一种耐高温高压的量热计样品池

1.本发明涉及量热学中的量热装置，具体地说是一种耐高温高压的量热计样品池。


背景技术：

2.比热不仅是物质基本热力学性质参数，而且是与物质结构和能量性质密切相关的特征数据。它对物理学和化学的理论研究及与能源和材料有关的工程技术的设计均有重要意义。到目前为止，绝热量热实验技术一直被认为是测定物质热容最准确、最直接的方法。但是，在高温高压下使用绝热量热法测量样品比热较少见，这将严重影响诸如石油等材料的比热和相变热效应的精确测量。因而，对耐高温高压的量热装置的研发和优化十分重要。
3.样品池作为量热计核心部件，其设计和优化将直接影响测量结果的准确性和可靠性。因此，设计和优化样品池结构，使其适用于高温高压的绝热量热研究非常重要，该样品池还应具有密封性好，传热性能优异，装换样方便的特点。


技术实现要素：

4.针对高温高压下使用绝热量热法测量样品比热较少见的问题，本发明的目的在于提供一种耐高温高压的量热计样品池。该样品池可在600k、15mpa下正常工作，且具有密封性好，换样方便的特点。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.本发明包括池体、热电偶套管、池盖、金属空心o形圈及入口阱，其中池体底部开设有通孔a，所述通孔a处安装有位于所述池体内部的入口阱；所述池体的顶部开设有矩形凹槽b，该矩形凹槽b内容置有金属空心o形圈，所述池盖与池体的顶部相连，并通过所述金属空心o形圈与池体的顶部密封，进而密封样品池，所述池盖上开设有用于与高压系统连接的通孔e，该通孔e与所述池体的内部相连通；所述池体的外表面上安装有固定热电偶的热电偶套管。
7.其中：所述池体分为上池体及下池体，该下池体的底部中心位置开设所述通孔a，所述上池体与下池体相焊接。
8.所述上池体及下池体均为半球壳状，该上池体与下池体焊接后组成球壳状的所述池体。
9.所述池体的顶部边缘沿径向向外延伸形成凸缘，所述凸缘上沿圆周方向均匀开设有多个通孔c；所述池盖上沿圆周方向均匀开设有与通孔c数量相同、一一对应的通孔d，每组相对应的通孔c及通孔d内均穿设有六角螺栓，并通过六角螺母连接固定，施加密封所需的预紧力。
10.所述池盖的轴向截面为阶梯轴状，小端直径小于所述金属空心o形圈的内径、且与所述池体上端开口的最小内径相等，大端直径大于所述金属空心o形圈的外径；所述通孔e开设于池盖的中心位置；各所述通孔d沿圆周方向均匀开设在大端直径处。
11.所述池体轴向截面的两侧对称设有热电偶套管，所述热电偶套管为空心圆管。
12.所述入口阱为上端封闭、下端开口的圆筒状，其开口的下端焊接在所述通孔a中。
13.所述池体、金属空心o形圈及池盖的轴向中心线共线。
14.所述金属空心o形圈的表面镀有镀层。
15.本发明的优点与积极效果为：
16.1.本发明可在600k、15mpa下正常工作。
17.2.本发明采用自紧式的金属空心o形圈密封，结构简单，密封性好。
18.3.本发明的球壳状池体可获得较大的样品填装量，有利于提高测试精度。
附图说明
19.图1为本发明的内部结构剖视图；
20.其中：1为池体，2为热电偶套管，3为池盖，4为六角螺母，5为金属空心o形圈，6为六角螺栓，7为入口阱，8为下池体，9为上池体，10为通孔a，11为矩形凹槽b，12为凸缘，13为通孔c，14为通孔d，15为通孔e。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步详述。
22.如图1所示，本发明包括池体1、热电偶套管2、池盖3、金属空心o形圈5及入口阱7，其中池体1底部开设有通孔a10，通孔a10处安装有位于池体1内部的入口阱7；池体1的顶部开设有矩形凹槽b11，该矩形凹槽b11内容置有金属空心o形圈5，池盖3与池体1的顶部相连，并通过金属空心o形圈5与池体1的顶部密封，进而密封样品池，池盖3上开设有用于与高压系统连接的通孔e15，该通孔e15与池体1的内部相连通；池体1的外表面上安装有固定热电偶的热电偶套管2。
23.本实施例的池体1分为上池体9及下池体8，上池体9及下池体8均为半球壳状，该上池体9与下池体8焊接后组成球壳状的池体1，以保证在耐压强度的前提下，使容器具有较大的有效体积，从而获得较大的样品填装量，有利于提高测试精度；下池体8的底部中心位置钻有通孔a10。本实施例池体1有材质为耐高温、机械性能好，耐腐蚀，导热性好，化学性质稳定的合金或金属，合金如不锈钢，金属如镍。本实施例池体1为球壳状，直径为20～60mm，高为40～90mm，池体1的壁厚设计参照标准jb4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》进行，本实施例池体1的壁厚为0.5～2mm；通孔a为圆孔，直径为5～20mm。本实施例的池体1的内外表面均抛光。
24.池体1(具体为上池体9)的顶部边缘沿径向向外延伸形成凸缘12，凸缘12上沿圆周方向均匀开设有多个(本实施例为四个)通孔c13。本实施例的池体1顶部凸缘12的外径为20～50mm，均布的四个通孔c13直径为2.5～5mm。矩形凹槽b11开设在凸缘12上，为全封闭结构，矩形凹槽b11的深度可通过计算，矩形凹槽b11的外径可通过计算,矩形凹槽b11的内径可通过计算；式中，t表示矩形槽的深度(mm)；δ表示金属空心o形圈5上镀层的厚度，r0表示金属空心o形圈5的截面半径，α表示金属空心o形圈5的压扁度，一般取0.60～0.75；d1表示矩形凹
槽b11的外径(mm)；dw表示金属空心o形圈5的外环直径，d表示金属空心o形圈5的截面直径，di表示矩形凹槽b11的内径(mm)。结合加工难度，取矩形凹槽b11的深度为0.3～1mm，外径为15～40mm，内径为14～39mm，端面粗糙度不低于ra1.6。金属空心o形圈5与凸缘12上的矩形凹槽b11配合，金属空心o形圈5为自紧式o形圈，不需要较大的螺栓预紧力，样品池内压力越高，金属空心o形圈5在接触面上的压紧力就越大，密封性能越好。金属空心o形圈5的材质为耐高温、机械性能好，耐腐蚀，导热性好，化学性质稳定的合金，如奥氏体不锈钢。本实施例的金属空心o形圈5的大圈直径为15～40mm，截面直径为0.5～1mm；本实施例的金属空心o形圈5表面涂有耐高温、导热性好，耐腐蚀，高延性的镀层，如铜、银，以增强密封效果，降低密封面加工要求，镀层厚为0.03～0.1mm。本实施例的金属空心o形圈5为市购产品，购置于沿固科技有限公司。
25.本实施例的池盖3的轴向截面为阶梯轴状，小端直径小于金属空心o形圈5的内径、且与池体1上端开口的最小内径相等，大端直径大于金属空心o形圈5的外径；通孔e15开设于池盖3的中心位置，用于与高压系统相连，提供实验所需压力。池盖3的大端直径上沿圆周方向均匀开设有与通孔c13数量相同、一一对应的通孔d14，每组相对应的通孔c13及通孔d14内均穿设有六角螺栓6，六角螺栓6与池体1上的通孔c13、池盖3上的通孔d14配合，并通过六角螺母4连接固定，六角螺栓6与六角螺母4提供密封时所需的预紧力。为使装换样过程更加方便，本实施例的六角螺母4与池盖3抵接。本实施例的池盖3的材质为耐高温、机械性能好，耐腐蚀，导热性好，化学性质稳定的合金或金属，合金如不锈钢，金属如镍；大端直径为20～50mm，高为0.5～2mm，均布的四个通孔d14直径为2.5～5mm，小端直径为10～30mm，高为0.5～1mm；中心位置的通孔e15直径为0.3～1mm。
26.本实施例的六角螺母4材质为耐高温、机械性能好，耐腐蚀，导热性好，化学性质稳定的合金，如不锈钢、中碳钢；六角螺母4的公称直径为2.5～5mm，螺距为0.45～0.8mm，圈数为3～5。本实施例的六角螺栓6材质为耐高温、机械性能好，耐腐蚀，导热性好，化学性质稳定的合金，如不锈钢、中碳钢；六角螺栓6的公称直径为2.5～5mm，螺距为0.45～0.8mm，圈数为10～15。
27.本实施例的池体1轴向截面的两侧对称焊接有热电偶套管2。本实施例的热电偶套管2材质为耐高温、机械性能好，耐腐蚀，导热性好，化学性质稳定的合金或金属，金属如铜，合金如黄铜；热电偶套管2为空心圆管，数量为两个，对称焊接在池体1的外表面，该热电偶套管的内径为1～3mm，壁厚为0.1～1mm，长度为5～15mm。
28.本实施例的入口阱7为上端封闭、下端开口的圆筒状，其开口的下端焊接在通孔a10中，以盛装温度计—加热器组件。本实例的入口阱7材质为耐高温、机械性能好，耐腐蚀，导热性好，化学性质稳定的合金或金属，金属如铜，合金如黄铜；入口阱7的外径为5～20mm，长为17～50mm，壁厚为0.3～1mm。
29.本实施例的池体1、金属空心o形圈5及池盖3的轴向中心线共线。