CN107632085A - 动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置及其分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置及其分析方法，其装置包括舱体，舱体内一侧设有检测室，检测室内配置有加热器、加湿管路、蒸发器，舱体内另一侧设置有动力盘、活性炭净化单元，活性炭净化单元与检测室之间安装有循环风机、加湿器，加湿器与加湿管路连接，循环风机的出风口连接至检测室内，循环风机通过线路连接内外循环控制单元，舱体前后两侧均设置有嗅辨采样口，嗅辨采样口与检测室内部相连通；本发明同现有技术相比，能够结合多种在线监测技术和化学仪器分析方法，动态模拟整车在不同工况环境下，气味物质扩散的速率、浓度分布以及考察不同状态下有机及无机气味物质的成分、来源、类型和强度。
Description
[技术领域]
本发明涉及车辆环境检测技术领域，具体地说是一种动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置及其分析方法。
[背景技术]
多年以来，车内空气质量以及气味一直在影响消费者的购车欲望，全球权威机构J.D.Power发布了2016中国新车质量研究报告，报告显示“汽车气味”问题连续第二年成为中国消费者反映最高的问题。因此，如何改善车内气味，提升车内空气质量，已成为各大主机厂的研发和车辆整改的重点议题。
目前，最接近真实状况的检测发明是由北京汽车股份有限公司公开的异味源检测舱及汽车异味源检测方法。该发明公开了一种零部件的异味源检测舱，测试时先将整车置于整车标准环境舱中，检测整车气味；其次将整车内的零部件置于异味源检测舱，再将其置于整车环境舱，分别检测各所属零部件的气味，并与整车气味进行比对，确定与整车的气味最相似的目标零部件。此现有技术只可追溯与整车气味相似度较高的零部件，追溯的方法仅基于气味评价人员主观的嗅觉评价，无法结合定性定量的化学分析方法，无法定性气味物质的成分，且此舱体无法模拟动态条件下气味物质的散发情况，无法调节工况条件(温度、湿度、风速)，无法进行高温老化，从而无法避免前次测试残留的气味物质的影响，存在一定局限性。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置及其分析方法，能够结合多种在线监测技术和化学仪器分析方法，动态模拟整车在不同工况环境下，气味物质扩散的速率、浓度分布以及考察不同状态下有机及无机气味物质的成分、来源、类型和强度。
为实现上述目的设计一种动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置，包括舱体13，所述舱体13内一侧设有检测室14，所述检测室14内顶部安装有照明灯1，所述检测室14前方设置有舱门15，所述舱门15上设有观察窗2，所述检测室14内配置有加热器4、加湿管路5、蒸发器6，所述加热器4、加湿管路5、蒸发器6自上而下依次设置，所述舱体13内另一侧设置有动力盘9、活性炭净化单元11，所述活性炭净化单元11与检测室14之间安装有循环风机10、加湿器8，所述加湿器8与加湿管路5连接，所述循环风机10的出风口连接至检测室14内，所述循环风机10通过线路连接内外循环控制单元12，所述内外循环控制单元12、加热器4、加湿器8、蒸发器6分别与动力盘9电连接，所述舱体13前后两侧均设置有嗅辨采样口3，所述嗅辨采样口3与检测室14内部相连通。
进一步地，所述嗅辨采样口3连接气体采样容器或气体检测仪，所述气体检测仪为FID在线分析仪，所述气体采样容器、气体检测仪分别用于对舱内散发气体进行捕集或直接在线分析。
进一步地，所述循环风机10设置有两套，两套循环风机10并联设置，所述循环风机10采用离心式风叶电动机。
进一步地，所述加热器4为翅片式加热器，所述加湿器8采用电热式蒸气发生器，所述蒸发器6采用多段翅片式蒸发器。
进一步地，所述舱体13内设有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器采用T型热电偶，所述湿度传感器采用静电容量式相对湿度传感器。
进一步地，所述舱体13一侧外壁上连接有操作屏，所述操作屏与控制器7电连接。
进一步地，所述活性炭净化单元11包括AMC过滤器。
本发明还提供了一种动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置的分析方法，包括以下步骤：
1)首先，确定装置无障碍，开启新风系统，对舱体进行老化，时间24h以上，温度80-120℃，老化之后确定背景中无异味，达到采样舱内污染物背景浓度值：甲醛≤0.02mg/m3，甲苯≤0.02mg/m3，TVOC≤0.2mg/m3；
2)将风速、温度、湿度设定至要求值，由FID在线分析记录背景值，打开舱门，将待测样件按其在车内的位置放入舱体内，并迅速关闭舱门，在规定时间内达到预设的测试温度和湿度，开始散发；
3)散发过程中，在舱体的不同位置，使用FID在线分析仪测试有机碳氢化合物浓度，通过求对时间的导数得到气味物质的扩散速率；同时，根据不同需求，设置在不同时间点，利用不同的采样管进行采样，每次采样结束后进行主观气味嗅辨，记录气味类型、气味强度与愉悦度；
4)散发结束后，打开舱门，取出样件，在下一轮测试之前再进行排风和老化，并将收集到的采样管进行上机分析，即可得到不同气味物质的信息。
进一步地，步骤4)中，对于易挥发的有机气味物质，将捕集后的采样管结合气相色谱嗅辨器联用设备GC-O技术，对气味物质的成分溯源，以及对单一成分进行气味评价。
进一步地，步骤4)中，将嗅辨器与气相色谱质谱联用仪GCMS连用，对捕集到的气味物质进行气相色谱分离和分析，先将吸附管在一定温度下热脱附，释放的气味物质通过热脱附冷阱富集后，进入气相色谱进行分离，分离后的各组分分为两路，一路进入气相色谱质谱联用仪进行分析和检测，另一路进入嗅辨器，对应每种成分的保留时间，即可对单组分进行气味测试和记录，最终得到气相色谱质谱图和气味指纹谱图，将两张谱图对比，即可直观反应各气味组分的气味强度。
本发明同现有技术相比，设计了一种多立方舱装置，该装置可结合多种在线监测技术和化学仪器分析方法，动态模拟整车在不同工况环境下，气味物质扩散的速率、其在车内浓度分布以及考察不同状态下有机及无机气味物质的成分、来源、类型和强度。该装置能够多方位地模拟乘用车车内环境，提供多种工况测试条件下(温度、湿度、风速为主要工况要素)的实验平台，不仅能对车体本身所释放的气味物质的扩散速率和浓度分布进行在线检测、模拟前后排乘员的鼻腔位置对气味从三维尺度(气味强度+气味愉悦度+气味类型)，还可对气味物质进行捕集，以用于进一步的成分分析以及每种成分的气味评价；此外，利用本发明所述的方法还可对整车气味整改方案的可行性进行研究和评估，值得推广应用。
[附图说明]
图1是本发明的正面结构示意图；
图2是本发明的侧面结构示意图；
图3是本发明的俯视结构示意图；
图4是本发明中实施例的实时温度及环境湿度变化曲线示意图；
图5是本发明中实施例的GC分离谱图；
图6是本发明中实施例的指纹图；
图中：1、照明灯 2、观察窗 3、嗅辨采样口 4、加热器 5、加湿管路 6、蒸发器 7、控制器 8、加湿器 9、动力盘 10、循环风机 11、活性炭净化单元 12、内外循环控制单元 13、舱体 14、检测室 15、舱门 16、压缩机组。
[具体实施方式]
如附图所示，本发明一种动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置，包括舱体13，舱体13内一侧设有检测室14，检测室14内顶部安装有照明灯1，检测室14前方设置有舱门15，舱门15上设有观察窗2，检测室14内配置有加热器4、加湿管路5、蒸发器6，加热器4、加湿管路5、蒸发器6自上而下依次设置，舱体13内另一侧设置有动力盘9、活性炭净化单元11，活性炭净化单元11与检测室14之间安装有循环风机10、加湿器8，加湿器8与加湿管路5连接，循环风机10的出风口连接至检测室14内，循环风机10通过线路连接内外循环控制单元12，内外循环控制单元12、加热器4、加湿器8、蒸发器6分别与动力盘9电连接，舱体13前后两侧均设置有嗅辨采样口3，嗅辨采样口3与检测室14内部相连通。
其中，嗅辨采样口3可连接气体采样容器或气体检测仪，气体检测仪为FID在线分析仪，气体采样容器、气体检测仪分别用于对舱内散发气体进行捕集或直接在线分析；循环风机10设置有两套，两套循环风机10并联设置，循环风机10采用离心式风叶电动机；加热器4为翅片式加热器，加湿器8采用电热式蒸气发生器，蒸发器6采用多段翅片式蒸发器，舱体13内设有温度传感器和湿度传感器，温度传感器采用T型热电偶，湿度传感器采用静电容量式相对湿度传感器；舱体13一侧外壁上连接有操作屏，操作屏与控制器7电连接；活性炭净化单元11包括AMC过滤器。
该装置中，内部配置两个独立的循环风净化区和两个独立的新风净化区；系统过滤配置有初效、中效、化学、亚高效，无级调速；系统配置两套高档德国进口backwardcurved motorized impeller空气驱动风机，以确保系统长效、安全、平稳运行，且两套外转子风机并联驱动，任一电机出现故障，保障系统低负荷运行，不会中断；内置的双级独家技术SAM AMC过滤器，可多效选择性吸附净化TVOC、苯系物、甲醛等多种气态有机污染物及含硫、含氯等气态无机污染物(化学物理吸附)；新风通风量调节范围为：300m3～600m3/h(换气率10.0次/小时)；模拟车空调外循环进风，可导入外界常温风，循环风机采用离心式风叶电动机，风口在舱内，风速分为低速、中速、高速三档；装置内的温湿度控制装置的工作原理如下表：
| 加热器 | 翅片式加热器 |
| 加湿器 | 电热式蒸气发生器 |
| 热交换器 | 多段翅片式蒸发器 |
| 温度传感器 | T型热电偶 |
| 湿度传感器 | 静电容量式相对湿度传感器 |
该动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置的分析方法，包括以下步骤：
1)首先，确定设备无障碍，开启新风系统，对舱体进行老化，时间24h以上，温度80-120℃，老化之后确定背景中无异味，达到HJ/T 400-2007中要求的采样舱内污染物背景浓度值：甲醛≤0.02mg/m3，甲苯≤0.02mg/m3和ISO 12219-1中要求的TVOC≤0.2mg/m3；
2)将风速、温度、湿度设定至要求值，由FID在线分析记录背景值，打开舱门，将待测样件按其在车内的位置放入舱体内，并迅速关闭舱门，在规定时间内达到预设的测试温度和湿度，开始散发；
3)散发过程中，在舱体的不同位置，使用FID在线分析仪测试有机碳氢化合物浓度(除去背景值)，通过求对时间的导数可以得到气味物质的扩散速率；并且，在散发过程中，可根据不同需求，设置在不同时间点，利用不同的采样管进行采样，每次采样结束后可进行一次主观气味嗅辨，记录气味类型、气味强度与愉悦度；
4)散发结束后，打开舱门，取出样件，在下一轮测试之前再进行排风和老化，并将收集到的采样管进行上机分析，即可得到不同气味物质的信息。
本发明所述的装置中，舱体配有加湿和加热装置，舱外具有保温设计，能稳定的进行温湿度控制，提供不同温湿度的测试条件，同时满足舱体高温老化的需求；舱内设有循环风机(带内循环净化和外循环新风系统)，确保测试前的环境舱背景空白满足要求，且能够动态模拟车内空调(排风)开启时(内循环或外循环)的环境风速；舱体设计四个嗅辨采样口，位于舱体两侧，用于模拟前后排乘员的鼻腔位置，不仅可以在线进行主观气味评价，还可作气味物质捕集端口或者直接用作气体分析仪器的取样口；舱体配置氢火焰离子化检测器(FID)在线分析仪，可对实验平台空间内碳氢化合物总浓度的变化进行测试，在线监测气味物质散发过程中的扩散速率与其在车内的浓度分布。
本发明所述的气味物质分析方法中：嗅辨采样口，允许各种类型的气体采样容器(Tenax管、DNPH管、碳管、胺管、玻板吸收管、注射器、塑料袋、真空瓶等)或是气体检测仪等对舱内散发气体进行捕集或直接在线分析。收集到的气体可通过气相色谱、液相色谱、分光光度法等各种分析方法对气味物质进行定性定量。
对于易挥发的有机气味物质，可将捕集后的采样管结合气相色谱嗅辨器联用设备(GC-O)技术不仅可对气味物质的成分溯源，还可对单一成分进行气味评价。通过嗅辨器与气相色谱质谱联用仪(GCMS)连用，对捕集到的气味物质先进行气相色谱分离和分析。将吸附管在一定温度下热脱附，释放的气味物质通过热脱附冷阱富集后，进入气相色谱进行分离，分离后的各组分分为两路，一路进入质谱进行分析和检测，另一路进入嗅辨器，对应每种成分的保留时间，即可对单组分进行气味测试和记录，最终得到气相色谱质谱图和气味指纹谱图，将两张谱图对比，可以直观反应各气味组分的气味强度，找到影响车内异味的关键物质及其来源，为进一步改进整车及零部件气味提供了可靠的依据。
下面结合具体实施例对本发明所述的方法作以下进一步说明：
将一汽车座椅置于本发明所述的多立方舱内，散发8小时，实时温度如附图4中带方格曲线和带圆球曲线所示，环境湿度变化如图4中带三角形曲线所示，由在线FID监控的气体中碳氢化合物的总浓度如绿色曲线所示。
利用特定的吸附管在8h后捕集挥发性气体，GC-O分析，得到GC分离谱图如附图5所示。
联合质谱,可对GC谱图中的特征分离峰定性定量分析，嗅辨器可根据流出时间对应到相应的组分，通过如下指纹图(附图6)，对总气味物质中单个组分的气味强度进行评价，另根据实际闻到的气味类型做出相关描述。
几种追溯到的含量较高或是气味较强的组分嗅辨结果如下表，包括单项组分的气味强度和气味类型等：
备注：嗅辨气味等级描述如下表所示。
| 气味等级 | 描述 |
| 0 | 无气味 |
| 1 | 轻微的气味，需要努力感知 |
| 2 | 清晰的气味 |
| 3 | 显著的气味 |
| 4 | 强烈的气味 |
| 5 | 十分强烈的气味 |
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置，其特征在于：包括舱体(13)，所述舱体(13)内一侧设有检测室(14)，所述检测室(14)内顶部安装有照明灯(1)，所述检测室(14)前方设置有舱门(15)，所述舱门(15)上设有观察窗(2)，所述检测室(14)内配置有加热器(4)、加湿管路(5)、蒸发器(6)，所述加热器(4)、加湿管路(5)、蒸发器(6)自上而下依次设置，所述舱体(13)内另一侧设置有动力盘(9)、活性炭净化单元(11)，所述活性炭净化单元(11)与检测室(14)之间安装有循环风机(10)、加湿器(8)，所述加湿器(8)与加湿管路(5)连接，所述循环风机(10)的出风口连接至检测室(14)内，所述循环风机(10)通过线路连接内外循环控制单元(12)，所述内外循环控制单元(12)、加热器(4)、加湿器(8)、蒸发器(6)分别与动力盘(9)电连接，所述舱体(13)前后两侧均设置有嗅辨采样口(3)，所述嗅辨采样口(3)与检测室(14)内部相连通。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述嗅辨采样口(3)连接气体采样容器或气体检测仪，所述气体检测仪为FID在线分析仪，所述气体采样容器、气体检测仪分别用于对舱内散发气体进行捕集或直接在线分析。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述循环风机(10)设置有两套，两套循环风机(10)并联设置，所述循环风机(10)采用离心式风叶电动机。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述加热器(4)为翅片式加热器，所述加湿器(8)采用电热式蒸气发生器，所述蒸发器(6)采用多段翅片式蒸发器。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述舱体(13)内设有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器采用T型热电偶，所述湿度传感器采用静电容量式相对湿度传感器。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述舱体(13)一侧外壁上连接有操作屏，所述操作屏与控制器(7)电连接。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述活性炭净化单元(11)包括AMC过滤器。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的动态模拟整车环境下气味物质散发趋势的装置的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先，确定装置无障碍，开启新风系统，对舱体进行老化，时间24h以上，温度80-120℃，老化之后确定背景中无异味，达到采样舱内污染物背景浓度值：甲醛≤0.02mg/m3，甲苯≤0.02mg/m3，TVOC≤0.2mg/m3；
2)将风速、温度、湿度设定至要求值，由FID在线分析记录背景值，打开舱门，将待测样件按其在车内的位置放入舱体内，并迅速关闭舱门，在规定时间内达到预设的测试温度和湿度，开始散发；
3)散发过程中，在舱体的不同位置，使用FID在线分析仪测试有机碳氢化合物浓度，通过求对时间的导数得到气味物质的扩散速率；同时，根据不同需求，设置在不同时间点，利用不同的采样管进行采样，每次采样结束后进行主观气味嗅辨，记录气味类型、气味强度与愉悦度；
4)散发结束后，打开舱门，取出样件，在下一轮测试之前再进行排风和老化，并将收集到的采样管进行上机分析，即可得到不同气味物质的信息。
9.如权利要求8所述的分析方法，其特征在于：步骤4)中，对于易挥发的有机气味物质，将捕集后的采样管结合气相色谱嗅辨器联用设备GC-O技术，对气味物质的成分溯源，以及对单一成分进行气味评价。
10.如权利要求8所述的分析方法，其特征在于：步骤4)中，将嗅辨器与气相色谱质谱联用仪GCMS连用，对捕集到的气味物质进行气相色谱分离和分析，先将吸附管在一定温度下热脱附，释放的气味物质通过热脱附冷阱富集后，进入气相色谱进行分离，分离后的各组分分为两路，一路进入气相色谱质谱联用仪进行分析和检测，另一路进入嗅辨器，对应每种成分的保留时间，即可对单组分进行气味测试和记录，最终得到气相色谱质谱图和气味指纹谱图，将两张谱图对比，即可直观反应各气味组分的气味强度。
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| 王学友;杨智;张伟;张香莉;柴渭莉;李毅;: "装甲车辆舱室内一氧化碳气体净化实验研究" * |
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