[发明专利]一种能够改变环境压力和气氛条件的材料无焰热解及有焰燃烧实验箱

说明书

技术领域

本发明涉及火灾中固体可燃物无焰热解和有焰燃烧特性研究技术领域，具体来说是一种能够改变环境压力和气氛条件的材料无焰热解及有焰燃烧实验箱。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，重大恶性火灾及爆炸事故频繁发生，直接危及人民的生命、财产，造成环境污染，引发生态失衡。减少火灾及其相关灾害对人类生产、生活及资源环境的危害，已成为迫切需要解决的重大问题之一。火灾科学研究中的一个重点是对固体可燃物燃烧特性的研究，因为生活的周边有很多固体可燃物，具有一定的火灾危险性。建筑、森林中固体可燃物占的比重很大，工业上固体可燃物也有一定的比重。在火灾中，这些固体可燃物可以是点火源，也可成为主要的可燃物。研究发现，火灾中固体可燃物热解和燃烧时会发生形态变化，比如：木质材料燃烧时的炭化现象，以及其炭化层的缩聚、开裂现象；聚苯乙烯（XPS）燃烧时的熔融滴落现象等。这些燃烧过程中发生的形态变化，对固体可燃物的着火和火蔓延行为存在重大影响。

在实验中，可利用不同压力和气氛浓度下的固体可燃物无焰热解和有焰燃烧过程，消除火焰的影响或减缓物质燃烧反应速度，进而获取一些可用于阐析固体可燃物热解和燃烧时的形态变化机理的数据。也可以通过改变物质反应时环境的压力和氧浓度这两个物理参量，来考察压力和氧浓度对反应过程的影响。既可对比常压、常氧浓度的固体可燃物无焰热解和有焰燃烧，获取一系列实验结论，也可根据具体地区环境的特定气压和氧浓度展开火灾研究。

目前已有的实验箱不能满足固体可燃物无焰热解和有焰燃烧实验的需求，无法快速响应实验环境压力变化，不能提供稳定的低压环境、均匀的辐射热源和适宜的照明效果。如专利申请号201010261671.5的专利文件（对比文件1），公开了一种模拟实验箱，通过压力传感器、进气阀（手动）、真空泵控制箱内压力的变化，但其主要存在以下问题：

1、无法提供氮氧混合环境，且不能改变气氛条件

固体可燃物的无焰热解实验需要在稳定的惰性环境中进行，避免固体可燃物热解时与氧气反应产生火焰，从而对无焰热解实验结果造成比较大的误差。而在对比文件1中，补气进气阀直接与外界相通，无法提供氮氧混合或纯氮环境，并且不能改变氮氧混合比、改变气氛条件。

2、真空泵的设计存在不足之处

在对比文件1中，把真空泵集成在反应箱底部，真空泵正常工作对实验数据的采集会有电磁干扰，必须关闭真空泵才能采集到实验数据。当达到实验设定压力后，需要关闭真空泵进行实验，而关闭真空泵后，就不能保持箱内压力的动态平衡。

3、未配备稳定辐射源

对比文件1中，采用电子点火器的设计，难以提供无焰热解和有焰燃烧需要的稳定辐射热流，不能满足固体可燃物无焰热解和有焰燃烧实验的要求。且电子点火器不可移动，而在实验过程中难以保证实验样品是在同一热流下的反应数据。

再如专利申请号201310645998.6，公开了一种低气压飞机货舱火灾实验模拟装置，用于模拟飞机舱火灾中的液体油池火灾，实验箱内环境模拟飞机舱内环境，限制了实验装置的使用范围。调压范围都在30kPa以上，研究的压力范围较窄，且无法涉及极限低压的情况，限制了不同压力下固体可燃物的无焰热解和有焰燃烧研究。此外，飞机货舱箱体过大，使得箱内的环境监测点与样品附近所处状态（气压、氧浓度等）不一致，而样品附近的压力和氧浓度正是影响实验的重要因素，也是固体可燃物的无焰热解和有焰燃烧实验的重要控制变量，故无法适用。

再如专利申请号201410209817.X公开了一种用于低压环境下的碳烟特性研究的燃烧装置，用于液体油池火碳烟特性的研究，实验箱内设计仅适合液体油池火碳烟特性的研究，限制了实验装置的使用范围。调压范围都在30kPa以上，研究的压力范围较窄，同样无法涉及极限低压的情况，限制了不同压力下固体可燃物的无焰热解和有焰燃烧研究。

再如专利申请号为201310752345.8的专利文件，也公开了一种变低气压变氧浓度的火灾试验箱，调压范围为26.4kPa～101.3 kPa的压力范围，限制了不同压力下固体可燃物的无焰热解和有焰燃烧研究。此外，由于缺少变频真空泵（或者调节阀与真空泵），其压力的调节稳定性有待改善，还可能导致实验开始后无法继续控压，而需要停泵工作，且其箱体过大，可能使得箱内的环境监测点与样品附近所处状态（气压、氧浓度等）不一致。

如何开发出一种改变环境压力和气氛条件的材料无焰热解及有焰燃烧特性研究的实验装置已经成为急需解决的技术问题。