CN111577435A - 一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机动车尾气检测领域，具体涉及一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，包括制氧机、臭氧发生器、稳流罐、气体混合器，制氧机与臭氧发生器相连接，臭氧发生器与稳流罐相连接，稳流罐通过三通换向阀与气体混合器相连接，气体混合器与NOX气体分析仪相连接，气体混合器与转换炉相连接同时转换炉与NOX气体分析仪相连接，本装置设备稳定运行，寿命长，操作简单，维护费用低；本装置为一体集成式且便于移动，体积适中，操作简单，减少操作人员需要的专业性。

Description

一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置
技术领域
本发明属于机动车尾气检测领域，具体涉及一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置。
背景技术
汽车尾气是汽车使用时产生的废气，含有上百种不同的化合物，其中的污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳CO、二氧化碳(CO2)、碳氢化合物(CH)、氮氧化合物(NOX)、铅及硫氧化合物等。
尾气在直接危害人体健康的同时，还会对人类生活的环境产生深远影响。尾气中的硫化物、氮氧化物，达到一定浓度时容易导致“酸雨”的发生。同时还是很多城市大气污染的罪魁祸首之一，光化学烟雾就是其主要影响之一。光化学烟雾指的是大气中的碳氢化合物和氮氧化物在光照的作用下形成臭氧、醛类、酮类、PAN等二次污染物，其对人体的影响远大于氮氧化物和碳氢化合物。在历史上，全球发生过若干次严重的光化学烟雾污染事件，地点无一例外均在大型和超大型城市。
尾气排放达标已经成为机动车年审中必须满足的一项硬性指标，所以针对汽车尾气对城市大气环境的负面影响，汽车尾气排放标准提高将是最为直接的也是最为有效的手段之一。
国家生态环境部批准了GB3847-2018、GB18285-2018两个新标准，于2019年5月1日起实施，汽车尾气排放标准提高至国V标准，新标准实施后，将严格对尾气进行检测，各机动车检测站也趋向规范化且要求机动车尾气检测仪器精度高。各机动车检测站使用专用仪器进行检验尾气氮氧化物含量，在两项国标中，其附录D规定了测试规程，规程中对气体分析仪的使用也做出了详细的规定。
规定要求气体分析仪系统是由至少能自动测量HC、CO、CO2、NOX、O2等五种气体浓度的分析仪器组成。
氮氧化物NOX是NO和NO2的总和，其中NO2可以直接测量，也可以通过转化炉转化为NO后进行测量，采用转化炉将NO2转化为NO时，转化效率应不小于90％，对转化效率应该定期进行检验。
由于新标准刚刚实行，目前转化炉效率的测定只能在实验室内进行，没有一种装置能适用在检测站内直接对转化炉效率进行测定。
本发明是对转化炉的NO2转化效率进行校验的一种臭氧发生装置。是利用臭氧的氧化作用，将NO变成NO2，再将混合气体通入转化炉，将NO2转化为NO，由此来测量转化炉的效率。
各机动车检测站使用特点具有分散式、间歇式、灵活移动，使用人员均为非专业检测类等特点。
发明内容
为解决现有技术的问题，本发明提供了一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，包括制氧机、臭氧发生器、稳流罐、气体混合器，制氧机与臭氧发生器相连接，臭氧发生器与稳流罐相连接，稳流罐通过三通换向阀与气体混合器相连接，气体混合器与NOX气体分析仪相连接，气体混合器与转换炉相连接同时转换炉与NOX气体分析仪相连接。
优选的所述制氧机与空气压缩机相连接，制氧机与臭氧发生器相连接，制氧机与臭氧发生器之间设置氧气浓度检测仪和氧气压力检测仪。
优选的所述制氧机(也可用纯氧代替)通过管道二与臭氧发生器相连接，管道二上依次设置氧气浓度检测仪和氧气压力检测仪，氧气浓度检测仪一侧设置氧气压力检测仪，臭氧发生器与冷却组件相连接。
优选的所述冷却组件包括水泵、水箱和换热器，臭氧发生器内的冷却水通过管路四与换热器相连接，换热器通过管路五与水箱相连接，水箱通过管路六与水泵相连接，水泵通过管路七与臭氧发生器内的冷却水管路相连接。
优选的所述臭氧发生器出口通过管道八与稳流罐入口相连接。
优选的所述稳流罐上部设置臭氧压力检测仪。
优选的所述稳流罐通过管道九与电动三通换向阀相连接；管道九上设置阀门一，阀门一一侧设置臭氧浓度检测仪，臭氧浓度检测仪设置于管道九上并且臭氧浓度检测仪靠近三通换向阀入口。
优选的所述三通换向阀一出口通过管道十与臭氧分解器相连接。
优选的所述三通换向阀另一出口通过管道十一与气体混合器入口相连接。
优选的NO标气进气口一侧与NO标气阀门相连接，NO标气阀门通过管道十一与气体混合器入口相连接；所述零气进气口一侧与零气阀门相连接，零气阀门通过管道十一与气体混合器入口相连接；所述气体混合器出口通过混合器管道与出气口阀门一相连接，出气口阀门一一侧设置出气口一，出气口一与NOX气体分析仪相连接；气体混合器出口通过混合器管道与出气口阀门二相连接，出气口阀门二一侧设置出气口二，出气口二与NO2转化炉入口相连接，NO2转化炉出口通过转化炉管道与NOX气体分析仪相连接。
与现有技术相比，发明的有益效果是：1、本装置一体集成式且便于移动，体积适中，操作简单，减少操作人员需要的专业性；
2、本装置增加了控制功能，减少人为开关样品气相关的所有阀门，内部改成自动控制阀，减少人为干扰气源流动；
3、本装置是机动车检测站校验转化炉效率的专用设备；
4、配置制氧机，不再单独购买纯氧；
5、通过测量a、b、c、d值，计算转化炉效率的方法，测量简单，计算方便，便于操作。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步详细说明,实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
请参阅图1所示的一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，包括制氧机2、臭氧发生器5、稳流罐6、气体混合器14、NOX气体分析仪19和NO2转化炉18，制氧机2与臭氧发生器5相连接，臭氧发生器5与稳流罐6相连接，稳流罐6通过三通换向阀10与气体混合器14相连接，气体混合器14与NOX气体分析仪19相连接并且气体混合器14与转换炉18相连接同时转换炉18与NOX气体分析仪19相连接。空气压缩机1与制氧机2相连接，优选的空气压缩机1通过管道一101与制氧机2相连接，制氧机2与臭氧发生器5相连接，制氧机2与臭氧发生器5之间依次设置氧气浓度检测仪3和氧气压力检测仪4，优选的制氧机2通过管道二102与臭氧发生器5相连接，管道二102上依次设置氧气浓度检测仪3和氧气压力检测仪4，氧气浓度检测仪3一侧设置氧气压力检测仪4，臭氧发生器5与冷却组件相连接，冷却组件包括水泵5.1、水箱5.2、换热器5.3，臭氧发生器5内的冷却水通过管路四104与换热器5.3相连接，换热器5.3通过管路五105与水箱5.2相连接，水箱5.2通过管路六106与水泵5.1相连接，水泵5.1通过管路七107与臭氧发生器5内的冷却水管路相连接，使用时在水箱5.2中加满水，开启水泵5.1，冷却水经管路在臭氧发生器5内循环，对臭氧发生器5进行冷却，循环水冷却管路中设置有换热器5.3对循环水吸收的热量进行散热。臭氧发生器5出口通过管道八108与稳流罐6入口相连接，优选的稳流罐6上部设置臭氧压力检测仪7；
稳流罐6通过管道九109与电动三通换向阀10相连接；管道九109上设置阀门一8，阀门一8一侧设置臭氧浓度检测仪9，臭氧浓度检测仪9设置于管道九109上并且臭氧浓度检测仪9靠近三通换向阀10入口；三通换向阀10一出口通过管道十110与臭氧分解器11相连接，三通换向阀10另一出口通过管道十一111与气体混合器14入口相连接。NO标气进气口13.1一侧与NO标气阀门13相连接，NO标气阀门13通过管道十一111与气体混合器14入口相连接；零气进气口12.1一侧与零气阀门12相连接，零气阀门12通过管道十一111与气体混合器14入口相连接；气体混合器14出口通过混合器管道112与出气口阀门一15相连接，出气口阀门一15一侧设置出气口一15.1，出气口一15.1与NOX气体分析仪19相连接；气体混合器14出口通过混合器管道112与出气口阀门二16相连接，出气口阀门二16一侧设置出气口二16.1，出气口二16.1与NO2转化炉18入口相连接，NO2转化炉18出口通过转化炉管道113与NOX气体分析仪19相连接。
本装置为机动车检测行业专用臭氧发生装置，主要用于车管所及指定的机动车监测站，通过该设备对尾气气体分析仪器中的转化炉效率进行检验，检验转化炉的是否小于90％，保证气体分析仪的检测准确度。
本装置主要由制氧机2、臭氧发生器5、稳流罐6、气体混合器14、臭氧分解器11等几部分组成，通过管路将仪表及控制阀门等连接在一起组装在机柜内。
本装置使用的环境及标气：
使用环境：
1、环境温度20℃±2℃，相对湿度不高于60％；
2、冷却水进水温度22℃±2℃。
3、场所要求通风良好，周围无易燃、腐蚀性气体或导电尘埃等。
4、检测效率用标准气体为NO标气、零气。NO标气使用范围为低、中、高浓度的检测气体。NO标气NO浓度范围为100～2000PPm。以下浓度只列举NO浓度为900ppm中浓度的实施方案。
标气规格要求如下：
零点标准气体零气浓度：
O2＝20.8％
N2平衡气
NO标准气体浓度：
CO2＝6.01％
NO＝900ppm
N2平衡气
主要检测步骤如下：
NO标气与NO标气进气口13.1相连接、零气与零气进气口12.1相连接,出气口一15.1，出气口二16.1分别接至NOX气体分析仪19、NO2转化炉18。
在水箱5.2中加满水，开启水泵5.1，冷却水经管路在臭氧发生器5内循环，对臭氧发生器5进行冷却，循环水冷却管路中设置有换热器5.3对循环水吸收的热量进行散热。
一键开机制气准备，具体步骤为将三通换向阀10开启至排气方向，开启臭氧发生器5、空气压缩机1、制氧机2开始制气，臭氧在稳流器6短暂稳流，经臭氧压力检测仪7、臭氧浓度检测仪9是否满足装置检测条件；开机制气准备中产生的不合格臭氧经臭氧分解器11分解后排入大气。
开机准备的时间为10～20min，期间观察臭氧产气浓度9及压力7稳定，臭氧压力范围为0.05MPa～0.2MPa。通过调节臭氧发生器电流，使产生臭氧压力稳定在0.1MPa左右，调节流量计数值，使进气流量与参数表中数据一致，臭氧流量为0.1～5mg/L。
开启NO标气进气阀13及零气进气阀12及出气口一15.1的出气口阀门一15进行NO标准气测定。通入的NO标气及零气两种气体进行混合，经气体混合器14使检测气体混合均匀，调节NO标气进气量大小使NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值稳定在NO标气浓度的50％～60％，且数值稳定不变时记录此刻NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值，记录为c值。
开启三通换向阀10至检测状态，通入臭氧，对NO进行氧化，继续观察NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值，通过调节臭氧发生器5的臭氧发生量使NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值改变，当NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值保持在c值的10—20％之间时，记录此刻NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值，记录为d值
开启出气口二16.1的出气口阀门二16，关闭阀门15记录加入臭氧的混合气通过转化炉18后NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值，记录为a值
将三通换向阀10开启至排气方向，使臭氧不起作用，记录使加入臭氧的混合气进入加入臭氧的混合气通过转化炉18后NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值，记录为b值
转化效率计算公式：
将记录的c、d、a、b值带入效率公式：
Figure BDA0002510304960000071
计算出的效率>90％时，检测转化炉效率合格。
试验步骤：
1、装置开机准备完毕，观察、调节臭氧浓度维持在臭氧流量为1.05mg/L,压力维持在0.1MPa。
2、开启NO标气进气阀进气阀及出气口一的出气口阀门一进行NO标准气测定，并显示测量NO的结果，此时记录测试结果为T＝900。
3、将装置调整到“通入检查标气状态”打开NO标气和零气标气，零气流量设置为1.3L/min，标气流量设置为0.5L/min，观察分析仪上面NOX的数据，微调NO标气和零气的流量值，使数据保持在440ppm左右且基本稳定，记录c值，c＝440。
4、开启三通换向阀10至检测状态，通入臭氧，调节臭氧流量，NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值在81ppm，记录为d值,d＝81
5、开启出气口二16.1的出气口阀门二16，关闭出气口阀门一15记录加入臭氧的混合气通过转化炉18后NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值，记录a值,a＝420
6、将三通换向阀10开启至排气方向，使臭氧不起作用，记录使加入臭氧的混合气进入加入臭氧的混合气通过转化炉18后NOX气体分析仪19氮氧化物显示数值，记录为b值,b＝441
7、关闭零气标准气体，进行测量的标准气体中NO值，待该值稳定后，记为905。
6、将记录的c、d、a、b值带入效率公式
Figure BDA0002510304960000081
计算出的效率94.1％，转化炉效率>90％,且(END＝905)≥(T＝900)检测转化率效率合格。
本装置为一体集成式且便于移动，体积适中，操作简单，减少操作人员需要的专业性。
本装置增加了控制功能，减少人为开关样品气相关的所有阀门，内部改成自动控制阀，减少人为干扰气源流动。
本装置能增加臭氧产量调节功能，满足检测对臭氧一定产量、浓度的要求，保证氮氧化物的转化效率。满足不同流量，不同压力等复杂工况，保证设备运行稳定。且本装置产出的臭氧气体输出压力稳定、流量稳定，臭氧气体保持一定纯度并持续稳定
将现有显示臭氧产量的指针式电流表改为数字调节式，便于观看调节记录。
将臭氧气体流量计量程改为程为0～10L/min，提高调节精度
配备尾气分解器，用于排放正式检测前的臭氧尾气，保护环境。
计量后端的所有管路为304材质，接头采用专用卡套型，保证检测氧气输出稳定以及防止泄露。
所用氧气由设置在装置内的制氧机供应，不用单独采购纯氧。
本装置设备稳定运行，寿命长，故障率低，操作简单，维护费用低。
本装置零气和标气与臭氧混气均匀反应快、产臭氧浓度高且可灵活调节产气浓度、自动化程度高、操作简单、移动灵活等特点。
满足机动车检测站校检各项要求。只需将NO标气、零气瓶出气管与气体分析仪、进转化炉气管接上即可。其余已经全部内置与设备中，不需要现场连接其他及手动开关阀，切换操作为全部按键式等。
压缩空压机和制氧机可以用纯氧代替。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于，包括制氧机、臭氧发生器、稳流罐、气体混合器，制氧机与臭氧发生器相连接，臭氧发生器与稳流罐相连接，稳流罐通过三通换向阀与气体混合器相连接，气体混合器与NOX气体分析仪相连接，气体混合器与转换炉相连接同时转换炉与NOX气体分析仪相连接。
2.根据权利要求1所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：所述制氧机与空气压缩机相连接，制氧机与臭氧发生器相连接，制氧机与臭氧发生器之间设置氧气浓度检测仪和氧气压力检测仪。
3.根据权利要求2所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：所述制氧机通过上部管道二与臭氧发生器相连接，管道二上依次设置氧气浓度检测仪和氧气压力检测仪，氧气浓度检测仪一侧设置氧气压力检测仪，臭氧发生器与冷却组件相连接。
4.根据权利要求3所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：所述冷却组件包括水泵、水箱和换热器，臭氧发生器内的冷却水通过管路四与换热器相连接，换热器通过管路五与水箱相连接，水箱通过管路六与水泵相连接，水泵通过管路七与臭氧发生器内的冷却水管路相连接。
5.根据权利要求3所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：所述臭氧发生器出口通过管道八与稳流罐入口相连接。
6.根据权利要求5所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：所述稳流罐上部设置臭氧压力检测仪。
7.根据权利要求6所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：所述稳流罐通过管道九与电动三通换向阀相连接；管道九上设置阀门一，阀门一一侧设置臭氧浓度检测仪，臭氧浓度检测仪设置于管道九上并且臭氧浓度检测仪靠近三通换向阀入口。
8.根据权利要求7所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：所述三通换向阀一出口通过管道十与臭氧分解器相连接；所述三通换向阀另一出口通过管道十一与气体混合器入口相连接。
9.根据权利要求1所述的用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：NO标气进气口一侧与NO标气阀门相连接，NO标气阀门通过管道十一与气体混合器入口相连接；所述零气进气口一侧与零气阀门相连接，零气阀门通过管道十一与气体混合器入口相连接；所述气体混合器出口通过混合器管道与出气口阀门一相连接，出气口阀门一一侧设置出气口一，出气口一与NOX气体分析仪相连接；气体混合器出口通过混合器管道与出气口阀门二相连接，出气口阀门二一侧设置出气口二，出气口二与NO2转化炉入口相连接，NO2转化炉出口通过转化炉管道与NOX气体分析仪相连接。
10.根据权利要求9所述的一种用于检测燃油机动车尾气转化炉效率的臭氧发生装置，其特征在于：
NO标气与NO标气进气口相连接、零气与零气进气口相连接,出气口一，出气口二分别接至NOX气体分析仪、NO2转化炉；
在水箱中加满水，开启水泵，冷却水经管路在臭氧发生器内循环，对臭氧发生器进行冷却，循环水冷却管路中设置有换热器对循环水吸收的热量进行散热；
一键开机制气准备，具体步骤为将三通换向阀开启至排气方向，开启臭氧发生器、空气压缩机、制氧机开始制气，臭氧在稳流器短暂稳流，经臭氧压力检测仪、臭氧浓度检测仪是否满足装置检测条件；开机制气准备中产生的不合格臭氧经臭氧分解器分解后排入大气；
开机准备的时间为10～20min，期间观察臭氧产气浓度及压力稳定，臭氧压力范围为0.05MPa～0.15MPa。通过调节臭氧发生器电流，使产生臭氧压力稳定在0.1MPa左右，调节流量计数值，使进气流量与参数表中数据一致，臭氧流量为0.1～5mg/L；
第一步、开启NO标气进气阀进气阀及出气口一的出气口阀门一进行NO标准气测定，并显示测量NO的结果，此时记录测试结果为T，作为后续判别的依据；
第二步、通入的NO标气及零气两种气体按一定体积进行混合，经气体混合器使检测气体混合均匀，调节NO标气及零气进气量大小使NOX气体分析仪氮氧化物显示数值稳定在要进行测量的浓度，且数值稳定不变时记录此刻NOX气体分析仪氮氧化物显示数值，记录为c值；且要满足c<90％×T；
第三步、在二步的基础上开启三通换向阀至检测状态，通入臭氧，对NO进行氧化，继续观察NOX气体分析仪氮氧化物显示数值，通过调节臭氧发生器的臭氧发生量使NOX气体分析仪氮氧化物显示数值逐渐减小，当NOX气体分析仪氮氧化物显示数值保持在c值的10—20％之间时，保持数值不再变化时，记录此刻NOX气体分析仪氮氧化物显示数值，记录为d值；且要满足d＜20％×T，d＜c；
第四步、在第三步的基础上开启出气口二的出气口阀门二，此刻，关闭出气口阀门一，记录加入臭氧的混合气通过转化炉后NOX气体分析仪氮氧化物显示数值，记录为a值；且满足a＞d；
第五步、在第四步基础上将三通换向阀开启至排气方向，使臭氧不起作用，记录使加入臭氧的混合气进入加入臭氧的混合气通过转化炉后NOX气体分析仪氮氧化物显示数值，记录为b值；且满足b＞a；
第六步、在第五步的基础上关闭零气标准气体，进行测量第一步的标准气体中NO值，待该值稳定后，记为END，应END≥T；
以上六步条件不满足，需要重头开始进行测量；
若以上测量数值满足要求，将c、d、a、b值带入转化效率计算公式：
Figure FDA0002510304950000041
计算出的效率>90％时且END≥T检测转化炉效率合格。
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