一种自反馈调节的阀门装置及灭火设备

技术领域

本申请涉及电化学储能消防领域，具体涉及一种自反馈调节的阀门装置及灭火设备。本发明可以应用于对锂电池消防或者有持续上限临界温度控制要求等应用场合。

背景技术

随着锂电池储能产品的逐渐进步和推广，越来越多的储能产品面向市场，到广大的应用当中。然而，其带来的火灾风险也不容忽视，采取必要的防火和灭火措施，降低使用风险，提升安全性刻不容缓，引起锂电池着火的本质是电池内的热量未能释放，引发内外燃烧物起火。其原因有多种，比如：电池短路、过度充放电、生产制造缺陷、设计不当等等。由于锂电池有能量密度高的特性，产生的火灾不能用常规手段对待。目前关于锂电池的数据显示，存储在内部的大量能量在发生事故的过程中，需要较长时间才能通过热的形式释放出来，导致火情呈现出高温持续时间长，火势不易短时间熄灭的特征。因此对于锂离子电池系统的抑制和灭火系统，需要有专门的控制手段。

研究发现，在事故发生前，电池组都会经历高温高热的释放过程，此时，只要通过温度反馈，触发无损的降温装置，将电池释放的热量及时中和吸收掉，使其温度控制在临界点以下，就可以延缓或者直接避免火灾或者爆炸等重大事故的发生。

现有锂电池储能消防灭火介质开关阀门，以成本分类，主要有两种：一种是低成本的仅仅只能实现开和关的手动或者自动阀门；第二种是价格高昂的带传感器反馈的电磁控制的可控阀门，而且必须匹配一整套复杂的控制系统才能使用。

对于第一种阀门，由于无法控制开度，在使用过程中，常常由于排量设计很难估计而出现开度过大或者过小的问题。当开度过大时，由于锂电池热释放时间长的特点，需要配备大量的降温灭火介质，结合专用锂电池灭火介质高昂的价格，直接导致成本过度增加；当开度过小时，导致电池热量不能及时吸收，无法抑制温度的上升而发生安全事故；

对于第二种阀门，首先，由于必须结合各种传感器，还需配备整套电控和供电系统，使得其使用成本高昂；其次，由于其系统设计和布局的复杂性，如传感器可靠性、线路走线设计，独立的电源供电等等，在长时间使用过程中，可能会发生故障，需要定期检修和维护。综合以上情况，使得该种阀门的适用环境和客户对象受到极大限制。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种自反馈调节的阀门装置及其制造方法，以期至少部分地解决上述技术问题。

为了达到上述发明目的，作为本发明的一个方面，提供了一种自反馈调节的阀门装置,包括阀门组件，所述阀门组件为一壳体，包括流入口、流出口和连通所述流入口和流出口的导流道，其特征在于：所述阀门装置还包括易熔物储存装置，所述易熔物储存装置用于储存易熔物，设置于所述阀门组件内部并与所述导流道部分重合；当所述阀门组件外部温度升高时，所述易熔物储存装置内至少部分易熔物熔化并从所述流出口流出到所述阀门装置外，以使所述导流道贯通；当所述阀门组件外部温度降低时，所述易熔物储存装置内的易熔物在导流道中凝固，以使所述导流道阻断。

根据本发明的优选实施方式，所述易熔物储存装置包括储存腔和渗吸体，

所述储存腔用于储存易熔物；

所述渗吸体部分位于所述导流道中，且与所述储存腔内部连通，用于将处于熔化状态的易熔物渗吸至所述导流道中。

根据本发明的优选实施方式，所述渗吸体为多孔的网体结构。

根据本发明的优选实施方式，所述流入口、流出口和所述导流道位于所述阀门装置的侧部，所述易熔物储存装置位于所述阀门装置的中部。

根据本发明的优选实施方式，所述导流道为位于所述阀门装置侧部的环形通道，所述渗吸体为部分位于该环形通道内的环状结构。

根据本发明的优选实施方式，所述阀门组件还包括：阀门上盖、阀门侧壁以及底座底板，其中，

所述流入口位于所述阀门上盖上端；

所述阀门侧壁与所述易熔物储存装置的外侧壁之间构成所述导流道；

所述流出口位于所述底座底板上。

根据本发明的优选实施方式，所述底座底板包括多个流出口，该流出口排列在所述底座底板的外侧。

根据本发明的优选实施方式，所述易熔物是石蜡。

本发明还提出一种自动灭火设备，包括所述阀门装置。

根据本发明的优选实施方式，还包括灭火介质，当所述阀门装置的导流道贯通时，所述灭火介质流经所述导流道流出以进行灭火。

基于上述技术方案可知，本发明所述的阀门装置及其制造方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

1、本发明与低成本手动开关阀门相比，能够感知目标温度的非正常升高，适时打开阀门，并其使得阀门开度对目标温度自动跟随，当设计最大排量足够的条件下，能够保证目标温度始终保持在临界温度以下，有效避免电池内部温度失控而发生事故。

2、由于本发明是按需排放，大大节省冷却灭火介质的用量，也节约了使用成本。

3、本发明采用易得的低成本易熔物作为感温灭火介质，并利用相变和分子作用力作为开度调节驱动，无需外置传感器、电控和供电系统支持，无需考虑系统布局与走线，同时无需检修与维护，大大降低设计与使用成本。

附图说明

图1是本发明的自反馈调节的阀门装置的结构示意图；

图2是本发明的自反馈调节的阀门装置的半剖面结构示意图；

图3A是本发明一个实施例的阀门初始闭合状态示意图；

图3B是本发明一个实施例的蜡体熔化状态示意图；

图3C是本发明一个实施例的阀门开启状态示意图。

图3D是本发明一个实施例的阀门开度增加示意图。

图3E是本发明一个实施例的阀门开度减小示意图。

1阀门上盖 101流入口 102接头螺纹

2阀门侧壁

3储存腔 301储蜡腔

4渗吸体 401网体 402熔化蜡层 403毛细蜡层

5底座底板

6流出口

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，本发明可以以各种形式实现，实施例并不是用于限制本发明的范围。相反，提供这些实施例的目的是为了使本领域的技术人员更透彻地理解本发明。

在对于具体实施例的介绍过程中，对结构、性能、效果或者其他特征的细节描述是为了使本领域的技术人员对实施例能够充分理解。但是，并不排除本领域技术人员可以在特定情况下，以不含有上述结构、性能、效果或者其他特征的技术方案来实施本发明。

本文中的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明总体来说提出一种自反馈调节的阀门装置，本发明结合现有的锂电池消防开关阀门产品的现状，在无需外置传感器，也无需电控和供电系统支持的情况下，利用自身温度感应灭火介质感知外界温度并反馈调节阀门开度，进而达到按需自动调节的灭火介质输出量的目的，从而使外界温度始终控制临界温度以下，并且不会造成多余灭火介质的浪费。

在本发明中，阀门装置包括阀门组件，阀门组件为一壳体，包括流入口、流出口和连通所述流入口和流出口的导流道，本装置可以使用的灭火介质，可以通过流入口流入经过导流道从流出口流出。所述灭火介质仅限为气体。所述阀门装置还包括易熔物储存装置，所述易熔物储存装置用于储存易熔物，设置于所述阀门组件内部并与所述导流道部分重合，所述易熔物储存装置中的易熔物在通常在常温状态下是处于凝固状态，处于凝固状态的易溶物将所述阀门组件内部的导流道阻塞，使所述灭火介质无法从流出口流出。

当所述阀门组件外部温度升高时，所述易熔物储存装置内至少部分易熔物熔化并从所述流出口流出到所述阀门装置外，以使所述导流道贯通，这时所述灭火介质可以通过流入口流入经由导流道从流出口流出；

当所述阀门组件外部温度降低时，所述易熔物储存装置内的易熔物在导流道中凝固，以使所述导流道阻断，所述灭火介质无法通过流入口流入经由导流道从流出口流出。

图1是本发明的自反馈调节的阀门装置的结构示意图，图2是本发明的自反馈调节的阀门装置的半剖面结构示意图。如图1、图2所示，本发明所述的阀门组件为一壳体，包括阀门上盖1、阀门侧壁2以及底座底板5，所述流入口101位于所述阀门上盖1上端，所述流出口6位于所述底座底板5上，所述阀门上盖1上端外侧有接头螺纹102其作用是用于与前端灭火介质导管(图中未示出)连接，所述阀门上盖1下端外侧、阀门侧壁2上端内侧和底座底板5圆周外侧均为螺纹结构，该结构可以使所述阀门上盖1与所述阀门侧壁2螺纹连接固定，所述阀门侧壁2与底座底板5螺纹连接固定，其中，所述底座底板5包括多个流出口6，该流出口6排列在所述底座底板5的外侧。

进一步地，所述阀门组件内部包括一易熔物储存装置，所述易熔物储存装置位于所述阀门装置的中部，所述流入口101、流出口6和所述导流道位于所述阀门装置的侧部，所述易熔物储存装置包括储存腔3和渗吸体4，所述储存腔3用于储存易熔物，所述渗吸体4部分位于所述导流道中，用于将处于熔化状态的易熔物渗吸至所述导流道中，且与所述储存腔3内部连通，所述导流道为位于所述阀门装置侧部的环形通道，所述渗吸体4为部分位于该环形通道内的环状结构，其中，所述渗吸体4为多孔的网体结构。

值得一提的是，所述底座底板5有多个流出口6，所述底座底板5为支撑阀门装置内部易熔物储存装置，同时传递外界温度，使易熔物储存装置中的储存腔3和渗吸体4能够感受外界底座底板5下方的热量，并为所述灭火介质及液态易熔物的流出提供流出口；所述多孔的网体结构可以理解为环形网体，为多孔材料，被阀门侧壁2包裹，用于吸附和浸润液态易熔物，初待使用时，其被易熔物灌封，当阀门侧壁2传导热量至所述环形网体，形成设计的温度梯度，产生毛细效应，保持和补充环形网体中的易熔物熔化层，使得被熔化的易熔物在灭火介质压力和相变边界变化过程中处于平衡状态。

下面根据具体实施例，说明本发明一种自反馈调节的阀门装置的工作原理，在具体实施例中，所述易熔物为在常温下为凝固态，并在温度高于常温并达到该易熔物的熔点时，该易熔物熔化为液态，在本发明中所述易熔物可以为石蜡，本发明还包括灭火介质，当所述阀门装置的导流道贯通时，所述灭火介质流经所述导流道流出以进行灭火。

图3A是本发明一个实施例的阀门装置初始闭合状态示意图，该实施例中，所述阀门装置包括阀门组件，易熔物为石蜡，储存腔即为储腊腔301。渗吸体为网体401，网体为具有毛细效应的多孔结构。

在该实施例中，阀门装置整体呈墨水瓶形状，其水平截面为圆形。阀门装置的壳体包括阀门上盖1、阀门侧壁2以及底座底板5。阀门上盖1的上部中央形成一个凸起的圆台，圆台的水平横截面积小于侧壁2的水平横截面积。所述流入口101设于所述阀门上盖1的上端。

在阀门装置的内部靠近中央的位置形成所述储腊腔301。储蜡腔的上部延伸至阀门上盖1，下部靠近底座底板5的区域具有与导流道相通的通道。由于储蜡腔301位于阀门装置的内部中央的位置且部分延伸至阀门上盖1，可以使得储蜡腔301不易接触外部热源，并使得侧壁2的外侧作为主要的受热区域，以免阀门装置出现不正常的石蜡熔化而影响其正常工作。

所述流出口6位于所述底座底板5上，该流出口6排列在所述底座底板5的外侧。由于阀门装置的侧壁外侧最先受热，因此，一旦位于外侧的石蜡熔化，其立即能够从流出口6流出。网体401位于导流道内，被阀门侧壁2包裹，并且其底部与储蜡腔301的底部连通。

阀门第一状态如3A所示，在所述阀门装置处于待使用状态和/或外界温度低于所述阀门装置开通设计值时，所述储蜡腔301和网体401分别被石蜡灌封，所述网体401部分位于所述导流道中，用于将处于熔化状态的石蜡渗吸至所述导流道中，且与所述储蜡腔301内部连通。

该实施例中，所述导流道为位于所述阀门装置侧部的环形通道，所述导流道可以理解为与所述流入口101和所述流出口6连通的通道，当易熔物石蜡熔化后贯通。所述网体401为部分位于该环形通道内的环状结构，所述储蜡腔301为被石蜡灌封的储存腔，所述网体401为多孔的网体结构渗吸体。如图3A所示，所述阀门的状态因网体401被石蜡灌封的原因，未能使导流道畅通，该阀门装置处于关闭状态。

图3B是本发明一个实施例的蜡体熔化状态示意图，阀门第二状态如图3B所示，当外界温度升高，外界热量通过阀门侧壁2和底座底板5以热传导的方式传到被石蜡灌封的网体内部。根据傅里叶热传导定律，网体401呈现由外向内，以一定设计梯度下降的温度分布，当温度增加到石蜡熔化温度时，网体内部石蜡开始熔化，形成熔化蜡层402，此时熔化蜡层402很薄，在毛细效应的作用下，未能使导流道畅通，该阀门装置处于临界开通状态。

图3C是本发明一个实施例的阀门开启状态示意图，阀门第三状态如图3C所示，当外界温度高于设计值温度，所述设计值温度可以为熔化物石蜡的熔化温度和/或其他熔化物的熔化温度，外界热量通过阀门侧壁2和底座底板5，以热传导的方式传到被石蜡灌封的网体401内部，使网体401中的易熔物石蜡在靠近阀门侧壁2和底座底板5位置处持续熔化，此时流入口101持续有灭火介质流入，在灭火介质压力的作用下，部分熔化的液态石蜡被从底座底板5的流出口6流出，形成导流道和毛细蜡层403，所述灭火介质可以从流入口101流入，经由网体401熔化部分形成的导流道，从流出口6流出，此时阀门处于开启状态。

图3D是本发明一个实施例的阀门开度增加示意图，阀门第四状态如图3D所示，当外界温度持续升高，被石蜡灌封的网体401持续收到更多来自阀门侧壁2和底座底板5的热量传导，网体401中的易熔物石蜡进一步向所述阀门装置内部熔化，毛细蜡层403向所述阀门装置中心位置移动，漏出更多网体结构渗吸体4形成的环形通道，使所述导流道流通区域逐渐扩大，所述灭火介质得到进一步释放，此时阀门处于开度增加状态。

图3E是本发明一个实施例的阀门开度减小示意图，阀门第五状态如图3E所示，当所述阀门装置外部温度降低，此时阀门装置内部温度发生变化，所述网体401中的易熔物石蜡开始凝固，在其表面张力产生的浸润效应作用下，储储存腔3中的储蜡腔301通过底部熔化层对毛细蜡层403进行补充，并向阀门侧壁2方向移动，网体401中的石蜡得以补充，形成新的网体401，导流道随之减小，直至网体401完全被易熔物石蜡灌满且凝固，所述灭火介质无法从流入口101流入经由导流道从流出口6流出，从此时阀门处于开度减小状态。

值得一提的是，所述从流入口流入的灭火介质可以为任何可以起到降温和/或灭火的气体，如二氧化碳、氮气、惰性气体、七氟丙烷等，可根据使用环境的不同而具体更换。

本发明还提出一种自动灭火设备，所述自动灭火设备包括如前所述的阀门装置。外界温度通过阀门侧壁，以热传导方式传到灌封石蜡的网体。根据傅里叶热传导方程，网体呈现由外向内，以一定设计梯度下降的温度分布，当外界温度低于设计的开启温度时，固体石蜡的密封使得阀体导流道处于关闭状态；当外界温度的升高到设计开通温度值时，网体最外层密封石蜡开始熔化，在灭火介质气体的压力作用下，部分熔化的液态石蜡被排出，阀门导流道开度增加开始导通；随着温度的进一步升高，石蜡进一步向阀门装置内部熔化，阀门导流道开度持续增加，当电池释放热量与灭火介质排量平衡时，温度将不会增加。当电池热量释放降低时，外界温度下降，此时，阀门装置内部温度分布发生变化，网体内的液态石蜡层开始凝固，在表面张力产生的浸润效应作用下，储存腔内的石蜡通过底部熔化层对液态石蜡层进行补充，使得阀门导流道开度开始减小，实现按需排放。如此反复，在开启温度与设计临界温度之间的范围内，实现开度对目标温度的自动跟随，从而能够保持灭火介质排放量对电池释放热量的平衡。当电池故障排除或者热量释放将尽，温度降低到渗吸体完全被石蜡填满并且凝固，阀门装置恢复到初始关闭状态。

应当理解，为了精简本发明并帮助本领域的技术人员理解本发明的各个方面，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时在单个实施例中进行描述，或者参照单个图进行描述。但是，不应将本发明解释成示例性实施例中包括的特征均为本专利权利要求的必要技术特征。

应当理解，可以对本发明的一个实施例的设备中包括的模块、单元、组件等进行自适应性地改变以把它们设置在与该实施例不同的设备中。可以把实施例的设备包括的不同模块、单元或组件组合成一个模块、单元或组件，也可以把它们分成多个子模块、子单元或子组件。