CN104155132B - 一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，它包括液体容器，液体容器出口通过液体管线与恒流泵进液口相连，恒流泵的出液口通过送液管线与蒸发室的液态污染物入口相连通，浮子流量计的空气入口与压缩空气连通，浮子流量计的空气出口与蒸发室的压缩空气入口通过空气管线相连通，在蒸发室内插有热电偶，热电偶以及固态继电器分别通过导线与温控器相连，蒸发室为U形结构，并且在U形结构的一侧顶部设置有水平弯折段，压缩空气入口设置在水平弯折段进口处，液态污染物入口为多个并且设置在水平弯折段上，U形结构的另一侧竖直端口作为气态污染物出口。采用本装置适应液态污染物流量的变化，保证了液体的气化。

Description

一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器

技术领域

本发明涉及多种气态化学污染物的发生器，本发明尤其涉及用于空气过滤器性能检测的气态污染物发生装置。

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。在建筑内，气态污染物的危害更是一个不可忽视的问题。在国标XXXX中，明确规定了甲醛，甲苯等多种污染物的浓度限值。

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。

在专利ZL201320529834.2中，采用了恒流泵控制液态污染物流量，再用空气雾化喷嘴将液态污染物雾化，然后采用硅胶加热带加热，使雾化后的液态污染物汽化蒸发。使用空气雾化喷嘴时，喷嘴的雾化效果对空气流量与液体流量有一定的要求，也不适宜粘性较大的液体，因此适用范围较窄。采用空气雾化喷嘴雾化的方法，将液态污染物喷入圆筒型蒸发室。在使用雾化喷嘴的情况下，由于喷嘴内部液体孔道必须有一定的内径，不能太细，从而导致在液体流量较小时，喷雾会出现时断时续的脉动现象，影响发生的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种可以为空气滤清器测试系统提供符合国际标准的气态污染物的用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，它包括液体容器，所述的液体容器出口通过液体管线与恒流泵进液口相连，所述恒流泵的出液口通过送液管线与蒸发室的液态污染物入口相连通，浮子流量计的空气入口与压缩空气连通，浮子流量计的空气出口与蒸发室的压缩空气入口通过空气管线相连通，在所述的蒸发室外设有电加热丝，在电加热丝外部设有保温层，电加热丝通过加热开关与固态继电器相连，在所述的蒸发室内插有热电偶，所述的热电偶以及固态继电器分别通过导线与温控器相连，所述的蒸发室为U形结构，并且在U形结构的一侧顶部设置有水平弯折段，所述的压缩空气入口设置在水平弯折段进口处，所述的液态污染物入口为多个并且设置在水平弯折段上，送液管线的出液端分别通过支管与多个液态污染物入口连通，所述的U形结构的另一侧竖直端口作为气态污染物出口。

本发明的有益效果是：

1.专利ZL201320529834.2中采用空气雾化喷嘴对液体进行雾化，在液体流量较大时，需要较大的空气流量，从而导致蒸发室的停留时间变短，影响之后的污染物气化。采用U形蒸发室的液体入口分为多条支路，适应液态污染物流量的变化，由于液体入口不同支路的内径与角度不同，在液体流量较小时，液体优先通过中间位置的支路，保证液体仍以流态进入蒸发室，而不会出现一滴一滴滴入蒸发室的情况。在液体流量较大时，U型的蒸发室为液态污染物提供了充足的停留时间，保证了液体的气化。同时，由于不再使用雾化喷嘴，对压缩空气的压力要求变少，只需保证压缩空气流量的稳定性。

2.用于盛放液态污染物的液体容器上装有带有单向阀的聚四氟乙烯容器盖，既保证恒流泵可以从溶液瓶中顺利吸走污染物，又不会因污染物的蒸发而造成污染。

3.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。

4.蒸发室优选石英玻璃制作。玻璃加工方便，利于蒸发室结构的紧凑。玻璃耐腐蚀，可以避免长时间使用后蒸发室本身产生杂质而污染目标污染物。另外，透明的石英玻璃，可以保证蒸发室很好的可视性，便于在实验阶段直观观察液体的气化情况，便于调节加热温度、风量等参数以保证污染物发生的稳定性与精确性。

5.本装置可以根据不同的污染物，设定不同的加热温度，既保证液态污染物彻底汽化，保证发生量，同时避免温度过高，导致污染物发生化学变化。

6.恒流泵的液体管线采用不会对有机物及水产生吸附作用的氟橡胶的软管，恒流泵通常的泵管是硅胶的，会吸附有机物，导致恒流泵运送的液体流量不精确，所以采用的是不会产生吸附作用的氟橡胶软管。另外恒流泵必须采用软管才能正常工作。液体管线和送液管线采用聚四氟乙烯管，均不会对目标污染物的组分与发生量产生干扰，保证发生质量。

7.该气态污染物发生器，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。

8.采用本装置可以提供符合国际标准(ISO/TS11155-2“Road vehicles—Air filters forpassenger compartments—Part2:Test for gaseous filtration”)的气态污染物，同时也可以用于其他性质相似的污染物的发生。

附图说明

图1为本发明一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器原理示意图；

图2为本发明图1所示的发生器的蒸发室的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。

本发明是在已有专利ZL201320529834.2上的改进。

如附图所示的本发明的一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，它包括液体容器3，所述的液体容器出口通过液体管线与恒流泵4进液口相连，所述恒流泵的出液口通过送液管线与蒸发室6的液态污染物入口11相连通，浮子流量计2的空气入口1与压缩空气连通，浮子流量计的空气出口与蒸发室6的压缩空气入口15通过空气管线相连通，在所述的蒸发室6外设有电加热丝7，在电加热丝外部设有保温层，电加热丝通过加热开关14与固态继电器10相连，在所述的蒸发室6内插有热电偶9，所述的热电偶通过导线与温控器8相连，所述的蒸发室6为U形结构，并且在U形结构的一侧顶部设置有水平弯折段，所述的压缩空气入口设置在水平弯折段进口处，所述的液态污染物入口11为多个并且设置在水平弯折段上，送液管线的出液端分别通过支管与多个液态污染物入口连通，所述的U形结构的另一侧竖直端口作为气态污染物出口13。

优选的本装置还包括控制系统，所述的温控器以及恒流泵的控制器分别与控制系统5相连，所述的温控器用于读取控制系统输出的蒸发温度设定值并且所述的温控器用于读取所述的热电偶输出的蒸发室的温度信号并与蒸发温度设定值比较，然后将比较结果输出给控制系统，所述的控制系统根据比较结果输出控制信号给温控器，温控器再通过所述的继电器控制加热开关的启停，所述的恒流泵的控制器用于读取所述的控制系统输出的恒流泵转动控制信号，所述的控制系统用于预设污染物参数或者手动输入污染物参数并根据污染物参数计算液态污染物的体积流量以及蒸发温度设定值，然后输出恒流泵转动控制信号给恒流泵的控制器并将蒸发温度设定值输出给温控器。

优选的，送液管线的出液端的多个支管中的中间支管的直径大于位于中间支管两侧的支管的直径，在液体流量较小时，液体优先通过中间支管，以流态进入蒸发室；在液体流量较大时，两侧支管起分流作用，便于污染物的气化。

蒸发室优选的采用石英玻璃。蒸发室玻璃的厚度4-8mm都可以，根据选用的加热功率确定，功率较大时采用的厚度较大。加热功率是根据测试风量确定的，测试风量大则加热功率增大。一般的汽车过滤器的测试风量下(约100-800m³/h)，优选的采用5-6mm厚的石英玻璃即可。

优选的所述的空气管线采用聚四氟乙烯，液体管线和送液管线采用不会对有机物及水产生吸附作用的氟橡胶的软管，均不会对目标污染物的组分与发生量产生干扰，保证发生质量。

本装置的运行操作方法如下：

在控制系统中选择所测试的风量，污染物种类与浓度，据此控制系统计算得出所需的液态污染物的体积流量与所需的蒸发温度，并控制温控器8，利用电加热丝7对蒸发室6进行加热，温度达到目标值后，用户手动打开浮子流量计2，并设定流量值。之后控制系统5控制恒流泵4，按照之前得到的液体污染物体积流量的计算值，向蒸发室输送液态污染物。污染物在蒸发室内被加热蒸发，同时通过气流带出发生器，送入测试系统。

本装置可以预设甲苯、乙苯、苯、甲醛等多种污染物参数，其中甲醛可以采用37％的水溶液，其他采用液态形式的污染物。以甲苯与甲醛的发生为例，用户在控制系统5设定好测试风量(m³/h)、污染物种类，污染物浓度(ppm或mg/m³)后，控制系统计算所需的污染物质量流量(g/min)，并根据液态污染物的密度(g/ml)，计算得出污染物的体积流量(ml/min)，

如：测试条件为23℃，101.3KPa时，控制系统中液态污染物体积流量计算公式：

V＝P×H/ρ/θ/60

式中：

V——液态污染物体积流量，ml/min；

P——气态污染物浓度，ppm(或mg/m³，其中甲苯1ppm＝3.79mg/m³；苯1ppm＝Xmg/m³；乙苯1ppm＝3.79mg/m³；甲醛1ppm＝3.79mg/m³)；

H——测试风量，m³/h；

ρ——液态污染物密度，g/ml。甲苯＝0.867，苯＝0.879，乙苯＝0.867，37％甲醛水溶液＝0.815

θ——液体中污染物浓度，甲苯＝1，苯＝1，乙苯＝1，甲醛＝0.37

在控制系统中，用户输入污染物种类与浓度，测试风量，控制系统将根据预设值计算所需的体积流量，并据此控制恒流泵；如果装置未预设参数，用户可以手动将所使用的液态污染物密度ρ与液体中污染物浓度θ等给出。

计算得出污染物的体积流量(ml/min)后，通过污染物的种类与流量，控制温控器的加热温度，如：甲苯沸点为110℃，设定加热温度为135-145℃(据流量值微调)。甲醛溶液沸点可近似认为是水的沸点，约为100℃，设定加热温度为130-140℃(据流量值微调)。苯、乙苯或其他污染物等分别依据其沸点高低及流量大小，相应升高与降低加热温度。

在蒸发室的温度达到目标值后，用户打开浮子流量计，通入压缩空气。蒸发后的污染物，通过压缩空气带出，送入测试系统。压缩空气在蒸发室内停留时间约1.0-1.2s(据发生量微调)，据此计算得出的空气用量(L/min)，压力精度要求不高，稍高于大气压即可，以1.3-1.5bar较为适宜。

在使用一定直径的液体管线和送液管线(泵管)时，通过调节恒流泵转速，即可调节液体的输送量。恒流泵的转速与输送量为线性关系，输送量精度为±1.5％,假设所需测试的污染物为甲苯，浓度为80ppm，测试风量为100-800m³/h，则计算得到的液体污染物用量为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。在相同风量、相同浓度下，测试污染物为甲醛时，以37％的甲醛水溶液作为污染物来源，所需用量为0.45-3.58ml/min，则恒流泵转速调节范围为1.7-13.3转/min。

当测试风量较小或目标污染物浓度很小时，计算得出的所需的液态的污染物量会很小。可以采用稀释后的溶液来发生，假设测试风量为1000m³/h，甲醛浓度为1.0mg/m³时，计算得出所需的甲醛质量流量为0.017g/min,此时可采用低浓度的甲醛水溶液。将37％的甲醛水溶液稀释为1％，此时所需的甲醛水溶液流量为1.67ml/min,计算得出恒流泵转速6.2转/min。在相同条件下，若目标污染物为甲苯，由于不溶于水，可以采用酒精稀释的方式，将甲苯配比为酒精溶液，同样是根据发生量，配比为不同浓度。

Claims (8)

1.一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，它包括液体容器，所述的液体容器出口通过液体管线与恒流泵进液口相连，所述恒流泵的出液口通过送液管线与蒸发室的液态污染物入口相连通，浮子流量计的空气入口与压缩空气连通，浮子流量计的空气出口与蒸发室的压缩空气入口通过空气管线相连通，在所述的蒸发室外设有电加热丝，在电加热丝外部设有保温层，电加热丝通过加热开关与固态继电器相连，其特征在于:在所述的蒸发室内插有热电偶，所述的热电偶以及固态继电器分别通过导线与温控器相连，所述的蒸发室为U形结构，并且在U形结构的一侧顶部设置有水平弯折段，所述的压缩空气入口设置在水平弯折段进口处，所述的液态污染物入口为多个并且设置在水平弯折段上，送液管线的出液端分别通过支管与多个液态污染物入口连通，所述的U形结构的另一侧竖直端口作为气态污染物出口。

2.根据权利要求1所述的一种用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，其特征在于:它包括控制系统，所述的温控器以及恒流泵的控制器分别与控制系统相连，所述的温控器用于读取控制系统输出的蒸发温度设定值并且所述的温控器用于读取所述的热电偶输出的蒸发室的温度信号并与蒸发温度设定值比较，然后将比较结果输出给控制系统，所述的控制系统根据比较结果输出控制信号给温控器，温控器再通过所述的继电器控制加热开关的启停，所述的恒流泵的控制器用于读取所述的控制系统输出的恒流泵转动控制信号，所述的控制系统用于预设污染物参数或者手动输入污染物参数并根据污染物参数计算液态污染物的体积流量以及蒸发温度设定值，然后输出恒流泵转动控制信号给恒流泵的控制器并将蒸发温度设定值输出给温控器。

3.根据权利要求1或2所述的用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，其特征在于：送液管线的出液端的多个支管中的中间支管的直径大于位于中间支管两侧的支管的直径。

4.根据权利要求3所述的用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，其特征在于：所述的蒸发室采用石英玻璃。

5.根据权利要求4所述的用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，其特征在于：所述的蒸发室的石英玻璃的厚度为4-8mm。

6.根据权利要求5所述的用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，其特征在于：所述的蒸发室的石英玻璃的厚度为5-6mm。

7.根据权利要求6所述的用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，其特征在于：液体容器上装有带有单向阀的聚四氟乙烯容器盖。

8.根据权利要求7所述的用于空气过滤器测试系统的气态有机污染物发生器，其特征在于：所述的空气管线采用聚四氟乙烯，所述的液体管线和送液管线采用氟橡胶软管。