JP2014505237A - 一種の高加熱速度制御可能な熱天秤 - Google Patents

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Abstract

【課題】 一種の高加熱速度制御可能な熱天秤である。
【解決手段】主にワイヤメッシュ反応システム、温度の収集と制御システム、質量収集システムからなっている。その中、ワイヤメッシュ反応システムはバランサ（2）、金属ワイヤメッシュ（4）、金属電極（3）、無線給電装置（6）と無線受信装置（5）からなり、電流で金属ワイヤメッシュ（4）に挟まれた材料を加熱させることに用いられる。温度の収集と制御システムは赤外線温度測定装置（7）と温度制御装置からなり、温度の収集と制御がコンピューターによって行われる。質量収集システムは高感度微分型天秤（１）でサンプルの質量変化を即時的に電気信号に転換させ、その信号をコンピューターにストレージする。この熱天秤は、サンプルの温度変化を正確的に制御し、即時的にサンプルの質量変化をモニタすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気加熱実験装置分野に属し、高加熱速度制御可能な熱天秤に関係している。主に石炭、バイオマス、固体廃棄物といった各種の固体燃料が異なる気体環境や工場現場の燃焼条件に近い状態で高速燃焼、熱分解、ガス化する特性及び反応動力学に関する実験、理論研究に適用する。
石炭、バイオマス、固体廃棄物などの燃料熱分解、ガス化と燃焼メカニズムの分析と工場現場の燃焼条件に近い条件での物理化学の変化法則を把握するため、高温、高加熱速度での化学反応メカニズムに関する研究は非常に重要な意義がある。実際の燃料燃焼、ガス化と熱分解の反応過程を模擬し、正確な予測モデルを構築するには、加熱の過程で得られた粒子の加熱速度は102〜105 ℃/sまでに達させなければならない。
現在、熱天秤を利用して、燃料の各種な利用方法のメカニズムに関する研究が多く行われている。熱天秤の加熱速度は10〜40℃/min以内が普通であり、実際に応用されている加熱速度よりはるかに低い。したがって、この研究の正確性が依然として検討される必要がある。そのため、粒子の加熱速度が工場現場の燃焼条件に近い状態で、どのように正確的に材料の質量変化を得るか、それによって、実際の燃料の反応動力学のパラメーターを得るかはこのような研究のボトルネックとなる。
中国特許、公開日：2010年8月11日、公開番号：CN101799242A、出願番号：201010104591.9「一種の高加熱速度制御可能な熱天秤反応炉」という発明特許は、二段式加熱方法を採用し、最高加熱速度が102℃/ s、実際に応用されている加熱速度よりはるかに低い。この装置の加熱原理は材料を高熱の恒温エリアに入れ、熱伝導によって材料を加熱することである。その加熱方法は速度が低く、加熱中線形制御ができない。
中国特許、公開日：2007年11月7日、公開番号：CN200972442Y、出願番号：200620127972.8「高温の熱天秤」という発明特許は、管状抵抗炉と電子天秤からなる熱天秤を採用し、管状抵抗炉によって材料を加熱するという発明である。この加熱方法は装置の加熱速度が低く、大量なエネルギーが消耗されるという欠点がある。
中国公開公報CN101799242A 中国公開公報CN200972442Y
本発明が解決する技術問題は以下のとおりである。一種の高加熱速度制御可能な熱天秤を提供し、加熱速度が工場現場の燃焼条件に近い状態で各種な燃料のサンプルの質量と粒子の温度変化結果を得、それによって、反応動力学の定数を獲得し、各種な燃料の固気反応メカニズムと物理化学の反応過程における変化法則に根拠を提供することである。
上述の目的に達成するための本発明の技術ポログラムは以下のとおりである。
装置は主に金属ワイヤメッシュ反応システム、温度の収集と制御システム、質量収集システムからなっている。
ワイヤメッシュ反応システムは金属ワイヤメッシュ、バランサ、金属電極、無線電源システムからなっている。無線電源システムは無線給電装置と無線受信装置からなっている。バランサの両端に金属電極があり、金属ワイヤメッシュの両端は金属電極に挟まれる。無線受信装置と金属電極を結び、無線給電装置に提供される電力を利用し、金属ワイヤメッシュに電流を流れさせる。その電力で材料を高加熱速度で加熱させる。
温度の収集と制御システムは赤外線温度測定装置がある。赤外線温度測定装置と電力制御器を結び、温度の測定と制御が自動的にコンピューターによって行われる。本装置は赤外線温度測定装置で温度を測定する。赤外線で測定された温度信号はアンプとフイルターによって電気信号に転換され、コンピューターに入って処理される。温度信号がコンピューターでコンピューティングされた後、輸出した信号はパワーコントローラを制御し、加熱速度の制御を実現させる。
質量収集システムは高感度微分型天秤で即時的にサンプルの質量変化を電気信号に転換し、その信号を電子制御装置に伝送し、連続的にモニカとストレージされることである。
高感度微分型天秤に変位検測器があり、サンプルの質量変化でバランサが変位し、変位検測器が検測された変位を電気信号に転換し、電気信号がアンプで大きくなり、コンピューターにストレージされる。
装置の外にシーリングカバーがあり、実験時、シーリングカバーに気体を入れることによって、異なる気体環境で実験を行うことができる。
1．反応装置の加熱速度が高く、変化の幅が広い。加熱速度の最小値が10℃/min 、最大値が1000℃/sとなる。最高加熱速度が工業現場の加熱条件に必要な速度に近いため、燃料が応用される過程における研究がさらに実際に近い状態になる。
2．加熱過程は線形制御ができる。リニアな加熱条件下、正確的にサンプルの質量と温度の変化が得られるため、燃料が工場現場の燃焼条件に近い状態で燃焼する反応動力学過程が模擬できる。
3．反応の異なる気体環境が制御できる。異なる純度の気体環境を提供し、実験をさらに高い純度の気体環境で行うことが可能である。
本発明の実施例の構造の説明図である。
以下、具体的な実施例と付図を参照して、本発明を詳述するが、本発明は具体的な実施例に限定されない。
本装置は電流加熱方式で、金属ワイヤメッシュを通して制御された電流に加熱に必要な熱量を生成させる。高感度微分型天秤１が装置のフレームになる。高感度微分型天秤1にバランサ2があり、バランサ2の両端に金属電極3がある。装置の作動中、金属ワイヤメッシュ4が金属電極3に挟まれ、金属ワイヤメッシュが口径200目のステンレススチールワイヤーメッシュを選ぶ。無線受信装置5と金属電極3を結び、無線給電装置6からの電気エネルギーで金属ワイヤメッシュ4とワイヤメッシュに挟まれた材料を加熱させる。
本装置は赤外線温度測定装置7で温度を測定する。赤外線で測定された温度信号はアンプとフイルターによって電気信号に転換され、コンピューターに入って処理される。温度信号が収集した周波数は100Hzであり、マイクロプロセッサでコンピューティングされた後、輸出した信号はパワーコントローラを制御し、加熱速度の制御を実現させる。本装置はシーリングカバー8があり、その上にガス導入口９とガス排出口10がある。実験時、必要な気体環境によって、バランスガス導入口９から装置の中に異なるガスを入れる。
質量収集システムは高感度微分型天秤１でサンプルの質量変化を即時的に電気信号に転換させ、その信号を電気制御装置に伝送し、連続的にモニカとストレージをする。口径200目のステンレススチールワイヤーメッシュを選ぶため、実験前に、サンプルを粒径の100-200μmの粉末にする。そうして、サンプルが単一粒子状態で均一に開くことができる。それのみならず、ワイヤメッシュのプレス痕跡でサンプルの過度の変位を防止することもできる。実験時、サンプルを均一に金属ワイヤメッシュ4側に敷き、温度が高くなるにしたがって、サンプルの質量変化が即時的に高感度微分型天秤1によって電気信号に転換され、同時にその信号が電気制御装置に伝送され、記録される。
実験後、コンピューターにストレージされた温度変化曲線と質量変化曲線によって、反応動力学のパラメーターを得て、反応特性を分析し、反応メカニズムを推断する。
１・・・高感度微分型天秤
２・・・バランサ
３・・・金属電極
４・・・金属ワイヤメッシュ
５・・・無線受信装置
６・・・無線給電装置
７・・・赤外線温度測定装置
８・・・シーリングカバー
９・・・ガス導入口
１０・・・ガス排出口

Claims (2)

  1. 主にワイヤメッシュ反応システム、温度の収集と制御システム、質量収集システムからなり、
    ワイヤメッシュ反応システムは金属ワイヤメッシュ（4）、バランサ（2）、金属電極（3）、無線電源システムからなっており、無線電源システムは無線給電装置（6）と無線受信装置（5）からなっており、バランサの両端に金属電極があり、金属ワイヤメッシュの両端は金属電極に挟まれる、無線受信装置と金属電極を結び、無線給電装置に提供される電力を利用し、金属ワイヤメッシュに電流を流れさせ、その電力で材料を高加熱速度で加熱させ、
    温度の収集と制御システムは赤外線温度測定装置（7）があり、赤外線温度測定装置と電力制御器を結び、温度の測定と制御が自動的にコンピューターによって行われ、
    質量収集システムは高感度微分型天秤（１）でサンプルの質量変化を即時的に電気信号に転換させ、その信号を電気制御装置に伝送し、連続的にモニタとストレージをすることを特徴とする高加熱速度制御可能な熱天秤。
  2. 装置の外にシーリングカバー（8）があり、実験時、シーリングカバーに気体を入れることによって、異なる気体環境で実験を行うことができることを特徴とする請求項1に記載の高加熱速度制御可能な熱天秤。
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