CN103411779A - 一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置及方法，装置包括恒流泵，所述恒流泵与雾化喷嘴液体进口连接，雾化喷嘴空气进口连接浮子流量计，经雾化的液体进入蒸发室，所述蒸发室外部设有电加热带，电加热带上连接有温控器，电加热带外部设有保温层，蒸发室出口连接净化器测试系统。本发明的气态污染物发生器及发生方法，原理简单，成本低廉，且适用于多种由液体蒸发，发生气体的污染物，经济实用。可以通过计算机远程控制恒流泵转速，控制与调节污染物发生量，调节电加热带的温度，即可发生一定量的气态污染物，操作简便。

Description

一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置及方法，具体为用于道路车辆滤清器测试系统中,气态污染物的发生装置及方法。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，我国汽车保有量正在迅速增加。截止2011年末，我国私人拥有车辆共计7326.77万辆，是2002年的7.5倍之多，十年来以25%的年复合增长率增加。在汽车排放的污染物成为人们日益关注的问题时，车内环境也越来越引起公众的关注。2012年3月起国家标准GB/T27630-2011《乘用车内空气质量评价指南》开始实施，该标准中规定了对车内空气中苯(≤0.11mg/m³）、甲苯(≤1.10mg/m³）、二甲苯(≤1.50mg/m³）、乙苯(≤1.50mg/m³）、苯乙烯(≤0.26mg/m³）、甲醛(≤0.10mg/m³）、乙醛(≤0.05mg/m³）、丙烯醛(≤0.05mg/m³）的浓度要求。

汽车车内的气态污染物主要有CO,CO₂，NO₂，NH₃，以及苯系物和甲醛等挥发性有机物。据统计，现代社会中，人们在交通工具内停留的时间约占5%，仅次于在室内停留时间。车内污染对人体健康的危害越来越明显。这些污染物一部分来自车内装饰材料的散发，一部分来自汽车外部环境，尤其在交通高峰期，道路其他车辆排放的尾气会严重影响车内的空气质量。气态污染物对人体危害巨大，以苯系物为例，苯是强致癌物质，会在肝脏和骨髓内代谢，长期接触会造成骨髓与遗传损害；甲苯会刺激呼吸道与眼睛，引起恶心、头痛、胸闷等症状，长期吸入甲苯可导致神经衰弱等症状；二甲苯可经呼吸道以及皮肤进入人体，会抑制中枢神经，过量或长期接触会造成运动失调，感官错乱以及记忆减退等神经失常行为，同时也具有刺激性，可导致眼睛干涩，咳嗽等不舒适症状。

目前大部分汽车通风系统中都装有滤清器，对送入车内的空气进行过滤，汽车滤清器的过滤效率，会直接影响到车内空气的品质。我国汽车行业标准QC/T795.2-2007对道路车辆乘驾室用空气滤清器气体过滤测试给出了相关标准。该标准中，规定了对滤清器对空气中气态污染物去除效率的检测方法，检测所必须使用的一种气态污染物是甲苯。标准中规定，测试所需气态甲苯浓度为80±8ppm，在测试过程中，污染物发生浓度偏差为±3%。计算得出，在滤清器测试系统中滤清器测试台，测试过滤风量为100-800m³/h时，甲苯用量为0.58-4.67g/min。一般的鼓泡器，只能产生几毫克到几十毫克的气态甲苯，远远不能满足要求；而用标准气瓶提供的气态甲苯，则消耗巨大，不经济，且频繁更换标准气瓶非常繁杂。因此，传统的气态甲苯产生方法，不能为汽车滤清器测试台，以及类似的需要较多气态甲苯的测试系统稳定、持续提供气态甲苯，需要一种经济、方便，且能稳定、持续提供足量气态甲苯的发生装置。若检测过滤器对其他苯系物（如苯或二甲苯）的过滤效率，在相近的测试风量与污染物浓度下，苯与二甲苯的用量与甲苯用量接近，每分钟约需要几克的液态污染物完全气化，才能满足发生足够的气体目标污染物的要求，而这是传统的鼓泡器或标准气瓶供气方式不能满足的。目前国内还没有对于气态甲苯发生的相关专利与设备，在该领域目前处于空白状态。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置及方法，可以为空气滤清器测试系统提供符合国际标准(ISO/TS11155-2“Roadvehicles—Air filters for passenger compartments—Part2:Test for gaseousfiltration”)的气态甲苯污染物，以及与其性质相似的污染物如苯、二甲苯的发生，克服现有技术中传统的标准气瓶提供气态污染物消耗巨大，不经济，且频繁更换标准气瓶繁杂的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，包括恒流泵，所述恒流泵与雾化喷嘴液体进口连接，雾化喷嘴空气进口连接浮子流量计，经雾化的液体进入蒸发室，所述蒸发室外部设有电加热带，电加热带上连接有温控器，电加热带外部设有保温层，蒸发室出口连接净化器测试系统。

所述蒸发室内部设有均流板。所述均流板为两个，分别为设置于蒸发室中上部的均流板A和中下部均流板B。所述均流板A设置于雾化喷嘴出口处2/5蒸发室长度处，均流板B设置于蒸发室出口1/5处。所述均流板A上设有八个φ10mm的圆孔，所述均流板B上设有四个φ20mm的圆孔。

所述蒸发室出口为弧形结构。

所述雾化喷嘴和蒸发室均为不锈钢材料。

一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生方法，包括以下步骤：

（1）通过权利要求1所述气态污染物发生装置的温控器设定加热温度，电加热带开始对蒸发室进行加热，进入预热过程，等待8-10分钟；

（2）在等待预热的过程中，将恒流泵泵管接入污染物液瓶，然后将压力为4.0-4.5bar的压缩空气接入浮子流量计进气口，调节浮子流量计流量为1.6-1.9m³/h；

（3）预热结束后，启动恒流泵，根据所测试风量以及气态污染物浓度，计算污染物液体用量，调节恒流泵转速，从而控制污染物液体的输送量；

（4）液态污染物达到雾化喷嘴的液体进口，压缩空气与液态污染物经过雾化喷嘴，喷成雾状污染物进入蒸发室；

（5）在蒸发室内，雾状污染物被加热气化为气态污染物，在蒸发室出口连接聚四氟乙烯管，将气态污染物送入净化器测试系统。

所述电加热带最高使用温度为250℃。

本发明的有益效果是：

通过恒流泵可以精确控制液态污染物的输送量，从而精确控制气态污染物的发生量，满足标准中的要求。该发明对于污染物发生量的控制属于主动控制，根据所需工况计算，控制恒流泵输液量即可控制污染物的发生量，与反馈调节相比，可以节省大量的调试时间，同时可以方便、快速改变测试中污染物的浓度，适用工况广泛；

雾化喷嘴采用不锈钢制作，不会与污染物发生化学反应。调节喷嘴进口压缩空气的压力与流量，可以保证液态污染物的完全雾化，增大与蒸发室的接触面积；

蒸发室采用不锈钢制作，不会与污染物发生化学反应，保证了污染物发生的纯度。蒸发室内两道不同结构的均流板，保证了雾化后的污染物与蒸发室加热面的充分接触，以使污染物彻底气化；

蒸发室外的电加热带对蒸发室加热，利用温控器调节加热带的加热温度，满足不同的蒸发温度要求，可以用于多种气态污染物的发生；

该气态污染物发生器及发生方法，原理简单，成本低廉，且适用于多种由液体蒸发，发生气体的污染物，经济实用。可以通过计算机远程控制恒流泵转速，控制与调节污染物发生量，调节电加热带的温度，即可发生一定量的气态污染物，操作简便。

附图说明

图1为本发明气态污染物发生装置结构示意图；

图2为本发明气态污染物发生装置中雾化喷嘴雾化原理示意图；

图3为本发明气态污染物发生装置蒸发室结构示意图；

图4为图3A-A截面均流板A结构示意图；

图5为图3B-B截面均流板B结构示意图；

图6为气态污染物发生器甲苯发生测试数据图；

其中1——污染物液瓶；2——恒流泵；3——保温层；4——电加热带；5——蒸发室；6——雾化喷嘴；7——均流板A；8——均流板B；9——温控器；10——加热开关；11——感温包；12——浮子流量计；13——气态污染物出口；14——不锈钢管箍；15——聚四氟乙烯密封垫；16——内螺纹接口；17——内螺纹；18——螺纹接口；19——螺丝连接孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-5所示，打开加热开关10，通过温控器9设定加热温度，温度设定好后，电加热带4开始对蒸发室进行加热，进入预热过程，等待8-10分钟。温控器通过感温包11反馈的温度，控制电加热带的启停，维持设定的加热温度。电加热带最高使用温度为250℃，甲苯沸点为110℃，在保证雾状甲苯与蒸发室内壁面有充分接触时间条件下，保证蒸发室内壁面温度高于甲苯沸点。若用于发生苯或二甲苯，则根据苯沸点为80℃，二甲苯沸点约140℃的物理性质，用稍低于或高于甲苯发生的温度设置，即可保证苯或二甲苯的气化。甲苯最大用量下，气化所需加热功率约30W，考虑蒸发室的蓄热与保温层的热量损失以及加热压缩空气所需热量，选择电加热带功率为160W，满足甲苯气化，以及快速完成预热。

在等待预热的过程中，将恒流泵泵管接入甲苯液瓶1，然后将压力约为4.0-4.5bar的压缩空气接入浮子流量计12进气口，调节浮子流量计流量约为1.6-1.9m3/h。若用于苯或二甲苯的发生时，根据所用液体的粘性，对压缩空气压力和流量进行微调，即可实现最佳的雾化效果。

预热结束后，启动恒流泵2，根据所测试风量以及气态甲苯浓度，计算甲苯液体用量，调节恒流泵转速，从而控制甲苯液体的输送量。所采用的恒流泵，泵头有三根不锈钢滚轴，呈120°分布，将泵管放入滚轴之间压紧，开启恒流泵后，滚轴转动，挤压泵管，管内形成负压，液体被吸入泵管，并在管内流动。在使用一定直径的泵管时，通过调节恒流泵转速，即可调节液体的输送量。根据计算甲苯用量0.58-4.67ml/min，使用内径1.6mm，外径4.8mm的泵管，在使用该泵管时，恒流泵的输送量为0.027-27ml/min，因此在测试风量范围（100-800m³/h）内，恒流泵转速调节范围为2.2-17.3转/min，若进行苯或二甲苯的发生，则转速调节范围分别为1.9-14.7转/min，与2.6-19.9转/min。转速与输送量为线性关系，输送流量误差＜3%，可以满足国家标准（QC/T795.2-2007）中，发生过程中污染物浓度偏差±3%。在实际应用中，根据测试风量与污染物目标浓度，计算得出恒流泵转速，再根据实测所得浓度对恒流泵进行微调，以达到目标浓度。

约半分钟后，液态甲苯达到雾化喷嘴6的液体进口，压缩空气与液态甲苯经过雾化喷嘴6，喷成雾状甲苯。如图2所示，喷嘴采用外混式雾化喷嘴，通过改变压缩空气压力，而不改变液体流率来控制雾化。

在蒸发室5内，雾状甲苯，被均流板以及内壁面加热，气化为气态甲苯。根据所选喷嘴的喷雾形状尺寸，以及实验中检测到的喷雾形状尺寸，蒸发室内径为92mm。在距离喷嘴出口处约2/5蒸发室长度处，雾化直径约80mm，在该位置设计均流板A，均流板A有8个φ10mm的圆孔，对雾状甲苯进行加热与均流。在蒸发室出口1/5处，设计均流板B，均流板B有4个φ20mm的圆孔，再次残留的雾状甲苯进行加热与均流。蒸发室出口设计为弧形，防止出现气体滞留区，保证蒸发后的气态甲苯全部送入测试系统。

在发生装置出口13连接聚四氟乙烯管，将气态甲苯送入滤清器测试系统。

依据测试风量以及气态甲苯浓度，计算所需液态甲苯的用量；在测试过程中，可以调节恒流泵转速，调节液态甲苯的输送量，从而控制气态甲苯的发生量。

测试条件为23℃，101.3KPa时，液态甲苯用量计算公式：

V=P×H×F/ρ/60

式中：

V——甲苯液体体积用量，ml/min；

P——气态甲苯浓度，ppm；

H——测试风量，m³/h；

F——23℃，101.3KPa时，浓度转换因子，3.79，即甲苯1ppm=3.79mg/m³；

ρ——液态甲苯密度，0.867，g/ml。

气态甲苯发生器甲苯发生测试数据如图6所示：

本发明的装置和方法主要适用于甲苯以及与其性质相似的污染物如苯、二甲苯的发生，实施例以甲苯为例具体说明，当用于二甲苯及苯时，根据其性质稍作调整即可应用。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，其特征在于，包括恒流泵，所述恒流泵与雾化喷嘴液体进口连接，雾化喷嘴空气进口连接浮子流量计，经雾化的液体进入蒸发室，所述蒸发室外部设有电加热带，电加热带上连接有温控器，电加热带外部设有保温层，蒸发室出口连接净化器测试系统。

2.根据权利要求1所述用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，其特征在于，所述蒸发室内部设有均流板。

3.根据权利要求2所述用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，其特征在于，所述均流板为两个，分别为设置于蒸发室中上部的均流板A和中下部均流板B。

4.根据权利要求3所述用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，其特征在于，所述均流板A设置于雾化喷嘴出口处2/5蒸发室长度处，均流板B设置于蒸发室出口1/5处。

5.根据权利要求3或4所述用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，其特征在于，所述均流板A上设有八个φ10mm的圆孔，所述均流板B上设有四个φ20mm的圆孔。

6.根据权利要求1-5任意一项所述用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，其特征在于，所述蒸发室出口为弧形结构。

7.根据权利要求6所述用于空气净化器性能检测的气态污染物发生装置，其特征在于，所述雾化喷嘴和蒸发室均为不锈钢材料。

8.一种用于空气净化器性能检测的气态污染物发生方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过权利要求1所述气态污染物发生装置的温控器设定加热温度，电加热带开始对蒸发室进行加热，进入预热过程，等待8-10分钟；

（2）在等待预热的过程中，将恒流泵泵管接入污染物液瓶，然后将压力为4.0-4.5bar的压缩空气接入浮子流量计进气口，调节浮子流量计流量为1.6-1.9m³/h；

（3）预热结束后，启动恒流泵，根据所测试风量以及气态污染物浓度，计算污染物液体用量，调节恒流泵转速，从而控制污染物液体的输送量；

（4）液态污染物达到雾化喷嘴的液体进口，压缩空气与液态污染物经过雾化喷嘴，喷成雾状污染物进入蒸发室；

（5）在蒸发室内，雾状污染物被加热气化为气态污染物，在蒸发室出口连接聚四氟乙烯管，将气态污染物送入净化器测试系统。

9.根据权利要求8所述用于空气净化器性能检测的气态污染物发生方法，其特征在于，所述电加热带最高使用温度为250℃。

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