CN112083027A - 自燃试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自燃试验装置。在加热器芯与内筒之间形成气体的流路，该加热器芯具有筒状，该内筒以包围试样的方式设于加热器芯的内侧。利用气体供给部经由流路向试样供给气体。利用卷绕于加热器芯的加热器，加热试样的周围的气氛，并且加热在流路流动的气体。
Description
技术领域
本发明涉及一种自燃试验装置。
背景技术
自燃试验装置是测量试样达到自燃的温度或时间的条件的装置。例如，在日本特许第3632299号公报所记载的自燃试验装置中，作为测量对象的试样收纳于装置主体的内部，向装置主体的内部供给非活性气体。在该状态下，开始装置主体的温度控制以使试样温度保持在预定的设定温度。由此，试样温度自初始值逐渐上升，当达到设定温度时稳定。
在试样温度稳定之后，向装置主体的内部供给氧气来代替非活性气体。在该情况下，由于试样氧化而试样的温度上升，当试样的温度达到未知的燃点时，试样开始自燃。在此，测量从上述的试样温度稳定的时间点到试样开始自燃的时间点为止的时间。
发明内容
在日本特许第3632299号公报中，利用温度稳定判断电路客观地进行试样温度是否稳定在设定温度的判断。由此，认为能够准确地测量直到试样开始自燃为止的时间。然而，利用上述的自燃试验装置测量的直到试样开始自燃为止的时间根据设置自燃试验装置的房间的环境或季节等而发生变化。因此，在测量的时间上产生较大的偏差。因而，无法高精度地评价试样达到自燃的条件。
本发明的目的在于提供一种能够高精度地评价试样达到自燃的条件的自燃试验装置。
根据本发明的一技术方案的形态，涉及一种自燃试验装置，其用于评价试样达到自燃的条件，该自燃试验装置包括：加热器芯，其具有筒状；内筒，其以包围试样的方式设于所述加热器芯的内侧，在其与所述加热器芯之间形成气体的流路；气体供给部，其经由所述流路向试样供给气体；以及加热器，其卷绕于所述加热器芯，加热试样的周围的气氛，并且加热在所述流路流动的气体。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的自燃试验装置的示意剖视图，
图2是表示图1的试样室调温部的结构的剖视图，
图3是用于说明主体部内的详细的空气的流动的图，
图4是图2的试样室调温部的局部放大剖视图，
图5是图4的试样室调温部的A-A线剖视图。
具体实施方式
(1)自燃试验装置的结构
以下，参照附图说明本发明的一实施方式的自燃试验装置。图1是本发明的一实施方式的自燃试验装置的示意剖视图。如图1所示，自燃试验装置100包括主体部10、试样保持件20、气体供给部30、空气浴调温部40、整流构件50、试样室调温部60以及控制部70。在以下的说明中，将重力所朝向的方向设为下方，将其相反方向设为上方。
主体部10例如是具有长方体形状的壳体，在本实施方式中由不锈钢形成。在主体部10的侧壁内填充隔热件11。在主体部10的内部实现相对于外部隔热的具有预定的温度范围的环境的空气浴(恒温槽)12。在本例中，上述的温度范围的上限为300℃。另外，如后所述，在主体部10的内部的大致中央部配置作为测量对象的试样S。以下，将主体部10的内部的试样S的周围的一定范围的空间称作试样室13。
试样保持件20沿着上下方向延伸，在下端部处保持收纳有试样S的试样容器21。试样容器21例如由玻璃形成，具有用于导入由气体供给部30供给的各种气体的开口21a(参照后述的图2)。试样保持件20以贯穿于在主体部10的上表面形成的开口14的状态固定于主体部10的上表面。由此，保持于试样保持件20的下端部的试样容器21位于主体部10的内部的大致中央部(试样室13)。
气体供给部30向收纳于试样容器21的试样S选择性地供给反应抑制气体、反应气体以及反应停止气体。反应抑制气体是非活性气体(在本例中为氮气)，抑制试样S的氧化反应。反应气体是氧气浓度调整气体或空气，促进试样S的氧化反应。反应停止气体是非活性气体(在本例中为氮气)，停止试样S的氧化反应。供给至试样S的气体被沿着试样保持件20向上方引导，在通过主体部10的开口14之后，自形成于试样保持件20的气体排出口22排出。关于气体的流路的详细内容在后文叙述。
空气浴调温部40包括加热器41、温度传感器42、风扇43以及马达44。加热器41、温度传感器42以及风扇43配置于主体部10内。马达44配置于主体部10的下方。马达44的旋转轴44a经由形成于主体部10的下表面的开口15连接于风扇43。加热器41例如是电热丝，调整空气浴12的温度。温度传感器42例如是铂测温电阻体，检测空气浴12的温度。风扇43通过旋转来搅拌空气浴12的气氛。马达44驱动风扇43旋转。
整流构件50是由不锈钢等热容较小的材料形成的具有有底圆筒形状的构件。整流构件50的侧壁的厚度例如为0.5mm，整流构件50的底壁的厚度例如为1.5mm。整流构件50以包围试样室13的状态通过点接触而固定于主体部10的下表面，自上部向内部导入由风扇43搅拌的气氛(参照图1的粗箭头)。在整流构件50的底壁的位于风扇43的上方的部位形成例如直径45mm的开口51(参照后述的图2)。经由开口51向风扇43的中央部分供给空气。试样室调温部60调整试样室13的温度。关于试样室调温部60的详细结构在后文叙述。
控制部70包括气体控制部71、空气浴控制部72、试样室控制部73以及测量部74。气体控制部71通过切换设于气体供给部30的未图示的阀而控制气体供给部30以选择性地供给反应抑制气体、反应气体以及反应停止气体。
空气浴控制部72接收由使用者输入的设定温度。另外，空气浴控制部72控制加热器41以使由温度传感器42检测出的空气浴12的温度与上述的设定温度一致。试样室控制部73控制试样室调温部60以使试样室13的温度与试样S的温度一致。测量部74测量直到试样S开始自燃为止的时间。关于试样室控制部73和测量部74的详细内容在后文叙述。
(2)试样室调温部
图2是表示图1的试样室调温部60的结构的剖视图。如图2所示，试样室调温部60包括芯保持件61、加热器芯62、加热器63、内筒64、辐射筒65以及温度传感器66、67。芯保持件61例如是由不锈钢形成的具有圆筒形状的构件，以包围试样室13的方式配置于整流构件50的内侧。在芯保持件61的侧面形成例如直径15mm的多个开口61a。芯保持件61以固定于整流构件50的下表面的状态保持加热器芯62、内筒64以及辐射筒65。
图3是用于说明主体部10内的详细的空气的流动的图。如图3的粗箭头所示，通过风扇43的旋转而向风扇43的外侧扩散的空气被整流构件50被向上方引导，自整流构件50的上部导入整流构件50的内周部与芯保持件61的外周部之间的空间。该空间的空气在经由形成于芯保持件61的多个开口61a导入芯保持件61的内部的空间之后，经由整流构件50的底部的开口51被向风扇43的中央部分引导。这样，空气在主体部10内循环。
图4是图2的试样室调温部60的局部放大剖视图。图5是图4的试样室调温部60的A-A线剖视图。加热器芯62由绝缘材料(例如陶瓷)形成，具有如图4所示那样下部封闭的圆筒形状。加热器芯62的内径例如为34mm。在加热器芯62的外周面形成呈螺旋状旋转且在上下方向上延伸的槽部62a。加热器63例如是粗细0.7mm的电热丝，以嵌入槽部62a的状态卷绕于加热器芯62。
内筒64具有圆筒形状，内筒64的外径例如为33mm。内筒64由热容较小且导热性较高的材料形成。优选内筒64的侧壁的厚度较小。在本实施方式中，内筒64由陶瓷形成，其侧壁的厚度为1mm。实施方式不限定于此，内筒64也可以由其他材料形成。例如，在设定温度的上限为300℃左右的情况下，内筒64也可以由不锈钢形成。在该情况下，能够进一步减小内筒64的侧壁的厚度。
内筒64以包围试样室13的方式配置于加热器芯62的内侧，与加热器芯62同心。由此，在内筒64的外周面与加热器芯62的内周面之间形成具有宽度w(在本例中为0.5mm)的环状的间隙(参照图5)。该间隙成为用于向试样S供给气体的流路68。详细内容在后文叙述。在本例中，内筒64的外侧的空间被划分为试样室13，在试样室13配置收纳有试样S的试样容器21。
辐射筒65具有圆筒形状，例如由陶瓷形成。辐射筒65以包围加热器芯62的方式配置，在将加热器芯62维持在较高的温度的同时使温度稳定。此外，在设定温度的上限为300℃左右的情况下，试样室调温部60也可以不包括辐射筒65。
温度传感器66例如是护套热电偶，安装于试样容器21的内部。温度传感器66检测收纳于试样容器21的试样S的温度，向图1的试样室控制部73提供检测结果。温度传感器67例如是护套热电偶，埋设于加热器芯62。温度传感器67检测加热器芯62的温度作为试样室13的温度，向试样室控制部73提供检测结果。试样室控制部73控制加热器63以使由温度传感器67检测出的试样室13的温度与由温度传感器66检测出的试样S的温度一致。
在加热器芯62的比加热器63靠上部的部分形成与气体供给部30连接的连接口69。气体供给部30的气管31连接于连接口69。此外，气管31焊接于用于固定加热器芯62的不锈钢制的加热器固定配件32。加热器芯62通过利用石墨环固定配件34紧固石墨环33而固定于加热器固定配件32。石墨环33固定加热器芯62，并且作为防止发生气体泄漏的密封构件发挥功能。
气管31自连接口69向内筒64与加热器芯62之间的流路68供给反应气体。如图4的虚线的箭头所示，供给的反应气体在流路68内向下方流动。在此，反应气体的温度根据设置自燃试验装置100的房间的环境或季节等而并非恒定。然而，反应气体通过在流路68流动而被加热器63加热。由此，反应气体的温度上升至与试样室13的温度，即试样S的温度相同的程度。
其后，反应气体经由试样容器21的下部的开口21a导入试样容器21内，向试样S供给。在该情况下，反应气体的温度上升至与试样S的温度相同的程度，因此试样S的温度不会被反应气体的温度影响而降低。其结果，能够抑制试样S达到自燃的条件的偏差，能够高精度地评价试样S达到自燃的条件。
此外，反应抑制气体或反应停止气体也从气管31经由与反应气体同样的流路68向试样S供给。因此，也可以在利用加热器63在流路68内加热反应抑制气体或反应停止气体的同时向试样S供给反应抑制气体或反应停止气体。
(3)自燃试验装置的动作
使用图1说明自燃试验装置100的动作。首先，使用者将作为测量对象的试样S收纳于试样容器21，将试样容器21安装于试样保持件20的下部。接着，使用者将试样保持件20以贯穿于主体部10的开口14的状态固定于主体部10的上表面。由此，试样容器21配置于试样室13。
接着，使用者通过操作空气浴控制部72而输入设定温度。在输入设定温度后，空气浴控制部72控制加热器41以使空气浴12的温度与设定温度一致。另外，风扇43通过旋转而搅拌空气浴12的气氛。并且，气体控制部71控制气体供给部30以按照由使用者调整的流量供给反应抑制气体。在该情况下，试样S的温度自初始值逐渐上升。试样室控制部73控制试样室调温部60以使试样室13的温度跟随试样S的温度。
试样S的温度在达到设定温度时稳定。此时，测量部74开始时间的测量。另外，气体控制部71控制气体供给部30以按照由使用者调整的流量供给反应气体来代替反应抑制气体。由此，促进试样S的氧化反应，试样S的温度上升。反应气体的流量比较小，例如为2mL/min～5mL/min。试样室控制部73控制试样室调温部60以使试样室13的温度跟随试样S的温度。
当试样S的温度达到燃点时，试样S的温度急剧上升。此时，测量部74结束时间的测量。另外，气体控制部71控制气体供给部30以按照由使用者调整的流量供给反应停止气体来代替反应气体。由此，试样S的氧化反应停止，防止自燃。此外，反应停止气体的流量大于反应抑制气体的流量。评价由测量部74测量出的时间作为试样S达到自燃的条件。
(4)效果
在本实施方式的自燃试验装置100中，在加热器芯62与内筒64之间形成气体的流路68，该加热器芯62具有筒状，该内筒64以包围试样S的方式设于加热器芯62的内侧。利用气体供给部30经由流路68向试样S供给气体。利用卷绕于加热器芯62的加热器63，加热试样S的周围的气氛，并且加热在流路68流动的气体。
根据该结构，即使在由于设置自燃试验装置100的房间的环境或季节等而气体的温度并非恒定的情况下，也能够通过在流路68内加热气体而使气体的温度上升至与试样S的周围的气氛的温度相同的程度。因此，防止在试样S达到自燃的时间上产生较大的偏差。由此，能够高精度地评价试样S达到自燃的条件。
另外，流路68的宽度w(内筒64的外周面与加热器芯的内周面之间的间隔)为0.5mm。气体供给部30从比加热器63的上端部靠上方的位置经由流路68向试样S供给气体，流路68的下端部位于比试样S靠下方的位置。根据上述结构，即使在气体的流量比较大的情况下，也能够在气体通过流路68的期间充分地加热气体。另外，能够自试样S的下方向试样S高效地供给加热的气体。
(5)其他实施方式
(a)在上述实施方式中，测量部74测量直到试样S开始自燃为止的时间作为试样S达到自燃的条件，但实施方式不限定于此。测量部74也可以测量试样S达到自燃的温度作为试样S达到自燃的条件。
(b)在上述实施方式中，流路68的宽度w为0.5mm，但实施方式不限定于此。例如，流路68的宽度w也可以是1mm以下。根据该结构，即使在气体的流量比较大的情况下，也能够在气体通过流路68的期间充分地加热气体。另一方面，在能够在气体通过流路68的期间充分地加热气体的情况下，流路68的宽度w也可以大于1mm。
(c)在上述实施方式中，气体供给部30从比加热器63的上端部靠上方的位置经由流路68向试样S供给气体，但实施方式不限定于此。在能够在气体通过流路68的期间充分地加热气体的情况下，气体供给部30也可以从比加热器63的上端部靠下方的位置经由流路68向试样S供给气体。
(d)在上述实施方式中，流路68的下端部位于比试样S(试样容器21的下端部)靠下方的位置，但实施方式不限定于此。在能够在气体通过流路68的期间充分地加热气体的情况下，流路68的下端部也可以位于比试样S靠上方的位置。
(6)形态
(第1项)一形态的自燃试验装置，其用于评价试样达到自燃的条件，其中，也可以是，
该自燃试验装置包括：
加热器芯，其具有筒状；
内筒，其以包围试样的方式设于所述加热器芯的内侧，在其与所述加热器芯之间形成气体的流路；
气体供给部，其经由所述流路向试样供给气体；以及
加热器，其卷绕于所述加热器芯，加热试样的周围的气氛，并且加热在所述流路流动的气体。
在该自燃试验装置中，在加热器芯与内筒之间形成气体的流路，该加热器芯具有筒状，该内筒以包围试样的方式设于加热器芯的内侧。利用气体供给部经由流路向试样供给气体。利用卷绕于加热器芯的加热器，加热试样的周围的气氛，并且加热在流路流动的气体。
根据该结构，即使在由于设置自燃试验装置的房间的环境或季节等而气体的温度并非恒定的情况下，也能够通过在流路内加热气体而使气体的温度上升至与试样的周围的气氛的温度相同的程度。因此，防止在试样达到自燃的温度或时间等上产生较大的偏差。由此，能够高精度地评价试样达到自燃的条件。
(第2项)在第1项所记载的自燃试验装置中，也可以是，
所述流路形成于所述内筒的外周面与所述加热器芯的内周面之间，
所述内筒的外周面与所述加热器芯的内周面之间的间隔为1mm以下。
根据该结构，即使在气体的流量比较大的情况下，也能够在气体通过流路的期间充分地加热气体。
(第3项)在第1项或第2项所记载的自燃试验装置中，也可以是，
所述加热器芯和所述内筒配置为所述流路朝向上下方向，
所述气体供给部配置为气体在所述流路向下方流动，
所述流路构成为从试样的下方向试样供给气体。
在该情况下，能够高效地向试样供给在流路中加热的气体。
(第4项)在第3项所记载的自燃试验装置中，也可以是，
所述气体供给部从比所述加热器的上端部靠上方的位置经由所述流路向试样供给气体。
在该情况下，能够在气体通过流路的期间更充分地加热气体。
(第5项)在第3项或第4项所记载的自燃试验装置中，也可以是，
所述流路的下端部位于比试样靠下方的位置。
在该情况下，能够在气体通过流路的期间更充分地加热气体。
Claims (5)
1.一种自燃试验装置，其用于评价试样达到自燃的条件，其中，
该自燃试验装置包括：
加热器芯，其具有筒状；
内筒，其以包围试样的方式设于所述加热器芯的内侧，在其与所述加热器芯之间形成气体的流路；
气体供给部，其经由所述流路向试样供给气体；以及
加热器，其卷绕于所述加热器芯，加热试样的周围的气氛，并且加热在所述流路流动的气体。
2.根据权利要求1所述的自燃试验装置，其中，
所述流路形成于所述内筒的外周面与所述加热器芯的内周面之间，
所述内筒的外周面与所述加热器芯的内周面之间的间隔为1mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的自燃试验装置，其中，
所述加热器芯和所述内筒配置为所述流路朝向上下方向，
所述气体供给部配置为气体在所述流路向下方流动，
所述流路构成为从试样的下方向试样供给气体。
4.根据权利要求3所述的自燃试验装置，其中，
所述气体供给部从比所述加热器的上端部靠上方的位置经由所述流路向试样供给气体。
5.根据权利要求3或4所述的自燃试验装置，其中，
所述流路的下端部位于比试样靠下方的位置。
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