CN111721807A - 一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，包括：量热机构：包括量热容器、反应瓶和定量漏斗，其中，反应瓶内放置有待测样品，在量热容器内还设置有测量反应瓶产热量的量热组件，定量漏斗内装有水，并置于反应瓶上方，该定量漏斗的出液口还连接反应瓶；集气机构：包括导气管、水槽、固定支架和集气瓶，固定支架安装在水槽底部，导气管的一端连接反应瓶，另一端上安装有排气组件，集气瓶内装满水，且在测量时，集气瓶以倒置状态与排气组件对接，并用于收集反应瓶内反应生成的气体。与现有技术相比，本发明可同时测定自热食品发热包所释放的热量和气体量，为评价发热包的质量和安全性提供技术支撑，填补了该领域的技术空白。

Description

一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置

技术领域

本发明属于测试装置技术领域，涉及一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置。

背景技术

作为一种新型流行快餐食品，自热食品具有加热速度快、食用方便等优点而受到很多消费者和商家的追捧，结合口味造型的创新，自热食品成为了一种人们喜爱的即食快餐食品。

根据调查和资料查询，自热食品由食材和加热包组成，目前市场上的自热食品加热包主要成分包含铝粉、氧化钙、铁粉、镁粉等，使用时在加水后将释放大量的热量和以氢气为主的气体。其放热量及持续放热时间是评价发热包质量的重要指标，要求释放的热量能使食材加热到所需的温度；与此同时其释放的氢气却存在安全隐患，氢气是一种具有危险性的易燃气体，爆炸极限为4％-75.6％，且点火能很低，当自热食品在一些封闭或者半封闭的条件下使用，比如车内或帐篷中，就会存在燃烧、爆炸的风险，研究表明一份普通加热包能够产生大约四十升的氢气，加热包产生的氢气越多就越危险。

由此可见发热包所释放的热量和氢气量是评价其质量和安全性的主要指标，目前还没有自热食品发热包产品的相关标准，也没有测试发热包产生热量和氢气量的有效方法。专利CN 108007968 A一种发热包的检测方法及应用只提出了发热包总体热能的测定，没有气体量的测定方法。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，以检测自热食品发热包使用中释放热量与气体量，进而评价发热包的质量和安全性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，包括：

量热机构：包括量热容器、配有密封瓶盖的反应瓶和定量漏斗，其中，所述的反应瓶内放置有待测样品，并置于量热容器内，在量热容器内还设置有测量反应瓶产热量的量热组件，所述的定量漏斗内装有水，并置于反应瓶上方，该定量漏斗的出液口还连接所述反应瓶；

集气机构：包括导气管、水槽、固定支架和集气瓶，其中，所述的固定支架安装在水槽底部，并被盛装在水槽内的水浸没，所述的导气管的一端连接所述反应瓶，另一端上安装有排气组件，该排气组件还固定设置在固定支架上，所述的集气瓶内装满水，且在测量时，集气瓶以倒置状态与所述排气组件对接，并用于收集反应瓶内反应生成的气体。

进一步的，所述的量热容器具有由绝热泡沫密封而成的绝热空腔，所述的反应瓶安置在绝热空腔内，且在绝热空腔内盛装有淹没所述反应瓶的水，所述的量热组件接触绝热空腔内的水，并可测量水的温度，工作时，通过量热组件检测出绝热空腔内的水温变化，即可计算得到待测样品的放热量。

更进一步的，所述的量热组件为测量端浸入绝热空腔内部的水位下的温度计。

更进一步的，所述的绝热空腔内还设有搅拌器。

进一步的，所述的反应瓶与定量漏斗之间还设有回气管。

进一步的，所述的排气组件包括排气管、锥形阀芯、排气阀杆和排气弹簧，其中，所述排气管的一端连接所述导气管，另一端上设置有沿其内部空腔来回移动的排气阀杆，所述的锥形阀芯布置在排气管的内部空腔内，并固定连接所述排气阀杆，所述的排气弹簧的一端连接所述排气阀杆伸出排气管的一端，另一端则连接所述排气管端部，且在平常状态下时，排气弹簧带动排气阀杆向外伸出，并使得锥形阀芯封堵住所述排气管的排气口；当集气瓶倒置放在排气组件上时，排气阀杆被压向排气管内部，使得锥形阀芯离开所述排气口，进而使得排气管打开。

更进一步的，所述的排气管靠近排气弹簧的端部呈阶梯圆台状，其包括相互连通且直径较小的排气段和直径较大的阀芯段，所述排气段与阀芯段的交界处形成所述排气口，所述的排气段内设置有沿其内部来回移动的所述排气阀杆，所述的阀芯段还连接所述导气管，在阀芯段内设置有所述锥形阀芯。

进一步的，所述的集气瓶包括带有体积刻度的瓶身、以及安装在瓶身的瓶口处的集气阀，所述的集气阀包括固定安装在瓶口处且部分伸入瓶身内部的阀体，该阀体朝外的一侧开口，在阀体内还布置有可沿其内壁来回移动的阀芯，所述的阀芯与阀体之间还布置有集气弹簧，所述阀体的侧壁还加工有接通瓶身的侧开槽；当集气弹簧处于正常伸展状态时，阀芯处于完全遮挡住所述侧开槽，当集气瓶与排气组件对接时，阀芯被抵住向阀体底端移动，使得集气弹簧同步压缩，此时，侧开槽可露出并使得瓶身与外界相通。

更进一步的，所述的水槽的侧部还设有溢水口，使得水槽内的水位淹没整个排气组件，且在集气瓶倒置在排气组件上时，集气瓶上的侧开槽始终位于水槽液面之下。

更进一步的，所述的阀体呈圆柱型，且其外壁加工有与所述集气瓶固定连接的螺口。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)可同时测定自热食品发热包所释放的热量和气体量，为评价发热包的质量和安全性提供技术支撑，填补了该领域的技术空白。

(2)集气瓶上的特殊的集气阀、以及排气组件的配合设计，使得整个装置为可自动停止气体收集，大大提高了装置的可操作性，更换集气瓶方便快捷。

(3)集气机构采用排水法收集，能够保证气体收集完全，有效地避免气体逸散等引起结果的误差。

(4)采用模拟实验方式进行指标测定，确保实验数据与实际情况相一致。

附图说明

图1为本发明的测试装置的结构示意图；

图2为集气阀处的结构示意图；

图3为排气组件处的结构示意图；

图中标记说明：

1-量热容器，2-待测样品，3-绝热泡沫，4-反应瓶，5-温度计，6-搅拌器，7-定量漏斗，8-回气管，9-导气管，10-水，11-集气瓶，12-溢水口，13-排气管，14-水槽，15-三脚架，16-集气弹簧，17-侧开槽，18-阀芯，19-螺口，20-集气阀，21-排气弹簧，22-排气阀杆，23-锥形阀芯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能结构或部件，则表明其均为本领域为实现对应功能的常规部件或常规结构。

本发明提供了一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其结构参见图1所示，包括：

量热机构：包括量热容器1、配有密封瓶盖的反应瓶4和定量漏斗7，其中，所述的反应瓶4内放置有待测样品2，并置于量热容器1内，在量热容器1内还设置有测量反应瓶4产热量的量热组件，所述的定量漏斗7内装有水，并置于反应瓶4上方，该定量漏斗7的出液口还连接所述反应瓶4，在定量漏斗7的出液口处还设置有阀门；

集气机构：包括导气管9、水槽14、固定支架(即三脚架15)和集气瓶11，其中，所述的固定支架安装在水槽14底部，并被盛装在水槽14内的水浸没，所述的导气管9的一端连接所述反应瓶4，另一端上安装有排气组件，该排气组件还固定设置在固定支架上，所述的集气瓶11内装满水，且在测量时，集气瓶11以倒置状态与所述排气组件对接，并用于收集反应瓶4内反应生成的气体。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的量热容器1具有由绝热泡沫3密封而成的绝热空腔，所述的反应瓶4安置在绝热空腔内，且在绝热空腔内盛装有淹没所述反应瓶4的水，所述的量热组件接触绝热空腔内的水，并可测量水的温度，工作时，通过量热组件检测出绝热空腔内的水温变化，即可计算得到待测样品2的放热量。

更具体的实施方式中，所述的量热组件为测量端浸入绝热空腔内部的水位下的温度计5，测量时，一般保证温度计5的水银泡位于水面以下水位1/2处，且不贴壁。

更具体的实施方式中，所述的绝热空腔内还设有搅拌器6，使得量热容器1内的水温均一，优选的，设置搅拌器6的搅拌叶片的高度低于量热组件(即温度计5)，以避免搅拌时损坏量热组件。

在本发明的一种具体的实施方式中，所述的反应瓶4与定量漏斗7之间还设有回气管8，回气管8接在定量漏斗7内部的水位上方，这样，可以在定量漏斗7与反应瓶4之间构建平衡气压管路，以保证定量漏斗7内的水可以顺利排入反应瓶4内。

在本发明的一种具体的实施方式中，定量漏斗7上带有刻度，且其端部带有密封盖设计，这样，通过可拆卸的密封盖即可以满足测量时的密封要求，且可以根据需要随时补充水。

在本发明的一种具体的实施方式中，请再参见图3所示，所述的排气组件包括排气管13、锥形阀芯2318、排气阀杆22和排气弹簧21，其中，所述排气管13的一端连接所述导气管9，另一端上设置有沿其内部空腔来回移动的排气阀杆22，所述的锥形阀芯2318布置在排气管13的内部空腔内，并固定连接所述排气阀杆22，所述的排气弹簧21的一端连接所述排气阀杆22伸出排气管13的一端，另一端则连接所述排气管13端部，且在平常状态下时，排气弹簧21带动排气阀杆22向外伸出，并使得锥形阀芯2318封堵住所述排气管13的排气口；当集气瓶11倒置放在排气组件上时，排气阀杆22被压向排气管13内部，使得锥形阀芯2318离开所述排气口，进而使得排气管13打开。

更具体的实施方式中，所述的排气管13靠近排气弹簧21的端部呈阶梯圆台状，其包括相互连通且直径较小的排气段和直径较大的阀芯18段，所述排气段与阀芯18段的交界处形成所述排气口，所述的排气段内设置有沿其内部来回移动的所述排气阀杆22，所述的阀芯18段还连接所述导气管9，在阀芯18段内设置有所述锥形阀芯2318，此处的锥形阀芯2318的锥形面可以与排气口密封贴合。

在本发明的一种具体的实施方式中，请再参见图2所示，所述的集气瓶11包括带有体积刻度的瓶身、以及安装在瓶身的瓶口处的集气阀20，所述的集气阀20包括固定安装在瓶口处且部分伸入瓶身内部的阀体，该阀体朝外的一侧开口，在阀体内还布置有可沿其内壁来回移动的阀芯18，所述的阀芯18与阀体之间还布置有集气弹簧16，所述阀体的侧壁还加工有接通瓶身的侧开槽17；当集气弹簧16处于正常伸展状态时，阀芯18处于完全遮挡住所述侧开槽17，当集气瓶11与排气组件对接时，阀芯18被抵住向阀体底端移动，使得集气弹簧16同步压缩，此时，侧开槽17可露出并使得瓶身与外界相通。集气瓶11可以同时准备多个备用，当一个集气瓶11收集满气体后进行替换。

更具体的实施方式中，所述的水槽14的侧部还设有溢水口12，使得水槽14内的水位淹没整个排气组件，且在集气瓶11倒置在排气组件上时，集气瓶11上的侧开槽17始终位于水槽14液面之下。

更具体的实施方式中，所述的阀体呈圆柱型，且其外壁加工有与所述集气瓶11固定连接的螺口19。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

现在结合以下实施例对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

本实施例提供了一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其结构如图1-图3所示，包括：

(1)反应瓶4：发热包样品(即待测样品2)与水发生反应的容器，配有密封瓶盖，具有良好的密封性和导热功能，放置于绝热泡沫3围成的绝热空腔内，操作时整个反应瓶4被水完全淹没。

(2)量热容器1：一个圆柱形容器，内衬设置绝热泡沫3，具有较好的绝热效果，用于盛放水，通过测量水温变化来计算发热包的放热量。

(3)绝热泡沫3：内衬于量热容器1内，带盖密封设计。

(4)温度计5：监测水温变化，温度计5的水银泡位于水面以下水位1/2处，且不贴壁。

(5)搅拌器6：通过搅拌使量热容器1中的水温均一，搅拌桨叶片位置高度低于温度计5的水银泡位置，以避免搅拌时打破温度计5。

(6)定量漏斗7：用于盛装水，可通过阀门定量向反应瓶4内加水，带回气管8和密封盖，漏斗颈穿过绝热泡沫3层盖和反应瓶4盖伸入至反应瓶4内。

(7)回气管8：定量漏斗7的平衡气压管路，颈部穿过绝热泡沫3和密封瓶盖并伸入至反应瓶4内。

(8)导气管9：将反应瓶4内生成的气体导入集气瓶11的管路，一端穿过绝热泡沫3和反应瓶4盖伸入反应瓶4内，另一端与排气管13相连接。

(9)水槽14：一盛水容器，带溢水口12。

(10)三脚架15：位于水槽14中，为排气管13提供支撑作用，同时三脚架15上方的碗状延伸面可支撑倒置的集气瓶11。

(11)排气管13：具有阀装置的排气系统，呈圆柱形，内置锥形阀芯2318、排气阀杆22和排气弹簧21，底部连接导气管9，中部直径较大可卡放于三脚架15上，上部直径小于集气阀20内径，可使集气瓶11倒置于排气管13上。

(12)锥形阀芯2318：置于排气管13内，具有对气路的开关作用，锥形面可以和排气管13上部通道密封贴合，顶端与排气阀杆22相接。

(13)集气瓶11：用于收集发热包在测试过程中放出的气体，瓶上带有体积刻度和集气阀20；可同时准备多个备用，当一个集气瓶11收集满气体后进行替换。

(14)集气阀20：集气瓶11口上的阀门装置，通过螺口19与集气瓶11瓶身相连接，由圆柱型阀芯18、侧开槽17、集气弹簧16组成。集气阀20内径大于排气管13上部导管直径，侧开槽17均匀开设于阀体侧面偏集气阀20口位置，圆柱型阀芯18与集气弹簧16相连。圆柱型阀芯18呈中空的圆柱状，与集气阀20阀体内壁密封贴合，当集气弹簧16处于伸展状态时，圆柱型阀芯18能完全遮挡住侧开槽17，使侧开槽17处于密闭状态，使集气瓶11中的水或气体处于密封状态不会泄漏，此时阀芯18顶部低于集气阀20口(也就是集气瓶11口)；当集气瓶11倒置于排气管13上时，在集气瓶11的重力作用下圆柱型阀芯18与排气阀杆22互相挤压，导致集气弹簧16被压缩，阀芯18往里移动，使侧开槽17暴露，与外界相通，使气体或水可流经侧开槽17，此时排气管13管口也正好位于侧开槽17处。

(15)溢水口12：使水槽14内水位在集气瓶11排出水的过程中保持不变，溢水口12位置应使水槽14液位淹没整个排气管13，并使倒置在排气管13上的集气瓶11中的侧开槽17始终位于水槽14液面之下。

水槽14和量热容器1的绝热空腔内都盛装有水10，参见图1所示。

本实施例的测试装置的操作步骤如下：

一、准备阶段

1)将绝热泡沫3内衬于量热容器1中，往绝热泡沫3围成的绝热空腔内注水，使液面高度预计可淹没反应瓶4。

2)将适量发热包样品用无纺布包裹后置于干燥的反应瓶4中，将定量漏斗7、导气管9穿过绝热泡沫3层盖和反应瓶4盖伸入反应瓶4内，盖好反应瓶4和绝热泡沫3层盖子，将密封后的反应瓶4放入盛有水的量热容器1中。

3)安装好温度计5和搅拌器6，往定量漏斗7内加入适量水，盖紧漏斗上盖。

4)将三脚架15放置在水槽14内，将排气管13安插在三脚架15上，将导气管9与排气管13底部相连接，固定好后，往水槽14中注满水；此时整个排气管13淹没在水中。

5)取下集气瓶11上的集气阀20，将集气瓶11装满水后再将集气阀20通过螺口19旋紧安装在集气瓶11上，准备好若干个装满水的集气瓶11。

6)开启搅拌器6，记录温度计5读数。

二、测试阶段

7)打开定量漏斗7的阀门，往反应瓶4中加入适量水后再关闭，此时反应瓶4中发热包样品(即待测样品2)与水发生反应，有气泡开始从反应瓶4中逸出，同时开始计时。

8)将装满水的集气瓶11倒插入排气管13上，在集气瓶11的重力作用下圆柱型的阀芯18与排气阀杆22互相挤压，使排气弹簧21和集气弹簧16被压缩；此时排气阀杆22连同锥形阀芯2318在排气弹簧21的作用下向下移动，锥形阀芯2318不再与排气管13上部通道密封贴合，排气管13内的气路处于打开状态，气体可经排气管13口逸出；同时在集气弹簧16的作用下圆柱型的阀芯18往里移动，使侧开槽17暴露，集气瓶11与外界相通。

9)随着反应进行，反应瓶4中逸出的气体经由导气管9进入排气管13，由排气管13排出至集气阀20的侧开槽17处，由侧开槽17进入集气瓶11内进行收集；同时集气瓶11中等体积量的水被置换排出，经侧开槽17、集气阀20与排气管13之间的间隙进入水槽14。可以看到集气瓶11内不断有气泡产生，收集到的气体越来越多，同时集气瓶11中的水位在不断下降，流入水槽14中的水由溢水口12溢出。

10)同时反应过程中放出的热量传导给量热容器1中的水，水温开始上升，可以看到温度计5读数在不断上升，每隔一定时间记录一次温度。

11)随着气体的收集，集气瓶11内的水被不断置换出而使其重量不断减少，当集气瓶11内气体收集到一定体积，集气瓶11受到水的浮力大于其自身重量时，水的浮力将瓶身托起，使集气瓶11自动脱离排气管13，此时排气弹簧21和集气弹簧16先后舒张回初始长度。排气阀杆22连同锥形阀芯2318在排气弹簧21的作用下向上移动，锥形阀芯2318的锥形面与排气管13上部通道密封贴合，排气管13内的气路处于关闭状态，反应瓶4中产生的气体暂时聚集在管路中；同时在集气弹簧16的作用下圆柱型的阀芯18往外移动，圆柱型的阀芯18重新完全遮挡住侧开槽17，使侧开槽17处于密闭状态，该集气瓶11气体收集完毕，这时集气瓶11中的气体和剩余的水不会发生泄漏。

12)迅速更换新的装满水的集气瓶11，重复以上操作。

13)当反应瓶4中不再有气泡逸出或温度计5读数不再上升时，实验停止。计算各集气瓶11内气体的总体积，即为发热包样品的气体释放量；记录温度计5的最高温度数值，发热包样品放出热量由温度计5记录的始末温差和水的比热容计算得出；从实验开始计时到实验停止之间的时间即为发热包发热持续时间。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，包括：

量热机构：包括量热容器、配有密封瓶盖的反应瓶和定量漏斗，其中，所述的反应瓶内放置有待测样品，并置于量热容器内，在量热容器内还设置有测量反应瓶产热量的量热组件，所述的定量漏斗内装有水，并置于反应瓶上方，该定量漏斗的出液口还连接所述反应瓶；

集气机构：包括导气管、水槽、固定支架和集气瓶，其中，所述的固定支架安装在水槽底部，并被盛装在水槽内的水浸没，所述的导气管的一端连接所述反应瓶，另一端上安装有排气组件，该排气组件还固定设置在固定支架上，所述的集气瓶内装满水，且在测量时，集气瓶以倒置状态与所述排气组件对接，并用于收集反应瓶内反应生成的气体。

2.根据权利要求1所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的量热容器具有由绝热泡沫密封而成的绝热空腔，所述的反应瓶安置在绝热空腔内，且在绝热空腔内盛装有淹没所述反应瓶的水，所述的量热组件接触绝热空腔内的水，并可测量水的温度，工作时，通过量热组件检测出绝热空腔内的水温变化，即可计算得到待测样品的放热量。

3.根据权利要求2所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的量热组件为测量端浸入绝热空腔内部的水位下的温度计。

4.根据权利要求2所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的绝热空腔内还设有搅拌器。

5.根据权利要求1所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的反应瓶与定量漏斗之间还设有回气管。

6.根据权利要求1所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的排气组件包括排气管、锥形阀芯、排气阀杆和排气弹簧，其中，所述排气管的一端连接所述导气管，另一端上设置有沿其内部空腔来回移动的排气阀杆，所述的锥形阀芯布置在排气管的内部空腔内，并固定连接所述排气阀杆，所述的排气弹簧的一端连接所述排气阀杆伸出排气管的一端，另一端则连接所述排气管端部，且在平常状态下时，排气弹簧带动排气阀杆向外伸出，并使得锥形阀芯封堵住所述排气管的排气口；当集气瓶倒置放在排气组件上时，排气阀杆被压向排气管内部，使得锥形阀芯离开所述排气口，进而使得排气管打开。

7.根据权利要求6所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的排气管靠近排气弹簧的端部呈阶梯圆台状，其包括相互连通且直径较小的排气段和直径较大的阀芯段，所述排气段与阀芯段的交界处形成所述排气口，所述的排气段内设置有沿其内部来回移动的所述排气阀杆，所述的阀芯段还连接所述导气管，在阀芯段内设置有所述锥形阀芯。

8.根据权利要求1所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的集气瓶包括带有体积刻度的瓶身、以及安装在瓶身的瓶口处的集气阀，所述的集气阀包括固定安装在瓶口处且部分伸入瓶身内部的阀体，该阀体朝外的一侧开口，在阀体内还布置有可沿其内壁来回移动的阀芯，所述的阀芯与阀体之间还布置有集气弹簧，所述阀体的侧壁还加工有接通瓶身的侧开槽；当集气弹簧处于正常伸展状态时，阀芯处于完全遮挡住所述侧开槽，当集气瓶与排气组件对接时，阀芯被抵住向阀体底端移动，使得集气弹簧同步压缩，此时，侧开槽可露出并使得瓶身与外界相通。

9.根据权利要求8所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的水槽的侧部还设有溢水口，使得水槽内的水位淹没整个排气组件，且在集气瓶倒置在排气组件上时，集气瓶上的侧开槽始终位于水槽液面之下。

10.根据权利要求8所述的一种自热食品发热包释放热量与气体量的测试装置，其特征在于，所述的阀体呈圆柱型，且其外壁加工有与所述集气瓶固定连接的螺口。

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