CN106940261B - 一种用于直接采集高温高压尾气的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于直接采集高温高压尾气的装置及方法，装置包括高温接头、采样设备接头、冷却液腔及与冷却液腔进行热交换的冷却管路；冷却管路两端分别连接高温接头及采样设备接头，冷却液腔上设有循环液入口及循环液出口；冷却管路出口处设有根据液位高度调节压力的排气压力调节装置。本发明所述的用于直接采集高温高压尾气的装置采用高温接头和循环冷却液包裹的冷却管路组合的方式，解决了尾气高温的问题，同时也避免了颗粒物的粘附；采用冷却液循环冷却的同时，基于不同液位高度带来的压力差的变化，有效保证了采样管路的压力范围和精度。
Description
技术领域
本发明属于高温尾气处理领域，尤其是涉及一种用于直接采集高温高压尾气的装置及方法。
背景技术
发动机尾气测试一般采集排气管末端混合气进行取样分析，随着国家排放法规的日益严格，三效催化转化器、颗粒捕集器、选择性催化转化器等后处理装置成了发动机必须的选择。为了进一步降低发动机的原始排放和研究后处理装置的转化效率，在排气末端采样的同时，科研工作者也需要在排气始端，后处理装置之前检测排气污染物成分变化。相对于排气末端而言，在排气始端的采样点位置一般温度更高，排气压力也大于末端，尤其是增压汽油机上的差别更加明显，这种条件下，原本正常使用的采样分析仪器因为温度过高、以及气体压力过高而不能正常工作。
实验结果表明汽油机排气口的温度能达到850℃、在高转速高负荷的情况下排气压力也超过了40kpa，这样高的温度和压力超出了尾气排放设备正常的温度和压力，比如AVL MOVE在测试颗粒物排放浓度PN的时候，其正常工作最大压力为6kpa，当压力过高会造成稀释比偏小，测量结果出现误差。同样，如果采用限压阀装置来进行调压，较小的通过缝隙也会加剧颗粒的碰撞和团聚，干扰最终的测量结果。此外，过高的排气温度下，普通橡胶密封材料已经不能使用，金属材料的密封材料，其调压范围级别远远大于试验所需量程，给试验结果造成较大误差。因此，解决高温高压下尾气直接采集条件下冷却和灵活调压的问题十分必要。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于直接采集高温高压尾气的装置及方法，以解决高温高压尾气易对现有的尾气排放设备造成损坏、使测量结果出现误差、及使用限压阀装置来进行调压易干扰最终的测量结果等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于直接采集高温高压尾气的装置，包括高温接头、采样设备接头、冷却液腔及与所述冷却液腔进行热交换的冷却管路；
所述冷却管路两端分别连接高温接头及采样设备接头，所述冷却液腔上设有循环液入口及循环液出口；
所述冷却管路出口处设有根据液位高度调节压力的排气压力调节装置。
进一步的，所述冷却管路为聚四氟乙烯管路。
进一步的，所述高温接头为耐高温金属接头；
优选的，所述高温接头为不锈钢接头。
进一步的，所述冷却管路的出口端倾斜向上设置。
进一步的，所述高温接头靠近循环液出口；所述循环液入口靠近采样设备接头。
进一步的，所述装置还包括为所述冷却液腔提供冷源的微型循环泵。
优选的，所述微型循环泵设置在循环液入口与冷却液腔之间。
进一步的，所述压力调节装置包括与所述冷却管路出口端连通的压力腔、调节所述压力腔内液体量的排液电磁阀及补液电磁阀；
所述压力腔顶端设有排气口；
所述压力腔底端所在位置位于所述冷却管路的出气孔所在位置之下；
优选的，所述压力腔整体位于所述冷却管路的出气孔所在位置之下。
优选的，与所述压力腔连通的冷却管路的出气孔向下设置。进一步的，所述压力调节装置还包括控制器，所述压力腔内设有压力传感器，所述压力传感器、排液电磁阀、补液电磁阀及微型循环泵均与所述控制器相连；
优选的，所述控制器为PLC控制器。
进一步的，所述冷却管路出口端通过排气支管连接压力腔，所述压力传感器与所述排气支管的排气口处于同一水平位置；
优选的，所述排气支管的排气口处设有固定块。
进一步的，所述压力腔的一侧为透明设计；
进一步的，所述压力腔上印刷有液面标尺。
相对于现有技术，本发明所述的用于直接采集高温高压尾气的装置具有以下优势：
（1）本发明所述的用于直接采集高温高压尾气的装置采用高温接头和循环冷却液包裹的聚四氟乙烯的冷却管路组合的方式，解决了尾气高温的问题，同时也避免了颗粒物的粘附；
（2）冷却管路的出口端倾斜向上设置能够使防止发动机排气中的凝结水分进入分析设备，进而避免对对分析设备带来影响；
（3）采用冷却液循环冷却的同时，基于压力腔内冷却水不同液位高度带来的压力差的变化，有效保证了采样管路的压力范围和精度，基于排液电池阀、和补液电磁阀的开闭灵活实现采样压力的实时调节；
（4）与压力腔连通的冷却管路的出气孔向下设置能够使发动机排气中的水分如果凝结，可以通过此出气孔进入压力腔不会对分析设备带来影响；
（5）冷却管路的出口端倾斜向上设置、与压力腔连通的冷却管路的出气孔向下设置、压力腔位于冷却管路的出气孔所在位置之下三者的配合能够有效避免凝结水对分析设备带来影响；
（6）采用分压原理，避免了减压阀因缩小管路流通截面带来的颗粒物的汇聚，保证了试验测量的精确性；
（7）采用压力腔透明及液位刻度设计，满足了人工调节压力的方便性。
本发明还提供一种用于直接采集发动机高温高压尾气的方法，包括以下步骤：
S1：连接高温接头到发动机排气口，连接采样设备接头到排放检测设备，确保无漏气现象；
S2：将冷却液与循环液入口及补液电磁阀相连，确保连接管路无泄漏现象，在微型循环泵的作用下，冷却液沿着高温尾气气流相反的方向流动；
S3：安装压力腔，保证压力腔位于冷却管路分支泄压处的下方；
S4：打开设备电源，在控制器中输入目标压力，补液电磁阀自动打开，等压力传感器指示压力达到设定值时，补液电磁阀关闭；如果二次调整后的目标压力小于压力传感器的指示压力，排液电磁阀打开，当压力达到设定值时，排液电磁阀关闭；
S5：当排气尾气直接采样温度、压力调节装置稳定后，启动发动机，开始排放测试；
S1、S2、S3顺序可调。上述用于直接采集高温高压尾气的装置具有益之处本方法也一应具有，在此不一一赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的用于直接采集高温高压尾气的装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的用于直接采集高温高压尾气的装置的另一种结构示意图。
附图标记说明：
1-高温接头；2-冷却液腔；3-冷却管路；4-采样设备接头；5-压力腔；6-压力传感器；7-排液电磁阀；8-补液电磁阀；9-微型循环泵；10-循环液入口；11-控制器；12-循环液出口。
实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“液平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种用于直接采集高温高压尾气的装置，如图1所示，包括高温接头1、采样设备接头4、冷却液腔2及与冷却液腔2进行热交换的冷却管路3；冷却管路3两端分别连接高温接头1及采样设备接头4，冷却液腔2上设有循环液入口10及循环液出口12；冷却管路3出口处设有根据液位高度调节压力的排气压力调节装置。
高温接头1为耐高温金属接头；本实例中高温接头1为304不锈钢接头。
本实例中冷却管路3为聚四氟乙烯管路。高温接头1采用耐高温金属材质，缓冲超高温度区连接冷却液腔2内的冷却管路3；冷却管路3采用聚四氟乙烯材料，在冷却排气的同时不会带来颗粒吸附，且即使水沸腾也不会对冷却管路3造成损坏。
本实例中，高温接头1靠近循环液出口12；循环液入口10靠近采样设备接头4。
用于直接采集高温高压尾气的装置还包括为冷却液腔2提供冷源的微型循环泵9。
微型循环泵9设置在循环液入口10与冷却液腔2之间。
压力调节装置包括与冷却管路3出口端连通的压力腔5、调节压力腔5内液体量的排液电磁阀7及补液电磁阀8；
压力腔5顶端设有排气口；
压力腔5位于冷却管路3的出气孔所在位置之下；
本实例中压力腔5整体均位于冷却管路3的出气孔所在位置之下，能够防止冷却水倒流。
本实例中，如图1所示与所述压力腔5连通的冷却管路3的出气孔向下设置。出气孔向下设置能够使发动机排气中的水分如果凝结，可以通过此出气孔进入压力腔5不会对分析设备带来影响。
压力调节装置还包括控制器11，压力腔5内设有压力传感器6，压力传感器6、排液电磁阀7、补液电磁阀8及微型循环泵9均与控制器11相连；
控制器11为PLC控制器。
冷却管路3出口端通过排气支管连接压力腔5，压力传感器6与排气支管的排气口处于同一水平位置；
排气支管的排气口处设有固定块。固定块的设置能够防止在排气过程中排气支管发生摆动。
压力腔5的一侧为透明设计；
压力腔5上印刷有液面标尺。液面标尺可以为液面高度标尺或液面压力标尺；本实例中液面标尺为液面高度标尺。
本发明的温度控制和压力调节的工作原理为：本实例中冷却液采用冷却水，将高温尾气通过的冷却管路3放置在冷却液腔2内，沿着气流相反的方向通过微型循环水泵9通入流动的冷却水，带走高温尾气带来的热量。压力调节装置中，通过将冷却管路3的排气支管放进压力腔5内，通过排液电磁阀7和给液电磁阀8的开闭，使得压力腔5内的冷却水液位高度发生变化，通过压力传感器6传送给PLC控制器，并实时调节稳定在设定值。通过局部泄压分流的方式有效杜绝了颗粒物采样分析过程中因碰撞带来的颗粒物数量带来的变化，保证了试验测量的精度。
如图2所示，冷却管路3的出口端倾斜向上设置。冷却管路3的出口端倾斜向上设置能够使发动机排气中的凝结水分进入压力腔5，进而避免对对分析设备带来影响。
本发明还提供一种用于直接采集发动机高温高压尾气的方法，包括以下步骤：
S1：连接高温接头1到发动机排气口，连接采样设备接头4到排放检测设备，确保无漏气现象；
S2：将冷却液与循环液入口10及补液电磁阀8相连，确保连接管路无泄漏现象，在微型循环泵9的作用下，冷却液沿着高温尾气气流相反的方向流动；
S3：安装压力腔5，保证压力腔5位于冷却管路3分支泄压处的下方；
S4：打开设备电源，在控制器11中输入目标压力，补液电磁阀8自动打开，等压力传感器6指示压力达到设定值时，补液电磁阀8关闭；如果二次调整后的目标压力小于压力传感器6的指示压力，排液电磁阀7打开，当压力达到设定值时，排液电磁阀7关闭；
S5：当排气尾气直接采样温度、压力调节装置稳定后，启动发动机，开始排放测试；
S1、S2、S3顺序可调。本实例中冷却液腔2及压力腔5中的冷却液均为冷却水。
压力腔5位于冷却管路3分支泄压处的下方能够防止冷却水倒流。通过液面高低的调节，有效保证了排气口压力的精确变化，方便快捷。同时当高温的液蒸发后，通过自动压力调节装置，完成自动补液。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：包括高温接头（1）、采样设备接头（4）、冷却液腔（2）及与所述冷却液腔（2）进行热交换的冷却管路（3）；
所述冷却管路（3）两端分别连接高温接头（1）及采样设备接头（4），所述冷却液腔（2）上设有循环液入口（10）及循环液出口（12）；
所述冷却管路（3）出口处设有根据液位高度调节压力的排气压力调节装置；
所述冷却管路（3）为聚四氟乙烯管路；
所述高温接头（1）为耐高温金属接头；
所述冷却管路（3）的出口端倾斜向上设置；
所述高温接头（1）靠近循环液出口（12）；所述循环液入口（10）靠近采样设备接头（4）；
所述压力调节装置包括与所述冷却管路（3）出口端连通的压力腔（5）、调节所述压力腔（5）内液体量的排液电磁阀（7）及补液电磁阀（8）；
所述压力腔（5）顶端设有排气口；
所述压力腔（5）底端所在位置位于所述冷却管路（3）的出气孔所在位置之下；
所述压力调节装置还包括控制器（11），所述压力腔（5）内设有压力传感器（6），所述压力传感器（6）、排液电磁阀（7）、补液电磁阀（8）及微型循环泵（9）均与所述控制器（11）相连。
2.根据权利要求1所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：高温接头（1）为304不锈钢接头。
3.根据权利要求1所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：所述装置还包括为所述冷却液腔（2）提供冷源的微型循环泵（9）。
4.根据权利要求1所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：微型循环泵（9）设置在循环液入口（10）与冷却液腔（2）之间。
5.根据权利要求1所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：所述压力腔（5）位于所述冷却管路（3）的出气孔所在位置之下。
6.根据权利要求1所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：与所述压力腔（5）连通的冷却管路（3）的出气孔向下设置。
7.根据权利要求1所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：所述控制器（11）为PLC控制器。
8.根据权利要求1所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：所述冷却管路（3）出口端通过排气支管连接压力腔（5），所述压力传感器（6）与所述排气支管的排气口处于同一水平位置。
9.根据权利要求8所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：所述排气支管的排气口处设有固定块。
10.根据权利要求7-9任一项所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：所述压力腔（5）的一侧为透明设计；
所述压力腔（5）上印刷有液面标尺。
11.一种用于直接采集发动机高温高压尾气的方法，使用权利要求1-9任一项所述的用于直接采集高温高压尾气的装置，其特征在于：包括以下步骤：
S1：连接高温接头（1）到发动机排气口，连接采样设备接头（4）到排放检测设备，确保无漏气现象；
S2：将冷却液与循环液入口（10）及补液电磁阀（8）相连，确保连接管路无泄漏现象，在微型循环泵（9）的作用下，冷却液沿着高温尾气气流相反的方向流动；
S3：安装压力腔（5），保证压力腔（5）位于冷却管路（3）分支泄压处的下方；
S4：打开设备电源，在控制器（11）中输入目标压力，补液电磁阀（8）自动打开，等压力传感器（6）指示压力达到设定值时，补液电磁阀（8）关闭；如果二次调整后的目标压力小于压力传感器（6）的指示压力，排液电磁阀（7）打开，当压力达到设定值时，排液电磁阀（7）关闭；
S5：当排气尾气直接采样温度、压力调节装置稳定后，启动发动机，开始排放测试；
S1、S2、S3顺序可调。
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