝置。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案：一種動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火試驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)包括燃燒室、電池安放系統(tǒng)、熱源供給系統(tǒng)、測量及監(jiān)控系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)；所述燃燒室包括底板、頂板、左壁、右壁、后壁、前門、通風(fēng)孔、引線穿孔及防火板；其中，后壁設(shè)有通風(fēng)孔，左壁設(shè)有引線穿孔，底板、頂板、左壁、右壁、后壁為不銹鋼鋼板，鋼板里面是防火板；電池安放系統(tǒng)設(shè)在燃燒室1內(nèi), 電池安放系統(tǒng)中的鋼座5上的開孔25與廢液處理系統(tǒng)中的B輸送管道31的首端相接；排煙系統(tǒng)中的煙氣收集器27置于燃燒室1的頂板上并與排煙管道29相接；熱源供給系統(tǒng)中的管爐15的一端在電池安放系統(tǒng)附近；測量及監(jiān)控系統(tǒng)中的高速攝像儀13處于燃燒室1的左壁上；滅火系統(tǒng)中的A輸送管道17的一端穿過燃燒室1的右壁與噴頭16連接。

本實(shí)用新型的有益效果：

1） 本實(shí)用新型操作簡單，結(jié)構(gòu)合理，功能齊全，面對(duì)普通滅火劑撲救動(dòng)力鋰電池火災(zāi)效果不佳的現(xiàn)狀，克服了現(xiàn)有消防技術(shù)的不足，通過含表面活性劑細(xì)水霧專用滅火系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力鋰電池火災(zāi)快速、有效撲救的過程，提高了滅火效果，大大減少了滅火時(shí)間，滅火劑用量，降低了滅火成本及動(dòng)力鋰電池本身的損失，減少了動(dòng)力鋰電池火災(zāi)帶來的生命和財(cái)產(chǎn)損失；是一種高效、環(huán)保的滅火裝置；

2）本實(shí)用新型屬于全尺寸試驗(yàn)平臺(tái)，不僅能對(duì)典型的動(dòng)力鋰電池進(jìn)行火災(zāi)滅火研究，而且能對(duì)大型的電池模塊進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中的溫度、熱通量等變化均能精確記錄，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集精度高，大大增加了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度；

3）本實(shí)用新型通過含表面活性劑細(xì)水霧專用滅火系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)力鋰電池火災(zāi)快速、有效撲滅的過程，同時(shí)，噴頭設(shè)計(jì)為錐形離心式細(xì)水霧噴頭，避免了相互有不等的雙、三、甚至多次重疊覆蓋的區(qū)域，提高了滅火效果，大大減少了滅火時(shí)間，滅火劑用量，降低了滅火成本及動(dòng)力鋰電池本身的損失。

附圖說明

附圖1是一種動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火試驗(yàn)裝置立體效果示意圖。

附圖2是一種動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火試驗(yàn)裝置平面主視圖。

附圖3是動(dòng)力鋰電池支撐鋼座立體效果示意圖。

附圖4是滅火劑噴頭示意圖。

附圖5是常用滅火劑噴頭灑水覆蓋區(qū)示意圖。

附圖6是本實(shí)用新型噴頭灑水覆蓋區(qū)示意圖。

圖中，1是燃燒室，2是防火板，3是前門，4是支架，5是鋼座，6是固定鋼管，7是通風(fēng)孔，8是引線穿孔，9是輻射熱計(jì)，10是熱電偶，11是壓力傳感器，12是鎳鉻合金線，13是高速攝像儀，14是氣體燃燒器，15是管爐，16是噴頭，17是A輸送管道，18是控制閥，19是流量計(jì)，20是壓力表，21是減壓閥，22是泵組，23是吸水管，24是滅火劑儲(chǔ)罐，25是開孔，26是回收罐，27是煙氣收集器，28是防爆風(fēng)機(jī)，29是排煙管道，30是排煙防火閥，31是B輸送管道。

具體實(shí)施方式

一種動(dòng)力鋰電池火災(zāi)滅火試驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)包括燃燒室1、電池安放系統(tǒng)、熱源供給系統(tǒng)、測量及監(jiān)控系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)；所述燃燒室1包括底板、頂板、左壁、右壁、后壁、前門3、通風(fēng)孔7、引線穿孔8及防火板2；其中，后壁設(shè)有通風(fēng)孔7，左壁設(shè)有引線穿孔8，底板、頂板、左壁、右壁、后壁為不銹鋼鋼板，鋼板里面是防火板2；其中，電池安放系統(tǒng)設(shè)在燃燒室1內(nèi), 電池安放系統(tǒng)中的鋼座5上的開孔25與廢液處理系統(tǒng)中的B輸送管道31的首端相接；排煙系統(tǒng)中的煙氣收集器27置于燃燒室1的頂板上并與排煙管道29相接；熱源供給系統(tǒng)中的管爐15的一端在電池安放系統(tǒng)附近；測量及監(jiān)控系統(tǒng)中的高速攝像儀13處于燃燒室1的左壁上；滅火系統(tǒng)中的A輸送管道17的一端穿過燃燒室1的右壁與噴頭16連接。

所述的前門3的材質(zhì)為能防火、防爆的有機(jī)透明玻璃，易于觀察試驗(yàn)過程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，同時(shí)保證動(dòng)力鋰電池發(fā)生熱失控噴出氣體時(shí)不會(huì)破碎。

所述的前門3與左壁相接，前門3能夠打開和關(guān)閉；前門3右側(cè)設(shè)有把手，方便工作人員打開和關(guān)閉前門3。

所述的電池安放系統(tǒng)包括支架4、鋼座5、固定鋼管6；其中，支架4上是鋼座5，鋼座5上是固定鋼管6，支架4與鋼座5、鋼座5與固定鋼管6之間均通過螺絲固定；所述支架4為不銹鋼支架，所述鋼座5為絕緣材料制成，厚度為2cm；所述鋼座5上端設(shè)有熱電偶10和壓力傳感器11，熱電偶10和壓力傳感器11通過安裝孔固定在鋼座5上，熱電偶10和壓力傳感器11通過引線穿孔8中的鎳鉻合金線與實(shí)驗(yàn)室外部的數(shù)據(jù)采集儀連接；所述鋼座5上有開孔25。

所述排煙系統(tǒng)包括煙氣收集器27、防爆風(fēng)機(jī)28、排煙管道29和排煙防火閥30；其中，煙氣收集器27置于燃燒室1的頂板上并與排煙管道29相接，可在必要時(shí)抽排電池火災(zāi)滅火過程釋放的氣體和氣體燃燒產(chǎn)物；防爆風(fēng)機(jī)28處于煙氣收集器27與排煙管道29銜接處，可防止火災(zāi)滅火過程中產(chǎn)生的有毒有害氣體積聚過快引起爆炸；所述排煙防火閥30由閥體、葉片、執(zhí)行媒介和溫感器組成，處于排煙管道29上。

所述熱源供給系統(tǒng)包括氣體（丙烷）燃燒器14與1000W管爐15；其中，管爐15的一端穿過燃燒室1的右壁處在電池安放系統(tǒng)附近，管爐另一端與氣體燃燒器相接；管爐15直徑8.5cm，管爐壁厚度1.5cm；試驗(yàn)時(shí)，打開管爐加熱器，待動(dòng)力鋰電池溫度達(dá)到90℃時(shí)，打開丙烷燃燒器，在動(dòng)力鋰電池發(fā)生熱失控后，開始噴灑滅火劑。

所述測量及監(jiān)控系統(tǒng)包括熱電偶10、輻射熱計(jì)9、壓力傳感器11、高速攝像儀13；其中，輻射熱計(jì)9、高速攝像儀13處于燃燒室1的左壁上；所述壓力表20主要用于監(jiān)測含表面活性劑細(xì)水霧專用滅火系統(tǒng)的壓力；所述熱電偶10主要用于記錄火災(zāi)滅火過程動(dòng)力鋰電池周圍溫度變化；所述輻射熱計(jì)9用來記錄動(dòng)力鋰電池被引燃后，起火部位對(duì)其它未燃區(qū)域的熱輻射；所述壓力傳感器11主要用于測量動(dòng)力鋰電池表面承受的滅火劑的壓力；所述高速攝像儀13主要用于記錄燃燒室1內(nèi)動(dòng)力鋰電池受熱、釋放氣體、燃燒、爆炸、熄滅的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。

所述滅火系統(tǒng)為含表面活性劑細(xì)水霧專用滅火系統(tǒng)，包括噴頭16、A輸送管道17、壓力表20、減壓閥21、流量計(jì)19、控制閥18、泵組22、吸水管23，滅火劑儲(chǔ)罐24；其中，噴頭16通過輸送管道17與泵組22相連，輸送管道17上接有壓力表20、減壓閥21、流量計(jì)19、控制閥18，泵組22通過吸水管23與滅火劑儲(chǔ)罐24相連；所述噴頭16為錐形離心式細(xì)水霧噴頭，是由若干個(gè)微型孔口構(gòu)成，為了防止噴頭堵塞，影響滅火效果，系統(tǒng)還設(shè)有過濾器；噴頭安裝在距燃燒室頂板0.5m；所述泵組22用螺栓連接的方式連接到角鐵架上，角鐵架固定在地面，泵組吸水管上的變徑處采用偏心大小頭連接，吸水管的尾端插入滅火劑儲(chǔ)罐底部；所述滅火劑儲(chǔ)罐24的材質(zhì)為防腐蝕材料制成，滅火劑儲(chǔ)罐罐口用O型圈密封，滅火劑儲(chǔ)罐所處的環(huán)境溫度滿足試驗(yàn)要求，必要時(shí)可采用外部冷卻裝置，以確定溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；所述輸送管道之間的焊接采用對(duì)口焊接，輸送管道外徑20mm，能夠承受輸送管道充滿滅火劑時(shí)重量及沖擊，同時(shí)對(duì)輸送管道采取導(dǎo)除靜電的措施，滅火系統(tǒng)中的A輸送管道17的一端穿過燃燒室1的右壁與噴頭16連接，另一端與泵組22連接；A輸送管道17與噴頭16的連接采用O型圈密封，A輸送管道17穿過燃燒室1右壁使用套管，A輸送管道17與套管間的空隙采用防火封堵材料填塞。管道的安裝依據(jù)《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》GB 50235和《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》GB 50236；所述流量計(jì)19顯示試驗(yàn)過程滅火劑的流量；所述控制閥18用來控制滅火過程中滅火劑的流量；所述壓力表20用來檢測含表面活性劑細(xì)水霧的壓力；所述減壓閥21用來控制含表面活性劑細(xì)水霧的壓力。

所述廢液處理系統(tǒng)包括B輸送管道31和回收罐26，所述B輸送管道31的首端穿過燃燒室1的右壁與電池安放系統(tǒng)中的鋼座5上的開孔25相接，B輸送管道31的尾端與回收罐26罐口密封相接，所述B輸送管道31的與開孔25和回收罐26罐口的連接均采用O型圈密封；所述回收罐26材質(zhì)為防腐蝕型，不與殘液發(fā)生任何反應(yīng)，方便對(duì)收集到的殘液進(jìn)行PH、酸堿度等測試。

所述燃燒室1為1.5×1.5×1.5m正六面體，底板、頂板、左壁、右壁和后壁均為不銹鋼鋼板，鋼板里面一層是防火板，周圍骨架均為不銹鋼鋼管。

所述通風(fēng)孔7主要用于內(nèi)部放置的動(dòng)力鋰電池的散熱以及室內(nèi)壓力的泄放，若實(shí)驗(yàn)過程中需要密閉環(huán)境亦可關(guān)閉。

所述鋼座為Kaowool絕緣材料，尺寸為80×80cm,厚度為2cm，鋼座上端設(shè)有熱電偶和壓力傳感器安裝孔，鋼座由支架支撐，支架為不銹鋼支架，支架高度為50cm；鋼座與固定鋼管、鋼座與支架之間用螺絲固定。

所述高速攝像儀安裝在燃燒室左壁，距燃燒室左壁低端1.2m，高速攝像儀與左壁之間用支架和螺絲連接、固定，主要用于記錄燃燒室內(nèi)電池受熱、釋放氣體燃燒、爆炸、熄滅的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)；所述熱電偶為K型熱電偶，安裝在動(dòng)力鋰電池固定鋼座安裝孔中，熱電偶分布在動(dòng)力鋰電池的周圍，主要用于記錄滅火過程電池周圍溫度變化，K型熱電偶測溫范圍為0～1000℃；所述輻射熱計(jì)安裝在燃燒室左壁，與引線穿孔和動(dòng)力鋰電池在同一水平高度，用來記錄動(dòng)力鋰電池被引燃后，起火部位對(duì)其它未燃區(qū)域的熱輻射，進(jìn)而模擬實(shí)際火災(zāi)情況下，輻射熱流的變化規(guī)律，輻射熱計(jì)量程為0-100KW/m²，精度為1%，距探測點(diǎn)0.6m；所述壓力傳感器安裝在動(dòng)力鋰電池固定鋼座安裝孔中，壓力傳感器分布在動(dòng)力鋰電池的前面和后面，主要用于測量電池表面承受的滅火劑的壓力；熱電偶和壓力傳感器通過鎳鉻合金線與燃燒室外的數(shù)據(jù)采集儀連接。

常用滅火劑噴頭的設(shè)計(jì)參數(shù)是根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)表取各區(qū)的較大值所得，均沒有涉及到平均噴灑強(qiáng)度的概念，而噴頭的實(shí)際噴灑情景中，相互有不等的雙、三、甚至多次重疊覆蓋的區(qū)域（圖5陰影區(qū)域即重疊覆蓋），從滅火效果的角度，以最薄弱的地方作為滅火的最低控制指標(biāo)比較合理。為適應(yīng)各種情況，滅火劑噴頭的性能上自然要求其噴灑分布越均勻越好，在這個(gè)前提下，非重疊噴灑區(qū)域的噴灑強(qiáng)度較薄弱，以之作為設(shè)計(jì)參數(shù)的控制標(biāo)準(zhǔn)，這樣，包括噴灑重復(fù)覆蓋區(qū)在內(nèi)的平均噴灑強(qiáng)度值將大于滅火試驗(yàn)定出的最小所需噴灑強(qiáng)度值。此時(shí)，最不利作用面積內(nèi)，噴頭噴灑重復(fù)覆蓋區(qū)越多，入口處所需的流量就越大，為保證末端壓力，就要更大的管徑減少滅火劑損失，一些措施，用錐形（如圖6）的噴頭可減少重復(fù)覆蓋，提高滅火效果。

表1列出了目前常用的幾種滅火介質(zhì)，分別從滅火機(jī)理、安全、環(huán)保特性等方面進(jìn)行了比較。

表1