CN112782058B - 一种颗粒发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种颗粒发生装置，涉及颗粒计数器及烟度计的检测技术领域。该颗粒发生装置包括燃烧室、多个喷嘴和泵体，向燃烧室通入固定比例的燃料和第一稀释剂后点燃，并通过助燃剂助燃，以形成固定高度的扩散火焰。燃烧室的侧壁上沿扩散火焰的高度方向间隔设置有多个喷嘴，多个喷嘴均与惰性气体源连接，位于不同高度的喷嘴与惰性气体源之间均设置有开关阀；燃烧室内产生的颗粒通过泵体排出。本发明提供的颗粒发生装置可更高效率的产生颗粒，便于控制颗粒的粒径，实现精确控制颗粒的粒径，提高工作效率，降低燃料损耗。

Description

一种颗粒发生装置

技术领域

本发明涉及颗粒计数器及烟度计的检测技术领域，尤其涉及一种颗粒发生装置。

背景技术

随着排放标准日益严苛，颗粒计数器在试验中起到了非常重要的作用。目前在颗粒计数器的检测中，需要模拟发动机燃烧室产生的碳烟颗粒，并且需要模拟不同数量和不同粒径的颗粒通入颗粒计数器，以判断颗粒计数器测量是否准确，线性指标是否达标。

现有技术中的颗粒发生装置进入燃烧室的稀释剂的流量固定，通过控制燃料丙烷的流量进一步控制火焰的大小，当产生小粒径颗粒时需增高火焰，但无法根据相应比例来调低淬灭火焰的氮气流量，导致部分燃料燃烧，造成燃料浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种颗粒发生装置，以实现精确控制颗粒的粒径，提高工作效率，降低燃料损耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种颗粒发生装置，其包括：

燃烧室，向所述燃烧室通入固定比例的燃料和第一稀释剂后点燃，并通过助燃剂助燃，以形成固定高度的扩散火焰；

多个喷嘴，所述燃烧室的侧壁上沿所述扩散火焰的高度方向间隔设置有多个所述喷嘴，多个所述喷嘴均与惰性气体源连接，位于不同高度的所述喷嘴与所述惰性气体源之间均设置有开关阀；

泵体，所述燃烧室内产生的颗粒通过所述泵体排出。

可选地，对应所述扩散火焰同一高度的所述燃烧室的侧壁上设置有至少两个所述喷嘴，位于同一高度的至少两个所述喷嘴与所述惰性气体源之间设置有一个所述开关阀，形成一个通道；位于该通道的所述开关阀闭合，至少两个所述喷嘴同时向该高度的所述扩散火焰喷射惰性气体。

可选地，从燃料源提供所述燃料通向所述燃烧室的管路和从第一稀释剂源提供所述第一稀释剂通向所述燃烧室的管路均为毛细管路。

可选地，所述燃料通向所述燃烧室的管路中设置有第一流量计，所述第一流量计用于对所述燃料进行监测，并能够在所述燃料流量异常时切断进入所述燃烧室的所述燃料。

可选地，在所述燃烧室和所述泵体之间还设置有高温蒸发室，所述燃烧室燃烧形成的颗粒经所述高温蒸发室蒸发后通过所述泵体排出。

可选地，连通所述燃烧室和所述高温蒸发室的管路设置为保温管路。

可选地，所述颗粒发生装置还包括稀释腔，所述稀释腔设置于所述高温蒸发室和所述泵体之间，经过所述高温蒸发室的颗粒进入所述稀释腔稀释后经所述泵体排出。

可选地，所述稀释腔与第二稀释剂源连通，所述第二稀释剂源按照设定稀释比例向所述稀释腔内通入所述第二稀释剂。

可选地，在所述泵体之前还设置有过滤器和三通比例阀，所述过滤器设置于所述稀释腔和所述三通比例阀之间，所述三通比例阀包括两个入口和一个出口，其中一个所述入口与所述过滤器连接，另一个所述入口与所述稀释腔连通形成旁通管路，所述过滤器与所述旁通管路并联，通过调节所述三通比例阀两个所述入口的分流比例，以精确控制进入所述泵体的颗粒的数量。

可选地，所述燃料、所述第一稀释剂、所述助燃剂、惰性气体和第二稀释剂均通过第二流量计控制输入。

可选地，所述第二流量计为质量流量控制器。

本发明的有益效果：

本发明提供的颗粒发生装置，通过将燃料和第一稀释剂以固定比例通入燃烧室以形成固定高度的火焰，燃烧室的侧壁上沿扩散火焰的高度方向间隔设置有多个喷嘴，多个喷嘴与惰性气体源连接，位于不同高度的喷嘴与惰性气体源之间均设置有开关阀，通过控制对应不同高度的喷嘴的开关阀的开闭，以实现对产生的颗粒粒径的精准控制。本发明提供的颗粒发生装置可更高效率的产生颗粒，便于控制颗粒的粒径，实现精确控制颗粒的粒径，提高工作效率，降低燃料损耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的颗粒发生装置的结构示意图。

图中：

1、燃烧室；2、控制燃料的第二流量计；3、控制第一稀释剂的第二流量计；4、控制助燃剂的第二流量计；5、控制惰性气体的第二流量计；6、控制第二稀释剂的第二流量计；71、第一开关阀；72、第二开关阀；73、第三开关阀；8、高温蒸发室；9、稀释腔；10、过滤器；11、三通比例阀；12、泵体；13、第一流量计；14、喷嘴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本实施例提供了一种颗粒发生装置，包括燃烧室1、多个喷嘴14和泵体12，通过燃料源和第一稀释剂源分别向燃烧室1通入固定比例的燃料和第一稀释剂后点燃，并通过助燃剂源向燃烧室1内通入助燃剂助燃，以形成固定高度的扩散火焰。燃烧室1的侧壁上沿扩散火焰的高度方向间隔设置有多个喷嘴14，多个喷嘴14均与惰性气体源连接，位于不同高度的喷嘴14与惰性气体源之间均设置有开关阀；燃烧室1内产生的颗粒通过泵体12排出。

本实施例提供的颗粒发生装置，通过将燃料和第一稀释剂以固定比例通入燃烧室1以形成固定高度的火焰，燃烧室1的侧壁上沿扩散火焰的高度方向间隔设置有多个喷嘴14，多个喷嘴14与惰性气体源连接，位于不同高度的喷嘴14与惰性气体源之间均设置有开关阀，通过控制对应不同高度喷嘴14的开关阀的开闭，以实现对产生的颗粒粒径的精准控制。本实施例提供的颗粒发生装置可更高效率的产生颗粒，便于控制颗粒的粒径，实现精确控制颗粒的粒径，提高工作效率，降低燃料损耗。

为了满足排放标准，需要严格控制车辆排出的碳烟颗粒，以降低对环境的污染。颗粒计数器用于对车辆排放物中碳烟颗粒的计数，颗粒发生器的测量是否准确，对于车辆尾气的排放的控制具有非常重要的作用。本实施例提供的颗粒发生装置用于模拟发动机内碳烟颗粒的形成，以检测颗粒发生器的测量是否准确。当然，本实施例提供的颗粒发生装置也可用于烟度分析仪的检测。

通常向燃烧室1内通入的燃料为丙烷气体，如果直接点燃纯的丙烷气体，会发生爆炸，需要第一稀释剂将丙烷气体稀释到设定浓度再点燃，形成层流扩散火焰，并通入定量的助燃剂助燃，扩散火焰在反应区产生大量的碳烟颗粒，但由于扩散火焰的外焰跟空气直接接触会发生氧化反应，将大部分碳烟颗粒氧化。所以为避免碳烟颗粒氧化，会在扩散火焰的一个特定高度喷射惰性气体以减缓外焰中的化学反应，便于产生更多的颗粒，并在尾部泵体12吸力下带走大部分颗粒。

可选地，对应扩散火焰同一高度的燃烧室1的侧壁上设置有至少两个喷嘴14，位于同一高度的至少两个喷嘴14与惰性气体源之间设置有一个开关阀，形成一个通道；位于该通道的开关阀闭合，至少两个喷嘴14同时向该高度的扩散火焰喷射惰性气体。在本实施例中，对应扩散火焰同一高度的燃烧室1的侧壁上设置有两个喷嘴14，两个喷嘴14相对设置，从扩散火焰的两侧同时喷射惰性气体。

本实施例中，燃烧室1的侧壁上共设置有六个喷嘴14，六个喷嘴14以两个为一组，分别设置在扩散火焰的三个不同高度，沿扩散火焰的高度方向分别为第一高度、第二高度和第三高度，第一高度大于第二高度，第二高度大于第三高度。开关阀包括第一开关阀71、第二开关阀72和第三开关阀73，第一开关阀71设置于对应第一高度的喷嘴14所在的通道中，第二开关阀72设置于对应第二高度的喷嘴14所在的通道中，第三开关阀73设置于对应第三高度的喷嘴14所在的通道中。当然，在其他实施例中，喷嘴14的数量不限于六个，可根据所产生的扩散火焰的高度设定。

在本实施例中，第一稀释剂为氮气，助燃剂为压缩空气。燃料、第一稀释剂和助燃剂均通过第二流量计控制，第二流量计为质量流量控制器，即Mass Flow Controller(缩写为MFC),不但具有质量流量计的功能，更重要的是，它能自动控制气体流量，即用户可根据需要进行流量设定，MFC自动地将流量恒定在设定值上，即使系统压力有波动或环境温度有变化，也不会使其偏离设定值。简单地说,质量流量控制器就是一个稳流装置,是一个可以手动设定或与计算机连接自动控制的气体稳流装置。燃料源通过控制燃料的第二流量计2向燃烧室1通入燃料，第一稀释剂源通过控制第一稀释剂的第二流量计3向燃烧室1通入第一稀释剂，助燃剂源通过控制助燃剂的第二流量计4向燃烧室1通入助燃剂，通过质量流量控制器将丙烷和氮气通入燃烧室1点燃，并通过质量流量控制器向燃烧室1内通入压缩空气，以使燃烧室1内的火焰状态稳定，火焰的高度固定。质量流量控制器能够对丙烷、氮气和压缩空气的流量进行精确控制，避免丙烷稀释不到精确浓度点燃产生爆炸，同时避免浪费燃料。

可选地，从燃料源提供燃料通向燃烧室1的管路和从第一稀释剂源提供第一稀释剂通向燃烧室1的管路均为毛细管路。丙烷和氮气按照固定比例混合通入燃烧室1，通过毛细管路固定流量。

优选地，燃料通向燃烧室1的管路中设置有第一流量计13，第一流量计13对燃料进行监测，并能够在燃料流量异常时切断进入燃烧室1的燃料。第一流量计13具有切断功能，在丙烷流量异常时，可以切断丙烷向燃烧室1输入，避免由于丙烷的流量异常发生爆炸。

根据火焰产生颗粒的原理控制颗粒的粒径。由于扩散火焰中的粒子形成和生长沿扩散火焰的中心轴发生。在燃烧过程的早期由于供氧不足产生还原作用，即在较低的扩散火焰中小的碳烟核形成。该区域的初级粒子数密度非常高，小的初始碳烟颗粒随着燃料流向，在扩散火焰运动的过程中不断长大聚合。

淬火法是指根据扩散火焰中颗粒生成的原理从生成区或反应区减少颗粒损耗或切割颗粒粒径的方法。将淬火过程的惰性气体喷射点选在扩散火焰的较低点，使其无法凝固继续生长，所以产生颗粒直径较小。因此，低淬火位置会产生小颗粒。通过调整淬火位置改变扩散火焰释放的碳烟颗粒大小。当需要小粒径颗粒时，第一开关阀71、第二开关阀72和第三开关阀73均闭合，惰性气体源通过控制惰性气体的第二流量计5精确控制进入三个通道内惰性气体的流量，此时六个喷嘴14同时对扩散火焰的两侧喷出惰性气体，对扩散火焰进行淬灭，使得位于扩散火焰第三高度(即扩散火焰的较低位置)焰芯处的颗粒无法凝固继续生长，而位于第二高度和第一高度的外焰则由惰性气体完全淬灭，最后由于焰芯燃烧不充分产生的小颗粒无法在内焰继续凝结长大和在外焰氧化而产生直径较小的颗粒。当需要较大粒径的颗粒时，第一开关阀71和第二开关阀72闭合，第三开关阀73断开，惰性气体源通过控制惰性气体的第二流量计5精确控制通入对应第一高度的第一开关阀71所在的通道和对应第二高度的第二开关阀72所在的通道的惰性气体的流量，此时四个喷嘴14同时向扩散火焰的两侧喷出惰性气体，对第一高度和第二高度的外焰同时进行淬火，使得扩散火焰的外焰完全淬灭无法氧化颗粒，颗粒在焰芯处生成后在内焰凝结长大，保证较大粒径的颗粒的产生数量。

在本实施例中，惰性气体为氮气。

为了去除颗粒上凝结的挥发性物质，在燃烧室1和泵体12之间还设置有高温蒸发室8，燃烧室1燃烧形成的颗粒经高温蒸发室8蒸发后通过泵体12排出。高温蒸发室8内的温度为350°以上，以保证挥发性物质在颗粒上的凝结最小。

为了防止颗粒在从燃烧室1进入高温蒸发室8的管路中吸附在管壁上，造成颗粒的数量减少，连通燃烧室1和高温蒸发室8的管路设置为保温管路。

由于较高的浓度会导致粒径较小的颗粒凝结成块，在高温蒸发室8和泵体12之间设置稀释腔9，经过高温蒸发室8的颗粒进入稀释腔9稀释后经泵体12排出，从而对颗粒数量进行精确调整。

在本实施例中，稀释腔9与第二稀释剂源连通，第二稀释剂源按照设定稀释比向稀释腔9内通入第二稀释剂。第二稀释剂源通过控制第二稀释剂的第二流量计6精确控制进入稀释腔9的第二稀释剂的流量，对颗粒数量进行快速调整。通过对进入稀释腔9的进气量进行计算，第二稀释剂源通过控制第二稀释剂的第二流量计6按照设定稀释比控制第二稀释剂进入稀释腔9与稀释腔9内的颗粒充分混合，调整颗粒浓度并降温。第二稀释剂为压缩空气。

可选地，在泵体12之前还设置有过滤器10和三通比例阀11，过滤器10设置于稀释腔9和三通比例阀11之间，三通比例阀11包括两个入口和一个出口，其中一个入口与过滤器10连接，另一个入口与稀释腔9连通形成旁通管路，过滤器10与旁通管路并联，通过调节三通比例阀11两个入口的分流比例，以精确控制进入泵体12的颗粒的数量。过滤器10为HEPA过滤器，经过HEPA过滤器的颗粒都会被吸附，无法经三通比例阀11进入泵体12，通过控制三通比例阀11的两个入口的分流比例，可精确控制进入泵体12的颗粒的数量。

在本实施例中，泵体12为文丘里泵。颗粒在文丘里泵里面流动，在管道的最窄处，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值，颗粒的流通速度因为通流横截面面积减小而上升。整个涌流都要在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而产生压力差，这个压力差用于给流体提供一个外在吸力，以将颗粒顺利排出。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种颗粒发生装置，其特征在于，包括：

燃烧室(1)，向所述燃烧室(1)通入固定比例的燃料和第一稀释剂后点燃，并通过助燃剂助燃，以形成固定高度的扩散火焰；

多个喷嘴(14)，所述燃烧室(1)的侧壁上沿所述扩散火焰的高度方向间隔设置有多个所述喷嘴(14)，多个所述喷嘴(14)均与惰性气体源连接，位于不同高度的所述喷嘴(14)与所述惰性气体源之间均设置有开关阀，通过控制对应不同高度的所述喷嘴(14)的开关阀的开闭，以实现对产生的颗粒粒径的精准控制；

泵体(12)，所述燃烧室(1)内产生的颗粒通过所述泵体(12)排出。

2.根据权利要求1所述的颗粒发生装置，其特征在于，对应所述扩散火焰同一高度的所述燃烧室(1)的侧壁上设置有至少两个所述喷嘴(14)，位于同一高度的至少两个所述喷嘴(14)与所述惰性气体源之间设置有一个所述开关阀，形成一个通道；位于该通道的所述开关阀闭合，至少两个所述喷嘴(14)同时向该高度的所述扩散火焰喷射惰性气体。

3.根据权利要求1所述的颗粒发生装置，其特征在于，从燃料源提供所述燃料通向所述燃烧室(1)的管路和从第一稀释剂源提供所述第一稀释剂通向所述燃烧室(1)的管路均为毛细管路。

4.根据权利要求1所述的颗粒发生装置，其特征在于，所述燃料通向所述燃烧室(1)的管路中设置有第一流量计(13)，所述第一流量计(13)用于对所述燃料进行监测，并能够在所述燃料流量异常时切断进入所述燃烧室(1)的所述燃料。

5.根据权利要求1所述的颗粒发生装置，其特征在于，在所述燃烧室(1)和所述泵体(12)之间还设置有高温蒸发室(8)，所述燃烧室(1)燃烧形成的颗粒经所述高温蒸发室(8)蒸发后通过所述泵体(12)排出。

6.根据权利要求5所述的颗粒发生装置，其特征在于，连通所述燃烧室(1)和所述高温蒸发室(8)的管路设置为保温管路。

7.根据权利要求5所述的颗粒发生装置，其特征在于，所述颗粒发生装置还包括稀释腔(9)，所述稀释腔(9)设置于所述高温蒸发室(8)和所述泵体(12)之间，经过所述高温蒸发室(8)的颗粒进入所述稀释腔(9)稀释后经所述泵体(12)排出。

8.根据权利要求7所述的颗粒发生装置，其特征在于，所述稀释腔(9)与第二稀释剂源连通，所述第二稀释剂源按照设定稀释比例向所述稀释腔(9)内通入第二稀释剂。

9.根据权利要求7所述的颗粒发生装置，其特征在于，在所述泵体(12)之前还设置有过滤器(10)和三通比例阀(11)，所述过滤器(10)设置于所述稀释腔(9)和所述三通比例阀(11)之间，所述三通比例阀(11)包括两个入口和一个出口，其中一个所述入口与所述过滤器(10)连接，另一个所述入口与所述稀释腔(9)连通形成旁通管路，所述过滤器(10)与所述旁通管路并联，通过调节所述三通比例阀(11)两个所述入口的分流比例，以精确控制进入所述泵体(12)的颗粒的数量。

10.根据权利要求1-9任一项所述的颗粒发生装置，其特征在于，所述燃料、所述第一稀释剂、所述助燃剂、惰性气体和第二稀释剂均通过第二流量计控制输入。

11.根据权利要求10所述的颗粒发生装置，其特征在于，所述第二流量计为质量流量控制器。

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