CN1226705C - 一种火灾烟气模拟发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种火灾烟气模拟发生装置，涉及一种可燃材料产烟毒性检测和毒害物质生成机理研究的实验装置。本发明含有配气室，进气室，烟气发生室，产烟箱以及出气室。其进气室、烟气发生室和出气室三者依次连通形成气体流动空间；在产烟箱内设有辐射加热热源、天平和样品托架。本发明采用经严格定量混配后的标准气作为载气，同时采用辐射加热热源，可以方便地模拟各种火灾工况，其可燃材料的受热状况更加接近实际情况。由于本装置采用了开放式的气体流动方式，材料样品受热后产生的烟气可以及时被载气带出烟气发生室，因此适合于研究材料样品受热后毒害物质的生成规律和生成机理。与封闭式气体流动方式相比，更适合于对材料产烟动态过程的研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种火灾烟气模拟发生装置，尤其涉及一种可用于可燃材料产烟毒性检测和烟气中毒害物质生成机理研究的实验装置，属于火灾和材料科学技术领域。
背景技术
火灾是一种对人类危害十分严重的灾害现象。据国际上统计资料表明，火灾中致人死亡的因素有多种，其中由于吸入有毒烟气而致死的人数占全部死亡人数的80％左右，可见烟气毒性是致人死亡的首要原因。几十年来，各国研究人员至少已经开发了十几种不同类型的小尺寸火灾烟气模拟发生装置，称之为“火灾模型”，希望借助于这样的小型试验装置来检测可燃材料在火灾中产烟毒性的大小，并希望最终能够建立具有法律效力的行业或者国家标准，来限制使用产烟毒性较大的材料，推广应用产烟毒性相对较小的材料。然而，由于实际火灾过程是一个失去控制的剧烈燃烧过程，远比一般人为控制的燃烧过程来得复杂，到目前为止人类对于其发展规律尤其是烟气毒性变化规律的认识还十分有限。比如，虽然国际上已经开发了至少十几种不同类型的“火灾模型”，但是即使是针对同一种材料，无论是利用哪一种“火灾模型”所得到的试验结果均与全尺寸火灾试验结果存在较大差异，而且在不同类型的小尺寸“火灾模型”上所得到的试验结果之间也存在较大差异。这一现象使得国际标准化组织(ISO)希望建立“火灾模型”ISO标准的努力一直没能成功，同时，也促使研究人员开展更加深入的研究工作，研究新的火灾烟气发生方法，研制新的火灾烟气模拟发生装置。
目前已有的各种火灾烟气模拟发生装置大多采用的是封闭式气体流动方式，例如美国材料试验协会标准ASTM E1678所规定的装置，虽然有利于动物染毒实验对于烟气毒性量化的要求，但却无法获得材料样品产烟过程中的信息，不能用于材料产烟动态过程的研究；而德国工业标准DIN 53436所规定的装置虽然采用了开放式的气体流动方式，但是材料产烟过程却是一种稳态产烟模式，也不能用于材料产烟动态过程的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种开放式的气体流动方式的火灾烟气模拟发生装置，不仅结构简单，操作方便，而且能够方便地模拟不同燃烧条件的火灾烟气发生状况，适合于对材料样品受热后毒害物质的生成规律和生成机理的研究。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种火灾烟气模拟发生装置，其特征在于：该装置含有配气室，进气室，烟气发生室，产烟箱以及出气室，所述的进气室、烟气发生室和出气室三者依次连通形成气体流动空间；所述的产烟箱的两侧面分别与进气室和出气室密封连接，在所述的产烟箱顶部设有辐射加热热源，其底部设有天平，在天平上放置可燃性材料样品托架，放置在托架上端的可燃性材料样品置于烟气发生室内；所述的配气室设有两个进口和一个出口，两个进口分别通过质量流量控制器与氧气和氮气的标准气气瓶相连通，其出口与所述的进气室相连；所述的出气室上设有样气出口和废气出口；在烟气发生室内的可燃性材料样品侧上方设有连续高压脉冲点火装置，该装置通过控制线与放置在产烟箱外面的控制器相连。
本发明的技术特征还在于：所述的烟气发生室是一个由石英管构成的空间；所述的辐射加热热源由一只或几只红外辐射加热灯组成，并在灯管的上方设有聚能罩。
本发明所提供的火灾烟气模拟发生装置，与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①由于采用了气体质量流量控制器将氧气和氮气的标准气经严格定量混配后作为载气，不仅排除了一些可以对实验结果造成干扰的因素，而且载气中的氧含量可以在0～100％范围内任意调节，因此可以更加方便地模拟各种供风情况下的火灾工况，包括纯热解、闷烧、无焰燃烧和有焰燃烧等火灾工况以及轰燃工况下的低通风工况。②由于采用了辐射加热热源，可燃材料的受热状况更加接近实际情况。③由于采用天平，使得利用该装置可以比较精确地获取可燃材料失重的动态信息，便于开展进一步的分析。④由于本发明装置采用了开放式的气体流动方式，可燃性材料样品受热后产生的烟气可以及时被载气带出烟气发生室，因此适合于研究可燃性材料样品受热后毒害物质的生成规律和生成机理。与国际上目前采用的封闭式气体流动方式，更适合于对材料产烟动态过程的研究。
附图说明
图1为本发明提供的火灾烟气发生装置实施例的结构示意图。
图中：1-氧气标准气气瓶，2-氮气标准气气瓶，3-气体质量流量控制器，4-配气室，5-进气室，6-产烟箱，7-烟气发生室，8-出气室，9、10-样气出口，11-可燃性材料样品，
12-可燃性材料样品托架，13-辐射加热热源，14-天平，15-热电偶，16-高压脉冲点火器。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施及工作过程。
本发明提供的火灾烟气模拟发生装置，主要包括配气室4，进气室5，产烟箱6，烟气发生室7以及出气室8。所述的进气室、烟气发生室和出气室三者依次连通形成气体流动空间；所述的产烟箱6为一个密闭空间，其两侧面分别与进气室5和出气室8密封连接，正面设有一个可以开启的密封门(图中未标出)；在所述的产烟箱顶部(即样品托架上端的材料样品的正上方)设有辐射加热热源13，该热源是由一只或几只红外辐射加热灯组成，并在灯管的上方设有聚能罩，采用垂直向下的方式向可燃性材料样品施加辐射热流；采用辐射加热热源更加符合实际火灾过程中可燃材料的主要受热方式，而且这样的加热热源还具有可控性能好、动态响应特性好等优点。在产烟箱的底部设有天平14，在天平上放置可燃性材料样品托架12，放置在托架上端的可燃性材料样品11置于烟气发生室7内，烟气发生室是一个由石英管组成的空间。所述的配气室设有两个进口和一个出口，两个进口分别通过质量流量控制器3与氧气和氮气的标准气气瓶1、2相连通，其出口与所述的进气室5相连；所述的出气室8上设有两个样气出口9、10和一个废气出口；在烟气发生室内还设有连续高压脉冲点火装置16，其放电端被放置在可燃性材料样品的侧上方，该装置通过控制线与放置在产烟箱外面的控制器相连。
本发明的工作过程如下：由氧气标准气气瓶1和氮气标准气气瓶2来的氧气和氮气，在各自管路中质量流量控制器3的控制下，分别以设定的流量进入配气室4，经过混配后得到一定含氧量的混合标准气体，称之为载气，载气中的氧气含量可以人为地控制在希望的数值(可在0～100％范围内任意调节，一般为0～21％)，能够更加方便地模拟不同供氧(供风)状况，并排除了直接使用空气时不可避免地会出现的一些干扰。载气经配气室4后被送入进气室5和产烟箱6内的烟气发生室7，然后携带可燃材料受热后产生的烟气(称之为混合烟气)一同进入出气室8。混合烟气在出气室内被分为三部分，一部分经过采样装置(图中未标出)处理后经由样气出口9送往傅立叶变换红外气体分析仪(图中未标出)，称之为样气；另一部分经由样气出口10送往烟气氧含量分析仪(图中未标出)；其余部分则作为废气排出。实验开始之前，先将可燃材料样品11放置在烟气发生室7内的可燃性材料样品托架12上，关闭产烟箱6的密封门；然后，调整载气参数使其达到试验设定数值，并利用电源控制装置(图中未标出)根据需要设定辐射加热热源13输出的辐射热流照度，辐射热流密度一般在0～80kW/m2之间，可以更高。合上电源开关后即可开始实验。实验过程中，可燃性材料样品11的失重和温度分别由天平14和埋设在可燃性材料样品底部的热电偶15进行检测和记录，由相应的数据采集设备(图中未标出)进行自动记录。在启动辐射加热热源13的同时，可以同时启动高压脉冲点火器16，实现有焰燃烧工况条件。由本装置产生的样气经过采样装置处理后，可送往相应的仪器设备进行检测和分析。
Claims (4)
1.一种火灾烟气模拟发生装置，其特征在于：该装置含有配气室(4)，与配气室相连的进气室(5)，烟气发生室(7)，产烟箱(6)以及出气室(8)，所述的进气室、烟气发生室和出气室三者依次连通形成气体流动空间；所述的产烟箱(6)的两侧面分别与进气室和出气室密封连接，在产烟箱顶部设有辐射加热热源(13)，其底部设有天平(14)，在天平上放置可燃性材料样品托架(12)，放置在托架上端的可燃性材料样品置于烟气发生室内；所述的配气室设有两个进口和一个出口，两个进口分别通过质量流量控制器与氧气和氮气的标准气气瓶相连通，其出口与所述的进气室相连；所述的出气室(8)上设有样气出口和废气出口；在烟气发生室内可燃性材料样品的侧上方设有连续高压脉冲点火装置(16)，该装置通过控制线与放置在产烟箱外面的控制器相连。
2.按照权利要求1所述的火灾烟气模拟发生装置，其特征在于：所述的烟气发生室(7)是一个由石英管构成的空间。
3.按照权利要求1或2所述的火灾烟气模拟发生装置，其特征在于：所述的辐射加热热源由一只或几只红外辐射加热灯组成，并在灯管的上方设有聚能罩。
4.按照权利要求1所述的火灾烟气模拟发生装置，其特征在于：在可燃性材料样品的底部设有热电偶(15)。
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