CN110215937B - 一种大气模拟设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气模拟设备，其机架包括顶架、中架、底架，顶架与中架之间沿水平方向设置有上特氟龙膜罩，中架与底架之间沿水平方向设置有下特氟龙板，顶架的内侧四个顶角处设置有上定滑轮，上定滑轮上绕设有钢线，钢线的两端分别连接于上特氟龙膜罩的顶角处及下特氟龙板的对应顶角处，上特氟龙膜罩与下特氟龙板之间平行设置有中箱框，上特氟龙膜罩与中箱框之间的外部、中箱框与下特氟龙板之间的外部均套设有特氟龙膜套，上特氟龙膜罩、中箱框、下特氟龙板以及各特氟龙膜套之间形成模拟腔，下特氟龙板上具有若干与外部环境连通的进气口，机架上设置有贯穿特氟龙膜套并与模拟腔连通的采样分析组件。该大气模拟设备的内部模拟空间的容积可以灵活调整，以使相应的大气模拟实验结构更加准确可靠。

Description

一种大气模拟设备

技术领域

本发明涉及大气环境模拟测试技术领域，特别涉及一种大气模拟设备。

背景技术

近年来，环保工程越来越受到广泛重视，其中，通过大气模拟设备模拟实际大气环境中的污染形成机制，以研究相应的大气污染环境在不同的环境条件下(如：有无光照，不同相对湿度，不同温度等)的反应机制，从而为解析大气污染形成机制提供试验数据及理论支持。

烟雾箱作为目前业内较为常见的大气模拟设备，其根据建造材质可以分为不锈钢烟雾箱和特氟龙烟雾箱两大类。虽然上述两类烟雾箱在实际应用中各有所长，但二者受其自身结构所限，均无法在模拟实验过程中随时改变设备体积，导致设备内部大气模拟空间的容积恒定，无法依据实际气体环境反应情况灵活进行适应性调整，而为了维持设备内部的气压恒定，通常针对上述情况会对设备内部大气模拟空间实施补气作业，但补充气体后的设备内部大气环境中各种污染物会被稀释，给相关的化学反应造成干扰，从而对最终的大气环境变化模拟效果及相应的反应数据测定结果的准确性和可靠性造成不利影响。

因此，如何提供一种可灵活调整内部大气模拟空间容积的大气模拟设备，以使其大气模拟实验的结果更加准确可靠是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大气模拟设备，该大气模拟设备的内部模拟空间的容积可以灵活调整，以使相应的大气模拟实验结构更加准确可靠。

为解决上述技术问题，本发明提供一种大气模拟设备，包括机架，所述机架的外部套设有透明塑料壳体，所述透明塑料壳体的一侧底部设置有引风口，所述透明塑料壳体的另一侧的顶部设置有导风口，

所述机架包括沿竖直方向自上而下依次排布并沿水平方向设置的顶架、中架、底架，所述顶架与所述中架之间沿水平方向设置有上特氟龙膜罩，所述中架与所述底架之间沿水平方向设置有下特氟龙板，所述顶架的内侧四个顶角处设置有上定滑轮，所述上定滑轮上绕设有钢线，所述钢线的两端分别连接于所述上特氟龙膜罩的顶角处及所述下特氟龙板的对应顶角处，所述上特氟龙膜罩与所述下特氟龙板之间平行设置有中箱框，所述上特氟龙膜罩与所述中箱框之间的外部、所述中箱框与所述下特氟龙板之间的外部均套设有特氟龙膜套，所述上特氟龙膜罩、所述中箱框、所述下特氟龙板以及各所述特氟龙膜套之间形成模拟腔，所述下特氟龙板上具有若干与外部环境连通的进气口，进气口前安装有颗粒物过滤膜及可调节流量进气泵，所述机架上设置有贯穿所述特氟龙膜套并与所述模拟腔连通的采样分析组件。

优选地，所述上特氟龙膜罩的外周部、所述下特氟龙板的外周部以及所述中箱框的外周部均设置有与所述特氟龙膜套的边缘部压紧贴合适配的密封胶条。

优选地，所述中架的四个顶角处的顶部和底部均设置有与所述钢线接触配合的导向定滑轮。

优选地，所述顶架的四个顶角处均设置有上平衡定滑轮，所述上平衡定滑轮的轴线与位于同一顶角处的所述上定滑轮的轴线位于同一水平面内并相互平行，且所述上平衡定滑轮沿对应钢线的延伸方向位于同一顶角处的上定滑轮与相应的导向定滑轮之间。

优选地，所述采样分析组件包括设置于所述机架上的采样管路，所述采样管路上沿气流方向依次设置有风机、HEPA过滤器及采样室，所述采样管路的首端设置有分别与所述风机和所述模拟腔连通的第一三通阀，所述风机与所述过滤器以及所述模拟腔间连通有第二三通阀，所述第一三通阀与所述模拟腔之间连通有第三三通阀，所述第三三通阀与所述采样室以及外部环境间连通有第四三通阀，所述采样管路还包括空气管路，所述机架上还设置有与所述模拟腔内部环境配合的检测仪。

优选地，所述机架上设置有安装支架，所述采样管路与所述模拟腔的连通段、所述空气管路以及与所述检测仪连通的检测仪采样管均设置于所述安装支架上。

优选地，所述安装支架为特氟龙制件，且该安装支架及其各连接管路、所述检测仪以及特氟龙膜套间均密封配合。

优选地，所述机架的底部各顶角处均设置有万向轮。

相对上述背景技术，本发明所提供的大气模拟设备，其使用过程中，当模拟腔内的气体压力随着实验的不断进行而降低时，模拟腔内部与外部环境间的压差相应增大，此时上特氟龙膜罩和下特氟龙板在该压差的作用下通过绕设于各滑轮上的钢线相向移动，即，上特氟龙膜罩沿竖直方向向下移动，同时上特氟龙膜罩与下特氟龙板间通过钢线联动，下特氟龙板沿竖直方向向上移动，上特氟龙膜罩与下特氟龙板的间距不断减小，且模拟腔的容积相应减小，直至模拟腔内部气压与外部环境的气压重新平衡，此时上特氟龙膜罩与下特氟龙板停止相向移动。通过上特氟龙膜罩与下特氟龙板间在压差作用下的相向联动配合，有效避免了大气模拟实验过程中通过进气口实施的相应补气作业导致的模拟腔内部气体被稀释及气体环境失衡等现象，有效保证了相应大气模拟实验的高效稳定实施，并使其实验结果更加准确可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的大气模拟设备的整体结构示意图。

其中，11-机架，111-顶架，112-中架，113-底架，114-安装支架，12-模拟腔，121-上特氟龙膜罩，122-下特氟龙板，123-中箱框，124-进气口，125-密封胶条，126-万向轮，13-钢线，131-上定滑轮，132-导向定滑轮，133-上平衡定滑轮，14-采样管路，141-风机，142-HEPA过滤器，143-采样室，1431-进口，1432-出口，144-空气管路，145-检测仪采样管，151-第一三通阀，152-第二三通阀，153-第三三通阀，154-第四三通阀，211-引风口，212-导风口。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种大气模拟设备，该大气模拟设备的内部模拟空间的容积可以灵活调整，以使相应的大气模拟实验结构更加准确可靠。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的大气模拟设备的整体结构示意图。

在具体实施方式中，本发明所提供的大气模拟设备，包括机架11，机架的外部套设有透明塑料壳体，透明塑料壳体的一侧底部设置有引风口211，透明塑料壳体的另一侧的顶部设置有导风口212，机架11包括沿竖直方向自上而下依次排布并沿水平方向设置的顶架111、中架112、底架113，顶架111与中架112之间沿水平方向设置有上特氟龙膜罩121，中架112与底架113之间沿水平方向设置有下特氟龙板122，顶架111的内侧四个顶角处设置有上定滑轮131，上定滑轮131上绕设有钢线13，钢线13的两端分别连接于上特氟龙膜罩121的顶角处及下特氟龙板122的对应顶角处，上特氟龙膜罩121与下特氟龙板122之间平行设置有中箱框123，上特氟龙膜罩121与中箱框123之间的外部、中箱框123与下特氟龙板122之间的外部均套设有特氟龙膜套，上特氟龙膜罩121、中箱框123、下特氟龙板122以及各特氟龙膜套之间形成模拟腔12，下特氟龙板122上具有若干与外部环境连通的进气口124，进气口124前安装有颗粒物过滤膜及可调节流量进气泵，机架11上设置有贯穿特氟龙膜套并与模拟腔12连通的采样分析组件。

使用过程中，当模拟腔12内的气体压力随着实验的不断进行而降低时，模拟腔12内部与外部环境间的压差相应增大，此时上特氟龙膜罩121和下特氟龙板122在该压差的作用下通过绕设于各滑轮上的钢线13相向移动，即，上特氟龙膜罩121沿竖直方向向下移动，同时上特氟龙膜罩121与下特氟龙板122间通过钢线13联动，下特氟龙板122沿竖直方向向上移动，上特氟龙膜罩121与下特氟龙板122的间距不断减小，且模拟腔12的容积相应减小，直至模拟腔12内部气压与外部环境的气压重新平衡，此时上特氟龙膜罩121与下特氟龙板122停止相向移动。通过上特氟龙膜罩121与下特氟龙板122间在压差作用下的相向联动配合，在试验过程中不需要通过补气来保持模拟腔内外气压平衡，因而避免了因补气所造成的稀释效应，有效保证了相应大气模拟实验的高效稳定实施，并使其实验结果更加准确可靠。

应当指出，上述模拟腔12通过改变体积来防止因在补气过程中所造成的稀释效应，是指针对现有技术中体积不可变的大气模拟设备而言，对于现有体积不可变的大气模拟设备，其补气流量会很大，所以稀释效应(主要针对颗粒物的稀释)不可避免；而本申请中模拟腔12及其相关结构中，下特氟龙板122上的进气口124的作用是通过微量的补气，使得模拟腔12内的气态物质的浓度(如氮氧化物、臭氧等)与外界保持一致，因为这些物质会参与模拟腔内的化学反应产生消耗，而本申请中具备微量的补气功能的设备结构则基本不会产生稀释效应，有助于相关试验的稳定实施。

需要特别说明的是，实际应用中，上特氟龙膜罩121及其可能适配的框架在设计中考虑了与下特氟龙板122及其可能适配的框架的重量一致，这样烟雾箱内外即使存在较微小的压差也能够使得烟雾箱自动调节体积来平衡压差。否则，如果上述模拟腔12的上下配合件重量不一致，则会导致实际设备运行时需要很大的压差才能使得烟雾箱自动改变体积，影响设备工作精度和使用效率。

此外需要说明的是，设备实际运行过程中，机架外部由透明塑料壳体封闭起来，并利用风机由引风口处将外部空气引入模拟腔外壁与透明塑料壳体内壁之间的空间内，并经由导风口排出，以使空气形成导流，从而使得所述大气模拟设备的内部环境温度与外部大气温度保持一致，避免温室效应导致的设备内部温度过高，以有效保证相关大气模拟实验和检测的数据可靠性和准确性。

此外在实际应用中，透明塑料壳体具体为聚碳酸酯制件，该种聚碳酸酯制件的结构强度能够满足所述大气模拟设备的实际使用需要，且其能够充分保证透明塑料壳体的应用需求。当然，实际应用中该透明塑料壳体的材质并不局限于上文所述的聚碳酸酯，工作人员可以根据实际工况需要并结合设备研发组装成本灵活选择其他材质，原则上，只要是能够满足所述大气模拟设备的实际使用需要均可。

需要指出的是，具体到实际应用中，上述机架11的各框架部分可以通过卡扣或卡销等紧固结构可拆装地锁紧固定，以满足快速拆装需求，并使设备结构更加稳定可靠。当然，机架11的各框架结构的紧固组装形式并不局限于此，实际应用中工作人员可以根据工况需要灵活选择其组装形式，原则上，只要是能够满足所述大气模拟设备及其相关组件的装配使用及结构强度需求均可。

进一步地，上特氟龙膜罩121的外周部、下特氟龙板122的外周部以及中箱框123的外周部均设置有与特氟龙膜套的边缘部压紧贴合适配的密封胶条125。各密封胶条125能够充分保证特氟龙膜套与上、下特氟龙板122及中箱框123间的紧密贴合，从而保证模拟腔12与外部环境间的相对隔绝和密封，提高模拟腔12内相关大气模拟实验的结果可靠性和准确性。

具体地，中架112的四个顶角处的顶部和底部均设置有与钢线13接触配合的导向定滑轮132。各导向定滑轮132能够进一步提高钢线13的运动稳定性和循迹性，避免上特氟龙膜罩121和下特氟龙板122移动过程中发生钢线13松脱或错位。

更具体地，顶架111的四个顶角处均设置有上平衡定滑轮133，上平衡定滑轮133的轴线与位于同一顶角处的上定滑轮131的轴线位于同一水平面内并相互平行，且上平衡定滑轮133沿对应钢线13的延伸方向位于同一顶角处的上定滑轮131与相应的导向定滑轮132之间。各上平衡定滑轮133能够与其相应的上定滑轮131协同配合，以适当延长钢线13在各上定滑轮131处的受力段有效延展长度，从而使钢线13与各上定滑轮131间的应力分布更加均匀稳定，并使上特氟龙膜罩121的移动过程更加平稳可控。

另一方面，采样分析组件包括设置于机架11上的采样管路14，采样管路14上沿气流方向依次设置有风机141、HEPA过滤器142及采样室143，采样管路14的首端设置有分别与风机141和模拟腔12连通的第一三通阀151，风机141与HEPA过滤器142以及模拟腔12间连通有第二三通阀152，第一三通阀151与模拟腔12之间连通有第三三通阀153，第三三通阀153与采样室143以及外部环境间连通有第四三通阀154，采样管路14还包括空气管路144，机架11上还设置有与模拟腔12内部环境配合的检测仪采样管145。

为便于理解实际操作过程中上述采样分析组件在不同工况下的工作状态，下面结合具体操作流程对上述采样分析组件的各部件工作过程进行适当描述：

当对外部环境排放源的污染物进行直接采集分析时，关闭第二三通阀152及第四三通阀154，将采样室143的进口1431连接至排放源，并通过对采样室143的出口1432进行抽气(可通过连接分析仪器实现抽气)将污染物采集到采样室143内。此时根据采样流量及采样室143的内腔容积，可计算出采样时间，之后封闭采样室143的进口1431和出口1432以完成采样室143的独立封闭采样作业。待采样作业完成后，将第二三通阀152及第四三通阀154调至适当位置，气流经第一三通阀151至风机141，再经过HEPA过滤器142将采集室内采集的污染物通过第四三通阀154及第三三通阀153吹入模拟腔12内，以便完成后续大气环境模拟实验。在此过程中，风机141的送风速率可以根据实际工况灵活调整，通常优选为每分钟100升，且样品通入过程中可以根据实际工况选择将采样室143内的样品全部或部分通入模拟腔12内，以便对样品实际模拟实验环境进行不同比例的稀释或组分调配，以便更好地完成相应的大气模拟实验。

当需要对采样室143进行清理时，关闭采样室143的进口1431和出口1432并调整各三通阀的导通方向，以使外部洁净气流依次经由第一三通阀151、风机141及过滤器142后通入采样室143，并使得气体通过第四三通阀154排到室外。利用风机141运行过程中对气流加压来实现对采样室143内腔的快速吹扫，该吹扫过程简便高效，吹扫清理效果较好，吹扫完毕后，将各三通阀导通方向调整至下一工况所需的状态即可。

在上述采样室143清理完毕后，还可以继续对模拟腔12进行清理，具体操作时，调整各三通阀的导通方向，使模拟腔12内的污染气体在风机141的作用下依次经由第三三通阀153、第一三通阀151、风机141以及第二三通阀152后直接排放至外部环境中，保持风机141不断运转，以将模拟腔12内的气体不断送出，当模拟腔12体积达到最小时，停止风机141，调整各三通阀的导通方向，以使外部洁净气流依次经由第一三通阀151、风机141及过滤器142后通入采样室143，并经由第四三通阀154和第三三通阀153进入模拟腔12。当模拟腔12充气后体积达到最大时，停止风机141。重复上述抽气及吹气过程多次，直至连接在检测仪采样口145处的检测仪测得模拟腔12内的污染物浓度达到清洗标准时，结束清洗过程并再次调整各三通阀的导通状态，以将洁净空气持续通入模拟腔12内，以便后续实验的顺利实施。

此外，还可以利用上述采样分析组件与模拟腔12协同配合，实现对有机成分在大气颗粒物上的挥发性分布研究，具体操作时，可先按前文所述步骤将模拟腔12和采样室143分别吹扫干净，并将模拟腔12的体积抽至最小，之后通过空气管路144向模拟腔12内通入零空气(即含有21％氧气与79％氮气的混合气体)，直至模拟腔12内充满零空气，之后按照前文所述的采样过程将所要研究分析的大气颗粒物对应采集并按不同稀释比例分别注入模拟腔12内，然后即可利用连接在检测仪采样口145处的检测仪及模拟腔12相关组件对相应有机成分在大气颗粒物上的挥发性分布情况作相应研究，

应当说明的是，本申请中所述的大气模拟设备的具体用途及采样分析组件等主要功能组件所适用的研究情形和工况环境并不局限于上文所述，实际应用中工作人员可以根据实际操作研究需求灵活调整所述大气模拟设备的工作状态，原则上，只要是能够满足实际的大气模拟实验需求均可。

此外，机架11上设置有安装支架114，采样管路14与模拟腔12的连通段、空气管路144以及与检测仪连通的检测仪采样管145均设置于安装支架114上。该安装支架114能够为上述各相关连接件提供充分可靠的结构支撑和适当限位，以保证设备运行及实验实施过程中各组件能够稳定可靠运行，保证相应大气模拟实验结果的准确可靠。

更具体地，安装支架114为特氟龙制件，且该安装支架114及其各连接管路、检测仪采样管145以及特氟龙膜套间均密封配合。

进一步地，机架11的底部各顶角处均设置有万向轮126。通过各万向轮126的滚动运行，能够将所述大气模拟设备进行整体移动，移动过程省时省力，简便高效，从而显著提高了所述大气模拟设备的工况适应能力和布置运行便利性。

另外，机架11的外部套设的透明塑料壳体能够在保证模拟腔12内模拟大气环境始终处于外界正常光照环境下，并将大气模拟设备的内部环境与外部环境相对隔离，以免外部环境对所述大气模拟设备的正常运行和实验实施造成不利影响。具体而言，透明塑料壳体优选为聚碳酸酯制件，但其材质并不局限于此，在保证所述大气模拟设备的实际使用需要的前提下，工作人员可以根据实际工况灵活选择该透明塑料壳体的材质。

综上可知，本发明中提供的大气模拟设备，其使用过程中，当模拟腔内的气体压力随着实验的不断进行而降低时，模拟腔内部与外部环境间的压差相应增大，此时上特氟龙膜罩和下特氟龙板在该压差的作用下通过绕设于各滑轮上的钢线相向移动，即，上特氟龙膜罩沿竖直方向向下移动，同时上特氟龙膜罩与下特氟龙板间通过钢线联动，下特氟龙板沿竖直方向向上移动，上特氟龙膜罩与下特氟龙板的间距不断减小，且模拟腔的容积相应减小，直至模拟腔内部气压与外部环境的气压重新平衡，此时上特氟龙膜罩与下特氟龙板停止相向移动。通过上特氟龙膜罩与下特氟龙板间在压差作用下的相向联动配合，有效避免了大气模拟实验过程中因通过进气口实施的相应补气作业导致的模拟腔内部气体被稀释及气体环境失衡等现象，有效保证了相应大气模拟实验的高效稳定实施，并使其实验结果更加准确可靠。

以上对本发明所提供的大气模拟设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种大气模拟设备，其特征在于：包括机架，所述机架的外部套设有透明塑料壳体，所述透明塑料壳体的一侧底部设置有引风口，所述透明塑料壳体的另一侧的顶部设置有导风口，

所述机架包括沿竖直方向自上而下依次排布并沿水平方向设置的顶架、中架、底架，所述顶架与所述中架之间沿水平方向设置有上特氟龙膜罩，所述中架与所述底架之间沿水平方向设置有下特氟龙板，所述顶架的内侧四个顶角处设置有上定滑轮，所述上定滑轮上绕设有钢线，所述钢线的两端分别连接于所述上特氟龙膜罩的顶角处及所述下特氟龙板的对应顶角处，所述上特氟龙膜罩与所述下特氟龙板之间平行设置有中箱框，所述上特氟龙膜罩与所述中箱框之间的外部、所述中箱框与所述下特氟龙板之间的外部均套设有特氟龙膜套，所述上特氟龙膜罩、所述中箱框、所述下特氟龙板以及各所述特氟龙膜套之间形成模拟腔，所述下特氟龙板上具有若干与外部环境连通的进气口，进气口前安装有颗粒物过滤膜及可调节流量进气泵，所述机架上设置有贯穿所述特氟龙膜套并与所述模拟腔连通的采样分析组件；

所述中架的四个顶角处的顶部和底部均设置有与所述钢线接触配合的导向定滑轮，所述顶架的四个顶角处均设置有上平衡定滑轮，所述上平衡定滑轮的轴线与位于同一顶角处的所述上定滑轮的轴线位于同一水平面内并相互平行，且所述上平衡定滑轮沿对应钢线的延伸方向位于同一顶角处的上定滑轮与相应的导向定滑轮之间；

所述采样分析组件包括设置于所述机架上的采样管路，所述采样管路上沿气流方向依次设置有风机、HEPA过滤器及采样室，所述采样管路的首端设置有分别与所述风机和所述模拟腔连通的第一三通阀，所述风机与所述过滤器以及所述模拟腔间连通有第二三通阀，所述第一三通阀与所述模拟腔之间连通有第三三通阀，所述第三三通阀与所述采样室以及外部环境间连通有第四三通阀，所述采样管路还包括空气管路，所述机架上还设置有与所述模拟腔内部环境配合的检测仪。

2.如权利要求1所述的大气模拟设备，其特征在于：所述上特氟龙膜罩的外周部、所述下特氟龙板的外周部以及所述中箱框的外周部均设置有与所述特氟龙膜套的边缘部压紧贴合适配的密封胶条。

3.如权利要求1所述的大气模拟设备，其特征在于：所述机架上设置有安装支架，所述采样管路与所述模拟腔的连通段、所述空气管路以及与所述检测仪连通的检测仪采样管均设置于所述安装支架上。

4.如权利要求3所述的大气模拟设备，其特征在于：所述安装支架为特氟龙制件，且该安装支架及其各连接管路、所述检测仪以及特氟龙膜套间均密封配合。

5.如权利要求1所述的大气模拟设备，其特征在于：所述机架的底部各顶角处均设置有万向轮。

6.如权利要求1所述的大气模拟设备，其特征在于：所述透明塑料壳体为聚碳酸酯制件。