CN204495758U - 一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，与现有技术相比解决了尚无用于低氧浓度环境中锥形量热仪实验装置的缺陷。本实用新型中循环管道的下部分别垂直安装有4个管道支架，循环管道的内侧分别设有若干个排气孔，循环管道的外侧接有氮氧气供应管，循环管道的形状与样本架相同且循环管道的面积大于样本架，循环管道通过管道支架矗立在底座上，循环管道位于样本架的外围且循环管道上表面的中心点与样本架上表面的中心点相重合；所述的锥形加热器位于循环管道的上方，锥形加热器的中心点与循环管道的中心点垂直对应。本实用新型能够实现在低氧浓度环境下针对锥形量热仪进行辐射加热实验。

Description

一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置

技术领域

本实用新型涉及锥形量热仪技术领域，具体来说是一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置。

背景技术

锥形量热仪是美国国家标准与技术研究院（NIST）于上世纪八十年代初开发的，用于材料燃烧性能的小尺度（bench-scale）火灾实验装置。经过近三十年的实践与完善，锥形量热仪已能测试材料多方面的火灾燃烧性能。锥形量热仪最大特点就是通过锥形加热器模拟火灾中的热流强度，使材料在标准火灾条件下燃烧，能同时测试材料的热释放速率，燃烧气体的产率等各项燃烧性能参数。由于锥形量热仪实验数据与真实火灾中材料的燃烧行为具有比较好的相关性，锥形量热仪简化实际火灾中的多种不确定因素，是较为理想环境下的热辐射源作用下的材料燃烧模型，便于研究材料的燃烧特性。锥形量热仪试验具有操作简单、成本低廉等优点，因此，锥形量热仪在火灾科学、消防工程、材料阻燃等研究领域的应用愈加广泛。

锥形量热仪实验装置的原理是在试样表面暴露在稳定的热辐射下，热辐射从一个圆锥形的加热器产生，范围在0-100kW/m2之间。易挥发气体从加热的样品中逃逸出来，并被电火花引发装置点燃。燃烧过的气体被风机收集以作进一步分析。对这种气体分析可以计算出热释放速率，以及评估烟雾毒性。同时采用称重装置记录试样的质量损失率，激光设备测试烟的光衰减量，锥量热试验适合量化材料对火反应情况。

但是现有的锥形量热仪只能够测试样品在简化真实火灾情况下有氧的火灾燃烧性能，例如低压低氧仓，低压低氧仓只能实现低氧含量，但氧浓度不变，对于实际火灾中阴燃、地下火、高海拔地区低压低氧燃烧和无氧热解的情况无法实现，因此，如何开发设计一种可以实现低氧浓度或无氧环境下的锥形量热仪燃烧实验装置是目前急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中尚无用于低氧浓度环境中锥形量热仪实验装置的缺陷，提供一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置来解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，包括底座和支撑架，支撑架垂直安装在底座上，支撑架上安装有锥形加热器，锥形加热器的内壁上安装有螺旋电热丝，

所述的底座上放置有电子天平称重台，电子天平称重台上安装有电子天平支架，电子天平支架上安装有样品架；循环管道的下部分别垂直安装有4个管道支架，循环管道的内侧分别设有若干个排气孔，循环管道的外侧接有氮氧气供应管，循环管道的形状与样本架相同且循环管道的面积大于样本架，循环管道通过管道支架矗立在底座上，循环管道位于样本架的外围且循环管道上表面的中心点与样本架上表面的中心点相重合；所述的锥形加热器位于循环管道的上方，锥形加热器的中心点与循环管道的中心点垂直对应。

还包括集烟罩，集烟罩上部安装有排烟管，集烟罩位于锥形加热器的上方，集烟罩的中心点与锥形加热器的中心点垂直对应。

所述的样本架的上表面设有凹台，凹台的中心点与锥形加热器的中心点垂直对应。

还包括隔热板，所述的隔热板横向活动安装在支撑架上，隔热板位于锥形加热器和循环管道之间。

所述的循环管道和样本架的形状均为方形，所述的氮氧气供应管的数量为2个，两个氮氧气供应管分别位于循环管道对角线的两个顶点上且两个氮氧气供应管的气流循环方向相同。

所述的集烟罩下口的直径大于锥形加热器的上口。

有益效果

本实用新型的一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，与现有技术相比能够实现在低氧浓度环境下针对锥形量热仪进行辐射加热实验。本实用新型通过循环管道和循环管道与样本架的结构关系设计，有效提高了样品上表面的氮气浓度，实现锥形量热仪辐射加热下均匀的低氧浓度或无氧环境，且氧浓度可控，有效实现样品与氧气的有效分离和隔绝，使得样品在所受的热辐射下可以有效实现低氧或者无氧热解和燃烧，达到了没有氧气参与的热解过程。对于研究材料的燃烧性能，热分析动力学性能以及材料的成分及结构有显著的作用，具有性能稳定、操作方便可控、重复性好的特点。

附图说明                      

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中支撑架的结构示意图；

图3为本实用新型中称重组件的结构示意图；

图4为本实用新型中循环管道的结构示意图；

图5为本实用新型中锥形加热器的结构示意图；

图6为本实用新型中集烟罩与排烟管的结构示意图；

其中，1-底座、2-电子天平称重台、3-电子天平支架、4-样品架、5-管道支架、6-氮氧气供应管、7-循环管道、8-排气孔、9-锥形加热器、10-螺旋电热丝、11-集烟罩、12-排烟管、13-支撑架、14-凹台、15-隔热板、16-天花板、17-抽风机。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图2所示，本实用新型所述的一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，包括底座1和支撑架13，支撑架13垂直安装在底座1上，用于支撑锥形加热器9。支撑架13上安装有锥形加热器9。如图5所示，锥形加热器9的内壁上安装有螺旋电热丝10，螺旋电热丝10按现有技术内容通电。螺旋电热丝10在通电后，锥形加热器9可以产生范围在0-100kW/之间的辐射热流。

如图1所示，底座1上放置有电子天平称重台2，电子天平称重台2在使用时可以通过数据线与电脑连接，使得样品的质量损失变化实时记录在电脑上。如图3所示，称重组件用于监测样品在实验过程中的变化，其包括电子天平称重台2和电子天平支架3，电子天平称重台2上安装有电子天平支架3，电子天平支架3上安装有样品架4。样品架4上用于承放试验样品，样品架4上可以水平放置长为100mm、宽为100m、高度为30mm的实验样品，这样电子天平称重台2可以在实验中实时样本的变化。如图3所示，为了更好的放置样本和形成低氧浓度环境，样本架4的上表面可以设有凹台14。在凹台14上承放样品，凹台14的中心点与锥形加热器9的中心点垂直对应。

如图4所示，循环管道7的下部分别垂直安装有4个管道支架5，管道支架5用于支撑循环管道7而使用，管道支架5的数量也可以为2个或3个，起到支撑作用即可，但从稳定性考虑，数量为4个最佳。循环管道7的内侧分别设有若干个排气孔8，排气孔8之间等距设置。循环管道7的外侧接有氮氧气供应管6，氮氧气供应管6中输出的是氮气和氧气的混合物，在氮氧气供应管6的输入端按现有技术方法接有氮气供应管、氧气供应管和调节设备，能够根据氮氧供气速率方便调节氧气浓度，实现氧浓度可控，从而达到氮氧气供应管6输出的氮氧比例可控的目的。氮氧混合气体从氮氧气供应管6接入，经过循环管道7从排气孔8排出。由于循环管道7的形状与样本架4相同且循环管道7的面积大于样本架4，样本架4可以设计成圆形或方形，最好为方形，方形样本架4的标准尺寸为10*10cm，因此循环管道7需要围绕在样本架4周围，两者形状相同，可以在样品架4周围形成均匀的氮氧混合气体环境。循环管道7通过管道支架5矗立在底座1上，循环管道7位于样本架4的外围且循环管道7的上表面的中心点与样本架4的上表面的中心点相重合，即循环管道7水平置于样本架4的外侧，循环管道7的上部与样本架4上部对齐，并且循环管道7与样本架4的中心点是垂直对应的。

由于在样本架4的上表面设有凹台14，样品位于凹台14内。循环管道7正好与样品上表面保持水平，氮氧气供应管6向循环管道7提供特定流速的氮氧混合气体，通过连通管7内侧的排气孔8水平方向喷出，在样品表面周围形成均匀的氮氧混合气体环境，使得样品在受热情况下低氧浓度或无氧环境中发生热解。为了使进入循环管道7的氮氧混合气体可以在循环管道7内保持流速方向一致，形成环形稳定流场，可以将循环管道7和样本架4的形状均设计为方形。氮氧气供应管6的数量选择为2个，两个氮氧气供应管6分别位于循环管道7对角线的两个顶点上，并且两个氮氧气供应管6的气流循环方向相同，即同为顺时针或同为逆时针，从而在循环管道7内形成更好的氮氧混合气体循环流动。

锥形加热器9通过支撑架13支撑固定，位于循环管道7的上方，同样也位于样本架4的上方。锥形加热器9可以位于样本架4上方的的25mm处，锥形加热器9的中心点与循环管道7的中心点垂直对应，即与样本架4的中心点垂直对应。

为了更好的进行实验，还可以包括集烟罩11，集烟罩11上部安装有排烟管12。集烟罩11可以通过支架安装，也可以直接吊装在天花板16上，根据实验环境选择确定即可。集烟罩11用于收集样品热解后的热解气，通过排烟管12输送排出，排烟管11连接抽风机17，保持排烟管12内抽风速率为24L/s，使得样品的热解气可以通过排烟管12以恒定流速进入气体分析仪进行气体成分量化分析，从而可以分析样品的低氧浓度或无氧热解产物。集烟罩11位于锥形加热器9的上方，集烟罩11的中心点与锥形加热器9的中心点垂直对应。为了更好的收集，集烟罩11下口的直径大于锥形加热器9的上口，便于样品热解气体在抽烟机17产生的负压作用下进入集烟罩11。为了更方便实验过程，隔热板15可以横向活动安装在支撑架13上，隔热板15可以绕支撑架13转动，方便控制样品暴露于辐射源下的时间，当需要时将隔热板15位于锥形加热器9和循环管道7之间。

实际使用时，首先确定排风流量，将锥形量热仪的其他系统都校正正常，气体分析仪调整好。给螺旋电热丝10供电从而打开锥形加热器9，样品架4的凹台14上旋转样品，并且在样品上方放置隔热板15（锥形加热器9的保护挡板），电子天平称重台2清零，调整好天平，使得天平只显示样品净重。打开氮氧气供应管6，调节流量，达到稳定值，保证各项工作准确就绪后，移开隔热板15（锥形加热器9的保护挡板），氮氧混合气体从循环管道7的排气孔8排出，在样品架4的上表面形成均匀稳定的氮氧混合气体环境，稀释氧浓度，达到低氧浓度或无氧环境，从而在热辐射源加热下样品在氮环境中发生低氧浓度或无氧热解。在抽风机17的作用下，热解气体随集烟罩11排出，并可通过过滤净化装置净化气体后排放到环境中。实验结束后，将隔热板15移至锥形加热器9下方，待样品冷却后关闭氮氧气供应管6，撤出样品架4，关闭抽风机17。通过这一实验过程，利用锥形量热仪、气体分析仪等分析样品的低氧浓度或无氧热解产物。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，包括底座（1）和支撑架（13），支撑架（13）垂直安装在底座（1）上，支撑架（13）上安装有锥形加热器（9），锥形加热器（9）的内壁上安装有螺旋电热丝（10），其特征在于：

所述的底座（1）上放置有电子天平称重台（2），电子天平称重台（2）上安装有电子天平支架（3），电子天平支架（3）上安装有样品架（4）；循环管道（7）的下部分别垂直安装有4个管道支架（5），循环管道（7）的内侧分别设有若干个排气孔（8），循环管道（7）的外侧接有氮氧气供应管（6），循环管道（7）的形状与样本架（4）相同且循环管道（7）的面积大于样本架（4），循环管道（7）通过管道支架（5）矗立在底座（1）上，循环管道（7）位于样本架（4）的外围且循环管道（7）上表面的中心点与样本架（4）上表面的中心点相重合；所述的锥形加热器（9）位于循环管道（7）的上方，锥形加热器（9）的中心点与循环管道（7）的中心点垂直对应。

2.根据权利要求1所述的一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，其特征在于：还包括集烟罩（11），集烟罩（11）上部安装有排烟管（12），集烟罩（11）位于锥形加热器（9）的上方，集烟罩（11）的中心点与锥形加热器（9）的中心点垂直对应。

3.根据权利要求1所述的一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，其特征在于：所述的样本架（4）的上表面设有凹台（14），凹台（14）的中心点与锥形加热器（9）的中心点垂直对应。

4.根据权利要求1所述的一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，其特征在于：还包括隔热板（15），所述的隔热板（15）横向活动安装在支撑架（13）上，隔热板（15）位于锥形加热器（9）和循环管道（7）之间。

5.根据权利要求1所述的一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，其特征在于：所述的循环管道（7）和样本架（4）的形状均为方形，所述的氮氧气供应管（6）的数量为2个，两个氮氧气供应管（6）分别位于循环管道（7）对角线的两个顶点上且两个氮氧气供应管（6）的气流循环方向相同。

6.根据权利要求2所述的一种用于锥形量热仪的低氧浓度环境辐射加热实验装置，其特征在于：所述的集烟罩（11）下口的直径大于锥形加热器（9）的上口。