CN109032205A - 一种可控温控烟火场环境模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可控温控烟火场环境模拟试验装置，所述模拟试验装置包括通过管道依次连接的实验火源燃烧室、循环水冷装置、加压风机和火灾环境模拟实验舱。本发明装置用以解决现有模拟火场技术不能对每个参数单独控制的问题，其能够对例如温度和烟气等火场主要参数进行可分离控制，并能探测和控制温度和烟气均匀分布。此外通过循环水系统对进入加压风机的管道进行降温，冷却由于烟气造成的送烟管道温度过高；并通过火灾环境模拟实验舱内部的循环风系统促进温度、湿气和烟雾在实验舱内部循环流动，获得均匀和准确的试验环境。

Description

一种可控温控烟火场环境模拟试验装置

技术领域

本发明涉及模拟试验装置技术领域，具体涉及一种可控温控烟火场环境模拟试验装置。

背景技术

火场通常是指火灾发生、发展蔓延及其波及的场所或区间，火场在火灾发生时才能形成，火灾的发生在时间、地点、范围、性质等诸方面都有其随机性，且有突然、迅速、多变的特点。火场情况错综复杂，千变万化，为了重现火灾现场，模拟火场环境，为消防探测设备的开发研究、防护装备的研究和相关标准的制定研究以及开展科学的火灾科学理论研究提供基础条件，需要建立人工模拟火场环境。

模拟火场环境设备应是一个集多元模拟火场环境条件，即火场热辐射、火场温度、火场湿度和火场烟气等环境于一体的较大空间的试验室。为实现这样的模拟环境条件，现有技术有：运用远红外定向强辐射技术的单屏或多屏热辐射器，及辐射热通量和辐照时间的控制技术；运用高温电加热技术营造的恒温或变温环境和多点温度控制技术；运用加湿技术营造的恒湿或变湿环境和湿度控制技术；运用各种发烟方式营造的烟气环境和能见度测试技术。现有技术中上述多种控制技术的各项参数相互关联，不能实现每个参数的单独控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可控温控烟火场环境模拟试验装置，用以解决现有模拟火场技术不能对每个参数单独控制的问题，其能够对例如温度和烟气等火场主要参数进行可分离控制，并能探测和控制温度和烟气均匀分布，此外通过循环水系统和循环风系统来保证模拟试验装置的稳定有效运行。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种可控温控烟火场环境模拟试验装置，所述模拟试验装置包括通过管道依次连接的实验火源燃烧室、循环水冷装置、加压风机和火灾环境模拟实验舱，其中，

所述火灾环境模拟实验舱包括外部壳体和内部网状内胆，在壳体和网状内胆之间设置有自动控温装置，所述自动控温装置用于在不点火的情况下对实验舱内部进行加热，并保障温度稳定在设定值；在网状内胆上还设置有温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器，上述传感器用于对实验舱内部的温度、湿度和烟雾浓度进行监控；

所述实验火源燃烧室通过管道将燃烧室内部实验火源产生的烟气通至实验舱，保证实验火源可控及实验舱烟气的浓度可控；

所述加压风机用于促进烟气进入实验舱，解决在实验舱内外压力不平衡时，例如实验舱内压力过大时，进烟困难的问题；

所述循环水冷装置用于对进入加压风机的管道进行降温，冷却由于烟气造成的送烟管道温度过高。由于实验火源产生的明火会随着加压风机的运行把火焰抽进管道，造成加压风机和管道的过热，并会影响实验舱内温度的精确控制，因此在加压风机和实验火源燃烧室之间的管道外壁加装有循环水冷却系统，以保护烟气下游设备正常工作运行，尽量减少烟气热量对实验舱内温度的精确控制造成影响。

所述网状内胆与壳体间隔平行设置，表面均布多个贯穿网状内胆联通网状内胆内部和外部的通孔，可以允许温度、湿度和烟雾进出网状内胆，从而构造出一个环境相对稳定的内部试验环境空间。

进一步的，所述自动控温装置包括电连接的温控器和加热元件，温控器用于自动控制加热元件的加热，在实验舱内温度未达到设定值时控制加热元件使实验舱升温；当温度达到或超过设定值时断开以停止加热。所述温控器可以采用工业电炉温控器，例如日本SHINKO PCD-33A系列温控器，日本SHIMADEN FP30系列温控器等；所述加热元件可以采用工业电热丝、工业电热管，如Kanthal电热丝、BGH电热丝、Incoloy840高温加热管等。

在一个实施方案中，温控器同加热元件热隔离，以减少加热元件热量对温控器的影响。

优选的，所述实验舱内部划分为多个子区域，且在这些子区域中分别设置有温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器，以检测实验舱内部尤其是网状内胆内部不同区域中的温度、湿度和烟雾浓度，保证实验环境中上述参数测量的准确性和均匀性。以温度测量为例，可以将待测区域按一定方式划分成多个子温区，在每个测量周期内，同时监控各个温度传感器的测量值，即可测量出温度场各个子温区的实时温度，在保证各个温度场区域温度一致的条件下进行例如测速实验，保证了实验温度的均匀性和准确性。

所述温度传感器可以使用PT100温度传感器、热敏电阻温度传感器、热电偶温度传感器等；所述湿度传感器可以使用电阻式湿度传感器，电容式湿度传感器。也可以使用现有技术中结合的温湿度传感器，例如霍尼韦尔(Honeywell)HIH9000系列传感器。所述烟雾传感器可以使用离子式烟雾传感器，例如日本NEMOTO NIS系列烟雾传感器等。

进一步的，在壳体和网状内胆之间还设置有循环风系统，所述循环风系统包括风机。通过风机在壳体和网状内胆之间的通道内在一个方向上送风，促进温度、湿气和烟雾在实验舱内部循环流动，并进入网状内胆，防止烟气进入实验舱后随时间推移造成沉降，从而获得均匀和准确的试验环境。

在一个实施方案中，所述循环风系统包括两个风机，且所述两个风机在壳体和网状内胆之间的环形通道内对角设置。上述两个风机同时顺向或逆向出风，能够提高内部风循环效率，且能够避免由于单一风机故障而使循环风系统无法工作的问题。

进一步的，在网状内胆中设置有用于安装实验装置的实验装置安装板。实验装置安装板可用于安装各种实验设备进行实验和测试。

进一步的，所述壳体包括外壳和内壳，在外壳和内壳之间填充有保温材料。将火灾环境模拟实验舱用保温材料包裹起来，能够保证实验环境温度稳定。另外可在室内常温情况下对实验舱进行充烟，使本发明试验装置适用性好，应用范围广。所述保温材料可以使用电炉、窑炉等领域常用的工业保温材料，例如轻质粘土砖、轻质高铝砖、硅藻土、石棉、耐火纤维棉、纤维毯以及高铝浇注料等。

进一步的，所述火灾环境模拟实验舱还设置有泄压阀。当实验舱内压力过大而超过设定阈值时，泄压阀自动打开进行泄压，避免由于内外压力差过大而无法充烟，并能够保护实验舱安全运行。

进一步的，所述火灾环境模拟实验舱还设置有舱门，且舱门上设置有观察窗。舱门用于操作人员进出，进行实验装置设置、维护等；观察窗用于在实验装置运行时直观观察工作情况。

进一步的，所述火灾环境模拟实验舱还设置有排气孔，且排气孔带有减压阀门。排气孔具有能自动检测舱内压力的功能，防止实验舱内压力太大，抽风机不能抽进去烟；另外，在实验结束后能进行烟气的排放。

进一步的，所述循环水冷装置包括套设在实验火源燃烧室出口管道上的水冷器，所述水冷器带有进水口和出水口，且进水口相比于出水口远离实验火源燃烧室，使得冷却水的运行方向和管道内烟气的运行方向相反。这样设置能够提高换热效率，促进循环水冷装置有效运行。

在一个实施方案中，所述循环水冷装置中的冷却水通道从进水口至出水口围绕烟气管道螺旋前进，从而进一步提高热交换效率。上述方式可以通过设置在循环水冷装置中的螺旋挡板来实现。

本发明方法具有如下优点：

1、本发明通过将实验火源外置，通过管道将实验火源产生的烟气通至实验舱，保证实验火源可控及实验舱烟气的浓度可控；

2、温度、湿度、烟雾浓度等各主要参数分别可控，减少相互影响；

3、本发明装置各组成设备结构分散，可分别进行制作，加工方便，便于替换维护，维修方便。

附图说明

图1为本发明可控温控烟火场环境模拟试验装置的连接示意图。

图2为本发明一个实施方案中火灾环境模拟实验舱结构示意图。

图3为本发明一个实施方案中循环水冷装置结构示意图。

其中附图标记：

1、火灾环境模拟实验舱；2、加压风机；3、循环水冷装置；4、实验火源燃烧室；5、外壳；6、保温材料；7、内壳；8、温控器；9、加热元件；10、加压风机；11、网状内胆；12、传感器(温度传感器、湿度传感器和/或烟雾传感器)；13、实验装置安装板；14、烟气/湿气入口；15、烟气管道；16、水冷器外壳；17、进水口；18、出水口；19、螺旋挡板；20、排气孔。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所示，显示了本发明可控温控烟火场环境模拟试验装置的连接示意图。其中实验火源燃烧室4、循环水冷装置3、加压风机2和火灾环境模拟实验舱1依次通过管道15连接，循环水冷装置3套设在实验火源燃烧室4出口管道上。实验火源燃烧室4产生的烟气和湿气通过管道15经循环水冷装置3冷却，并通过加压风机2进行加压，送入火灾环境模拟实验舱1内。循环水冷装置3同时对进入加压风机2的管道15进行降温，冷却由于烟气造成的送烟管道15温度过高。

实施例2

如图2所示，显示了一个实施方案中火灾环境模拟实验舱结构示意图。火灾环境模拟实验舱包括外部的外壳5、内壳7和内部的网状内胆11，在外壳5和内壳7之间填充有保温材料6。在内壳7和网状内胆11之间设置有自动控温装置，自动控温装置包括相连的温控器8和加热元件9，自动控温装置用于在不点火的情况下对实验舱内部进行加热，并保障温度稳定在设定值；温控器8同加热元件9热隔离，以减少加热元件9热量对温控器8的影响。

在网状内胆11上设置有各种传感器12，传感器12包括温度传感器、湿度传感器和/或烟雾传感器，上述传感器用于对实验舱内部的温度、湿度和烟雾浓度进行监控；网状内胆11与内壳7间隔平行设置，表面均布多个贯穿网状内胆11并联通内部和外部的通孔，可以允许温度、湿度和烟雾进出网状内胆，从而构造出一个环境相对稳定的内部试验环境空间。

在内壳7和网状内胆11之间还设置有循环风系统，所述循环风系统包括风机10。通过风机10在内壳7和网状内胆11之间的通道内在一个方向上送风，促进温度、湿气和烟雾在实验舱内部循环流动，并进入网状内胆11，获得均匀和准确的试验环境。在网状内胆11中设置有用于安装实验装置的实验装置安装板13。

火灾环境模拟实验舱设置有烟气/湿气入口14，用于连接来自加压风机2送来的烟气/湿气。火灾环境模拟实验舱还设置有泄压阀(未示出)以及舱门(未示出)，且舱门上设置有观察窗(未示出)。火灾环境模拟实验舱1还设置有排气孔20，且排气孔20带有减压阀门(未示出)。

实施例3

如图3所示，显示了本发明一个实施方案中循环水冷装置结构示意图。循环水冷装置3包括套设在实验火源燃烧室4出口管道15上的水冷器，水冷器包括外壳16和内部螺旋挡板19，并带有进水口17和出水口18，且进水口17相比于出水口18远离实验火源燃烧室4，使得冷却水的运行方向和管道内烟气的运行方向相反。循环水冷装置用于对管道15内的烟气进行降温，并对进入加压风机的管道15进行降温，冷却由于烟气造成的送烟管道温度过高。循环水冷装置中的冷却水通道从进水口17至出水口18围绕烟气管道15螺旋前进，从而进一步提高热交换效率。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述模拟试验装置包括通过管道依次连接的实验火源燃烧室、循环水冷装置、加压风机和火灾环境模拟实验舱，其中，

所述火灾环境模拟实验舱包括外部壳体和内部网状内胆，在壳体和网状内胆之间设置有自动控温装置；在所述网状内胆上还设置有温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器；所述实验火源燃烧室通过管道将燃烧室内部实验火源产生的烟气通至实验舱；所述加压风机用于促进烟气进入实验舱；所述循环水冷装置用于对进入加压风机的管道进行降温，冷却由于烟气造成的送烟管道温度过高。

2.根据权利要求1所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述网状内胆与壳体间隔平行设置，表面均布多个贯穿网状内胆联通网状内胆内部和外部的通孔。

3.根据权利要求2所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述自动控温装置包括电连接的温控器和加热元件，且温控器同加热元件热隔离。

4.根据权利要求1所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述火灾环境模拟实验舱内部划分为多个子区域，且在这些子区域中分别设置有温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器，以检测火灾环境模拟实验舱内部不同区域中的温度、湿度和烟雾浓度。

5.根据权利要求1所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，在壳体和网状内胆之间还设置有循环风系统，所述循环风系统包括风机。

6.根据权利要求5所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述循环风系统包括两个风机，且所述风机在壳体和网状内胆之间的环形通道内对角设置，同时顺向或逆向出风，从而提高内部风循环效率，避免由于单一风机故障而使循环风系统无法工作的问题。

7.根据权利要求1所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，在所述网状内胆中设置有用于安装实验装置的实验装置安装板。

8.根据权利要求1所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述壳体包括外壳和内壳，在外壳和内壳之间填充有保温材料。

9.根据权利要求1所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述循环水冷装置包括套设在实验火源燃烧室出口管道上的水冷器，所述水冷器带有进水口和出水口，且进水口相比于出水口远离实验火源燃烧室，使得冷却水的运行方向和管道内烟气的运行方向相反，从而提高换热效率，促进循环水冷装置有效运行。

10.根据权利要求9所述的可控温控烟火场环境模拟试验装置，其特征在于，所述循环水冷装置中的冷却水通道通过设置在循环水冷装置中的螺旋挡板实现从进水口至出水口围绕烟气管道螺旋前进。