CN103499512A - 空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置及应用，该测试装置包括循环通道、循环风机、夹具、空气压缩机、压力调节阀、空气处理单元、发尘器、检测单元及计算机，空气处理单元包括中效过滤器、上游活性炭过滤器、上游高效过滤器、表冷器、加湿器及温湿度传感器；检测单元包括分别设在夹具两侧的采样器、压力传感器与计数器。与现有技术相比，本发明设计结构先进合理，实现自动化控制，操作简易快捷，专门适合为像飞机、高铁等交通环境中空气处于非常压的情况下使用的过滤材料提供性能测试。

Description

空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置及应用

技术领域

本发明属于空气环境净化技术领域，涉及一种空气过滤材料性能测试装置，尤其是涉及一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置及应用。

背景技术

交通工具内部的环境污染问题成为近年来环境污染控制的又一热点。人们已经不满足仅对安全、速度和乘坐方面的追求。交通工具的内部环境是否存在污染，污染物质能否得到有效控制，是关系到相关人员身体健康的重大问题。“十二五”期间，我国室内环保行业重点服务的6大领域是：室内环境和室内环保产品质量监督领域、城乡发展建筑和城镇化建设领域、室内装饰装修和家居领域、公共场所和公共卫生领域、工农业生产和国防建设领域及交通工具内部环境污染净化治理领域。交通工具内部环境内部净化治理领域作为6大领域之一，也要求当前的过滤测试技术应日益臻善。

交通工具内所用空气净化装置是从室内空气净化装置逐渐演变而来的，但是飞机、高铁等交通工具内部空气环境与室内空气特点大不相同。如民航飞机在高空飞行时，内部空气环境特点与地面明显不同，表现为湿度低，气压低于标准大气压，一般为60～101kPa，而且处在一定的变化之中(Katarzyna GladyszewskaFiedoruk，et al.Indoor air quality in the cabin of an airliner.Journal of Air TransportManagement，20(2012)：28～30)。高铁高速运行过程中不可避免地要产生压力波，随着列车运行速度的不断提高，所产生的压力波也在不断增大(曹艳华，李瑞淳等.高速动车组空调系统压力保护装置.国外铁道车辆，2010，47(6)：16～21)。因此，需要对在压力波动时，环控系统中的空气过滤材料性能有准确的测试。这既是保证公共交通工具内空气健康的一种工艺需求，也是交通工具过滤材料生产供应领域的行业需求。当前的交通工具内部空气过滤材料性能测试技术发展尚不成熟，不能模拟交通工具内部环境处在高压、低压或者压力波状况下过滤材料的使用情况，也因此限制了此类过滤材料性能的进一步改进与交通工具等振动结构所用过滤材料的向前发展。

中国专利CN 202947953 U公布了一种核级高效粒子空气过滤器过滤性能测试台，其被测过滤器的进风口处依次连接百级洁净室、高效过滤器、送风机、中效过滤器、粗效过滤器；被测过滤器的进风口处还连接多分相发尘器；被测过滤器的风管前端和后端分别设置上游采样管和下游采样管；被测过滤器的风管前端和后端还放置了压力计；被测过滤器的风管后端设置了风量测量仪；被测过滤器的出风口处连接排风机；被测过滤器的中部放置喷嘴。该实用新型采用了双风机系统，保证测试风道内为微正压，外界空气不会渗入到测试风道内；测试空气经过粗中高效三级过滤器，形成洁净度达到百级的气源，使测试过程稳定不会受到大气环境变化的影响。

中国专利CN 1821744A公布了一种最易穿透粒径空气过滤纸性能测试台，它包括：一个第一过滤器，一个第二过滤器，一个夹具，一个发尘器，一个第三过滤器，第一稀释器，至少一台计数器，第二稀释器，至少一台自净器，一台计算机，一个温湿度传感器。该测试台是集发尘、采样、稀释、计数为一体的先进检测系统。该系统设计先进合理，实现了自动化控制，操作方便快捷，测试数据准确可靠，具有适用范围广的特点。

上面两个测试台的缺点是：都不能提供温度、湿度可控的模拟环境，且不能模拟交通工具内部环境处在高压、低压或者压力波状况下过滤材料的使用情况。

发明内容

本发明针对现有过滤材料性能测试方法中存在以上技术问题，通过对不同交通工具内环境特点的分析总结，从模拟交通工具内部空气压力存在较大变化的环境特点出发，而提出一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置及应用。

该测试装置用以模拟飞机、高铁等交通工具内部持续高压、低压或者处在压力波的状况下过滤材料的性能测试，了解该种过滤材料在特殊的环境中的使用状况，以期对其性能和应用做进一步的改进。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置，该测试装置包括：

循环通道：为中间开口的环形通道；

循环风机：进出口分别与循环通道的两开口端相连，并与循环通道一同构成封闭的环形通道，使循环通道内部的空气循环流动，并调控空气的流速；

夹具：设在循环通道的中间部位，用于夹持待测空气过滤材料；

压力调节单元：使循环通道内部形成高压、低压或压力波的单元，包括空气压缩机及压力调节阀，空气压缩机设在循环风机的进口一侧，并与循环通道之间通过两段管路并联，向循环通道内部充气或抽气，这两段管路上均设有控制空气压缩机充气或抽气的阀门，压力调节阀设在循环风机的出口端；

空气处理单元：位于压力调节阀的后方，调控循环通道内部空气的温度与湿度，包括依次设置在循环通道内部的中效过滤器、上游活性炭过滤器、上游高效过滤器、表冷器、加湿器及温湿度传感器；

发尘器：其出尘口伸入到循环通道内部加湿器与温湿度传感器之间，出尘口后方设有使灰尘均匀分散的均流部件，均流部件后方设有电磁流量计；

检测单元：包括分别设在夹具两侧的采样器、压力传感器与计数器，通过压力传感器与计数器检测夹具前后两侧气流中含尘量及压力值；

计算机：其信号输入端分别与压力传感器、计数器、电磁流量计、温湿度传感器相连，信号输出端分别与加湿器、表冷器及压力调节阀相连，计算机处理夹具前后两侧气流中含尘量及压力值，得到对应温湿度条件及内部环境压力状态下待测空气过滤材料的过滤性能参数。

所述的空气压缩机与循环通道之间通过上段管路与下段管路并联，所述的上段管路上连接有充气管路，所述的下段管路上连接有排气管路，所述的上段管路上设有第一阀门，所述的充气管路上设有第二阀门，所述的下段管路上设有第三阀门，所述的排气管路上设有第四阀门。通过空气压缩机和四个阀门实现对循环通道内部以一定的速度充气或者抽气，以保持压力恒定增加或者恒定减小的内部环境。

所述的均流部件后方设有第一电磁流量计，所述的下段管路上设有第二电磁流量计，所述的第一电磁流量计与第二电磁流量计均与计算机连接。

所述的夹具的上游一侧设有上游采样器，该上游采样器上连接有上游计数器与上游压力传感器，所述的夹具的下游一侧设有下游采样器，该下游采样器上连接有下游计数器与下游压力传感器。

所述的均流部件共设有两个，分别为并列设置的第一均流部件与第二均流部件，均流部件为目数大于20的丝网。

所述的上游活性炭过滤器可由除湿器替换。

一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置的应用，包括以下步骤：

(1)将待测空气过滤材料放入夹具中；

(2)通过控制空气压缩机连接管路上的阀门，并调节压力调节阀，向循环通道内充气或排气，使循环通道内部形成高压、低压或压力波的环境；

(3)通过改变循环风机的转速调节循环通道内部气流的流速，进而调控过滤速度；

(4)通过表冷器与加湿器控制循环通道内部空气的温度与湿度，并通过温湿度传感器检测后传递给计算机；

(5)打开发尘器，使发尘器发出的灰尘随气流一起经均流部件均流后，流经待测空气过滤材料，计数器与压力传感器检测流经待测空气过滤材料前后的气流中含尘量及压力值；

(6)计算机处理待测空气过滤材料前后的气流中含尘量及压力值，得到对应温湿度条件及内部环境压力状态下待测空气过滤材料的过滤性能参数。

通过调节压力调节阀使得循环通道内部的压力保持在1个标准大气压±500Pa区间。

通过压力调节阀调节循环通道内部为恒增压或者恒减压的状态，循环通道内部压力的调节速度在5～200Pa/s之间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明中空气入口位置的设置：在对待测空气过滤材料进行测试之前，新吸入的空气内部空气混合，然后进过中效过滤器、上游活性炭过滤器(或除湿器)、上游高效过滤器及表冷器后，将空气中的颗粒物浓度、湿度、温度等参数归零处理，以实现可定量的功能。

(2)本发明中在测试某一恒定压力下待测空气过滤材料性能时，通过第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门之间组合控制，空气压缩机能够通过抽气或者充气的方式达到要求的循环通道内部环境压力。然后，将循环通道设置成全封闭的内部环境，保证测试系统恒定气压。

(3)本发明中在测试系统气压恒增或者恒降情况下待测空气过滤材料性能时，采用半封闭式的调控方式。通过第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门之间组合控制，空气压缩机可以以恒定风量向循环通道内部充气或者抽气，同时压力调节阀进行辅助控制，以实现需求的内部环境压力以固定速率增加或者降低。根据需要，其压力变化范围可以在5～200Pa/s间变化。

(4)在传统的空气过滤测试平台中一般采用一台风机，实现抽入空气以及调控过滤速度的功能，本发明中存在两个独立的空气动力设备，包括循环风机和空气压缩机，两者配合实现传统测试系统中不具备的功能。循环风机和电磁流量计配合可以实现对过滤速度的调控，可以分别控制测试风速与测试空气压力，可以在抽入大量空气的同时保持过滤速度的可控制性。

(5)本发明中压力调节阀的位置在中效过滤器和循环风机之间，这样可以保证在压力辅助调控过程中使待测空气过滤材料性能测试过程不受干扰。

附图说明

图1为空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置的结构示意图。

图中：1为中效过滤器，2为上游活性炭过滤器，3为上游高效过滤器，4为表冷器，5为加湿器，6为发尘器，7为温湿度传感器，81为第一均流部件，82为第二均流部件，91为第一电磁流量计，92为第二电磁流量计，101为上游采样器，102为下游采样器，111为上游计数器，112为下游计数器，121为上游压力传感器，122为下游压力传感器，13为夹具，14为循环风机，151为第一阀门，152为第二阀门，153为第三阀门，154为第四阀门，16为循环通道，17为空气压缩机，18为压力调节阀，19为计算机，201为上段管路，202为充气管路，203为下段管路，204为排气管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置，如图1所示，该测试装置包括循环通道16、循环风机14、夹具13、压力调节单元、空气处理单元、发尘器6、检测单元及计算机19。循环通道16为中间开口的环形通道；循环风机14的进出口分别与循环通道16的两开口端相连，并与循环通道16一同构成封闭的环形通道，使循环通道16内部的空气循环流动，并调控空气的流速；夹具13设在循环通道16的中间部位，用于夹持待测空气过滤材料；压力调节单元使循环通道16内部形成高压、低压或压力波的单元，包括空气压缩机17及压力调节阀18，空气压缩机17设在循环风机14的进口一侧，并与循环通道16之间通过两段管路并联，向循环通道16内部充气或抽气，这两段管路上均设有控制空气压缩机17充气或抽气的阀门，压力调节阀18设在循环风机14的出口端；空气处理单元位于压力调节阀18的后方，调控循环通道16内部空气的温度与湿度，包括依次设置在循环通道16内部的中效过滤器1、上游活性炭过滤器2、上游高效过滤器3、表冷器4、加湿器5及温湿度传感器7；发尘器6的出尘口伸入到循环通道16内部加湿器5与温湿度传感器7之间，出尘口后方设有使灰尘均匀分散的均流部件，均流部件后方设有电磁流量计；检测单元包括分别设在夹具13两侧的采样器、压力传感器与计数器，通过压力传感器与计数器检测夹具13前后两侧气流中含尘量及压力值；计算机19的信号输入端分别与压力传感器、计数器、电磁流量计、温湿度传感器7相连，信号输出端分别与加湿器5、表冷器4及压力调节阀18相连，计算机19处理夹具13前后两侧气流中含尘量及压力值，得到对应温湿度条件及内部环境压力状态下待测空气过滤材料的过滤性能参数。

空气压缩机17与循环通道16之间通过上段管路201与下段管路203并联，上段管路201上连接有充气管路202，下段管路203上连接有排气管路204，上段管路201上设有第一阀门151，充气管路202上设有第二阀门152，下段管路203上设有第三阀门153，排气管路204上设有第四阀门154。通过空气压缩机17和四个阀门实现对循环通道16内部以一定的速度充气或者抽气，以保持压力恒定增加或者恒定减小的内部环境。

均流部件后方设有第一电磁流量计91，下段管路203上设有第二电磁流量计92，第一电磁流量计91与第二电磁流量计92均与计算机19连接。

夹具13的上游一侧设有上游采样器101，该上游采样器101上连接有上游计数器111与上游压力传感器121，夹具13的下游一侧设有下游采样器102，该下游采样器102上连接有下游计数器112与下游压力传感器122。

均流部件共设有两个，分别为并列设置的第一均流部件81与第二均流部件82，均流部件为目数大于20的丝网。

上游活性炭过滤器2可由除湿器替换。

一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置的应用，包括以下步骤：

(1)将待测空气过滤材料放入夹具13中；

(2)通过控制空气压缩机17连接管路上的阀门，并调节压力调节阀18，向循环通道16内充气或排气，使循环通道16内部形成高压、低压或压力波的环境；

(3)通过改变循环风机14的转速调节循环通道16内部气流的流速，进而调控过滤速度；

(4)通过表冷器4与加湿器5控制循环通道16内部空气的温度与湿度，并通过温湿度传感器7检测后传递给计算机19；

(5)打开发尘器6，使发尘器6发出的灰尘随气流一起经均流部件均流后，流经待测空气过滤材料，计数器与压力传感器检测流经待测空气过滤材料前后的气流中含尘量及压力值；

(6)计算机19处理待测空气过滤材料前后的气流中含尘量及压力值，得到对应温湿度条件及内部环境压力状态下待测空气过滤材料的过滤性能参数。

通过调节压力调节阀18使得循环通道16内部的压力保持在1个标准大气压±500Pa区间。

通过压力调节阀18调节循环通道16内部为恒增压或者恒减压的状态，循环通道16内部压力的调节速度在5～200Pa/s之间。

实施例2

控制循环通道16内部空气气温为20±2℃、空气湿度为30±5％，过滤速度采用10cm/s，测试过滤材料在环境气压为101.525kPa下的过滤性能。

为达到需求的空气温度、湿度、颗粒物浓度和环境压力等参数，首先打开第二阀门152和第三阀门153，关闭第一阀门151和第四阀门154，启动空气压缩机17向循环通道16内部鼓气、循环风机实现循环通道16内部空气循环流动，通过计算机19显示的循环通道16内部压力参数可以调控空气压缩机17的气流量速度和充气量。当内部环境达到101.525kPa时，关闭空气压缩机17、第二阀门152和第三阀门153。此时测试系统处在一个封闭式的环境中，循环通道16内部压力已经达到预设值。调控循环风机14使过滤速度达到10cm/s，循环空气通过中效过滤器1、上游活性炭过滤器2、上游高效过滤器3、表冷器4及加湿器5，调控环境空气达到预设的温度和湿度值。此时发尘器6开始工作，灰尘随着气流经过第一均流部件81和第二均流部件82到达测试过滤材料上游，经过上游采样器101收集并通过上游计数器111和上游压力传感器121测定过滤材料前气流中含尘量及压力值；含尘气流通过待测过滤材料，灰尘被截留，后经过下游采样器102收集并通过下游计数器112和下游压力传感器122，测定过滤材料后气流中含尘量及压力值，所得数据经过计算机19处理得到该温湿度条件及规定内部环境压力状态下滤料的过滤性能等参数。

实施例3

控制循环通道16内部空气气温为20±2℃、空气湿度为10±5％，过滤速度采用10cm/s，测试过滤材料在环境气压为101.125kPa下的过滤性能。

首先打开第一阀门151和第四阀门154，关闭第二阀门152和第三阀门153，启动空气压缩机17向外部抽气、循环风机14实现循环通道16内部空气循环流动，通过计算机19显示的循环通道16内部压力参数可以调控空气压缩机17的气流量速度和充气量。当循环通道16内部环境达到101.125kPa时，关闭空气压缩机17、第一阀门151和第四阀门154。此时循环通道16处在一个封闭式的环境中，内部压力已经达到预设值。调控循环风机14使过滤速度达到10cm/s，循环空气通过中效过滤器1、上游活性炭过滤器2、上游高效过滤器3、表冷器4、加湿器5，调控环境空气达到预设的温度和湿度值。此时发尘器6开始工作，灰尘随着气流经过第一均流部件81和第二均流部件82到达测试过滤材料上游，经过上游采样器101收集并通过上游计数器111和上游压力传感器121测定过滤材料前气流中含尘量及压力值；含尘气流通过待测过滤材料，灰尘被截留，后经过下游采样器102收集并通过下游计数器112和下游压力传感器122，测定过滤材料后气流中含尘量及压力值，所得数据经过计算机19处理得到该温湿度条件及规定内部环境压力状态下滤料的过滤性能等参数。

实施例4

控制循环通道16内部空气气温为20±2℃、空气湿度为50±10％，过滤速度采用10cm/s，测试过滤材料在环境气压为20Pa/s持续增压条件下的过滤性能。

首先打开第二阀门152和第三阀门153，关闭第一阀门151和第四阀门154，启动空气压缩机17以恒定风量持续向循环通道16内部鼓气、循环风机14实现系统内部空气循环流动，同时通过压力调节阀18辅助控制，维持循环通道16内部气压定量恒增，调控循环风机14使过滤速度达到预设值。此时循环通道16处在一个半封闭式的环境中，内部压力情况已经达到预期要求。循环空气通过中效过滤器1、上游活性炭过滤器2、上游高效过滤器3、表冷器4、加湿器5，调控环境空气达到预设的温度和湿度值。此时发尘器6开始工作，灰尘随着气流经过第一均流部件81和第二均流部件82到达测试过滤材料上游，经过上游采样器101收集并通过上游计数器111和上游压力传感器121测定过滤材料前气流中含尘量及压力值；含尘气流通过待测过滤材料，灰尘被截留，后经过下游采样器102收集并通过下游计数器112和下游压力传感器122，测定过滤材料后气流中含尘量及压力值，所得数据经过计算机19处理得到该温湿度条件及规定内部环境压力状态下滤料的过滤性能等参数。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置，其特征在于，该测试装置包括：

循环通道(16)：为中间开口的环形通道；

循环风机(14)：进出口分别与循环通道(16)的两开口端相连，并与循环通道(16)一同构成封闭的环形通道，使循环通道(16)内部的空气循环流动，并调控空气的流速；

夹具(13)：设在循环通道(16)的中间部位，用于夹持待测空气过滤材料；

压力调节单元：使循环通道(16)内部形成高压、低压或压力波的单元，包括空气压缩机(17)及压力调节阀(18)，空气压缩机(17)设在循环风机(14)的进口一侧，并与循环通道(16)之间通过两段管路并联，向循环通道(16)内部充气或抽气，这两段管路上均设有控制空气压缩机(17)充气或抽气的阀门，压力调节阀(18)设在循环风机(14)的出口端；

空气处理单元：位于压力调节阀(18)的后方，调控循环通道(16)内部空气的温度与湿度，包括依次设置在循环通道(16)内部的中效过滤器(1)、上游活性炭过滤器(2)、上游高效过滤器(3)、表冷器(4)、加湿器(5)及温湿度传感器(7)；

发尘器(6)：其出尘口伸入到循环通道(16)内部加湿器(5)与温湿度传感器(7)之间，出尘口后方设有使灰尘均匀分散的均流部件，均流部件后方设有电磁流量计；

检测单元：包括分别设在夹具(13)两侧的采样器、压力传感器与计数器，通过压力传感器与计数器检测夹具(13)前后两侧气流中含尘量及压力值；

计算机(19)：其信号输入端分别与压力传感器、计数器、电磁流量计、温湿度传感器(7)相连，信号输出端分别与加湿器(5)、表冷器(4)及压力调节阀(18)相连，计算机(19)处理夹具(13)前后两侧气流中含尘量及压力值，得到对应温湿度条件及内部环境压力状态下待测空气过滤材料的过滤性能参数。

2.根据权利要求1所述的一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置，其特征在于，所述的空气压缩机(17)与循环通道(16)之间通过上段管路(201)与下段管路(203)并联，所述的上段管路(201)上连接有充气管路(202)，所述的下段管路(203)上连接有排气管路(204)，所述的上段管路(201)上设有第一阀门(151)，所述的充气管路(202)上设有第二阀门(152)，所述的下段管路(203)上设有第三阀门(153)，所述的排气管路(204)上设有第四阀门(154)。

3.根据权利要求2所述的一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置，其特征在于，所述的均流部件后方设有第一电磁流量计(91)，所述的下段管路(203)上设有第二电磁流量计(92)，所述的第一电磁流量计(91)与第二电磁流量计(92)均与计算机(19)连接。

4.根据权利要求1所述的一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置，其特征在于，所述的夹具(13)的上游一侧设有上游采样器(101)，该上游采样器(101)上连接有上游计数器(111)与上游压力传感器(121)，所述的夹具(13)的下游一侧设有下游采样器(102)，该下游采样器(102)上连接有下游计数器(112)与下游压力传感器(122)。

5.根据权利要求1所述的一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置，其特征在于，所述的均流部件共设有两个，分别为并列设置的第一均流部件(81)与第二均流部件(82)，均流部件为目数大于20的丝网。

6.一种如权利要求1～5任一所述的空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置的应用，其特征在于，该应用包括以下步骤：

(1)将待测空气过滤材料放入夹具(13)中；

(2)通过控制空气压缩机(17)连接管路上的阀门，并调节压力调节阀(18)，向循环通道(16)内充气或排气，使循环通道(16)内部形成高压、低压或压力波的环境；

(3)通过改变循环风机(14)的转速调节循环通道(16)内部气流的流速，进而调控过滤速度；

(4)通过表冷器(4)与加湿器(5)控制循环通道(16)内部空气的温度与湿度，并通过温湿度传感器(7)检测后传递给计算机(19)；

(5)打开发尘器(6)，使发尘器(6)发出的灰尘随气流一起经均流部件均流后，流经待测空气过滤材料，计数器与压力传感器检测流经待测空气过滤材料前后的气流中含尘量及压力值；

(6)计算机(19)处理待测空气过滤材料前后的气流中含尘量及压力值，得到对应温湿度条件及内部环境压力状态下待测空气过滤材料的过滤性能参数。

7.根据权利要求6所述的一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置的应用，其特征在于，通过调节压力调节阀(18)使得循环通道(16)内部的压力保持在1个标准大气压±500Pa区间。

8.根据权利要求6所述的一种空气压力可调的空气过滤材料性能测试装置的应用，其特征在于，通过压力调节阀(18)调节循环通道(16)内部为恒增压或者恒减压的状态，循环通道(16)内部压力的调节速度在5～200Pa/s之间。

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