一種火災煙氣模擬發生裝置的製作方法
2023-05-09 19:02:31 2
專利名稱：一種火災煙氣模擬發生裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種火災煙氣模擬發生裝置，尤其涉及一種可用於可燃材料產煙毒性檢測和煙氣中毒害物質生成機理研究的實驗裝置，屬於火災和材料科學技術領域。
背景技術：
火災是一種對人類危害十分嚴重的災害現象。據國際上統計資料表明，火災中致人死亡的因素有多種，其中由於吸入有毒煙氣而致死的人數佔全部死亡人數的80％左右，可見煙氣毒性是致人死亡的首要原因。幾十年來，各國研究人員至少已經開發了十幾種不同類型的小尺寸火災煙氣模擬發生裝置，稱之為「火災模型」，希望藉助於這樣的小型試驗裝置來檢測可燃材料在火災中產煙毒性的大小，並希望最終能夠建立具有法律效力的行業或者國家標準，來限制使用產煙毒性較大的材料，推廣應用產煙毒性相對較小的材料。然而，由於實際火災過程是一個失去控制的劇烈燃燒過程，遠比一般人為控制的燃燒過程來得複雜，到目前為止人類對於其發展規律尤其是煙氣毒性變化規律的認識還十分有限。比如，雖然國際上已經開發了至少十幾種不同類型的「火災模型」，但是即使是針對同一種材料，無論是利用哪一種「火災模型」所得到的試驗結果均與全尺寸火災試驗結果存在較大差異，而且在不同類型的小尺寸「火災模型」上所得到的試驗結果之間也存在較大差異。這一現象使得國際標準化組織(ISO)希望建立「火災模型」ISO標準的努力一直沒能成功，同時，也促使研究人員開展更加深入的研究工作，研究新的火災煙氣發生方法，研製新的火災煙氣模擬發生裝置。
目前已有的各種火災煙氣模擬發生裝置大多採用的是封閉式氣體流動方式，例如美國材料試驗協會標準ASTM E1678所規定的裝置，雖然有利於動物染毒實驗對於煙氣毒性量化的要求，但卻無法獲得材料樣品產煙過程中的信息，不能用於材料產煙動態過程的研究；而德國工業標準DIN53436所規定的裝置雖然採用了開放式的氣體流動方式，但是材料產煙過程卻是一種穩態產煙模式，也不能用於材料產煙動態過程的研究。
發明內容
本發明的目的是提供一種開放式的氣體流動方式的火災煙氣模擬發生裝置，不僅結構簡單，操作方便，而且能夠方便地模擬不同燃燒條件的火災煙氣發生狀況，適合於對材料樣品受熱後毒害物質的生成規律和生成機理的研究。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的一種火災煙氣模擬發生裝置，其特徵在於該裝置含有配氣室，進氣室，煙氣發生室，產煙箱以及出氣室，所述的進氣室、煙氣發生室和出氣室三者依次連通形成氣體流動空間；所述的產煙箱的兩側面分別與進氣室和出氣室密封連接，在所述的產煙箱頂部設有輻射加熱熱源，其底部設有天平，在天平上放置樣品託架，放置在託架上端的樣品置於煙氣發生室內；所述的配氣室設有兩個進口和一個出口，兩個進口分別通過質量流量控制器與氧氣和氮氣的標準氣氣瓶相連通，其出口與所述的進氣室相連；所述的出氣室上設有樣氣出口和廢氣出口；在煙氣發生室內的樣品側上方設有連續高壓脈衝點火裝置，該裝置通過控制線與放置在產煙箱外面的控制器相連。
本發明的技術特徵還在於所述的煙氣發生室是一個由石英管構成的空間；所述的輻射加熱熱源由一隻或幾隻紅外輻射加熱燈組成，並在燈管的上方設有聚能罩。
本發明所提供的火災煙氣模擬發生裝置，與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果①由於採用了氣體質量流量控制器將氧氣和氮氣的標準氣經嚴格定量混配後作為載氣，不僅排除了一些可以對實驗結果造成幹擾的因素，而且載氣中的氧含量可以在0～100％範圍內任意調節，因此可以更加方便地模擬各種供風情況下的火災工況，包括純熱解、悶燒、無焰燃燒和有焰燃燒等火災工況以及轟燃工況下的低通風工況。②由於採用了輻射加熱熱源，可燃材料的受熱狀況更加接近實際情況。③由於採用天平，使得利用該裝置可以比較精確地獲取可燃材料失重的動態信息，便於開展進一步的分析。④由於本發明裝置採用了開放式的氣體流動方式，材料樣品受熱後產生的煙氣可以及時被載氣帶出煙氣發生室，因此適合於研究材料樣品受熱後毒害物質的生成規律和生成機理。與國際上目前採用的封閉式氣體流動方式，更適合於對材料產煙動態過程的研究。
圖1為本發明提供的火災煙氣發生裝置實施例的結構示意圖。
圖中1-氧氣標準氣瓶，2-氮氣標準氣瓶，3-氣體質量流量控制器，4-配氣室，5-進氣室，6-產煙箱，7-煙氣發生室，8-出氣室，9、10-樣氣出口，11-樣品，12-樣品託架，13-輻射加熱熱源，14-天平，15-熱電偶，16-高壓脈衝點火器。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明本發明的具體實施及工作過程。
本發明提供的火災煙氣模擬發生裝置，主要包括配氣室4，進氣室5，產煙箱6，煙氣發生室7以及出氣室8。所述的進氣室、煙氣發生室和出氣室三者依次連通形成氣體流動空間；所述的產煙箱6為一個密閉空間，其兩側面分別與進氣室5和出氣室8密封連接，正面設有一個可以開啟的密封門(圖中未標出)；在所述的產煙箱頂部(即樣品託架上端的材料樣品的正上方)設有輻射加熱熱源13，該熱源是由一隻或幾隻紅外輻射加熱燈組成，並在燈管的上方設有聚能罩，採用垂直向下的方式向材料樣品施加輻射熱流；採用輻射加熱熱源更加符合實際火災過程中可燃材料的主要受熱方式，而且這樣的加熱熱源還具有可控性能好、動態響應特性好等優點。在產煙箱的底部設有天平14，在天平上放置樣品託架12，放置在託架上端的樣品11置於煙氣發生室7內，煙氣發生室是一個由石英管組成的空間。所述的配氣室設有兩個進口和一個出口，兩個進口分別通過質量流量控制器3與氧氣和氮氣的標準氣氣瓶1、2相連通，其出口與所述的進氣室5相連；所述的出氣室8上設有兩個樣氣出口9、10和一個廢氣出口；在煙氣發生室內還設有連續高壓脈衝點火裝置16，其放電端被放置在材料樣品的側上方，該裝置通過控制線與放置在產煙箱外面的控制器相連。
本發明的工作過程如下由氧氣標準氣氣瓶1和氮氣標準氣氣瓶2來的氧氣和氮氣，在各自管路中質量流量控制器3的控制下，分別以設定的流量進入配氣室4，經過混配後得到一定含氧量的混合標準氣體，稱之為載氣，載氣中的氧氣含量可以人為地控制在希望的數值(可在0～100％範圍內任意調節，一般為0～21％)，能夠更加方便地模擬不同供氧(供風)狀況，並排除了直接使用空氣時不可避免地會出現的一些幹擾。載氣經配氣室4後被送入進氣室5和產煙箱6內的煙氣發生室7，然後攜帶可燃材料受熱後產生的煙氣(稱之為混合煙氣)一同進入出氣室8。混合煙氣在出氣室內被分為三部分，一部分經過採樣裝置(圖中未標出)處理後經由樣氣出口9送往傅立葉變換紅外氣體分析儀(圖中未標出)，稱之為樣氣；另一部分經由樣氣出口10送往煙氣氧含量分析儀(圖中未標出)；其餘部分則作為廢氣排出。實驗開始之前，先將可燃材料樣品11放置在煙氣發生室7內的樣品託架12上，關閉產煙箱6的密封門；然後，調整載氣參數使其達到試驗設定數值，並利用電源控制裝置(圖中未標出)根據需要設定輻射加熱熱源13輸出的輻射熱流照度，輻射熱流密度一般在0～80kW/m2之間，可以更高。合上電源開關後即可開始實驗。實驗過程中，樣品11的失重和溫度分別由天平14和埋設在樣品底部的熱電偶15進行檢測和記錄，由相應的數據採集設備(圖中未標出)進行自動記錄。在啟動輻射加熱熱源13的同時，可以同時啟動高壓脈衝點火器16，實現有焰燃燒工況條件。由本裝置產生的樣氣經過採樣裝置處理後，可送往相應的儀器設備進行檢測和分析。
權利要求
1.一種火災煙氣模擬發生裝置，其特徵在於該裝置含有配氣室(4)，與配氣室相連的進氣室(5)，煙氣發生室(7)，產煙箱(6)以及出氣室(8)，所述的進氣室、煙氣發生室和出氣室三者依次連通形成氣體流動空間；所述的產煙箱(6)的兩側面分別與進氣室和出氣室密封連接，在產煙箱頂部設有輻射加熱熱源(13)，其底部設有天平(14)，在天平上放置樣品託架(12)，放置在託架上端的樣品置於煙氣發生室內；所述的配氣室設有兩個進口和一個出口，兩個進口分別通過質量流量控制器與氧氣和氮氣的標準氣氣瓶相連通，其出口與所述的進氣室相連；所述的出氣室(8)上設有樣氣出口和廢氣出口；在煙氣發生室內樣品的側上方設有連續高壓脈衝點火裝置(16)，該裝置通過控制線與放置在產煙箱外面的控制器相連。
2.按照權利要求1所述的火災煙氣模擬發生裝置，其特徵在於所述的煙氣發生室(7)是一個由石英管構成的空間。
3.按照權利要求1或2所述的火災煙氣模擬發生裝置，其特徵在於所述的輻射加熱熱源由一隻或幾隻紅外輻射加熱燈組成，並在燈管的上方設有聚能罩。
4.按照權利要求1所述的火災煙氣模擬發生裝置，其特徵在於在樣品的底部設有熱電偶(15)。
全文摘要
一種火災煙氣模擬發生裝置，涉及一種可燃材料產煙毒性檢測和毒害物質生成機理研究的實驗裝置。本發明含有配氣室，進氣室，煙氣發生室，產煙箱以及出氣室。其進氣室、煙氣發生室和出氣室三者依次連通形成氣體流動空間；在產煙箱內設有輻射加熱熱源、天平和樣品託架。本發明採用經嚴格定量混配後的標準氣作為載氣，同時採用輻射加熱熱源，可以方便地模擬各種火災工況，其可燃材料的受熱狀況更加接近實際情況。由於本裝置採用了開放式的氣體流動方式，材料樣品受熱後產生的煙氣可以及時被載氣帶出煙氣發生室，因此適合於研究材料樣品受熱後毒害物質的生成規律和生成機理。與封閉式氣體流動方式相比，更適合於對材料產煙動態過程的研究。
文檔編號G09B23/00GK1556510SQ200410000338
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月9日 優先權日2004年1月9日
發明者呂子安, 徐旭常 申請人:清華大學