CN107144457B - 一种仿真雾霾气体产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种仿真雾霾气体产生装置，包括雾霾产生装置、雾霾成分陈化器及大气质量监测仪，雾霾产生装置包括气源泵，气源泵的排气口通过管道连通有燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置，燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置的排气口均通过管道与雾霾成分陈化器连通，燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置的进气口有恒压阀，燃烧废气产生装置与超声波水雾气溶胶产生装置之间连通的管道上设有气体冷凝干燥管，大气质量监测仪通过导线连接有计算机信号交互反馈控制装置。本发明可模拟产生雾霾天气的气象及污染条件，用于进行长周期、重度雾霾环境的模拟。
Description
技术领域
本发明属于大气环境研究设备技术领域，具体涉及一种仿真雾霾气体产生装置。
背景技术
雾霾中含有数百种颗粒物质，它们在人们毫无防范的情况下侵入人体呼吸道和肺叶中，引起呼吸系统、心血管系统、生殖系统等相关疾病，长期暴露在这种环境中会增加罹患肺癌等的风险。所以，有必要基于雾霾的形成因素、设计并制造仿真雾霾产生装置，产生满足科研工作所需要的雾霾，为研究雾霾环境对生产生活的影响规律和过程提供硬件支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿真雾霾气体产生装置，可以产生具有真实雾霾复杂成分且稳定可控的雾霾气体，并可监测雾霾的质量。
本发明所采用的技术方案是：一种仿真雾霾气体产生装置，包括依次连通的雾霾产生装置、雾霾成分陈化器及大气质量监测仪，雾霾产生装置包括气源泵，气源泵的排气口通过管道连通有燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置，燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置的排气口均通过管道与雾霾成分陈化器连通，燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置的进气口均设有恒压阀，燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置的出气口均设有止回阀，燃烧废气产生装置与超声波水雾气溶胶产生装置之间连通的管道上设有气体冷凝干燥管，大气质量监测仪通过导线连接有计算机信号交互反馈控制装置。
本发明的特点还在于，
燃烧废气产生装置包括燃烧室，燃烧室外壁上设有进气口及出气口，燃烧室内部设有燃烧内胆，燃烧室的侧壁上开有供燃烧内胆进出的通孔，通孔边缘设有固锁器，燃烧内胆内还设有电热丝。
超声波水雾气溶胶产生装置包括外壳，外壳外壁上设有进气口及出气口，外壳内部设有超声波雾化器，超声波雾化器上设有装料槽，装料槽上设有加料管道，加料管道的一端与装料槽连通，加料管道的另一端穿过外壳。
粉末气溶胶产生装置包括粉末气溶胶产生腔及粉末投料器，粉末投料器位于粉末气溶胶产生腔外部，通过管道与粉末气溶胶产生腔连通，粉末气溶胶产生腔顶部设有出气口，粉末气溶胶产生腔底部设有进气口，粉末气溶胶产生腔底部还设有防尘罩，防尘罩覆盖在进气口上，粉末气溶胶产生腔内部设有粉末冲击器，粉末冲击器通过管道与粉末投料器连通，粉末投料器顶部通过管道连接有气溶胶扩散器，气溶胶扩散器为内部中空且表面带有通孔的球体。
雾霾成分陈化器包括陈化腔，陈化腔顶部内表面设有紫外光源，陈化腔内部还设有循环鼓风机，陈化腔内部还设有混合气体扩散器，混合气体扩散器通过管道分别与燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置及粉末气溶胶产生装置连通，混合气体扩散器为内部中空且表面带有通孔的球体。
气体冷凝干燥管包括管体，导热片，制冷二极管。管体为铜制三通管形状为T字形，左端设有高温燃烧废气入口，连接燃烧废气产生装置，下端为冷凝废液出口，右端为低温干燥燃烧废气气出口通过管道与雾霾成分陈化器连通，管体管壁外表面包覆导热片，导热片上贴有制冷二极管。
本发明的有益效果是：
1)本发明是一种仿真雾霾气体产生装置，由气源泵提供空气源通入并联的燃烧废气产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置、粉末气溶胶产生装置，三个装置输出的气体汇总后通入雾霾成分陈化器。雾霾成分陈化器下方出口处设有质检口连通雾霾检测装置。各个反应装置之间无干扰影响；
2)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，通过仿真性的装置设计产生雾霾的成分，使模拟的雾霾环境比较贴近真实雾霾，并采用雾霾成分陈化器模拟雾霾在大气中相互作用的转变和转化；输出的雾霾气体可实时检测，确保质量，避免误差。从雾霾源头测得的雾霾特性参数，如：温湿度和雾霾粒子的大小、数量、浓度等，更能反映真实雾霾特性；
3)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，通过雾霾检测装置，利用大气质量检测仪包括与气体取样管相连通的气体收集器，可以定时抽检雾霾模拟环境染毒装置内的雾霾，进行实时检测；
4)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，通过雾霾成分陈化器将所有模拟的混合气体和排放物汇集到一个稳定的容器中，雾霾成分陈化器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设计的，如圆柱体，圆球体、或半球体等，根据雾霾产生装置的气体排出量可以设计腔体的大小；
5)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，雾霾检测装置的电磁阀的通断时间以及大气质量检测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工控模块控制；通过PLC工控模块控制气体收集器的电动活塞抽取雾霾气体输送至大气质量检测仪进行检测，检测结果实时反馈并由计算机自动记录分析和绘制相关图像，操作系统可视化，人机交互状况良好；
6)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，可以向粉末气溶胶产生装置加入不同粒径、种类的细颗粒粉尘，超声波水雾气溶胶产生装置可以加入不同溶液，根据溶液性质不同选用不同的材料；在燃烧废气产生装置中选择不同的燃烧材料，如化石燃料、人工合成燃料，烟丝，化工产品等。
附图说明
图1是本发明一种仿真雾霾气体产生装置的结构示意图；
图2是本发明一种仿真雾霾气体产生装置中雾霾成分陈化器的结构示意图；
图3是本发明一种仿真雾霾气体产生装置中燃烧废气产生装置的结构示意图；
图4是本发明一种仿真雾霾气体产生装置中超声波水雾气溶胶产生装置的结构示意图；
图5是本发明一种仿真雾霾气体产生装置中粉末气溶胶产生装置的结构示意图；
图6是本发明一种仿真雾霾气体产生装置中气体冷凝干燥管的结构示意图。
图中，1.气源泵，2.雾霾成分陈化器，3.大气质量监测仪，4.燃烧废气产生装置，5.超声波水雾气溶胶产生装置，6.粉末气溶胶产生装置，7.气体冷凝干燥管；
2-1.陈化腔，2-2.紫外光源，2-3.循环鼓风机，2-4.混合气体扩散器；
4-1.燃烧室，4-2.固锁器，4-3.燃烧内胆，4-4电热丝；
5-1.外壳，5-2.超声波雾化器，5-3.装料槽，5-4.加料管道；
6-1.粉末气溶胶产生腔，6-2.粉末冲击器，6-3.粉末投料器，6-4.防尘罩，6-5.气溶胶扩散器；
7-1.管体，7-2.废液排放管，7-3.导热片，7-4.制冷二极管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种仿真雾霾气体产生装置，如图1所示，包括依次连通的雾霾产生装置、雾霾成分陈化器2及大气质量监测仪3，雾霾产生装置包括气源泵1，气源泵1的排气口通过管道连通有燃烧废气产生装置4、超声波水雾气溶胶产生装置5及粉末气溶胶产生装置6，燃烧废气产生装置4、超声波水雾气溶胶产生装置5及粉末气溶胶产生装置6的排气口均通过管道与雾霾成分陈化器2连通，燃烧废气产生装置4、超声波水雾气溶胶产生装置5及粉末气溶胶产生装置6的进气口均设有恒压阀，燃烧废气产生装置4、超声波水雾气溶胶产生装置5及粉末气溶胶产生装置6的出气口均设有止回阀，燃烧废气产生装置4与超声波水雾气溶胶产生装置5之间连通的管道上设有气体冷凝干燥管7，大气质量监测仪3通过导线连接有计算机信号交互反馈控制装置。
燃烧废气产生装置4包括燃烧室4-1，燃烧室4-1外壁上设有进气口及出气口，燃烧室4-1内部设有燃烧内胆4-3，燃烧室4-1的侧壁上开有供燃烧内胆4-3进出的通孔，通孔边缘设有固锁器4-2，燃烧内胆4-3内还设有电热丝4-4。
超声波水雾气溶胶产生装置5包括外壳5-1，外壳5-1外壁上设有进气口及出气口，外壳5-1内部设有超声波雾化器5-2，超声波雾化器5-2上设有装料槽5-3，装料槽5-3上设有加料管道5-4，加料管道5-4的一端与装料槽5-3连通，加料管道5-4的另一端穿过外壳5-1。
粉末气溶胶产生装置6包括粉末气溶胶产生腔6-1及粉末投料器6-3，粉末投料器6-3位于粉末气溶胶产生腔6-1外部，通过管道与粉末气溶胶产生腔6-1连通，粉末气溶胶产生腔6-1顶部设有出气口，粉末气溶胶产生腔6-1底部设有进气口，粉末气溶胶产生腔6-1底部还设有防尘罩6-4，防尘罩6-4覆盖在进气口上，粉末气溶胶产生腔6-1内部设有粉末冲击器6-2，粉末冲击器6-2通过管道与粉末投料器6-3连通，粉末投料器6-3顶部通过管道连接有气溶胶扩散器6-5，气溶胶扩散器6-5为内部中空且表面带有通孔的球体。
雾霾成分陈化器2包括陈化腔2-1，陈化腔2-1顶部内表面设有紫外光源2-2，陈化腔2-1内部还设有循环鼓风机2-3，陈化腔2-1内部还设有混合气体扩散器2-4，混合气体扩散器2-4通过管道分别与燃烧废气产生装置4、超声波水雾气溶胶产生装置5及粉末气溶胶产生装置6连通，混合气体扩散器2-4为内部中空且表面带有通孔的球体。
气体冷凝干燥管7包括管体7-1，导热片7-3，制冷二极管7-4。管体7-1为铜制三通管形状为T字形，左端设有高温燃烧废气入口，连接燃烧废气产生装置4，下端为冷凝废液排放管7-2，右端为低温干燥燃烧废气气出口通过管道与雾霾成分陈化器2连通，管体7-1管壁外表面包覆导热片7-3，导热片7-3上贴有制冷二极管7-4。其中制冷二极管为TOTU牌，型号：TEC1-12705。
使用时，如图1所示，气源泵1品牌名称：OUTSTANDING型号:750W-30L。通过气源泵1为燃烧废气产生装置4提供燃烧所需的氧气；通过气源泵1产生正压，并利用正压使粉末气溶胶产生装置6产生的粉末气溶胶、超声波水雾气溶胶产生装置5产生的水雾气溶胶，这三个装置所产生的物质混合后进入雾霾成分陈化器2，在雾霾成分陈化器2利用紫外线对其内部的混合物进行催化，模拟大气中产生的雾霾，在雾霾成分陈化器2与大气质量监测仪3连通，对产生的模拟雾霾进行检测，并将检测数据反馈给计算机信号交互反馈控制装置，保证系统正常运转；由于燃烧废气产生装置4产生的高温燃烧废气有时候不适合直接排放，所以在燃烧废气产生装置4排气口连接的管道上设置气体冷凝干燥管7，可以通过调节制冷二极管7-4的功率调节燃烧废气的温度，经过气体冷凝干燥管7冷却后的燃烧废气再排放到雾霾成分陈化器2中，防止输出燃烧废气温度过高从而对模拟实验结果产生不利影响。
燃烧废气产生装置4是利用电热丝4-4加热可燃物使其达到燃点，通入的恒压空气中含有氧气，使可燃物充分燃烧，产生燃烧废气；燃烧废气产生装置4使用时打开带有密封条的固锁器4-2，抽出燃烧内胆4-3，把带烧物投入燃烧内胆4-3中，关闭燃烧内胆4-3，关闭固锁器4-2，打开电热丝4-4的电源，待可燃物燃烧后，关闭电热丝4-4电源，打开燃烧室4-1外壁上进气管道上的恒压阀，通入恒压空气，为可燃物提供氧气，驱动燃烧废气通过与出气口连接的管道上的止回阀，最终通过管道进入雾霾成分陈化器2中。
超声波水雾气溶胶产生装置5，类似使用常见的超声波加湿器，利用超声波换能器产生超声波使液体雾化，超声波雾化器5-2可以使液体雾化形成水雾气溶胶，注入的空气形成正压推动水雾气溶胶注入与雾霾成分陈化器2连通的管道。超声波水雾气溶胶产生装置5的外壳5-1呈长方体，金属材质，开有气体入口及气体出口；气体入口处的管道上设有恒压阀，保证空气进入时的压力流速保持稳定。气体出口处的管道上设有止回阀，可以防止气体倒流同时保持压力的稳定。超声波雾化器5-2为压电式超声波换能器，品牌名称：YADU/亚都，型号AW0509，利用空泡效应使液体形成气溶胶，稀释后通过管道进入雾霾成分陈化器2中。
粉末气溶胶产生装置6中粉末投料器6-3设置在粉末气溶胶产生腔6-1的外部，粉末投料器6-3包括一个投料漏斗，投料漏斗底部通过管道与粉末冲击器6-2连通，投料漏斗底部出口处还设有球阀，通过气体流动引起球形阀处的压力变小大气压强把粉末投料口处的粉末推入粉末冲击器6-2，通入粉末冲击器6-2进行粉末冲击从而加大粉末气溶胶的分散程度。处理过后的气溶胶通过气溶胶扩散器6-5释放到外壳5-1内，稀释后通过管道进入雾霾成分陈化器2中。
雾霾成分陈化器2均匀混合燃烧废气产生装置4、超声波水雾气溶胶产生装置5及粉末气溶胶产生装置6各装置产生的气体，通过控制其内部的温度湿度，湿度由超声波水雾气溶胶产生装置5控制，温度通过在循环鼓风机2-3上安装一节电阻丝加热流动的温度，电阻丝由温控模块控制和紫外线光照使新鲜的雾霾气体陈化，循环鼓风机2-3启动后可以充分混合各气体成分，防止沉积，通过管道进入到大气质量监测仪3中进行检测，其中温控模块品牌：RISYM。
本发明的一种仿真雾霾气体产生装置有如下优点：
1)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，通过粉末气溶胶产生装置、超声波水雾气溶胶产生装置、燃烧废气产生装置和雾霾成分陈化器，各个反应装置之间无干扰影响，从雾霾的来源来模拟雾霾的成分，使模拟的雾霾环境比较贴近真实雾霾，并采用雾霾成分陈化器模拟雾霾在大气中相互作用的转变和转化；
2)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，通过所述雾霾模拟环境的壁面上设置有若干均衡分布的气体取样管，气体取样管可以设置不同角度，不同深度，同时设置活塞气体收集器，从而测得雾霾模拟环境染毒区域不同部位的雾霾特性参数，如：温湿度和雾霾粒子的大小、数量、浓度等，更能反映真实雾霾特性；
3)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，通过雾霾检测装置，利用大气质量检测仪包括与气体取样管相连通的气体收集器，可以定时抽检雾霾模拟环境染毒装置内的雾霾，进行实时检测；
4)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，通过雾霾成分陈化器将所有模拟的混合气体和排放物汇集到一个稳定的容器中，雾霾成分陈化器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设计的，如圆柱体，圆球体、或半球体等，根据雾霾产生装置的气体排出量可以设计腔体的大小；
5)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，雾霾检测装置的电磁阀的通断时间以及大气质量检测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工控模块控制；通过PLC工控模块控制气体收集器的电动活塞抽取雾霾气体输送至大气质量检测仪进行检测，检测结果实时反馈并由计算机自动记录分析和绘制相关图像，操作系统可视化，人机交互状况良好；
6)本发明一种仿真雾霾气体产生装置，可以向粉末气溶胶产生装置加入不同粒径、种类的细颗粒粉尘，超声波水雾气溶胶产生装置可以加入不同溶液，根据溶液性质不同选用不同的材料；在燃烧废气产生装置中选择不同的燃烧材料，如化石燃料、人工合成燃料，烟丝，化工产品等。
Claims (2)
1.一种仿真雾霾气体产生装置，其特征在于，包括依次连通的雾霾产生装置、雾霾成分陈化器（2）及大气质量监测仪（3），所述雾霾产生装置包括气源泵（1），所述气源泵（1）的排气口通过管道连通有燃烧废气产生装置（4）、超声波水雾气溶胶产生装置（5）及粉末气溶胶产生装置（6），所述燃烧废气产生装置（4）、超声波水雾气溶胶产生装置（5）及粉末气溶胶产生装置（6）的排气口均通过管道与雾霾成分陈化器（2）连通，所述燃烧废气产生装置（4）、超声波水雾气溶胶产生装置（5）及粉末气溶胶产生装置（6）的进气口均设有恒压阀，所述燃烧废气产生装置（4）、超声波水雾气溶胶产生装置（5）及粉末气溶胶产生装置（6）的出气口均设有止回阀，所述燃烧废气产生装置（4）与所述超声波水雾气溶胶产生装置（5）之间连通的管道上设有气体冷凝干燥管（7），所述大气质量监测仪（3）通过导线连接有计算机信号交互反馈控制装置；
所述超声波水雾气溶胶产生装置（5）包括外壳（5-1），所述外壳（5-1）外壁上设有进气口及出气口，所述外壳（5-1）内部设有超声波雾化器（5-2），所述超声波雾化器（5-2）上设有装料槽（5-3），所述装料槽（5-3）上设有加料管道（5-4），所述加料管道（5-4）的一端与装料槽（5-3）连通，所述加料管道（5-4）的另一端穿过外壳（5-1）；
所述粉末气溶胶产生装置（6）包括粉末气溶胶产生腔（6-1）及粉末投料器（6-3），所述粉末投料器（6-3）位于粉末气溶胶产生腔（6-1）外部，通过管道与粉末气溶胶产生腔（6-1）连通，所述粉末气溶胶产生腔（6-1）顶部设有出气口，所述粉末气溶胶产生腔（6-1）底部设有进气口，所述粉末气溶胶产生腔（6-1）底部还设有防尘罩（6-4），所述防尘罩（6-4）覆盖在进气口上，所述粉末气溶胶产生腔（6-1）内部设有粉末冲击器（6-2），所述粉末冲击器（6-2）通过管道与粉末投料器（6-3）连通，所述粉末投料器（6-3）顶部通过管道连接有气溶胶扩散器（6-5），所述气溶胶扩散器（6-5）为内部中空且表面带有通孔的球体；
所述雾霾成分陈化器（2）包括陈化腔（2-1），所述陈化腔（2-1）顶部内表面设有紫外光源（2-2），所述陈化腔（2-1）内部还设有循环鼓风机（2-3），所述陈化腔（2-1）内部还设有混合气体扩散器（2-4），所述混合气体扩散器（2-4）通过管道分别与燃烧废气产生装置（4）、超声波水雾气溶胶产生装置（5）及粉末气溶胶产生装置（6）连通，所述混合气体扩散器（2-4）为内部中空且表面带有通孔的球体；
所述气体冷凝干燥管（7）包括管体（7-1），导热片（7-3），制冷二极管（7-4）。管体（7-1）为铜制三通管形状为T字形，左端设有高温燃烧废气入口，连接燃烧废气产生装置（4），下端为冷凝废液排放管（7-2），右端为低温干燥燃烧废气气出口通过管道与雾霾成分陈化器（2）连通，管体（7-1）管壁外表面包覆导热片（7-3），导热片（7-3）上贴有制冷二极管（7-4）。
2.根据权利要求1所述的一种仿真雾霾气体产生装置，其特征在于，所述燃烧废气产生装置（4）包括燃烧室（4-1），所述燃烧室（4-1）外壁上设有进气口及出气口，所述燃烧室（4-1）内部设有燃烧内胆（4-3），所述燃烧室（4-1）的侧壁上开有供燃烧内胆（4-3）进出的通孔，所述通孔边缘设有固锁器（4-2），所述燃烧内胆（4-3）内还设有电热丝（4-4）。
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| CN201710514913.9A CN107144457B (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种仿真雾霾气体产生装置 |
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| CN201710514913.9A CN107144457B (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种仿真雾霾气体产生装置 |
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| CN107144457A CN107144457A (zh) | 2017-09-08 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| WO2015139657A1 (zh) * | 2014-03-20 | 2015-09-24 | 国家电网公司 | 照度测试装置 |
| CN105547982A (zh) * | 2016-01-18 | 2016-05-04 | 北京国电富通科技发展有限责任公司 | 一种雾霾环境模拟与监测装置 |
| CN106596196A (zh) * | 2016-12-15 | 2017-04-26 | 西安交通大学 | 一种升降式卷烟侧流烟气气溶胶快速采集罩及其检测方法 |
-
2017
- 2017-06-29 CN CN201710514913.9A patent/CN107144457B/zh active Active
Patent Citations (3)
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| Title |
|---|
| 周羽生 ; 罗屿 ; 赵纯 ; 胡建平 ; 刘亮 ; 荆群伟 ; .人工气候室雾霾模拟方法及装置.高电压技术.2017,(第03期),全文. * |
Also Published As
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| CN107144457A (zh) | 2017-09-08 |
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