一种固体物质燃烧系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃烧实验设备，特别是涉及一种固体物质燃烧系统。


背景技术：

2.固体燃烧室是用于固体燃烧物质特性的实验研究，在不同实验条件下(可在常压、高压、低压、常温、高温、低温、模拟风速、多路气氛、预热温度等条件下进行试验)通过实验测量标准燃烧物质，获得特定实验条件下各种燃烧物热解及燃烧过程的数据，可获得数据包括热解产物、燃烧火焰、温度、压力、热释放速率、热传导速度、热辐射强度、热对流强度等。
3.目前，会运用到氧耗原理来计算固体物质燃烧的热值，但是在封闭腔室内进行燃烧时，无法确保腔室内的氧气是否能够满足固体物质的充分燃烧，当固体燃烧物质燃烧不充分时，无法准确获得该固体物质燃烧的热值，易对实验结果造成影响。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型的目的在于精确获得固体物质燃烧热值，故提供了一种固体物质燃烧系统。
5.一种固体物质燃烧系统，包括燃烧反应模块、加热模块、数据采集模块及供气模块；
6.所述燃烧反应模块包括燃烧反应腔体，其用作固体物质燃烧反应的区域；
7.所述加热模块位于所述燃烧反应模块中，以为固体物质的燃烧提供其燃烧所需温度；
8.所述数据采集模块与燃烧反应模块连接，其包括温度采集传感器、火焰传感器、压力传感器、一氧化碳传感器及氧浓度传感器，所述温度采集传感器用于采集并保存所述加热模块的实时温度值，所述火焰传感器用于实时检测固体物质燃烧时的火焰，所述一氧化碳传感器用于检测所述燃烧反应腔体中的固体物质燃烧生成的一氧化碳含量，氧浓度传感器用于测量固体物质在燃烧前后腔体内体积分数的变化；
9.所述供气模块与所述燃烧反应腔体连接，以为处于封闭状态时的燃烧反应腔体提供气体。
10.本实用新型的固体燃烧物质系统通过引入一氧化碳传感器来检测固体物质燃烧后所生成的一氧化碳的含量，确保固体物质燃烧完全，再通过氧浓度传感器测得物质燃烧前后的腔体内的氧浓度含量，利用耗氧法计算出固体物质释放出的总热量，以计算获得燃烧物质的热值，通过本技术的固体燃烧物质系统实验测得的物质的热值准确度高。
11.优选地，所述燃烧反应腔体的一端设置开口，所述开口用于向所述燃烧反应腔体中补充固体物质。
12.优选地，所述加热模块从所述燃烧反应腔体的开口处进出所述燃烧反应腔体，所述加热模块包括坩埚及加热部件，所述加热部件包括加热电阻丝，所述加热电阻丝上设有
陶瓷垫片，所述坩埚置于所述陶瓷垫片上。
13.优选地，所述坩埚连接连接有热电偶，所述热电偶与所述温度采集传感器连接以实时采集并保存所述坩埚内的温度变化。
14.优选地，所述坩埚为陶瓷坩埚，所述坩埚的净深为5mm。
15.优选地，所述燃烧反应腔体上设置至少两个连通其内部的观察窗，所述观察窗包括主观察视窗和辅助视窗，所述主观察视窗用于进行红外探测、拍摄和观察所述燃烧反应腔体内的燃烧过程，所述辅助视窗用于对所述燃烧反应腔体内部进行补光和设备监测。
16.优选地，所述燃烧反应腔体上设有用于与所述供气模块连接的进气口，所述供气模块包括气源及连接气源与进气口的气管。
17.优选地，所述燃烧反应腔体上设有多个进气口，不同的所述进气口连接不同的气管及气源。
18.优选地，所述气源上设有用于控制输入燃烧反应腔体中气体流量的气体质量流量计。
19.优选地，所述数据采集模块还包括所述压力传感器，其用于监测所述燃烧反应腔体内的压力变化。
20.相对于现有技术，本实用新型的固体物质燃烧系统采用燃烧反应腔室来进行固体物质的燃烧反应实验，并且通过加热模块实现对固体物料的逐渐升温，在加热模块逐渐加热的同时，通过火焰传感器的在线监测，可将产生火焰瞬间的温度值读取，以获得该固体物质的着火点温度。
21.同时，通过氧浓度传感器测得物质燃烧前后的腔体内的氧浓度含量，利用耗氧法计算出固体物质释放出的总热量，以计算获得燃烧物质的热值。本技术还引入了一氧化碳传感器来检测燃烧后所生成一氧化碳的含量，确保固体物质燃烧完全，提高燃烧物质的热值的准确性。
22.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
23.图1是本实用新型的固体物质燃烧系统的燃烧反应模块的示意图；
24.图2是本实用新型的固体物质燃烧系统的加热模块的示意图；
25.图3是本实用新型的固体物质燃烧系统中的法兰门及移动机构的示意图；
26.图4是本实用新型的固体物质燃烧系统的燃烧反应腔体的通风口的示意图；
27.图5是本实用新型的固体物质燃烧系统的封闭组件的示意图。
具体实施方式
28.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于其构造进行定义的，它们是相对的概念。因此，有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
29.以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本公开的一些方面相一致的实施方式的例子。
30.在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
31.请结合图1和图2，本技术的固体物质燃烧系统包括燃烧反应模块1、加热模块2、数据采集模块及供气模块，其中，所述燃烧反应模块1包括燃烧反应腔体11，所述燃烧反应腔体11内部用作固体物质燃烧反应的区域，其采用高不锈钢制成，本实施例中的燃烧反应腔体11的内部体积为6l，最高工作压力达3mpa。所述加热模块2位于所述燃烧反应腔体11中，其为固体物质输出不同的温度，以为固体物质的燃烧提供其燃烧所需温度。所述数据采集模块与所述燃烧反应模块1及加热模块2连接，以用于检测固体物质燃烧实验的各项数据。所述供气模块与所述燃烧反应腔体11连接，以为处于封闭状态时的燃烧反应腔体11提供实验需求的气体。
32.具体地，所述燃烧反应腔体11呈圆筒形设置，其一端设置开口13，所述开口13用于向所述燃烧反应腔体11中补充固体物质，同时所述加热模块2可从所述燃烧反应腔体11的开口13处进出所述燃烧反应腔体11，即所述加热模块2与所述燃烧反应腔体11两者之间可分离，则在进行燃烧反应时，将所述加热模块2放入到所述燃烧反应腔体11中，固体物质置于所述加热模块2上并进行加温燃烧反应实验。
33.进一步地，所述燃烧反应腔体11侧壁上设有至少两个连通器内部的观察窗12，所述观察窗12通过快开法兰与所述燃烧反应腔体11密封连接。本实施例的观察窗12设有三个，所述观察窗12玻璃均采用蓝宝石玻璃材料，蓝宝石材料具有耐高温、耐热好、硬度高、透红外和化学稳定性好的特性，所述观察窗12包括主观察视窗和辅助视窗，所述主观察视窗用于进行红外探测、拍摄和观察所述燃烧反应腔体11内的燃烧过程，所述辅助视窗用于对所述燃烧反应腔体11内部进行补光和设备监测。所述燃烧反应腔体11上设有各个监测设备的接口以与设备配合，继而实现对实验过程中的数据采集。
34.所述加热模块2包括坩埚21及加热部件22，所述加热部件22包括加热腔221室及置于所述加热腔221体内的加热电阻丝，所述加热电阻丝与电极223连接以通过电流通过电阻体的热效应来实现加热，所述加热部件22还连接有温度控制模块，通过温度控制模块来控制流过加热电阻丝的电流，控温精度高，且升温速率可控，本实施例的温度控制模块的温度控制范围为0-600℃。所述加热电阻丝的上方设置有陶瓷垫片222，该陶瓷垫片222的厚度为5mm，使得本技术的加热电阻丝及陶瓷垫片222可对置于陶瓷垫片222上的坩埚21构成感应加热。
35.本实施例的坩埚21采用陶瓷材质制成，本实施例的坩埚21的直径为50mm，其净深为5mm，且所述坩埚21的底部具体本技术的加热模块2形成的感应加热线圈面2mm，感应线圈加热的方式能够在极短时间内达到实验所需温度，并且感应线圈与待加热的固体物质不直接接触，减少了热传导和空气热对流的损耗。
36.另外需要说明的是，所述坩埚21的材料可根据实验需求进行改变。
37.所述加热模块2还连接有热电偶23，所述坩埚21的加热温度通过热电偶23与数据采集模块可实现实时在线收集和储存。本实施例中的加热模块2与热电偶23呈倒l型设置，所述加热模块2与所述热电偶23的顶部连接。
38.请结合图3，所述加热模块2可从所述燃烧反应腔体11的开口13处进出，所述燃烧反应腔体11靠近其端口的端部设有用于遮盖开口13的法兰门131，从而使所述燃烧反应腔体11构成供燃烧反应实验的封闭空间。
39.在一个优选的实施例中，所述法兰门131连接有驱动其靠近所述燃烧反应腔体11以封闭开口13的移动机构14，所述移动机构14包括连接支撑体141、滑轨142、丝杆143及驱动电机144，所述连接支撑体141与所述法兰门131可拆卸连接，所述连接支撑体141底部设有与所述滑轨142配合的滑块145，所述丝杆143的长度方向与所述滑轨142的长度方向平行，所述丝杆143贯通所述滑块145并与其螺纹配合，所述丝杆143与所述驱动电机144连接连接以通过所述驱动电机144驱使所述丝杆143转动，则在驱动电机144的驱动下，所述滑块145沿所述丝杆143的长度方向移动，继而带动所述法兰门131沿所述滑轨142移动。则可将所述移动机构14的滑轨142及丝杆143沿所述燃烧反应腔体11的长度方向布置，从而通过所述驱动电机144与丝杆143的配合以实现所述法兰门131靠近或远离所述燃烧反应腔体11。所述法兰门131封闭所述开口13时，所述燃烧反应腔体11内部形成密闭空间。
40.并且在实施例中，所述加热模块2可设在所述法兰门131背对所述移动机构14的一侧，所述加热模块2可随所述法兰门131打开及封闭开口13来进出所述燃烧反应腔体11，所述加热模块2可通过螺栓固定在所述法兰门131上。
41.请结合图4和图5，所述燃烧反应腔体11的远离其开口13的端侧设有通风口15，使得所述开口13与通风口15形成对流以快速降低燃烧反应腔体11内部的温度，同时所述燃烧反应腔体11在靠近所述通风口15的一端设有用于封闭所述通风口15的封闭组件16，当所述加热模块2进入所述燃烧反应腔体11中时，会推动所述封闭组件16将所述通风口15进行封闭。同时，所述封闭组件16还会在所述加热模块2退出所述燃烧反应腔体11时，将所述通风口15打开以使所述燃烧反应腔体11进行快速降温，以待进行下一次加热燃烧反应实验。
42.优选地，在该实施例中，所述通风口15以所述燃烧反应腔体11的轴线为中心线设置与有多个，所述封闭组件16包括连接轴161及绕所述连接轴161设置的多个叶片162，所述叶片162与所述通风口15一一对应设置，且所述叶片162的形状与大小与所述通风口15相适配，所述燃烧反应腔体11的侧壁上位于其轴线处设有与所述连接轴161配合的插槽17，所述连接轴161与所述插槽17之间设有弹簧164。所述加热模块2在进入所述燃烧反应腔体11内时，可推动所述连接轴161移动以使所述叶片162将所述通风口15封闭，此时所述弹簧164处于压缩状态。而当所述加热模块2离开所述燃烧反应腔体11时，所述连接轴161在弹簧164的恢复作用下，带动所述叶片162远离所述通风口15，继而打开所述通风口15。
43.进一步地，所述通风口15朝向所述燃烧反应腔体11内部的一侧呈台阶状设置，且所述叶片162靠近所述通风口15的一侧设有橡胶层，以进一步提高所述叶片162封闭所述通风口15时的密封性。
44.更进一步地，所述连接杆侧壁上设有螺旋槽163，所述插槽17内壁上设有嵌入所述螺旋槽163内的凸块171，则在推动所述连接杆在所述插槽17内移动时，所述凸块171与所述螺旋槽163配合可使得所述连接杆发生转动，继而使叶片162随所述连接杆转动以形成气流加快所述燃烧反应腔体11的散热。此外，所述连接杆的端部设置与其可转动连接的推块165，所述加热模块2在进入所述燃烧反应腔体11中时，通过所述推动推动所述连接杆在插槽17中移动。当所述连接杆推至所述插槽17底部时，所述叶片162恰好将所述通风口15完全
封闭，以起到密封所述燃烧反应腔体11的目的。
45.所述燃烧反应腔体11上还设有用于与供气模块连接的进气口18，所述供气模块包括气源及连接气源与进气口18的气管，所述气源上设有用于控制输入燃烧反应腔体11中气体流量的气体质量流量计，从而精准控制输入到燃烧反应腔体11中内的气体。本技术的气源采用气罐，并且所述燃烧反应腔体11上设置多个进气口18，从而可通过不同的气管连接含有不同气体的气罐，不同气管独立控制，可只使用其中一路或者均不使用。本技术在只需测量物质的燃点时，不另外通入气体，打开所述观察窗12使所述燃烧反应腔体11处于不封闭的状态即可。若需要测量固体物质的热值，则必须使用气罐作为气源，并且封闭所述燃烧反应腔体11，测试物质燃烧前后的氧浓度的变化。本技术的气源还设有减压阀和卸荷阀，以确保所述供气模块的正常使用。
46.所述数据采集模块与所述燃烧反应模块1连接，其包括温度采集传感器、火焰传感器、压力传感器、氧浓度传感器及一氧化碳传感器。
47.其中，所述温度采集传感器与所述坩埚21通过热电偶23进行连接，该热电偶23优选采用k型热电偶23，其型号为wrnk-191，感温探头的直径为0.5mm，测温范围为0～1100℃，其可用于采集并保存所述坩埚21的实时温度值；所述火焰传感器用于实时检测到固体物质燃烧的火焰，并将给到控制屏信号反馈显示，结合温度采集传感器采集获得的温度数据以在线读取火焰产生时材料的温度。
48.所述压力传感器用于监测所述燃烧反应腔体11内的压力变化，并通过与压力控制仪表相连，控制所述燃烧反应腔体11内的压力变化，满足实验的需求和保证实验过程的安全。
49.所述氧浓度传感器用于测量固体物质在燃烧前后腔体内体积分数的变化，已知物质的热值主要通过氧耗原理进行测定，氧耗原理是指绝大多数的固体材料物质在完全燃烧时小消耗每单位质量的氧会产生基本相同的热量，即氧耗燃烧热基本相同。则在实际测试中，通过测定出燃烧物质的腔体中氧气的变化量，就可换算出材料的燃烧放热，则由氧浓度传感器测得物质燃烧前后的氧浓度变化值，通过计算即可获得物质的热值。
50.所述一氧化碳传感器用于检测封闭状态时的所述燃烧反应腔体11中的固体物质燃烧生成的一氧化碳含量，在氧气量充足的情况下，物质会充分燃烧生成二氧化碳，此时通过计算氧气的消耗量来计算出物质的释放的热量，从而得到燃烧物质的热值。若所述燃烧反应腔体11中的一氧化碳浓度超标，则存在物质没有充分燃烧生成的情况，此时则表明腔体内氧气的含量不足或者燃烧物质质量过多，应当增加腔体内的氧气含量或者减少燃烧物质的质量，重新进行实验。
51.综上，本技术的固体物质燃烧系统通过加热模块2实现对固体物料的逐渐升温，同时通过火焰传感器的在线监测，将产生火焰瞬间的温度值读取，以获得该固体物质的着火点温度。还通过氧浓度传感器测得物质燃烧前后的腔体内的氧浓度含量，利用耗氧法计算出固体物质释放出的总热量，以计算获得燃烧物质的热值。本技术还引入了一氧化碳传感器来检测燃烧后所生成一氧化碳的含量，确保固体物质燃烧完全，提高燃烧物质的热值的准确性。
52.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明/实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普
通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。