CN103674629B - 自动化烟气捕集装置及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化烟气捕集装置及分析方法，所述烟气捕集装置包括静电捕集管、吸烟机静电捕集管接口、静电捕集管加载机构、搬运机械手、喷淋装置以及清洗干燥装置，静电捕集管加载机构设有升降装置，搬运机械手前端安装有气动手爪，搬运机械手底部安装定位升降装置和定位回转装置，驱动所述搬运机械手做回转和升降定位运动，配合气动手爪，实现静电捕集管在静电捕集管加载机构、喷淋装置和清洗干燥装置之间的搬运。本发明能够全自动化地实现烟气的捕集及分析实验过程，能保证在烟气样品捕集过程中不受外界环境或空气中的其他成分干扰，高效、准确地完成烟气的捕集和分析检测过程。

Description

自动化烟气捕集装置及分析方法

技术领域

本发明涉及一种烟气捕集试验装置及方法，尤其涉及一种利用高压静电对烟气自动进行捕集的装置及分析方法。

背景技术

卷烟对人体健康会有影响，卷烟烟气中含有微量的重金属成分,研究和检测分析卷烟主流烟气中，例如铬、镍、镉、铅四种重金属元素和两种非金属元素砷、硒成分,是保证卷烟产品安全的必要条件。对卷烟烟气进行检测时，为使待检测的烟气不被检测环境中的烟气所污染，需保证检测烟气的测试条件和环境不受干扰。另外在某些捕集烟气和检测烟气的过程中，为保证试验数据的准确性，需避免所捕集的烟气不受人为操作的影响。目前已有的烟气静电捕集装置，不是在密封情况下捕集烟气，不但捕集效率低，同时在捕集过程中，周围环境影响会所捕集的烟气的纯净度，在后续对所捕集烟气进行数据检测时，会直接导致结果数据的不准确。

公开号为CN102539405A，发明名称为“一种卷烟烟气中重金属高效捕集分析方法及其装置”的专利中公开了一种对烟气中重金属进行捕集的装置和实现方法。该文献中所公开的技术方案是采用可弹性或塑性变形结构的捕集瓶、水浴槽、抽气装置、导气管及单向止回阀等构成的捕集装置，该方案在捕集烟气的过程中采用人工操作方式，捕集瓶需人工转移再进行内部烟气的检测，在捕集和操作过程中会存在烟气捕集精确度不高，且烟气捕集瓶转移过程中出现烟气污染的情形。在该文献所公开的捕集方法中，完全采用人工操作方式在开放的环境中进行点烟，捕捉烟气，再将捕集到捕集瓶中的烟气溶液转移到容量瓶中进行分析和检测，此过程难免会对捕集的烟气样品造成污染，给分析结果带来不准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种准确性高、不受人为操作干扰的自动化烟气捕集装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种自动化烟气捕集装置，包括静电捕集管和吸烟机静电捕集管接口，还包括静电捕集管加载机构、搬运机械手、喷淋装置以及清洗干燥装置，静电捕集管加载机构设有升降装置，搬运机械手前端安装有气动手爪，搬运机械手底部安装定位升降装置和定位回转装置，驱动所述搬运机械手做回转和升降定位运动，配合气动手爪，实现静电捕集管在静电捕集管加载机构、喷淋装置和清洗干燥装置之间的搬运。

优选地，所述静电捕集管加载机构设有管座，管座中心设有圆锥形高压电极，高压电极的底部为圆锥形，并开设烟气过孔，通过管道连接到吸烟机抽吸单元。

优选地，所述静电捕集管外面设有接地极金属管，所述静电捕集管加载机构上的高压电极位于静电捕集管内部，高压电极与接地极金属管之间形成穿过静电捕集管的负高压静电场,高压电极采用纯度高于99.99％的高纯钨棒制成。

优选地，所述静电捕集管加载机构、喷淋装置、以及清洗干燥装置均设置在搬运机械手的工作半径内。

优选地，所述吸烟机静电捕集管接口中部设有烟气过孔，烟气过孔的入口连接吸烟机的吸烟孔道，所述吸烟机静电捕集管接口的下方同心安置一个接地极金属管，其内径略大于静电捕集管，使静电捕集管能够通过，该接地极金属管和吸烟机机体接地连接。

优选地，所述静电捕集管采用薄壁中空的石英玻璃管,玻璃管的外径30mm,壁厚小于1.5mm。

优选地，所述喷淋装置设有活塞计量泵和喷淋管升降装置，喷淋装置底部设置称重天平，称重天平上放置萃取液容器。

优选地，所述清洗干燥装置设有四个工位，每个工位下部均设有用于放置静电捕集管的固定底座，四个工位分别为初洗工位、复洗工位、水洗工位及干燥冷却工位。

本发明还提供一种利用上述自动化烟气捕集装置进行的烟气捕集及分析方法，包括以下步骤：

（1）预热并启动吸烟机；

（2）放置空的萃取液容器到喷淋装置底部的称重天平上；

（3）搬运机械手将一个干净的静电捕集管移栽到萃取液容器上方，并插入萃取液容器，搬运机械手松开，称量静电捕集管的质量；

（4）搬运机械手将称量完的静电捕集管移栽到静电捕集管加载机构上，静电捕集管加载机构将静电捕集管加载对接到吸烟机静电捕集管接口上，所述高压电极处于静电捕集管中心，接地极金属管套在静电捕集管的外部；

（5）待测卷烟样品放在吸烟机上点火后，吸烟机抽吸卷烟样品产生的烟气通过静电捕集管，启动电源，在高压电极和接地极金属管之间产生负高压，烟气在高压静电场的作用下吸附在静电捕集管的内壁上；

（6）静电捕集管加载机构下降到卸载位置，搬运机械手将捕集好的静电捕集管移到萃取液容器上方，并插入萃取液容器，搬运机械手松开，称量捕集后静电捕集管的质量，与步骤（3）称量结果之间的差值即为烟气粒相物的总量；

（7）喷淋装置的活塞计量泵抽取预定容量的萃取液，启动喷淋管升降装置，将喷淋管伸入静电捕集管上端口，活塞计量泵按设定的容量输出萃取液，在升降过程中喷淋管旋转机构带动喷淋管保持旋转，冲刷静电捕集管内壁，将沉降在静电捕集管内壁上的烟气沉积物冲刷到下方的萃取液容器中，直至达到设定的容量，称重天平在喷淋过程中称量萃取液的质量，喷淋结束后，萃取液容器中的萃取液用于分析检测；

（8）喷淋过程结束后，喷淋管升降装置带动喷淋管上升，搬运机械手将静电捕集管转移到清洗干燥装置处进行清洗、干燥，密封存放待用。

在上述步骤（5）中，高压电极和接地极金属管之间产生的负高压值为-8KV到-30KV之间,较佳范围为负高压-10KV至-14KV,用于烟气重金属成分捕集的最佳设置为-12KV。

本发明能够全自动化地实现烟气的捕集及分析实验过程，能保证在烟气样品捕集过程中不受外界环境或空气中的其他成分干扰，高效、准确地完成烟气的捕集和分析检测过程。

附图说明

图1为本发明自动化烟气捕集装置的结构示意图。

图2静电捕集管加载机构及接口装置结构示意图。

图3搬运机械手结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，本领域技术人员由此可以更清楚地了解本发明的其他优点及功效。

需要说明的是，说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，仅用以配合具体实施方式，供本领域技术人员更清楚地了解本发明的构思，并非用以限制本发明的保护范围。任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明的功效及目的达成的情况下，均应仍落在本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明自动化烟气捕集装置包括静电捕集管1、静电捕集管加载机构2、搬运机械手3、吸烟机静电捕集管接口4、喷淋装置5以及清洗干燥装置6。静电捕集管1采用薄壁中空的石英玻璃管，玻璃管的外径30mm，壁厚小于1.5mm。

如图2所示，静电捕集管加载机构2上设有管座21，管座中心设有圆锥形高压电极22，高压电极22采用纯度高于99.99％的高纯钨棒制成，该高纯钨棒不得含有需要检测的重金属成分的杂质。高压电极的底部23为圆锥形，其底部开设烟气过孔24，通过管道25连接到吸烟机抽吸单元（吸烟机为本领域的公知装置），管座21上设有一圈静电捕集管定位槽28，静电捕集管定位槽28中设有下密封圈26，当静电捕集管1放入管座21时,其下端面与密封圈26密封接触，高压电极22及其底部23伸入到静电捕集管1的中心，卡套27套在管座21的外面，并将静电捕集管1的下端容纳在其中，使静电捕集管1的下端固定在管座21上。

如图3所示，搬运机械手3前端安装气动手爪31，底部安装定位升降装置32和定位回转装置33，通过电机驱动搬运机械手3做回转和升降定位和运动，配合气动手爪31完成静电捕集管1在各工位之间的搬运。静电捕集管加载机构2、喷淋装置5，以及清洗干燥装置6均设置在搬运机械手3的工作半径内。

如图2所示，吸烟机静电捕集管接口4的中部设有烟气过孔，烟气过孔的入口44连接吸烟机的吸烟孔道,入口44的内孔为角度为8度锥孔,出口41外形为圆锥台，该圆锥台底部的位置也设有一圈静电捕集管定位槽45，静电捕集管定位槽45中设有上密封圈42。加载时,静电捕集管1的上端面贴合上密封圈42得以密封,圆锥台形的出口41插入静电捕集管1内部，将烟气导入，吸烟机静电捕集管接口4的下方同心安置一个接地极金属管43，其内径略大于静电捕集管1，使静电捕集管1能够通过，该接地极金属管43和吸烟机机体接地连接。

静电捕集管加载机构2设有由气缸推动的升降装置，静电捕集管加载机构2降到底部时，由搬运机械手3放入静电捕集管1，然后气缸推动静电捕集管加载机构2上升，穿过接地极金属管43，使静电捕集管1上端贴合上密封圈42，完成密封，如图2中所示。

如图1所示，喷淋装置5设有活塞计量泵和喷淋管升降装置51,底部设置称重天平52，称重天平52上可放置萃取液容器53。该容器设有29/30标准磨砂口母头，用于对接静电捕集管1的下端。喷淋管升降装置51上安装喷淋管旋转机构，喷淋管旋转机构的中心安装喷淋管，喷淋管通过柔性管道连接计量泵，喷淋管的下面设有朝向斜下方的喷头，喷头上设置喷淋小孔。当喷淋管升降装置51带动喷淋管下降到静电捕集管1内部时，活塞计量泵加压后的萃取液经喷头喷到静电捕集管1的内壁上，喷淋管旋转机构带动喷头作圆周旋转，将吸附在静电捕集管内壁上的烟气沉积物冲刷到下方的容器53中。

如图1所示，清洗干燥装置6优选地设有四个工位，每个工位下部均设有用于放置静电捕集管1的固定底座，固定底座设有29/30标准磨砂口母头，可以和静电捕集管1的下端对接，上部为可伸缩接头，可伸缩接头也设有29/30标准磨砂口母头，可以和静电捕集管1的上端对接。当上部的可伸缩接头升高时，搬运机械手3将静电捕集管1安放在固定底座上，上部的可伸缩接头下降，使上下两个标准磨砂口母头和静电捕集管对接密封。

四个工位的设置分别为：

初洗工位61，其上部接溶剂泵，压入清洗溶剂，下部接废液回收槽，完成初步清洗；

复洗工位62，其上部接溶剂泵，压入第二种清洗溶剂，下部接废液回收槽，完成第二道清洗；

水洗工位63，其上部接溶剂泵，压入蒸馏水，下部接废液回收槽，完成蒸馏水清洗；

干燥冷却工位64，其上部接冷热风机，下部接排风管，先开启热风将静电捕集管干燥，到达设定时间后，关闭热风，开启凉风风冷，使静电捕集管1冷却，然后保持密封存放待用。

采用本发明自动化烟气捕集装置并对烟气进行分析的实施过程及步骤如下：

1、预热并启动吸烟机。

2、放置空的萃取液容器53到喷淋装置底部的称重天平52上。

3、搬运机械手3将一个干净的静电捕集管1（比如存放在清洗干燥装置6的干燥冷却工位64中的一个静电捕集管）移栽到萃取液容器53上方，并插入萃取液容器中，搬运机械手3松开，称量静电捕集管的质量。

4搬运机械手3将称量完的静电捕集管1移栽到静电捕集管加载机构2上，静电捕集管加载机构2将静电捕集管1加载对接到吸烟机静电捕集管接口4上，吸烟机静电捕集管接口4中部设有烟气过孔，静电捕集管加载机构2上的高压电极22处于静电捕集管1中心，静电捕集管1的外部套合接地极金属管43。

5、待测卷烟样品放在吸烟机上点火后，吸烟机抽吸卷烟样品产生烟气并通过静电捕集管1。启动电源，在高压电极22和接地极金属管43之间产生负高压，烟气在高压静电场的作用下吸附在静电捕集管1的内壁上。

高压电极22所加的是负高压，负高压设置在-8KV到-30KV之间,较佳范围为负高压-10KV至-14KV,用于烟气重金属成分捕集的最佳设置为-12KV，高压电极22和接地极金属管43之间形成径向的高压静电场穿过静电捕集管1。

6、静电捕集管加载机构2下降到卸载位置，搬运机械手3将捕集好的静电捕集管1移到萃取液容器53上方，并插入萃取液容器，搬运机械手3松开，称量捕集后静电捕集管1的质量，两次称量结果之间的差值即为烟气粒相物的总量。

7、喷淋装置5的活塞计量泵抽取预定容量的萃取液，启动喷淋管升降装置5将喷淋管伸入静电捕集管1的上端口，活塞计量泵按设定的容量输出萃取液，在升降过程中喷淋管旋转机构51带动喷淋管保持旋转，冲刷静电捕集管1内壁，将沉降在静电捕集管1内壁的烟气沉积物冲刷到下方的萃取液容器中，直至达到设定的容量，称重天平52在喷淋过程中称量萃取液的质量，喷淋结束后，萃取液容器53中的萃取液用于分析检测。

8、喷淋过程结束后，喷淋管升降装置5带动喷淋管上升，搬运机械手3将静电捕集管1转移到清洗干燥装置6处进行清洗、干燥，密封存放待用。

上述过程完成一次自动化烟气捕集及分析，如需多次捕集烟气进行多次分析，可重复上述步骤以获取更多的测试数据及测试结果。

Claims (10)

1.一种自动化烟气捕集装置，包括静电捕集管和吸烟机静电捕集管接口，其特征在于，还包括静电捕集管加载机构、搬运机械手、喷淋装置以及清洗干燥装置，静电捕集管加载机构设有升降装置，搬运机械手前端安装有气动手爪，搬运机械手底部安装定位升降装置和定位回转装置，驱动所述搬运机械手做回转和升降定位运动，配合气动手爪，实现静电捕集管在静电捕集管加载机构、喷淋装置和清洗干燥装置之间的搬运。

2.根据权利要求1所述的自动化烟气捕集装置，其特征在于，所述静电捕集管加载机构设有管座，管座中心设有圆锥形高压电极，高压电极的底部为圆锥形，并开设烟气过孔，通过管道连接到吸烟机抽吸单元。

3.根据权利要求1或2所述的自动化烟气捕集装置，其特征在于，所述静电捕集管外面设有接地极金属管，所述静电捕集管加载机构上的高压电极位于静电捕集管内部，高压电极与接地极金属管之间形成穿过静电捕集管的负高压静电场,高压电极采用纯度高于99.99％的高纯钨棒制成。

4.根据权利要求1所述的自动化烟气捕集装置，其特征在于，所述静电捕集管加载机构、喷淋装置、以及清洗干燥装置均设置在搬运机械手的工作半径内。

5.根据权利要求1所述的自动化烟气捕集装置，其特征在于，所述吸烟机静电捕集管接口中部设有烟气过孔，烟气过孔的入口连接吸烟机的吸烟孔道，所述吸烟机静电捕集管接口的下方同心安置一个接地极金属管，其内径略大于静电捕集管，使静电捕集管能够通过，该接地极金属管和吸烟机机体接地连接。

6.根据权利要求1所述的自动化烟气捕集装置，其特征在于，所述静电捕集管采用薄壁中空的石英玻璃管,玻璃管的外径30mm,壁厚小于1.5mm。

7.根据权利要求1所述的自动化烟气捕集装置，其特征在于，所述喷淋装置设有活塞计量泵和喷淋管升降装置，喷淋装置底部设置称重天平，称重天平上放置萃取液容器。

8.根据权利要求1所述的自动化烟气捕集装置，其特征在于，所述清洗干燥装置设有四个工位，每个工位下部均设有用于放置静电捕集管的固定底座，四个工位分别为初洗工位、复洗工位、水洗工位及干燥冷却工位。

9.一种利用权利要求1所述自动化烟气捕集装置进行的烟气捕集及分析方法，所述静电捕集管外面设有接地极金属管，所述静电捕集管加载机构上的高压电极位于静电捕集管内部，所述喷淋装置设有活塞计量泵和喷淋管升降装置，喷淋装置底部设置称重天平，称重天平上放置萃取液容器，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预热并启动吸烟机；

（2）放置空的萃取液容器到喷淋装置底部的称重天平上；

（3）搬运机械手将一个干净的静电捕集管移栽到萃取液容器上方，并插入萃取液容器，搬运机械手松开，称量静电捕集管的质量；

（4）搬运机械手将称量完的静电捕集管移栽到静电捕集管加载机构上，静电捕集管加载机构将静电捕集管加载对接到吸烟机静电捕集管接口上，所述高压电极处于静电捕集管中心，接地极金属管套在静电捕集管的外部；

（5）待测卷烟样品放在吸烟机上点火后，吸烟机抽吸卷烟样品产生的烟气通过静电捕集管，启动电源，在高压电极和接地极金属管之间产生负高压，烟气在高压静电场的作用下吸附在静电捕集管的内壁上；

（6）静电捕集管加载机构下降到卸载位置，搬运机械手将捕集好的静电捕集管移到萃取液容器上方，并插入萃取液容器，搬运机械手松开，称量捕集后静电捕集管的质量，与步骤（3）称量结果之间的差值即为烟气粒相物的总量；

（7）喷淋装置的活塞计量泵抽取预定容量的萃取液，启动喷淋管升降装置，将喷淋管伸入静电捕集管上端口，活塞计量泵按设定的容量输出萃取液，在升降过程中喷淋管旋转机构带动喷淋管保持旋转，冲刷静电捕集管内壁，将沉降在静电捕集管内壁上的烟气沉积物冲刷到下方的萃取液容器中，直至达到设定的容量，称重天平在喷淋过程中称量萃取液的质量，喷淋结束后，萃取液容器中的萃取液用于分析检测；

（8）喷淋过程结束后，喷淋管升降装置带动喷淋管上升，搬运机械手将静电捕集管转移到清洗干燥装置处进行清洗、干燥，密封存放待用。

10.根据权利要求9所述的烟气捕集及分析方法，其特征在于，所述步骤（5）中，高压电极和接地极金属管之间产生的负高压值为-8KV到-30KV之间。