一種模擬火災煙氣釋放裝置的製作方法
2023-06-12 10:24:36 4
專利名稱：一種模擬火災煙氣釋放裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種模擬火災煙氣釋放裝置，尤其涉及一種用於可燃材料在火災中產煙毒性檢測及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。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。幾十年來，各國研究人員至少已經開發了幾十種不同尺度的模擬火災煙氣釋放的裝置，其中由於小尺度火災實驗裝置適用於機理性研究，而且經濟性好、操作方便、易於控制等優點而被廣泛採用。但是研究發現，現有的小尺度火災實驗所得到的試驗結果均與全尺度火災試驗結果存在較大差異，尤其是火災中主要毒性氣體CO的產率在小尺度火災實驗裝置的產率遠低於實際火災中CO的產率，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。
目前國際上流行的各種小尺度火災實驗裝置傾向於採用開放式氣體流動方式(如德國環形輻射爐、美國NBS錐形爐、美國角錐量熱計爐)，主要應用於動物染毒試驗及材料的失重特性研究，取得了一定的成果，但是缺乏對材料產煙動態過程的研究。中國專利申請「一種火災煙氣模擬發生裝置」(公開號CN1556510)，該裝置採用經嚴格定量混配後的標準氣作為載氣和開放式的氣體流動方式，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，因此能夠研究不同材料在不同氮氧氛圍及熱輻射條件下的煙氣釋放特性；但是該裝置採用水平通風，且存在CO檢測值偏低的問題，與通常火災中煙氣發生情況不太符合，因此不能很好地模擬真實火災中可燃材料的產煙特性及毒害氣體分布的情況，也無法利用該小尺度火災實驗裝置的結果去精確地模擬預測真實火災。
發明內容
本發明的目的是在現有技術的基礎上提供一種模擬火災煙氣釋放裝置，該裝置不僅能夠研究在不同氮氧氛圍及熱輻射條件下的煙氣釋放特性，而且能夠克服CO檢測值偏低的問題；使得產煙特性更接近於真實火災，從而使得該小尺度火災煙氣釋放裝置能夠真實模擬實際火災中可燃材料受熱後毒害物質的生成規律和生成機理。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的一種模擬火災煙氣釋放裝置，含有載氣預混室，稱重室，石英玻璃燃燒室，設置在稱重室內的電子天平，放置在電子天平上的可燃材料的樣品託架，設置在燃燒室內的連續高壓脈衝點火裝置，以及對可燃材料樣品進行加熱的紅外輻射加熱熱源，其特徵在於所述的燃燒室置於載氣預混室的上方，並在燃燒室的煙氣出口設有伴熱管路和二次高溫加熱爐；在所述的稱重室和載氣預混室之間設有隔熱層，在所述的燃燒室與載氣預混室之間設有通風板。
本發明的技術特徵還在於所述燃燒室的形狀採用四稜錐形，且在兩側面對稱開有石英玻璃窗，所述的紅外輻射加熱熱源布置於石英玻璃窗上。
本發明還在所述的二次高溫加熱爐的樣氣出口設有過濾器。
本發明所提供的模擬火災煙氣釋放裝置，與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果①採用二次高溫加熱爐，使得煙氣能夠經歷高溫再加熱的過程，爐溫從室溫至1200℃可調，煙氣經歷二次加熱過程後更加接近真實火災的狀況，可以模擬轟然工況下CO的產生規律；②載氣預混室與燃燒室之間用通風板連接，可以使得載氣均勻平穩地進入燃燒室並防止煙氣倒流；③燃燒室置於載氣預混室上方，使得樣品產生的煙氣自然流動至二次高溫加熱爐，且燃燒室呈四稜錐狀，利於煙氣的外排；④將紅外輻射加熱熱源置於燃燒室外，使得熱源能夠得到自然冷卻，延長了熱源的使用壽命。
圖1為本發明提供的模擬火災煙氣釋放裝置實施例的結構示意圖。
圖中1-氮氣管路；2-氧氣管路；3-氣體流量控制器；4-通風板；5-尾氣；6-二次高溫加熱爐；7-過濾器；8-伴熱管路；9-樣氣；10-計算機；11-稱重室；12-電子天平；13-載氣預混室；14-隔熱層；15-樣品託架；16-可燃材料的樣品；17-熱電偶；18-連續高壓脈衝點火裝置；19-燃燒室；20-紅外輻射加熱熱源；21-反射罩。
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。
本發明提供的模擬火災煙氣釋放裝置，主要包括稱重室11，載氣預混室13，燃燒室19，設置在稱重室內的電子天平12，放置在電子天平上的可燃材料的樣品託架12，設置在燃燒室內的連續高壓脈衝點火裝置18，對可燃材料樣品16進行加熱的紅外輻射加熱熱源20以及設置在燃燒室樣氣出口的伴熱管8和二次高溫加熱爐6。稱重室11與氣體預混室間用隔熱層14(主要由石棉絨組成)隔離，防止高溫煙氣影響電子天平正常工作；在所述的燃燒室與載氣預混室之間設有通風板4，可使得載氣均勻平穩地進入燃燒室並防止煙氣倒流。稱重室11主要擱置精密的電子天平12，電子天平承載樣品託架15及可燃材料的樣品16，可通過外聯的計算機10對電子天平進行實時地重量測量；在所述的燃燒室兩側設有紅外輻射加熱熱源20，燈管上方設有反射罩21，採用輻射加熱熱源符合實際火災中可燃材料的主要受熱方式，且動態響應特性好，可以長時間穩定地工作；產生的樣氣9在二次高溫加熱爐6內可進行再加熱，樣氣9經高溫再熱後通過過濾器7可除去灰分及焦油，使檢測儀器不受汙染，樣氣使用全程伴熱管路8輸送以保證水分及其它氣態組分不在管路中冷凝。伴熱管路8可採用電阻加熱方式。
本發明的工作過程如下氮氣和氧氣分別通過氮氣管路1及氧氣管路2進入載氣預混室13得以充分混合成為載氣，載氣中的氧濃度可通過氣體流量控制器3在0～100％調節(一般為0～21％)，載氣通過通風板4後進入燃燒室19，自然流動狀況下的載氣攜帶可燃材料的樣品16受熱後產生的煙氣向上流動，其中一部分作為樣氣9，餘下作為尾氣5排放；樣氣在二次高溫加熱爐6中經歷二次高溫裂解反應使樣氣中的烯烴類氣體發生二次反應後生成CO，然後在過濾器7中濾去灰分及焦油，最後進入氣體檢測設備，樣氣使用全程伴熱管路8輸送以保證水分及其它氣態組分不在管路中冷凝。實驗開始前，先將可燃材料的樣品16置於樣品託架15上，樣品託架15放置於電子天平12上並置於稱重室11內，將電子天平12與計算機10相連後關上密封門(圖中未標出)；然後，調整載氣參數使其達到試驗設定數值，將二次高溫加熱爐6調節到所需的溫度(室溫～1200℃可調)，將伴熱管路8調節到所需的伴熱溫度(120℃～200℃可調)，整個系統穩定後利用電源控制裝置(圖中未標出)根據需要設定紅外輻射加熱熱源20輸出的輻射熱流強度(在0～100Kw/m2之間可調)，合上電源開關後即可開始實驗。實驗過程中，樣品16的失重由電子天平12記錄並由計算機10實時檢測輸出，燃燒室19內的氣氛溫度由設置在燃燒室內的熱電偶17進行檢測並由相應的數據採集設備(圖中未標出)進行記錄。在啟動紅外輻射加熱熱源20的同時，啟動連續高壓脈衝點火器18，實現有焰燃燒工況。由本裝置產生的樣氣9經過過濾器7處理後，可送往相應的儀器設備進行檢測和分析。
權利要求
1.一種模擬火災煙氣釋放裝置，含有載氣預混室(13)，稱重室(11)，燃燒室(19)，設置在稱重室內的電子天平(12)，放置在電子天平上的可燃材料的樣品託架(12)，設置在燃燒室內的連續高壓脈衝點火裝置(18)，以及對可燃材料樣品16進行加熱的紅外輻射加熱熱源(20)，其特徵在於所述的燃燒室置於載氣預混室的上方，並在燃燒室的煙氣出口設有伴熱管路(8)和二次高溫加熱爐(6)；在所述的稱重室和載氣預混室之間設有隔熱層(14)，在所述的燃燒室與載氣預混室之間設有通風板(4)。
2.按照權利要求1所述的模擬火災煙氣釋放裝置，其特徵在於所述燃燒室的形狀採用四稜錐形，且在兩側面對稱開有石英玻璃窗，所述的紅外輻射加熱熱源(20)布置於石英玻璃窗上。
3.按照權利要求1或2所述的模擬火災煙氣釋放裝置，其特徵在於在所述的二次高溫加熱爐(6)的樣氣出口設有過濾器(7)。
全文摘要
一種模擬火災煙氣釋放裝置，涉及一種用於可燃材料在火災中產煙毒性檢測及煙氣中毒害物質生成機理研究的實驗裝置。該裝置主要包括載氣預混室，稱重室，燃燒室，設置在稱重室內的電子天平，放置在電子天平上的樣品託架，設置在燃燒室內的連續高壓脈衝點火裝置，對樣品進行加熱的紅外輻射加熱熱源，及設置在燃燒室煙氣出口的伴熱管路和二次高溫加熱爐。燃燒室置於載氣預混室的上方，並在所述的稱重室和載氣預混室之間設有隔熱層，燃燒室與載氣預混室之間設有通風板。該裝置能夠研究不同氮氧氛圍及熱輻射條件下的煙氣釋放特性，且能夠克服CO檢測值偏低的問題，使得該裝置能夠真實模擬實際火災中可燃材料受熱後毒害物質的生成規律和生成機理。
文檔編號G09B25/00GK1707561SQ200510011
公開日2005年12月14日 申請日期2005年4月29日 優先權日2005年4月29日
發明者呂子安, 季春生, 徐旭常 申請人:清華大學