CN103487462B - 基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置 - Google Patents

基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置 Download PDF

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Abstract

一种基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置，其特征在于：包括依次连接的燃烧测试单元、烟气过滤单元、三通阀、与三通阀相连的呈并联设置的采样管路和排气管路，在采样管路上连接有氧分析仪，氧分析仪输出端连接有计算机，通过计算卷烟点燃后耗氧量得出卷烟的热释放量，从而表征卷烟的引燃倾向。本发明基于燃烧学的经典理论而设计，结构合理，操作简便，可以有效的测试卷烟的热释放量，据此反映卷烟的引燃倾向，具有科学的理论支撑和更强的说服力。且本发明可大大降低测试过程中耗材的使用，减少卷烟的测试数量，明显节省测试成本，提高了测试效率。

Description

基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置
技术领域
本发明涉及卷烟测试，具体是一种基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置。
背景技术
重大火灾的发生常常是由于点燃的卷烟掉在床上或者软垫家具上引起的。点燃的卷烟加热家具材料，并开始闷烧，随后就会转化为明火燃烧，从而发生火灾。为了减少火灾，美国最先开始了卷烟阻燃性的研究。进入21世纪，国际社会对低引燃倾向（LIP）卷烟的研究日益深入。2002年，美国材料与测试协会ASTM发布了用于测定卷烟引燃倾向的方法标准ASTM E2187。2010年，国际标准化组织颁布了基于ASTM E2187方法的国际标准ISO 12863。
根据ISO 12863“卷烟引燃倾向评价方法标准”，现有卷烟引燃倾向测试方法的原理是，将点燃的卷烟放置在由特定层数滤纸组成的基质表面，观察卷烟能否全长燃烧，重复40次构成一组数据，计算全长燃烧的卷烟支数占测试卷烟总数的百分比，称之为“全长燃烧百分比”，以此来评价卷烟的引燃倾向。
ISO 12863中的方法实际上是对卷烟掉落至软垫家具上进行阴燃甚至引燃软垫家具状态的模拟。研究表明，该方法在实际测试中，操作步骤较为繁琐，容易受到人为因素的影响；每测试40支卷烟才能构成一项数据，测试效率很低；必须使用Whatman 2号滤纸，不仅造成了技术垄断，大大增加了测试费用，而且不同批次的滤纸存在一定的差异，对测试结果也会产生影响。
燃烧学中，材料的热释放量指它燃烧时放出的总热量，是材料火灾危险性的重要特征之一。热释放量越大的材料，越易引发材料闪燃，造成火灾的可能性也越高。耗氧燃烧热是指物质与氧气完全燃烧时消耗单位质量氧所产生的热量。大量有机物及聚合物的耗氧燃烧热均接近13.1KJ/g这一平均值，偏差大约5%。在实际火灾中，往往是多种材料同时燃烧，难于精确知道每种材料的组成及化学反应，而且存在不完全燃烧的影响。因此，利用耗氧燃烧热估算火灾中材料燃烧所释放的热能是比较方便的。按照此原理，只需要知道燃烧体系在燃烧前后含氧量的差值就可以由耗氧燃烧热计算材料燃烧释放的热能，且较容易用于开放体系中材料燃烧热的测量。
综上，卷烟的热释放量越大，则其引发火灾的可能性也越大。根据上述原理可以有效的估算卷烟燃烧过程中热释放量，考虑到卷烟的个体差异性，可以计算10支卷烟的热释放量平均值，并据此来评价卷烟的引燃倾向。
发明内容
本发明的目的正是基于上述现有技术状况而提供一种基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置，该装置具有较高的理论支撑，结构合理，操作简便，测试效率高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置，包括依次连接的燃烧测试单元、烟气过滤单元、三通阀、与三通阀相连的呈并联设置的采样管路和排气管路，在采样管路上连接有氧分析仪，氧分析仪输出端连接有计算机，通过计算卷烟点燃后耗氧量得出卷烟的热释放量，从而表征卷烟的引燃倾向；
所述燃烧测试单元包括锥形结构的玻璃瓶，玻璃瓶上端设一玻璃管作为出气口，玻璃瓶底部边缘设有进气管和一个内径40mm、长40mm的用于放置卷烟夹持器的圆柱形玻璃管，进气管可为三个也可为一个，若进气管为三个，均匀布置在玻璃瓶底部边缘处，即三个进气管的中心点线相交呈等边三角形，圆柱形玻璃管的位置与其中一个进气管正对。若进气管为一个，则该进气管与圆柱形玻璃管的位置正对。
所述烟气过滤单元采用两级过滤，由一个装有干燥剂的水分过滤瓶和装有过滤片的粒相过滤器串接，防止水分和杂质对氧分析仪产生影响。；
所述采样管路和排气管路均由流量计和真空泵组成。
采样管路中的真空泵最大流量大于0.5L/min，用于对过滤后的烟气进行采样，将烟气抽入氧分析仪进行测量。流量控制器用于控制采样真空隔膜泵的抽吸流量，测试过程中流量控制器应将气体的抽吸流量控制在0.5 l/min。顺磁氧分析仪用于测试烟气中的氧气浓度，其量程应至少在0~25%氧气浓度范围内。
排气管路中的真空泵最大流量大于2L/min，用于将多余的烟气排出。流量控制器用于控制排气真空隔膜泵的抽吸流量，测试过程中流量控制器应将气体的抽吸流量控制在2 l/min。
计算机与顺磁氧分析仪通过串口连接进行通信，计算机上运行有实时采集分析软件，分析软件使用Microsoft Visual C++编写，具有实时采集氧分析仪数据、计算卷烟热释放量、显示及保存数据等功能。
具体测试数据以燃烧学公式为依据，计算机软件通过以下公式计算出耗氧量和热释放量：
根据燃烧学原理，卷烟燃烧过程中的热释放量HR由式（1）、式（2）给出：
                               （1）
                                    （2）
式中：
OC  —— 卷烟燃烧过程中的耗氧量，单位为克（g）；
HR  —— 卷烟燃烧过程中的热释放量，单位为千焦（KJ）；
c0   —— 氧气分析仪记录的初始氧气浓度，单位为百分比（%）；
c(t)  —— 测量过程中，氧分析仪实时记录的氧气浓度，单位为百分比（%）；
tn   —— 卷烟从开始测试到停止测试的时间间隔，单位为秒（s）；
Q   —— 氧分析仪的气体抽吸总流量；
ρ   —— 氧气密度，为1.429 g/l。
重复测试10支卷烟，取10次测定的平均值，用以表征卷烟的引燃倾向。
本发明基于燃烧学的经典理论，结构合理，操作简便，可以有效的测试卷烟的热释放量，据此反映卷烟的引燃倾向，具有科学的理论支撑和更强的说服力。且本发明可大大降低测试过程中耗材的使用，减少卷烟的测试数量，明显节省测试成本，提高了测试效率。
附图说明
图1 为测试装置系统结构示意图；
图2 为3个进气管的玻璃瓶主视图。
图3为3个进气管的玻璃瓶仰视图。
图4 为1个进气管的玻璃瓶正视图。
图5为1个进气管的玻璃瓶仰视图。
图6 为烟气过滤单元结构示意图。
图中:1.燃烧测试单元，1.1玻璃瓶，1.2出气口，1.3进气管，1.4用于放置卷烟夹持器的圆柱形玻璃管，2烟气过滤单元，2.1水分过滤瓶，2.2粒相物过滤器，3三通阀，4采样管路，4.1采用流量计，4.2采用真空泵，5排气管路，5,1排气流量计，5.2排气真空泵，6氧分析仪，7计算机。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述。这些实施例仅用于说明本发明而用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明的整体结构示意图如图1所示。
本发明由燃烧测试单元1、烟气过滤单元2、三通阀3、采样管路4、排气管路5、氧分析仪6、计算机7等几个模块组成，各个测试模块通过气管相连，氧分析仪与计算机通过串口数据线连接。
所述燃烧测试单元1包括锥形结构的玻璃瓶1.1，玻璃瓶上端设一玻璃管作为出气口1.2，玻璃瓶底部边缘设有进气管1.3和一个内径40mm、长40mm的用于放置卷烟夹持器的圆柱形玻璃管1.4，进气口可为三个也可为一个，若进气管为三个，均匀布置在玻璃瓶底部边缘处，即三个进气管的中心线相交呈等边三角形，圆柱形玻璃管的位置与其中一个进气管正对（参见图2、3）。若进气管为一个，则该进气管与圆柱形玻璃管的位置正对（参见图4、5）。
所述烟气过滤单元2采用两级过滤，由一个装有干燥剂的水分过滤瓶2.1和装有过滤片的粒相过滤器2.2串接，防止水分和杂质对氧分析仪产生影响。；
所述采样管路4和排气管路5均由流量计和真空泵组成。
测试时，具体操作如下：
1、将装置各个模块连接起来，将水分过滤瓶中放入干燥剂，将粒相物过滤器中放入滤片，开启采样泵、排气泵和氧分析仪，待氧分析仪预热稳定后开始测试；
2、运行计算机上的采集软件，将卷烟点燃后，放置于安装在橡皮塞上的卷烟夹持器上，将橡皮塞塞入测试玻璃瓶，保证卷烟水平放置；
3、计算机软件通过以下公式计算出耗氧量和热释放量：
根据燃烧学原理，卷烟燃烧过程中的热释放量HR由式（1）、式（2）给出：
                               （1）
                                    （2）
4、重复测试10支卷烟，取10次测定的平均值，用以表征卷烟的引燃倾向。

Claims (3)

1.一种基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置，其特征在于：包括依次连接的燃烧测试单元、烟气过滤单元、三通阀、与三通阀相连的呈并联设置的采样管路和排气管路，在采样管路上连接有氧分析仪，氧分析仪输出端连接有计算机，通过计算卷烟点燃后耗氧量得出卷烟的热释放量，从而表征卷烟的引燃倾向；
所述燃烧测试单元包括锥形结构的玻璃瓶，玻璃瓶上端设一玻璃管作为出气口，玻璃瓶底部边缘设有进气管和一个内径40mm、长40mm的用于放置卷烟夹持器的圆柱形玻璃管；玻璃瓶底部边缘所设的进气管为三个，均匀布置在玻璃瓶底部边缘处，即三个进气管的中心线相交呈等边三角形，圆柱形玻璃管的位置与其中一个进气管正对；或者玻璃瓶底部边缘所设的进气管为一个，该进气管与圆柱形玻璃管的位置正对；
所述烟气过滤单元采用两级过滤，由一个装有干燥剂的水分过滤瓶和装有过滤片的粒相过滤器串接；
所述采样管路和排气管路均由流量计和真空泵组成。
2.根据权利要求1所述的基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置，其特征在于：采样管路中的气体流量控制在0.5L/min。
3.根据权利要求1所述的基于耗氧原理的卷烟引燃倾向测试装置，其特征在于：排气管路中的气体流量控制在2L/min。
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