CN103210305A - 燃烧实验装置 - Google Patents

Abstract

在用来取得在管内部形成的火焰的位置的燃烧实验装置中，通过具备使调温流体沿着试验管（1）流动的调温流体供给机构（2），能够调节对管赋予的长度方向的温度梯度。

Description

燃烧实验装置

技术领域

本发明涉及燃烧实验装置。

本申请基于2010年11月18日在日本提出申请的特愿2010－257844号主张优先权，这里引用其内容。

背景技术

以往，在测量作为燃料使用的可燃性液体的着火温度时，使用所谓ASTM（American Standard of Testing Method）法的情况较多。但是，在ASTM法（ASTM D2155－66、ASTM E659－78）中，因为燃烧空间较大，所以测量误差较大。

相对于此，在专利文献1中，提出了在沿长度方向赋予了温度梯度的管的内部使燃料燃烧而形成火焰、基于该火焰的位置测量燃料的着火温度的方法。

专利文献1：特开2010－112892号公报。

发明内容

可是，在专利文献1中，当对管赋予长度方向的温度梯度时，使用配置在管的一端附近的热源将管加热。结果，根据管的部位而距热源的距离不同，对于管在长度方向上赋予在距热源较近侧温度高、在距热源较远侧温度低的温度梯度。

但是，为了高精度地测量燃料的着火温度，需要正确地取得火焰的形成位置与火焰形成位置处的管的温度的关系。随之，有希望从实验者侧调节对管赋予的长度方向的温度梯度的情况。

本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是在用来取得在管内部形成的火焰的位置的燃烧实验装置中、能够调节对管赋予的长度方向的温度梯度。

本发明作为解决上述课题的手段，采用以下的结构。

第1发明提供一种燃烧实验装置，具备内部流路的直径比常温下的消焰直径小并且在内部形成火焰的试验管、对试验管内供给混合了燃料和氧化剂的预混合气体的供给机构、和取得上述试验管内的火焰的位置的火焰位置取得机构，具备使调温流体沿着上述试验管流动的调温流体供给机构。

第2发明提供一种燃烧实验装置，在上述第1发明中，上述调温流体供给机构能够调节上述调温流体的流量。

第3发明提供一种燃烧实验装置，在上述第1或第2发明中，上述试验管是铅直地配设的直管，上述调温流体供给机构使上述调温流体从下方朝向上方流动。

第4发明提供一种燃烧实验装置，在上述第1～第3中任一项发明中，上述调温流体供给机构具备：流体生成部，生成流体；加热器，将由上述流体生成部生成的流体温度调节，成为上述调温流体；导引部，将上述调温流体从上述试验管的一端朝向另一端导引。

第5发明提供一种燃烧实验装置，在上述第4发明中，上述导引部将上述试验管包围，并且具有使上述试验管的上述火焰位置取得机构的测量区域露出的开口部。

第6发明提供一种燃烧实验装置，在上述第4发明中，在上述试验管对于从上述火焰发出的光具有透射性，上述火焰位置取得机构是将上述试验管从外部摄像的摄像装置的情况下，上述导引部是将上述试验管包围并且对于从上述火焰发出的光具有透射性的管。

在本发明中，通过调温流体供给机构，能够使调温流体沿着试验管流动。

并且，通过使调温流体的流量、温度、流速等变化，能够使试验管的加温状态变化。

因而，根据本发明，通过使调温流体的流量、温度、流速等变化，能够任意地调节试验管的长度方向的温度梯度。

此外，在本发明中，仅通过流过调温流体，能够对试验管赋予长度方向的温度梯度。因此，在高压环境中也能够对试验管赋予长度方向的温度梯度，此外能够调节该长度方向的温度梯度。

例如，在作为对试验管赋予长度方向的温度梯度的热源而使用氢燃烧器的情况下，有可能发生火焰的倒流，难以在高压环境中进行燃料的燃烧实验。

相对于此，根据本发明，在高压环境中，也能够容易地进行燃料的燃烧实验。

附图说明

图1A是表示本发明的第1实施方式的燃烧实验装置的概略结构的示意图。

图1B是沿着图1A的A－A线的向视剖视图。

图2是表示在本发明的第1实施方式的燃烧实验装置中使调温气体的流量变化的情况下的试验管的长度方向的温度梯度的曲线图。

图3A是表示本发明的第2实施方式的燃烧实验装置的概略结构的示意图。

图3B是沿着图3A的B－B线的向视剖视图。

图4A是表示本发明的第3实施方式的燃烧实验装置的概略结构的示意图。

图4B是沿着图4A的C－C线的向视剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对有关本发明的燃烧实验装置的一实施方式进行说明。另外，在以下的附图中，为了使各部件成为能够认识的大小，适当变更了各部件的缩尺。

（第1实施方式）

图1A及图1B是表示本实施方式的燃烧实验装置S1的概略结构的示意图。

本实施方式的燃烧实验装置S1是当测量燃料的着火温度时、用来使含有燃料的试验评价气体燃烧而形成火焰、取得该火焰的位置的装置。

并且，本实施方式的燃烧实验装置S1如图1A所示，具备试验管1、调温气体供给部2（调温气体供给机构）、试验评价气体供给部3（供给机构）和相机4（火焰位置取得机构）。

试验管1是内部流路的直径比常温下的消焰直径小并且在内部形成火焰的管。另外，为了在流路中使火焰传播，需要某种程度的流路的截面积，在流路截面积较小的情况下，火焰不会传播。并且，上述消焰直径是指成为所形成的火焰不能传播的截面积的直径。

此外，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，试验管1为以直线状延伸的直管，通过未图示的支承装置铅直地配设。

此外，试验管1由下述材料（例如，石英玻璃）形成，所述材料对从在内部形成的火焰发出的光具有透射性。

调温气体供给部2通过沿着试验管1使调温气体流到试验管1的周围，对试验管1赋予长度方向的温度梯度，并且通过调节调温气体的流量来调节试验管1的长度方向的温度梯度。

此外，调温气体供给部2将作为调温气体的原气喷出而形成原气流。即，调温气体供给部2相当于本发明的生成流体的流体生成部。

该调温气体供给部2如图1A所示，配置在试验管的一端1a附近，具备流体喷射部2a、加热器2b和导引部2c。

此外，如图1A所示，试验管1的一端1a为开口端，该一端1a侧被加热器2b包围。并且，调温气体供给部2向试验管1与加热器2b之间喷出上述原气。

另外，作为从调温气体供给部2喷出的原气，优选的是选择热传导率较高者，例如可以使用氦气。

在本实施方式的燃烧实验装置S1中，能够调节从调温气体供给部2喷出的原气的流量。通过调节从调温气体供给部2喷出的原气的流量，能够调节将原气加热而生成的调温气体的流量。

即，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，调温气体供给部2调节调温气体的流量。

加热器2b通过将从调温气体供给部2喷出的原气加热并温度调节，成为调温气体。

本实施方式的燃烧实验装置S1的加热器2b呈圆筒状，受未图示的支承部支承，包围试验管1的一端1a侧而配置。

导引部2c与加热器2b连接，将通过加热器2b将原气加温而生成的调温气体沿着试验管1向试验管1的周围导引。

该导引部2c由在内部收容试验管1的管状的绝热部件构成，其长度横跨试验管1的由相机4摄像的区域而设定。但是，如图1B的剖视图所示，导引部2c具有将由相机4摄像的区域露出的开口部2c1，由此截面形状被设定为C形。

试验评价气体供给部3如图1A所示，连接在试验管1的另一端1b上，对试验管1供给试验评价气体。

另外，试验评价气体供给部3作为试验评价气体而供给将燃料与氧化剂预先混合的预混合气体。此外，试验评价气体供给部3将试验评价气体加温到试验管1的温度附近。

相机4通过未图示的支承部配置在试验管1的侧方，通过将试验管1摄像来取得试验管1内的火焰的位置。

另外，由于形成在试验管1内的火焰的发光量较微弱，所以相机4优选的是根据需要将曝光时间设定得较长来摄像。

在具有这样的结构的本实施方式的燃烧实验装置S1中，在从试验评价气体供给部3向试验管1内供给试验评价气体之前，通过调温气体供给部2沿着试验管1向试验管1的周围供给调温气体。

更详细地讲，从流体喷射部2a喷射原气，将原气用加热器2b加热而成为调温气体，通过将调温气体向导引部2c内导引，将调温气体沿着试验管1向试验管1的周围供给。

通过这样将调温气体沿着试验管1向试验管1的周围供给，将试验管1用调温气体加热。

另外，当然调温气体的温度越接近于加热器2b越高。因此，被调温气体加热的试验管1的温度在加热器2b侧较高，越从加热器2b离开越变低。结果，对于试验管1，在长度方向上赋予随着从加热器2b侧的一端1a朝向另一端1b侧下降的温度梯度。

对试验管1赋予的长度方向的温度梯度可以通过调节调温气体的流量来变更（即调节）。

图2是表示在使调温气体的流量变化的情况下对试验管1赋予的长度方向的温度梯度的曲线图。另外，在图2中，纵轴表示试验管1内的位置，横轴表示试验管1的温度。此外，在图2中的纵轴中，原点O表示试验管1的长度方向的中央。此外，在图2中，曲线A表示调温气体的流量最少的情况下的结果，以曲线B、曲线C、曲线D的顺序表示使调温气体流量逐渐变多的结果。

根据图2可知，调温气体的流量越多，向试验管1的另一端1b侧传递的热量越增大，试验管1的长度方向的温度梯度变得越小。

另外，在使用本实施方式的燃烧实验装置S1的试验管1进行着火温度的测量的情况下，需要另外测量试验管1的长度方向的温度梯度（即温度分布）。该测量例如可以通过在将试验评价气体的供给停止的状态下将热电偶穿通到试验管1中来进行。这种使用热电偶的温度测量也可以在火焰的形成位置的取得前进行，但如果考虑因使热电偶通过带来的向试验管1的影响，则优选的是在取得火焰的形成位置后进行。

此外，有火焰的情况和没有的情况下的试验管1的流路长度方向的温度分布的差异足够小，在进行实验时可以忽视。

另外，试验管1的长度方向的温度梯度越小，与试验管1的长度方向的移动量对应的温度变化越小。因此，能够高精度地取得试验管1的位置与温度的关系，能够得到正确的燃料的着火温度。

另一方面，例如在将本实施方式的燃烧实验装置S1配置在高压环境中、取得高压环境中的火焰的位置的情况下，也有为了高压环境的维持而优选的是调温气体的流量较少的情况。此时，在能够维持高压环境的范围内设定调温气体的流量，以使试验管1的长度方向的温度梯度变得更小。

这样，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，通过对燃烧实验要求的条件，调节调温气体的流量。

另外，例如在柴油发动机或燃气发动机中，燃料在最大10MPa左右的高压环境下燃烧。因此，在想要得到在柴油发动机或燃气发动机中使用的燃料的燃烧特性的情况下，优选的是在同样的高压环境下进行实验。因而，在想要通过模拟得到柴油发动机或燃气发动机中的燃料的燃烧特性的情况下，优选的是将本实施方式的燃烧实验装置S1配置到与柴油发动机或燃气发动机的燃烧空间相同程度的高压环境下进行实验。

如果这样对试验管1赋予长度方向的温度梯度，则接着从试验评价气体供给部3对试验管1的另一端1b供给试验评价气体。

并且，供给到被赋予了长度方向的温度梯度的试验管1中的试验评价气体通过在试验管1内行进而被加热，成为高温，通过被加热到着火温度以上而着火。结果，在试验管1的内部形成火焰。

另外，火焰的形成位置依存于从试验评价气体供给部3向试验管1供给的试验评价气体的流量而变化。但是，在向试验管1供给的试验评价气体的流量较多的情况下，即使是使流量为一定的情况，火焰的形成位置也变动。因此，从试验评价气体供给部3向试验管1供给的试验评价气体的流量优选的是抑制为在使流量为一定的情况下在试验管1内火焰的位置不变位的流量。

并且，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，如上述那样在试验管1内形成火焰，通过用相机4摄像来取得其位置。

根据以上那样的本实施方式的燃烧实验装置S1，能够任意地调节调温气体的流量、任意地调节试验管1的长度方向的温度梯度。因此，能够在适合于实验环境的范围内进行高精度的测量。

此外，根据本实施方式的燃烧实验装置S1，能够在高压环境中也对试验管赋予长度方向的温度梯度，此外能够调节该长度方向的温度梯度。因此，在高压环境中，也能够容易地进行燃料的燃烧实验。

此外，根据本实施方式的燃烧实验装置S1，通过使用调温气体，能够对试验管1有效率地传递热量。例如与使用氢燃烧器的情况相比，能够将用来对试验管1赋予长度方向的温度梯度的能量削减为百分之一左右。

通过这样的能量的削减，将向周围的放热量也减少，所以例如在将本实施方式的燃烧实验装置S1设置在耐压腔室内的情况下，也能够抑制耐压腔室的温度上升。

此外，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，使试验管1为直管，而且铅直地配设，进而调温气体供给部2从下方朝向上方流过调温气体。

因此，通过自然对流，自然温度较高的调温气体上升，温度较低的试验评价气体下降。因而，能够削减用来使调温气体及试验评价气体流动的能量。

此外，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，具备将调温气体从试验管1的一端1a朝向另一端1b导引的导引部2c。

因此，能够抑制调温气体在试验管的径向上扩散、有效率地将试验管1加热。

此外，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，由于导引部2c由管状的绝热部件构成，所以能够更有效率地将试验管1加热。

进而，在本实施方式的燃烧实验装置S1中，导引部2c具备将试验管1的相机4的摄像区域（测量区域）露出的开口部2c1。因此，能够可靠地取得火焰的位置。

（第2实施方式）

接着，对本发明的第2实施方式进行说明。另外，在本实施方式的说明中，对于与上述第1实施方式同样的部分将其说明省略或简略化。

图3A及图3B是表示本实施方式的燃烧实验装置S2的概略结构的示意图。如该图所示，在本实施方式的燃烧实验装置S2中，代替上述第1实施方式的燃烧实验装置S1具备的由管状绝热部件构成的导引部2c而具备导引部2d，所述导引部2d包围试验管1并由对于从火焰发出的光具有透射性的玻璃管（透明管）构成。

根据采用这样的结构的本实施方式的燃烧实验装置S2，由于导引部2d对于从火焰发出的光具有透射性，所以不需要对导引部2d设置开口部。

因此，能够使调温气体均等地流到试验管1的周围，能够防止沿着试验管1的周面方向的温度不匀的发生。

（第3实施方式）

接着，对本发明的第3实施方式进行说明。另外，在本实施方式的说明中，也关于与上述第1实施方式同样的部分将其说明省略或简略化。

图4A及图4B是表示本实施方式的燃烧实验装置S3的概略结构的示意图。如该图所示，在本实施方式的燃烧实验装置S3中，代替上述第1实施方式的燃烧实验装置S1具备的由管状绝热部件构成的导引部2c，具备导引部2e，所述导引部2e由在相机4侧和与相机4侧相反侧设有开口部2e1的绝热部件构成。

根据这样的本实施方式的燃烧实验装置S3，能够通过设在导引部2e的相机4侧的开口部2e1可靠地取得火焰的位置。

进而，也有通过试验管1的加热将导引部2e同样加热、由此导引部2e发光的情况。相对于此，根据本实施方式的燃烧实验装置S3，由于在导引部2e的与相机4侧相反侧设有开口部2e1，所以从相机4观察，在火焰的背侧不产生起因于导引部2e被加热的发光区域。因此，能够更可靠地取得火焰的位置。

以上，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。在上述实施方式中表示的各构成部件的各形状及组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内能够基于设计要求等而进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，对调温气体供给部2具备流体喷射部2a、加热器2b和导引部2c的结构进行了说明。

但是，本发明并不限定于此，调温气体供给部2的结构只要是使调温气体沿着试验管1流动的结构就可以，没有特别限定。

例如，也可以采用将加热器与流体喷射部一体化的结构、不具备加热器的结构、或者不具备导引部的结构。

此外，在上述实施方式中，对试验管是直管、铅直地配设的结构进行了说明。

但是，本发明并不限定于此，也可以使用稍稍弯曲的试验管、或虽然是直管但朝向与铅直方向稍稍不同的方向配设的试验管。也包括这样稍稍弯曲的试验管、或朝向与铅直方向稍稍不同的方向配设的试验管，在本发明中称作铅直的直管。

此外，在上述实施方式中，对作为火焰位置取得机构而使用相机的结构进行了说明。

但是，本发明并不限定于此，作为火焰位置取得机构，也可以使用测量形成了火焰的状态的试验管的管壁温度、能够根据该测量值特定火焰的位置的温度传感器。

此外，例如也可以设置基于来自操作部的指令或来自测量周围环境的传感器的指令来调节调温气体的流量的控制装置。

此外，在上述实施方式中，对通过使调温气体的流量变化来调节对试验管1赋予的长度方向的温度梯度的结构进行了说明。

但是，本发明并不限定于此，也可以通过使调温气体的温度或流速变化来调节对试验管1赋予的长度方向的温度梯度。

产业上的可利用性

根据本发明，在用来取得在管内部形成的火焰的位置的燃烧实验装置中，能够调节对管赋予的长度方向的温度梯度。

附图标记说明

S1、S2、S3 燃烧实验装置，1 试验管，1a 一端，1b 另一端，2 调温气体供给部（调温流体供给机构），2a 流体喷射部（流体生成部），2b 加热器，2c 导引部，2c1 开口部，2d 导引部，2e 导引部，2e1 开口部，3 试验评价气体供给部（供给机构），4 相机（火焰位置取得机构）。

Claims (6)

1.一种燃烧实验装置，具备内部流路的直径比常温下的消焰直径小并且在内部形成火焰的试验管、对试验管内供给混合了燃料和氧化剂的预混合气体的供给机构、和取得上述试验管内的火焰的位置的火焰位置取得机构，其特征在于，

具备使调温流体沿着上述试验管流动的调温流体供给机构。

2.如权利要求1所述的燃烧实验装置，其特征在于，

上述调温流体供给机构能够调节上述调温流体的流量。

3.如权利要求1所述的燃烧实验装置，其特征在于，

上述试验管是铅直地配设的直管，上述调温流体供给机构使上述调温流体从下方朝向上方流动。

4.如权利要求1所述的燃烧实验装置，其特征在于，

上述调温流体供给机构具备：

流体生成部，生成流体；

加热器，将由上述流体生成部生成的流体温度调节，成为上述调温流体；

导引部，将上述调温流体从上述试验管的一端朝向另一端导引。

5.如权利要求4所述的燃烧实验装置，其特征在于，

上述导引部将上述试验管包围，并且具有使上述试验管的上述火焰位置取得机构的测量区域露出的开口部。

6.如权利要求4所述的燃烧实验装置，其特征在于，

在上述试验管对于从上述火焰发出的光具有透射性，上述火焰位置取得机构是将上述试验管从外部摄像的摄像装置的情况下，

上述导引部是将上述试验管包围并且对于从上述火焰发出的光具有透射性的管。

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