CN105547982A - 一种雾霾环境模拟与监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雾霾环境模拟与监测装置，该系统包括雾霾模拟环境腔体、雾霾产生系统和雾霾检测系统，所述雾霾产生系统，包括分别与所述雾霾模拟环境腔体相连通的燃煤发生器、燃油发生器、粉尘发生器和盐雾发生器；所述雾霾环境腔体，其腔体的壁面上设置有气体检测口，所述气体检测口处设置有温湿度传感器，用以检测温湿度；所述雾霾检测系统，包括与所述气体检测口相连通的气体收集器，与所述气体收集器相连通的雾霾粒子计数仪和检测气回路，所述检测气回路的一端与所述雾霾模拟环境腔体相连通，另一端与所述气体收集器相连通。该装置可产生程度可调、条件可控的真实雾霾环境，并可实现实时监测，人机交互状况良好。

Description

一种雾霾环境模拟与监测装置

技术领域

本发明属于大气环境研究技术领域，具体涉及一种雾霾环境模拟与监测系统。

背景技术

近年来，随着我国经济的快速发展，重工业污染导致雾霾天气频繁出现，雾霾作为一种气、固、液多相体，不仅对广大人民的生活产生影响，也对各类工业设施造成不可估量的损害，因此，有必要去探索形成雾霾的因素、模拟方法和实现装置，用以进一步研究雾霾环境对生产生活的影响规律和过程。

现有模拟雾霾的装置多数是针对研究大气中分子反应和光化学作用等微观领域变化，并且多数模拟的空间较小，实现不了较大范围雾霾环境对目标物的影响实验；另外雾霾的浓度比较低，且组成比较理想化，成分简单，不能够接近真实的复杂成分的雾霾状态。

中国专利文献CN203965300U公开了一种雾霾环境模拟实验装置，该装置包括密闭的雾霾罐、雾霾产生系统、参数测量系统和高压放电模型系统；所述的雾霾产生系统包括雾产生系统和霾产生系统，雾产生系统和霾产生系统的输出口与雾霾罐内部连通；所述的参数测量系统包括雾霾浓度监测装置、雾霾粒径分布监测装置和温湿度传感器，雾霾浓度监测装置和雾霾粒径分布监测装置的采样头分别通过导管与雾霾罐内部连通，温湿度传感器设置在雾霾罐内部；所述的高压放电模型系统包括铝棒、铝板和/或绝缘子，内置有高压线的高压套管与雾霾罐内部连通，铝棒、铝板和/或绝缘子设置在雾霾罐内部。该装置能够实现各种程度、条件可控的雾霾试验环境的模拟，并配有数据监测设备，能够进行高压试验，促进我国针对雾霾环境对各类电气设备外绝缘影响的研究，但是该装置能够实现的模拟空间比较小，装置中的雾产生系统和霾产生系统相对比较简单，不能反映真实雾霾特性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中模拟的雾霾环境不能反映真实雾霾复杂成分特性、模拟的雾霾状态难以稳定可控、难以有效地监控真实雾霾状况等问题，进而提供了一种雾霾环境模拟与监测系统。

为此，本发明采用的技术方案为，

一种雾霾环境模拟与监测系统，包括雾霾模拟环境腔体、雾霾产生系统和雾霾检测系统，

所述雾霾产生系统，包括分别与所述雾霾模拟环境腔体相连通的燃煤发生器、燃油发生器、粉尘发生器和盐雾发生器；

所述雾霾模拟环境腔体，其腔体的壁面上设置有气体检测口，所述气体检测口处设置有温湿度传感器，用以检测温湿度；

所述雾霾检测系统，包括与所述气体检测口相连通的气体收集器，与所述气体收集器相连通的雾霾粒子计数仪和检测气回路，所述检测气回路的一端与所述雾霾模拟环境腔体相连通，另一端与所述气体收集器相连通。

上述雾霾环境模拟与监测装置中，所述雾霾模拟环境腔体的壁面上设置有若干气体检测口，所述气体检测口沿雾霾模拟环境腔体的壁面在竖直方向上的投影均匀分布，且所述气体检测口在所述雾霾模拟环境腔体轴向上的投影沿所述雾霾模拟环境腔体的高度均匀分布。

上述雾霾环境模拟与监测装置中，所述雾霾检测系统包括检测气输送管路，其一端与所述气体检测口相连接，另一端与所述气体收集器相连通，所述检测气输送管路设置有控制测气输送管路启闭的电磁阀。

上述雾霾环境模拟与监测装置中，所述燃煤发生器、所述燃油发生器、所述粉尘发生器和所述盐雾发生器分别通过燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路、粉尘输送管路和盐雾输送管路与所述雾霾模拟环境腔体相连通，且所述的燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路和粉尘输送管路上分别设置有控制输送流量的流量计。

优选地，所述燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路和粉尘输送管路进入所述雾霾模拟环境腔体中的端部均设置成盘管，所述盘管上间隔角度设置进气孔。

所述盘管为任何适宜进入气体在腔体内尽快均匀分布的形状，如圆环形。

所述盐雾输送管路进入所述雾霾模拟环境腔体中的端部中心处设置成十字排气管，实现多角度多方向的吹入盐雾，进行湿度补充和雾气中离子成分的补充，盐雾溶液的浓度和成分需根据要模拟的地区雾霾典型特征进行配制。

上述雾霾环境模拟与监测装置中，所述燃煤发生器、所述燃油发生器、所述粉尘发生器还分别与空气压缩机相连接，通过所述空气压缩机为所述燃煤发生器和所述燃油发生器提供燃烧所需的氧气，并使产生的燃煤和燃油排放气体进入雾霾模拟环境腔体中；为所述粉尘发生器提供动力，使粉尘进入所述雾霾模拟环境腔体中。

进一步地，所述燃油发生器的外部还设置有气体冷却腔，所述气体冷却腔一端与所述燃油发生器相连通，其另一端与燃油排放气体输送管路相连通。

进一步地，所述粉尘发生器的进气口还可设置控制阀(如：进气旋钮)，用以控制所述压缩空气的进入量。

进一步地，所述检测气回路上设置有真空泵，用以将所述检测气回路中的雾霾循环至所述雾霾模拟环境腔体中。

上述雾霾环境模拟与监测装置中，所述燃燃煤发生器包括石英管、设置于所述石英管内部的燃烧腔、与所述石英管连接的通电装置，用以给石英管通电加热，使所述燃烧腔中的燃烧物达到燃点，继而燃烧产生燃煤气；

所述盐雾发生器包括设置于其内部的超声波加湿雾化装置，用以雾化盐溶液形成盐雾；

所述燃油发生器包括设置于其内部的发电机组，用以进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，并产生油气。

进一步地，上述雾霾环境模拟与监测装置中，包括巡检仪，所述巡检仪与所述温湿度传感器连接，用以将所述温湿度传感器监测到的温湿度数据发送给计算机，实时监测温湿度数据。

所述雾霾粒子计数仪与计算机连接，通过comet软件实现控制。

所述电磁阀与计算机连接，通过PLC控制。

所述雾霾模拟环境腔体可根据实际情况设置相应的形状，如封闭的圆柱体、球体或半球体等。

上述雾霾环境模拟与监测装置中，还包括与所述气体收集器相连通的空气进气管，用以检测空气中的雾霾粒子，所述空气进气管上设置控制阀。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明所提供的雾霾环境模拟与监测装置，通过采用燃煤发生器、燃油发生器、粉尘发生器和盐雾发生器，能够从雾霾的来源来模拟发生雾霾的成分，使模拟的雾霾环境比较贴近真实雾霾特性，并采用并联结构，使各个反应器之间无干扰影响。

2)本发明所提供的雾霾环境模拟与监测装置，通过所述雾霾模拟环境腔体的壁面上设置有若干气体检测口，所述气体检测口沿雾霾模拟环境腔体的壁面在竖直方向上的投影均匀分布，且所述气体检测口在所述雾霾模拟环境腔体轴向上的投影沿所述雾霾模拟环境腔体的高度均匀分布，气体检测口可以设置不同角度，同时设置气体收集器，从而测得雾霾模拟环境腔体不同部位的雾霾特性参数(如：温湿度和雾霾粒子大小等)，更能反映真实雾霾特性。

3)本发明所提供的雾霾环境模拟与监测装置，通过所述雾霾检测系统，包括与所述气体检测口相连通的气体收集器，与所述气体收集器相连通的雾霾粒子计数仪和检测气回路，所述检测气回路的一端与所述雾霾模拟环境腔体相连通，另一端与所述气体收集器相连通，从而使所述雾霾模拟环境腔体和所述气体收集器构成循环回路，从而使模拟的雾霾状态稳定可控，达到实时检测的目的。

4)本发明所提供的雾霾环境模拟与监测装置，是通过雾霾模拟环境腔体将所有模拟的混合气体和排放物汇集到一个稳定的腔体，所述雾霾环境模拟腔体是根据有利于模拟的气体或混合物充分均匀混合与分布的几何形状，如圆柱体，圆球体、或半球体等，根据单元发生器的产生量可以设计腔体的大小，产率越高，就越容易实现较大空间的模拟雾霾环境，该发明所述的装置可实现模拟空间至少可达40立方米。

5)本发明所提供的雾霾环境模拟与监测装置，电磁阀的通断时间以及雾霾粒子计数仪测量的间隔时间均可以在计算机上进行设置，其中电磁阀由计算机通过PLC控制，雾霾粒子计数仪通过自带的comet软件实现控制；每个操作都可以通过集成控制柜和软件进行操作，实现集中控制和实时监测，操作系统可视化，人机交互状况良好。

6)本发明所提供的雾霾环境模拟与监测装置，可以在粉尘发生器中可以加入不同粒径、种类的细颗粒粉尘；可以在油气发生装置中燃烧汽油或柴油。

附图说明

图1为雾霾环境模拟与监测装置的结构原理图。

附图标记说明：

1-空气压缩机；2-流量计；3-燃油发生器；4-盐雾发生器；5-雾霾粒子计数仪；6-燃煤发生器；7-粉尘发生器；8-雾霾模拟环境腔体；9-气体收集器；10-气体检测口；11-真空泵；12-电磁阀；13-检测气回路；14-气体冷却腔。

具体实施方式

结合附图1对本发明做进一步详细描述：

一种雾霾环境模拟与监测装置，包括雾霾模拟环境腔体8、雾霾产生系统和雾霾检测系统，

所述雾霾产生系统，包括分别与所述雾霾模拟环境腔体8相连通的燃煤发生器6、燃油发生器3、粉尘发生器7和盐雾发生器4；

所述雾霾模拟环境腔体8，其腔体的壁面上设置有气体检测口10，所述气体检测口10处设置有温湿度传感器，用以检测温湿度；

所述雾霾检测系统，包括与所述气体检测口10相连通的气体收集器9，与所述气体收集器9相连通的雾霾粒子计数仪5和检测气回路，所述检测气回路的一端与所述雾霾模拟环境腔体8相连通，另一端与所述气体收集器9相连通。

作为优选的实施方式，所述雾霾模拟环境腔体8的壁面上设置有若干气体检测口10，所述气体检测口10沿雾霾模拟环境腔体8的壁面在竖直方向上的投影均匀分布，且所述气体检测口10在所述雾霾模拟环境腔体8轴向上的投影沿所述雾霾模拟环境腔体8的高度均匀分布。

上述雾霾环境模拟与监测装置中，所述雾霾检测系统包括检测气输送管路，其一端与所述气体检测口10相连接，另一端与所述气体收集器9相连通，所述检测气输送管路设置有控制测气输送管路启闭的电磁阀12。

所述燃煤发生器6、所述燃油发生器3、所述粉尘发生器7和所述盐雾发生器4分别通过燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路、粉尘输送管路和盐雾输送管路与所述雾霾模拟环境腔体8相连通，且所述的燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路和粉尘输送管路上分别设置有控制输送流量的流量计2。

优选地，所述燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路和粉尘输送管路进入所述雾霾模拟环境腔体中的端部均设置成盘管，所述盘管上间隔角度设置进气孔。

所述盘管为任何适宜进气的形状，如圆环形。

所述盐雾输送管路进入所述雾霾模拟环境腔体中的端部中心处设置成十字排气管，实现多角度多方向的吹入盐雾，进行湿度补充和雾气中离子成分的补充。

进一步地，所述燃煤发生器6、所述燃油发生器3、所述粉尘发生器7还分别与空气压缩机1相连接，通过所述空气压缩机1为所述燃煤发生器6和所述燃油发生器3提供燃烧所需的氧气，并使产生的燃煤和燃油排放气体进入雾霾模拟环境腔体中；为所述粉尘发生器7提供动力，使粉尘进入所述雾霾模拟环境腔体8中。

进一步地，所述燃油发生器3的外部还设置有气体冷却腔14，所述气体冷却腔14一端与所述燃油发生器3相连通，其另一端与燃油排放气体输送管路相连通。

进一步地，所述检测气回路上设置有真空泵11，用以将所述检测气回路中的雾霾循环至所述雾霾模拟环境腔体8中。

作为可选择的实施方式，所述燃煤发生器6包括石英管、设置于所述石英管内部的燃烧腔(所述燃烧腔可以燃烧不同种类的秸秆、蜂窝煤和无烟煤)、与所述石英管连接的通电装置，用以给石英管通电加热，使所述燃烧腔中的燃烧物达到燃点，继而燃烧产生煤气。

所述盐雾发生器包括设置于其内部的超声波加湿雾化装置，用以雾化盐溶液形成盐雾；

所述燃油发生器包括设置于其内部的发电机组，用以进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，并产生油气。

进一步地，上述雾霾环境模拟与监测装置中，包括巡检仪，所述巡检仪与所述温湿度传感器连接，用以将所述温湿度传感器监测到的温湿度数据发送给计算机，实时监测温湿度数据。

所述雾霾粒子计数仪5与计算机连接，通过comet软件实现控制。

所述电磁阀12与计算机连接，通过PLC控制。

所述雾霾模拟环境腔体8可根据实际情况设置相应的形状，如封闭的圆桶装等。

作为可选择的实施方式，所述粉尘发生器的进气口还可设置控制阀(如：进气旋钮)，用以控制所述压缩空气的进入量。

作为可选择的实施方式，还包括与所述气体收集器相连通的空气进气管，用以检测空气中的雾霾粒子，所述空气进气管上设置控制阀，将室外大气采用作为参照组，用于对比测量。

结合附图1可知，空气压缩机1持续给相应反应器提供支持燃烧的空气或动力。通过空气压缩机1将压缩空气进入燃煤发生器6中设置的石英管内部的燃烧腔中，并对石英管通电，使燃烧腔内温度达到燃烧物的燃点，点燃不同种类的秸秆、蜂窝煤或无烟煤。燃烧后的尾气通过尾气收集后于循环水冷却设施冷却，再通过燃煤排放气体输送管路排放到雾霾模拟环境腔体8中。

压缩空气通过粉尘发生器7将粉尘鼓扬，再通过粉尘输送管路排放至雾霾模拟环境腔体8内，可以通过粉尘发生器7的进气旋钮和设置于粉尘输送管路上的流量计2控制粉尘的进给量。

压缩空气进入燃油发生器3中，支持其中的汽油或柴油燃烧，燃烧后的尾气进入气体冷却腔14进行冷却后通过燃油排放气体输送管路排放至雾霾模拟环境腔体8内，可以通过设置于燃油排放气体输送管路上的流量计2控制流量的大小。

配好的盐溶液加入到盐雾发生器4中，通过盐雾发生器中的超声波加湿雾化装置将盐溶液雾化后，通过盐雾输送管路排放至雾霾模拟环境腔体8内。

所述雾霾模拟环境腔体8的壁面上设置有六个气体检测口10，所述气体检测口10在竖直方向上的投影沿雾霾模拟环境腔体8的壁面在竖直方向上的投影均匀分布，且所述气体检测口10在所述雾霾模拟环境腔体8轴向上的投影沿所述雾霾模拟环境腔体8的高度均匀分布，气体检测口10处安装有温湿度传感器，将该处的温湿度数据通过巡检仪发送给计算机，实时监测多处温湿度。

从六个所述气体监测口10引出的六个检测气回路，所述检测气回路的另一端汇集连通至气体收集器9中，每个检测气回路上都设置电磁阀12，控制通断；打开某一路电磁阀12，通过真空泵11将气体检测口10附近的雾霾气体抽入气体收集器9中，从而测得雾霾模拟环境腔体不同部位的雾霾特性参数；作为可选择的实施方式，是将六个检测气回路上的电磁阀12均打开，然后将雾霾气体抽入气体收集器9中，测整个雾霾气体的平均状态。

雾霾粒子计数仪5将气体收集器9的少量雾霾气体抽入其中进行测量分析，并将数据发送给计算机，实现雾霾数据的实时监测；同时，通过真空泵11、雾霾模拟环境腔体8、气体检测口10、检测气回路13、电磁阀12以及气体收集器9形成一个完整的气体循环回路，使得雾霾腔体内的整个稳定雾霾环境不会发生波动，从而保证了数据的稳定性与有效性；进一步，每个电磁阀12的通断时间以及雾霾粒子计数仪5测量的间隔时间均可以在计算机上进行设置，其中，电磁阀12由计算机通过PLC控制，雾霾粒子计数仪通过自带的comet软件实现控制。

综上可言：本发明的发明人通过对全国各地近几年的天气状况，雾霾成分、发生频度、周期规律等进行调研，总结产生雾霾天气的气象及污染条件(如：汽车尾气、火电厂煤燃烧废气、工业粉尘等)，设计的该装置可以产生程度可调、条件可控的雾霾环境，并可实时监测模拟环境中PM1.0～PM10的值，用于进行长周期、重度雾霾环境的模拟以及相关实验。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种雾霾环境模拟与监测装置，包括雾霾模拟环境腔体、雾霾产生系统和雾霾检测系统，其特征在于，

所述雾霾产生系统，包括分别与所述雾霾模拟环境腔体相连通的燃煤发生器、燃油发生器、粉尘发生器和盐雾发生器；

所述雾霾模拟环境腔体，其腔体的壁面上设置有气体检测口，所述气体检测口处设置有温湿度传感器，用以检测温湿度。

所述雾霾检测系统，包括与所述气体检测口相连通的气体收集器，与所述气体收集器相连通的雾霾粒子计数仪和检测气回路，所述检测气回路的一端与所述雾霾模拟环境腔体相连通，另一端与所述气体收集器相连通。

2.根据权利要求1所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，所述雾霾模拟环境腔体的壁面上设置有若干气体检测口，所述气体检测口沿所述雾霾模拟环境腔体的壁面在竖直方向上的投影均匀分布，且所述气体检测口在所述雾霾模拟环境腔体轴向上的投影沿所述雾霾模拟环境腔体的高度均匀分布。

3.根据权利要求2所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，所述雾霾检测系统包括检测气输送管路，其一端与所述气体检测口相连接，另一端与所述气体收集器相连通，所述检测气输送管路设置有控制测气输送管路启闭的电磁阀。

4.根据权利要求1-3任一所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，

燃煤发生器、燃油发生器、粉尘发生器和盐雾发生器分别通过燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路、粉尘输送管路和盐雾输送管路与所述雾霾模拟环境腔体相连通，且所述的燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路和粉尘输送管路上分别设置有控制输送流量的流量计。

5.根据权利要求4所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，燃煤发生器、燃油发生器、粉尘发生器还分别与空气压缩机相连接；

所述燃煤排放气体输送管路、燃油排放气体输送管路和粉尘输送管路进入所述雾霾模拟环境腔体中的端部均设置成盘管，所述盘管上间隔角度设置进气孔；

所述盐雾输送管路进入所述雾霾模拟环境腔体中的端部中心处设置成十字排气管。

6.根据权利要求5所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，所述燃油发生器的外部还设置有气体冷却腔，所述气体冷却腔一端与所述燃油发生器相连通，其另一端与燃油排放气体输送管路相连通。

7.根据权利要求6所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，所述检测气回路上设置有真空泵，用以将所述检测气回路中的雾霾循环至所述雾霾模拟环境腔体中。

8.根据权利要求7所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，所述燃煤发生器包括石英管、设置于所述石英管内部的燃烧腔、与所述石英管连接的通电装置，用以给石英管通电加热，使所述燃烧腔中的燃烧物达到燃点，继而燃烧产生煤气；

所述盐雾发生器包括设置于其内部的超声波加湿雾化装置，用以雾化盐溶液形成盐雾；

所述燃油发生器包括设置于其内部的发电机组，用以进气、压缩、燃烧作功、排气四个行程，并产生油气。

9.根据权利要求8所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，包括巡检仪，所述巡检仪与所述温湿度传感器连接，用以将所述温湿度传感器监测到的温湿度数据发送给计算机，实时监测温湿度数据；

所述雾霾粒子计数仪与计算机连接，通过comet软件实现控制。

10.根据权利要求3所述的雾霾环境模拟与监测装置，其特征在于，所述电磁阀与计算机连接，通过PLC控制。