CN203758945U - 一种烟草燃烧热测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟草燃烧热测量装置，包括：供气装置、燃烧装置、过滤装置以及分析装置；燃烧装置包括环形加热炉及控制器，石英管设于环形加热炉内的一端为加热端，另一端为非加热端，在该端设有密封件，石英舟设于石英管内并由步进电机推动匀速移动，在密封件上设有两个通孔用于供气管路通路和步进电机传动通路，过滤装置包括直接连接在环形加热炉出气端的耐高温过滤器以及与分析装置连通的第二级过滤器，两级过滤器之间通过冷却管路连接；过滤装置用于过滤燃烧产物中的粒相物和水分，避免对分析装置的影响；所述分析装置包括通过管路与所述第二级过滤器连通的氧气分析仪。本实用新型实现了对烟草在稳定贫氧燃烧状态下燃烧热的准确测量。

Description

一种烟草燃烧热测量装置

技术领域：

本实用新型涉及一种烟草燃烧热测量装置，属于热量测量技术领域。

背景技术：

卷烟是一种依靠燃烧来体现其品质的特殊消费品。烟草燃烧热是烟草燃烧特性的重要参数之一，与烟草感官质量、烟气中香味成分形成和有害物质释放以及卷烟引燃特性等都密切相关。

目前，可用于材料燃烧热的测量装置主要包括锥型量热仪和微燃烧量热仪。锥形量热仪和微燃烧量热仪的设计均是根据氧消耗原理，具体指物质燃烧时每消耗单位质量的氧会产生基本上相同的热量，即物质的氧消耗燃烧热基本相同。氧消耗原理是由Thornton在1917年发现的。Huggett在1980年应用氧消耗原理对常见的易燃聚合物及天然材料进行了系统计算，得到了氧消耗燃烧热的平均值为13.1kJ/g，材料间的E值偏差为5%。需要说明的是，燃烧热释放特性与材料所处燃烧环境密切相关，对于烟草来说，其燃烧热的测量只有在接近卷烟燃烧环境的条件下才更具有价值和实际意义。现阶段，大量实验和数值模拟结果已经证实，卷烟燃烧环境处于贫氧富氢的阴燃状态。锥型量热仪是用于测试特定规则试样在氧气充足的敞开体系内剧烈燃烧情况下的热释放，由于烟草样品物理性状的特殊性，很难实现其对烟草燃烧热的精确测量。微燃烧量热仪在测定材料的燃烧热释放时，是将极少量（一般4-5毫克）样品在裂解炉充分裂解后，再将裂解气体置于燃烧炉燃烧，因此其反映的是微观尺度下物质的热解和燃烧行为，而且重复性较差。很明显，锥型量热仪和微燃烧量热仪都无法做到模拟卷烟贫氧燃烧环境，不适用于烟草燃烧热的测量。

标准ISO19700提出了等值比的概念，核心在于控制燃料的产生速率（v_燃料）与空气的供给速率（v_空气）之比，具体如下式所示，

当时，分别代表材料在空气充足，化学当量比（理论值）时和贫氧条件下的稳态燃烧。其中，的物理含义是指燃料中的各元素充分燃烧时空气的供应量。因此，基于氧消耗原理，利用可控等值比法就可以准确测量烟草在模拟卷烟燃烧环境下的燃烧热。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种烟草燃烧热测量装置，实现了对烟草在稳定贫氧燃烧状态下燃烧热的准确测量。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：

一种烟草燃烧热测量装置，其包括：

供气装置、燃烧装置、过滤装置以及分析装置；

所述燃烧装置包括环形加热炉及环形加热炉控制器，石英管设于所述环形加热炉内的一端为加热端，另一端为非加热端，在所述非加热端设有密封件，石英舟设于所述石英管内并由外部的步进电机推动能够在石英管内匀速移动，在所述密封件上设有两个通孔用于供气管路通路和步进电机传动通路，所述供气管路与所述供气装置连通；

所述环形加热炉加热的温度范围在室温至1200℃，其炉腔内径略大于石英管的外径，以使石英管与环形加热炉炉腔之间的间隙尽量小；

所述过滤装置包括直接连接在所述环形加热炉出气端的耐高温过滤器以及与所述分析装置连通的第二级过滤器，所述耐高温过滤器与所述第二级过滤器之间通过冷却管路连接；

所述过滤装置用于过滤燃烧产物中的粒相物，避免对分析装置的影响；

所述分析装置包括通过管路与所述第二级过滤器连通的氧气分析仪，所述管路中设有第一流量计。

所述供气装置包括储气罐及第二流量计，所述储气罐通过所述供气管路向所述环形加热炉供气，所述第二流量计设于所述供气管路上。供气装置的气源为压缩空气或者是合成空气（79%氮气+21%氧气），如果是压缩空气则要求其进入流量计之前要进行除湿除尘，除湿用干燥剂，如无水氯化钙等，除尘则用滤纸，如石英滤纸、玻璃纤维滤纸等；所述第二流量计为单一的空气流量计或者氮气、氧气流量计组合，这取决于所用气源；

所述氧气分析仪为顺磁性氧分析仪，分析范围至少在0-25%之间。

一种烟草燃烧热测量装置，其包括：

供气装置、燃烧装置、过滤装置以及分析装置；

所述燃烧装置包括环形加热炉及环形加热炉控制器，石英管设于所述环形加热炉内的一端为加热端，另一端为非加热端，在所述非加热端设有密封件，石英舟设于所述石英管内并由外部的步进电机推动能够在石英管内匀速移动，在所述密封件上设有两个通孔用于供气管路通路和步进电机传动通路，所述供气管路与所述供气装置连通；

所述过滤装置包括直接连接在所述环形加热炉出气端的耐高温过滤器以及与所述分析装置连通的第二级过滤器，所述耐高温过滤器与所述第二级过滤器之间通过冷却管路连接；

所述分析装置包括通过第一管路与所述第二级过滤器连通的集气袋、以及通过第二管路与所述集气袋连通的氧气分析仪；在所述第一管路上设有第一控制阀，在所述第二管路上设有第二控制阀及净化器。

所述供气装置包括储气罐及第二流量计，所述储气罐通过所述供气管路向所述环形加热炉供气，所述第二流量计设于所述供气管路上。

所述氧气分析仪为顺磁性氧分析仪，分析范围至少在0-25%之间。

所述冷却管路外部设有冷却水流道，所述冷却水的流向与烟草样品燃烧产物流向相反。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

相比现有技术，本实用新型解决了目前燃烧热测量仪器难以模拟卷烟贫氧燃烧环境的问题，利用可控等值比法实现了烟草在接近于卷烟燃烧环境下的贫氧稳态燃烧，并结合氧消耗原理可以定量计算各个贫氧燃烧状态下的热释放速率和热释放量，为烟草燃烧热的精确测量提供了一个可行的方案。

附图说明：

图1为本实用新型装置的结构原理图；图2为本实用新型在线测量装置的结构示意图；图3为本实用新型离线测量装置的结构示意图。

图中标号：1为供气装置、2为燃烧装置、3为过滤装置、4为分析装置、11为储气罐、12为第二流量计、21为步进电机、22为密封件、23为石英管、24为石英舟、25为烟草样品、26为环形加热炉、27为控制器、31为耐高温过滤器、32为第二级过滤器、33为冷却管路、331为冷却水入口、332为冷却水出口、41为第一流量计、42为氧气分析仪、410第一控制阀、420为集气袋、430第二控制阀、440为净化器。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式：

实施例1：如图1所示，本实用新型所公开的装置包括供气装置1、燃烧装置2、过滤装置3以及分析装置4。燃烧装置2用于提供稳定烟草样品供给和稳定的温度场；供气装置1用于为燃烧装置2提供稳定且流量可调的空气；过滤装置3直接连接在燃烧装置的出气端，用于净化燃烧产生的气体，避免对分析装置4的污染；分析装置4连接于过滤装置3之后，用于测试流出气体中氧气体积含量。

在测试卷烟燃烧热时，根据理论计算得出的空气供给速率和烟草样品供给速率，设定相关参数，通过控制燃烧装置2中烟草样品的供应速度与供气装置1的气体流量，使得燃料供给和空气供给一致，从而使燃烧处于稳定的贫氧燃烧状态。分析装置4采集并分析经过滤装置3净化后的烟气，获得烟气的氧气体积系数。然后，根据所测试相关参数计算单位质量烟草样品的热释放量。

如图2所示，本实施例的在线测量装置包括供气装置1、燃烧装置2、过滤装置3以及分析装置4。其中，燃烧装置2包括环形加热炉26、控制器27、石英管23、石英舟24、步进电机21、密封件22和烟草样品25。烟草样品25要均匀的平铺在石英舟24上，为确保均匀性，可以将烟叶样品磨碎以及用机械设别来铺洒。步进电机21能够匀速的推动石英舟24进入环形加热炉26中，且其速率可调。石英管的一端为加热端，加热端设于环形加热炉内，另一端为非加热端，密封件22可以将石英管的非加热端密封，密封件中有两个通孔，用于供气管路通路和步进电机传动通路。供气装置1包括储气罐11和第二流量计12，用于为燃烧装置2提供稳定且流量可调的空气，实施中，第二流量计12可以采用玻璃转子流量计。过滤装置3直接连接在稳态管式环形加热炉的出气端，包括过耐高温过滤器31、第二级过滤器32以及冷却管路33。耐高温过滤器31直接与加热炉出来的高温气体相接触，故要求耐高温；冷却管路33连接在耐高温过滤器31之后，用于冷却燃烧产物的温度；第二级过滤器32连接在冷却管路33之后，用于进一步净化燃烧产生的气体，避免对分析装置4的污染；冷却管路33一般设为环状结构，内腔为烟气通道，内腔外壁与管路外壳之间为夹层，用作冷却水流道，具有冷却水入口331及冷却水出口332，冷却水的流向与内腔中烟气的流向相反，可以提高冷却效果。分析装置4连接于过滤装置3之后，包括第一流量计41和氧气分析仪42。第一流量计41用于检测流出气体的体积流量，氧气分析仪42用于分析流出气体的温度和氧气的体积含量。

在测试卷烟燃烧热时，根据理论计算得出的空气供给速率和烟草样品供给速率，设定相关参数，通过控制燃烧装置2的石英舟24中烟草样品的推进速度与供气装置1的气体流量，使得燃料供给和空气供给一致，从而使燃烧处于稳定的贫氧燃烧状态。分析装置4中的氧气分析仪42采集并分析经过滤装置3净化后的烟气，获得烟气的氧气体积系数和温度随时间的变化曲线。然后，根据气体的初始氧气体积系数、烟草样品的质量、测量过程中的气体流量以及烟气的氧气体积系数和温度计算单位质量烟草样品的热释放量。

实施例2：如图3所示，本实施例的离线测量装置包括供气装置1、燃烧装置2、过滤装置3以及分析装置4。其中，燃烧装置2、供气装置1以及过滤装置3的具体结构以及连接次序和实施例1中的各装置一致，这里不再赘述。

所述分析装置4包括通过第一管路与第二级过滤器连通的集气袋420、以及通过第二管路与集气袋连通的氧气分析仪42；在第一管路上设有第一控制阀410，在第二管路上设有第二控制阀430及净化器440。集气袋420用于收集来自于燃烧装置2的气体。净化装置用于除去集气袋中气体中的颗粒物和水分，避免对氧气分析仪的污染。

在测试卷烟燃烧热时，首先根据理论计算设定仪器相关参数，通过控制燃烧装置2的石英舟24中烟草样品的推进速度与供气装置1的气体流量，使得燃料供给和空气供给一致，从而使燃烧处于稳定的贫氧燃烧状态。分析装置4中的集气袋420捕集来自于燃烧装置2的气体，待燃烧完毕后，关闭第一控制阀410，开启第二控制阀430，集气袋中的气体流经净化器440后进入氧气分析仪42，并记录所测得的结果。实验完毕后，关电关气并清洗过滤装置以及燃烧装置中的石英舟。根据烟草样品的质量、供应气体的流量、测试的时间、捕集气体的体积以及氧气的含量计算单位质量的烟草样品的热释放量。

Claims (7)

1.一种烟草燃烧热测量装置，其特征在于包括：

供气装置（1）、燃烧装置（2）、过滤装置（3）以及分析装置（4）；

所述燃烧装置包括环形加热炉（26）及其控制器（27），石英管（23）设于所述环形加热炉内的一端为加热端，另一端为非加热端，在所述非加热端设有密封件（22），石英舟（24）设于所述石英管内并由外部的步进电机（21）推动能够在石英管内匀速移动，在所述密封件上设有两个通孔用于供气管路通路和步进电机传动通路，所述供气管路与所述供气装置连通；

所述过滤装置（3）包括直接连接在所述环形加热炉出气端的耐高温过滤器（31）以及与所述分析装置连通的第二级过滤器（32），所述耐高温过滤器与所述第二级过滤器之间通过冷却管路（33）连接；

所述分析装置（4）包括通过管路与所述第二级过滤器连通的氧气分析仪（42），所述管路中设有第一流量计（41）。

2.根据权利要求1所述的一种烟草燃烧热测量装置，其特征在于，所述供气装置（1）包括储气罐（11）及第二流量计（12），所述储气罐通过所述供气管路向所述环形加热炉供气，所述第二流量计（12）设于所述供气管路上。

3.根据权利要求1所述的一种烟草燃烧热测量装置，其特征在于，所述氧气分析仪（42）为顺磁性氧分析仪，分析范围至少在0-25%之间。

4.一种烟草燃烧热测量装置，其特征在于包括：

供气装置（1）、燃烧装置（2）、过滤装置（3）以及分析装置（4）；

所述燃烧装置包括环形加热炉（26）及其控制器（27），石英管（23）设于所述环形加热炉内的一端为加热端，另一端为非加热端，在所述非加热端设有密封件（22），石英舟（24）设于所述石英管内并由外部的步进电机（21）推动能够在石英管内匀速移动，在所述密封件上设有两个通孔用于供气管路通路和步进电机传动通路，所述供气管路与所述供气装置连通；

所述过滤装置（3）包括直接连接在所述环形加热炉出气端的耐高温过滤器（31）以及与所述分析装置连通的第二级过滤器（32），所述耐高温过滤器与所述第二级过滤器之间通过冷却管路（33）连接；

所述分析装置（4）包括通过第一管路与所述第二级过滤器连通的集气袋（420）、以及通过第二管路与所述集气袋连通的氧气分析仪（42）；在所述第一管路上设有第一控制阀（410），在所述第二管路上设有第二控制阀（430）及净化器（440）。

5.根据权利要求4所述的一种烟草燃烧热测量装置，其特征在于，所述供气装置（1）包括储气罐（11）及第二流量计（12），所述储气罐通过所述供气管路向所述环形加热炉供气，所述第二流量计（12）设于所述供气管路上。

6.根据权利要求4所述的一种烟草燃烧热测量装置，其特征在于，所述氧气分析仪（42）为顺磁性氧分析仪，分析范围至少在0-25%之间。

7.根据权利要求4所述的一种烟草燃烧热测量装置，其特征在于，所述冷却管路（33）外部设有冷却水流道，所述冷却水的流向与烟草样品燃烧产物流向相反。